Get Adobe Flash player

TCP (szimultán 5D) programozása az NCT 201-204 CNC vezérléseken

Dr. Sipos Jenő (Ph.D)      Dr. Sipos Marianna (Ph.D)
SM&SJMI Bt.                  Budapesti Gazdasági Egyetem

Az NCT 2015-2016-os évben kifejlesztette az öttengelyes vezérlését, mindhárom öttengelyes szerszámgép típusra. Így a vezérlés alkalmazható: fej-fej, fej-asztal és asztal-asztal kiépítésű szerszámgépekre. Az 5D-s CNC gépkezelési, programozási feladatokat, 3+2 tengelyes, valamint 5 tengelyes szimultán megmunkálásokra tudjuk felosztani.

A 3+2 tengelyes megmunkálásról akkor beszélünk, amikor egy, a térben elforgatott síkban dolgozik a szerszám. Feltételezve, hogy a szerszámtengely iránya a Z tengellyel párhuzamos, a programot az XY síkban írjuk meg, majd a szerszámot, vagy a darabot a forgó tengelyekkel pozícióba hozva dolgozunk. A megmunkálást minden esetben a lineáris tengelyek végzik.

5 tengelyes megmunkálásról akkor beszélünk, amikor az X, Y, Z térben megadott mozgásokkal egyidejűleg a forgó tengelyeken is megadunk elmozdulást, és a vezérlő pillanatról pillanatra úgy számolja a pályát a forgó tengelyek helyzetének függvényében, hogy a szerszám meghatározott pontja az X, Y, Z térben megadott pályán mozogjon. Általánosan megfogalmazhatjuk, hogy független attól, hogy a forgó tengelyek a munkadarabot vagy a szerszámot forgatják, a vezérlő mozgás közben pillanatról pillanatra újraszámolja a térbeli X, Y, Z pont helyzetét a forgó tengelyek helyzetének (a munkadarab, vagy szerszám elfordulásának) függvényében és az X, Y, Z pozíciót folytonosan úgy korrigálja, hogy a szerszám meghatározott pontja a programozott pályán maradjon. Az NCT 200-as vezérlő családban a TCP (Tool Center Point) kifejlesztése és interpolációs parancsként való alkalmazása a 2016-os év végén jelent meg. A TCP parancs hatására az előtolás is közvetlenül a szerszámcsúcspontra vonatkozik, így a megmunkálás során a szerszámcsúcs helyzete az elmozdulás alatt a munkadarab felületéhez képest nem változik. Ezzel kiküszöbölhetők a CAM rendszerben fellépő problémák: (pld.: az NC program függött a gép kinematikájától, a programozott előtolás nem a szerszám csúcsára vonatkozott, nem volt lehetőség a hosszkorrekció programozására, orientáció változás programozására nem volt mód, a linearizálási hiba miatt a szerszám belevágott az anyagba) [1]. Ebben a cikkben a TCP programozására és alkalmazására mutatunk be példákat.

TCP programozásának és alkalmazásának lehetőségi az NCT201-204 vezérlésen

A TCP, vagyis a szerszám középpont vezetés azt jelenti, hogy a vezérlő a szerszám középpontját vezeti a programozott pályán, még a forgó tengelyek mozgatása esetén is. Abban az esetben, ha a forgó tengelyek a szerszámot billentik, vagy ha a munkadarabot forgatják, a vezérlő interpoláció közben pillanatról pillanatra újraszámolja a hosszkorrekció értékét a szerszám billenési szögének függvényében, vagy a szerszám középpont pont helyzetét a darab forgatási szögének függvényében és a szerszám vezérelt (kontrol) pont pályáját ennek figyelembe vételével folyamatosan módosítja (1. ábra). A TCP alkalmazás előnyei, hogy a szerszámcsúcs programozása a munkadarab koordinátarendszerben történik, a programozott előtolás a szerszám csúcsára vonatkozik, a szerszám orientáció programozása független a gép kinematikájától, lehetőség van a szerszám orientációváltozás programozására, lehetőség van hosszkorrekció programozására. Az NCT vezérlés két szerszám középpont vezetést különböztet meg, a G43.4 és a G43.5 interpolációkat.

1. ábra. Szerszám középpont pályája [2]

Az 1-es típusú szerszámközéppont vezetés (G43.4) [2]

A G43.4 X Y Z Θ Ψ H utasítás bekapcsolja az 1-es típusú szerszámközéppont vezetést. A G43.4 utasítást csak G0, vagy G1 állapotban lehet kiadni.
Kódok jelentése:

  • X, Y, Z: a lineáris főtengelyek mondatvégi pozíciója abszolút adatmegadás esetén, illetve elmozdulása inkrementális programozáskor.
  • Θ, Ψ: az öttengelyes megmunkálásban részt vevő 1. és 2. forgó tengely mondatvégi pozíciója abszolút adatmegadás esetén, illetve elmozdulása inkrementális programozáskor.
  • H: a figyelembe veendő hosszkorrekció száma

A G43.4 mondatban a vezérlő már szerszámközéppont vezetéssel, pozícionál és beváltja a
hosszkorrekciót. G43.4 állapotban G0, G1, G2 és G3 mozgásokat lehet programozni.

