Obrabiarki CNC Podstawy funkcjonowania i programowania. Procesy ubytkowe, przyrostowe i hybrydowe

Opis

Obrabiarki CNC (sterowane numerycznie) są podstawowymi elementami nowoczesnego parku maszynowego w różnych gałęziach przemysłu. Uzyskanie lepszej jakości wyrobów i zwiększenie wydajności produkcji zapewniają dobrze przygotowani inżynierowie i technicy programujący i obsługujący te obrabiarki.

Współczesną wiedzę o budowie systemów sterowania numerycznego i sposobach programowania obrabiarek CNC mogą oni zaczerpnąć z tej książki. Omówiono w niej:

- budowę i funkcje układu CNC;
- klasyfikację i metody programowania;
- rodzaje układów sterowania obrabiarek CNC;
- wyposażenie narzędziowe oraz oprzyrządowanie technologiczne obrabiarek sterowanych numerycznie i platform kształtowania przyrostowo-ubytkowego;
- zastosowanie technik sztucznej inteligencji, wirtualnej rzeczywistości i inżynierii odwrotnej oraz techniki pomiarów współrzędnościowych;
- programowanie obróbki na obrabiarkach CNC, a w szczególności:
- programowania układów CNC z podaniem technik pomiarowych, cykli ustalonych, sposobów korekcji narzędzi oraz metod programowania z użyciem podprogramów i programowania parametrycznego,
- programowania wspomagane komputerem zewnętrznym,
- programowanie ręczne wspomagane komputerowo,
- automatyczne systemy programowania,
- interaktywny system programowania,
- programowania wspomaganego symulacjami MES w czasie rzeczywistym,
- programowania obrabiarek wielofunkcyjnych i platform wytwórczych z modułem kształtowania przyrostowego,
- rozwój układów i metod programowania CNC.

W obecnym wydaniu książki Obrabiarki CNC. Podstawy funkcjonowania i programowania – procesy ubytkowe, przyrostowe i hybrydowe uaktualniono informacje na temat wyposażenia narzędziowego i technicznego obrabiarek CNC, układów sterowania, integracji obróbki i pomiarów współrzędnościowych, wspomagania programowania technikami symulacji numerycznej procesu i sztucznej inteligencji, a także omówiono programowanie obrabiarek wieloosiowych i platform wytwórczych oraz zamieszczono opisy najnowszej wersji pakietu programowania MasterCAM 2024 i SOLID EDGE 2023. Istotnym uzupełnieniem są rozdziały poświęcone programowaniu obróbki niekonwencjonalnej i hybrydowej.

Zamieszczono też liczne rysunki, tabele i schematy poglądowe w istotny sposób ułatwiające zrozumienie przekazywanych treści, a także przykłady zastosowania większości z omawianych systemów programowania.

Obrabiarki CNC (…) polecamy studentom i doktorantom wydziałów mechanicznych, inżynierii produkcji i mechatroniki wyższych szkół technicznych. Bogata część praktyczna będzie także przydatna dla inżynierów technologów specjalizujących się w programowaniu obrabiarek i systemów obróbkowych CNC oraz wdrażaniu nowych technologii kształtowania elementów maszyn.

Historia sterowania numerycznego zaczęła się w połowie XX w., a dokładnie w roku 1952. Prekursorem był znany w świecie Massachusetts Institute of Technology (MIT) w Cambridge, MA, USA. Okres intensywnego rozwoju nastąpił z chwilą pojawienia się ok. 1972 r, a szczególnie w następnej dekadzie, w związku z możliwością zastosowania technologii sterowania komputerowego (CNC). W ciągu tych 70 lat sterowanie i programowanie przeszło od układów analogowych (NC), po komputerowe (CNC), do obecnie rozwijanych układów inteligentnych (IMT-NC). Książka, nawiązująca tematycznie do poprzednich 4 wydań Programowania obrabiarek CNC, opisuje i dokumentuje ten rozwój, ale skupia się głównie na zaawansowanych systemach CNC drugiej generacji i programach CAD/CAM oraz trzeciej generacji układów IMT-NC, których podstawą jest modelowanie wirtualne i sztuczna inteligencja.