Kontúr programozás: (G43.4 H után)

  • Lineáris interpoláció:
    G01 (G0) X Y Z Θ Ψ
  • Kör interpoláció:
    G17 G02 (G03) X Y Z Θ Ψ R (I J) F
    G18 G02 (G03) X Z Y Θ Ψ R (I K) F
    G19 G02 (G03) Y Z X Θ Ψ R (J K) F

A vezérlő már úgy kezeli a szerszám vezérelt pontját (kontrol pontot), hogy a szerszám középpontja egyenes, vagy körpályán mozogjon a munkadarabhoz képest, akár a szerszám, akár a darab forog, vagy billen.
Alkalmazásra lehetséges példa:
Síkmarás gömbvégű maróval

A megmunkálás során valamilyen sík- vagy síkhoz közeli felületet kell gömbvégű maróval megmunkálni, a kedvezőbb forgácsolási viszonyok érdekében a marót célszerű egy 10-20°-kal elforgatni, hogy ily módon a forgácsoló éleken legyen vágósebesség (2. ábra).

2. ábra

Ha szerszám normálisa merőleges a felületre, a programozott pontban a vágósebesség értéke nulla, akkor a megmunkálás során a szerszám túrni fogja az anyagot és nem forgácsol.

A hozzáállási szög megváltoztatásával (10-20°) marószerszám tengelyszöge eltér a felület normálisához képest, ezért az effektív forgácsolási sebesség, és ezzel együtt az ajánlott orsófordulatszám is megváltozik, melyet az effektív szerszámrádiuszból kell kiszámolni.

A 4. ábra egy NCT TCP programot mutat be, mely a 3. ábrának megfelelően egy gömbvégű maróval síkmarást végez egyenirányú (rámarás) keresztirányú húzó forgácsolással.

3. ábra

4. ábra. NCT program egy 50×50 mm felület

Az 2-es típusú szerszámközéppont vezetés (G43.5) [2]

A G43.5 X Y Z I J K H utasítás bekapcsolja a 2-es típusú szerszámközéppont vezetést. A G43.5 utasítást csak G0, vagy G1 állapotban lehet kiadni.

Kódok jelentése:
n X, Y, Z: a lineáris főtengelyek mondatvégi pozíciója abszolút adatmegadás esetén, illetve elmozdulása inkrementális programozáskor.
n I, J, K: a mondat végpontjában a szerszám irányú egységvektor X, Y, Z irányú komponensei a munkadarabhoz képest.
n H: a figyelembe veendő hosszkorrekció száma.
n A szerszám munkadarabhoz képesti irányát nem a gépen elérhető forgó tengelyek szöghelyzetével határozzuk meg, hanem az I, J, K címen megadott vektorral.

A G43.5 mondatban a vezérlő már szerszámközéppont vezetéssel, pozícionál és beváltja a hosszkorrekciót. G43.5 állapotban G0, G1, G2 és G3 mozgásokat lehet programozni.

Pozícionálás és egyenes interpoláció
G43.5 állapotban

A G43.5 után következő G0 és G1 mondatokban:
Kontúr programozás: (G43.5 H után)
n Lineáris interpoláció:
G01 (G0) X Y Z I J K F
n Kör interpoláció:
G17 G02 (G03) X Y Z R I J K F
G18 G02 (G03) X Z Y R I J K F
G19 G02 (G03) Y Z X R I J K F

A vezérlő már úgy kezeli a szerszám vezérelt pontját (kontrol pontot), hogy a szerszám középpontja egyenes, vagy körpályán mozogjon a munkadarabhoz képest, akár a szerszám, akár a darab forog, vagy billen. Az I, J, K komponensű vektorirányt két különböző kimenő szögpár, Θ, Ψ forgatással lehet előállítani. A Θ,Ψ kimenő forgatási szögek kiválasztása [2] az NCT vezérlésben a Θ (théta),Ψ (Pszí) forgatási szögcsoportokat aszerint határozzuk meg, hogy a rendelkezésre álló forgó tengelyek mely hossztengelyek mentén forgatnak. Mindig két lehetséges forgáspárt számolunk ki, amelyet az 1-es és a 2-es indexszel különböztetünk meg. Θ1,Ψ1 és Θ2,Ψ2. Θ az első forgó tengely forgásszöge, míg Ψ a második forgó tengely forgásszöge. A két lehetséges forgatás közül az alábbi stratégia alapján választja ki a vezérlő a forgatási szöget, melyet program írása alatt (a gép munkaterének méretei miatt) figyelembe kell vennünk. A vezérlő megvizsgálja, hogy a Θ1,Ψ1 és Θ2,Ψ2 szögpár közül valamelyikben egyik tengely nem esik-e végálláshatáron túlra. Általában az egyik, néha mindkét forgó tengely korlátozott szögtartományban mozgatható. Ha valamelyik ide esik, a másik szögpár a megoldás.

Fej-fej és asztal-asztal gép esetén a kimenő szög meghatározása:
• A két számított szögpárból az a pár lesz a kimenő szögpár, ahol az 1. forgó tengelynek kevesebbet kell forognia a pillanatnyi pozíciójához képest.
• Ha az 1. tengelyen mindkét szögre ugyanaz az elmozdulás adódik, a kimenő szögpár az, ahol a 2. tengelynek kevesebbet kell forognia a pillanatnyi pozíciójához képest.
• Ha a 2. tengelyre is ugyanaz az elmozdulás adódik, a kimenő szögpár az, amelyiken az 1. tengely számított pozíciója közelebb van a 0-hoz, illetve a 360 egész számú többszöröséhez.
• Ha az 1. tengely számított pozíciói egyforma távolságra vannak a 0-tól, a kimenő szögpár az, ahol a 2. forgó tengely számított pozíciója közelebb esik a 0-hoz, illetve a 360 egész számú többszöröséhez.

Fej – asztal gép esetén a kimenő szög meghatározása:
• A két számított szögpárból az a pár lesz a kimenő szögpár, ahol a 2. forgó tengelynek (asztalnak) kevesebbet kell forognia a pillanatnyi pozíciójához képest.
• Ha a 2. tengelyen mindkét szögre ugyanaz az elmozdulás adódik, a kimenő szögpár az, ahol az 1. tengelynek (a szerszámnak) kevesebbet kell forognia a pillanatnyi pozíciójához képest.
• Ha az 1. tengelyre is ugyanaz az elmozdulás adódik, a kimenő szögpár az, amelyiken a 2. tengely számított pozíciója közelebb van a 0-hoz, illetve a 360 egész számú többszöröséhez.
• Ha a 2. tengely számított pozíciói egyforma távolságra vannak a 0-tól, a kimenő szögpár az, ahol az 1. forgó tengely számított pozíciója közelebb esik a 0-hoz, illetve a 360 egész számú többszöröséhez.

1. A szerszám középpont vezetéskor figyelembe veendő programozói koordináták

Ha G43.4 vagy G43.5 utasítás hatására számított Θ és/vagy Ψ asztalt és munkadarabot forgatja, a programozói koordinátákat a forgó munkadarabdarabhoz kötött koordinátarendszerében értelmezi. Ezért a munkadarab forgatásával a programozói koordinátarendszer nullpontja is és tengelyei is dinamikusan forognak a darabbal együtt. (program ábra)

5. ábra

2. Az előtolás F értelmezése szerszám középpont vezetés esetén

A programozott előtolás „F” (a 3D-s megmunkálással ellentétben) mindig a szerszám középpontjának a darabhoz viszonyított sebessége, azaz az előtolás az X, Y, Z tengelyek mentén érvényesül, az Θ, Ψ mentén pedig kiadódik.

A szerszám középpont vezetés kikapcsolása (G49)

A G49 utasítás kikapcsolja a szerszámközéppont vezetést, melyet csak G01 és G00 állapotban lehet kiadni.

Mintapélda: G43.5 szerszámközéppont vezetésre

Egy fej-asztal típusú szerszámgépen nem a „C” tengely forgáspontjába felfogott négyzetes hasábon lévő (Ø80 mm) henger szélét (5x5mm) letöréssel marjuk körbe úgy, hogy a szerszám 45°-kal döntve legyen a Z tengelyhez képest végig a kör mentén (5. ábra).

3. Mintapélda: G43.4 szerszámközéppont
vezetésre

A fenti mintapélda TCP forgácsoló programrészletét mutatja be fej-asztal gépre, G43.4 megadásával.
…………….
N100 G0 X0 B-45
N110 G43.4 X35 Y75 Z45 C0 H4
N120 G2 XI40 YI40 R40 C-90
N130 XI40 YI-40 R40 C-180
N140 XI-40 YI-40 R40 C-270
N150 XI-40 YI40 R40 C-360
N160 G49 G0 Z100
N170 X0 Y0
N180 M30

Felhasznált irodalom

1. Szűcs Ferenc okleveles gépészmérnök:
a. http://www.cnc.hu/2013/09/ottengelyesmegmunkalasokii32tengelyesmegmunkalasokprogramozasa/
b. http://www.cnc.hu/2013/09/ottengelyesmegmunkalasokialapfogalmak/
c. http://www.cnc.hu/2013/10/ottengelyesmegmunkalasokszimultan5tengelyesmegmunkalas/
2. NCT Kft: NCT® 2xxM Marógép és megmunkáló központ vezérlő Programozási leírás
3. http://content.heidenhain.de/presentation/elearning/HU/index/1271254391803/1271254391803.html
4. FANUC 31i/310i/310is sorozat – A5 MODELL kezelői leírás
5. Dr. Sipos Jenő, Dr. Sipos Marianna: Gyártóeszközök, szerszámok, szerszámgépek 2016. 42. old
6. http://www.cnc.hu/extra-tartalom-tagoknak/: GF AgieCharmilles Mikron cég által készített a HSC technológiát átfogóan ismertető tanulmányát