W przemyśle wytwórczym, a zwłaszcza w przemyśle wytwórczym technologia CNC spowodowała swoistą rewolucję. Obecnie komputery należą do standardowego wyposa­żenia praktycznie każdego zakładu czy warsztatu, a obrabiarki z systemami sterowania CNC znalazły tam podstawowe zastosowanie. Intensywny rozwój techniki informatycznej, obejmujący systemy sterowania, przyczynił się do istotnych zmian w sektorze wytwórczym, a szczególnie w obróbce skrawaniem.

Sterowanie numeryczne oznacza automatyczne kierowanie pracą obrabiarek skrawających za pomocą specjalnie kodowanych instrukcji (obecnie w dużej mierze modeli cyfrowych, wirtualnych i algorytmów sztucznej inteligencji), które po przetworzeniu przesyła się do układów sterowania tych maszyn.

Programowanie obrabiarek sterowanych numerycznie polega na zapisie wszystkich wykonywanych ruchów i czynności w postaci symbolicznej (w języku programowania) tak, aby można było wykonać przedmiot o żądanym kształcie, wymiarach i jakości powierzchni.

W odróżnieniu od procesów konwencjonalnych obróbka CNC umożliwia dodatkowo:

- przetworzenie danych geometrycznych podanych na rysunku części,

- wybór optymalnego sposobu obróbki,

- wybór metody ustawienia przedmiotu i nastawienia obrabiarki,

- wybór narzędzi skrawających,

- ustalenie wartości prędkości skrawania i posuwów,

- kontrolowanie obróbki części,

- pełną diagnostykę obrabiarki i wyposażenia technologicznego,

- pomiary części w czasie obróbki.

Spis treści

Wykaz akronimów / IX

1. Wstęp / 1

2. CNC – komputerowe sterowanie numeryczne / 5
2.1. Definicja i cechy układu sterowania CNC / 5
2.2. Budowa i funkcje układu CNC / 7
2.3. Sposoby wprowadzania danych/programu sterującego do układu CNC / 9
2.4. Wykorzystanie informacji z sygnałów generowanych przez sensory / 10
Literatura / 13

3. Metody programowania obrabiarek CNC / 15
3.1. Definicja i klasyfikacja metod programowania / 15
3.2. Programowanie ręczne i wspomagane komputerowo / 19
3.3. Programowanie CNC Manual / 22
3.4. Programowanie automatyczne (maszynowe) / 25
3.5. Programowanie zorientowane warsztatowo (WOP) / 27
3.6. Programowanie interaktywne (w systemie CAD/CAM) / 28
3.7. Programowanie wspomagane sztuczną inteligencją / 31
Literatura / 34

4. Rodzaje układów sterowania obrabiarek CNC / 35
4.1. Sterowanie punktowe / 35
4.2. Sterowanie odcinkowe / 36
4.3. Sterowanie kształtowe (ciągłe) / 37
4.4. Sterowanie wirtualne i inteligentne / 40
Literatura / 44

5. Wyposażenie obrabiarek i systemów obróbkowych sterowanych numerycznie / 46
5.1. Wyposażenie tokarek i centrów tokarskich / 46
5.1.1. Ustalanie i mocowanie przedmiotów obrabianych / 46
5.1.2. Mocowanie narzędzi / 48
5.1.3. Systemy narzędziowe do centrów tokarskich / 51
5.2. Wyposażenie frezarsko-wytaczarskich centrów obróbkowych / 56
5.2.1. Elementy mocujące narzędzia / 56
5.2.2. Narzędzia / 57
5.2.3. Elementy ustalające i mocujące przedmiot obrabiany na frezarkach i centrach obróbkowych CNC / 60
5.3. Narzędzia do obróbki form i matryc / 65
5.4. Narzędzia wielofunkcyjne do obróbki kompletnej / 69
5.5. Wyposażenie obrabiarek hybrydowych / 71
5.5.1. Głowice laserowe / 72
5.5.2. Moduły kształtowania laserowego / 73
Literatura / 76

6. Zasady programowania obróbki na obrabiarkach CNC / 79
6.1. Struktura programów sterujących / 79
6.1.1. Struktura budowy programu NC / 80
6.1.2. Definicje słów programu sterującego / 81
6.2. Układy współrzędnych maszyny i przedmiotu obrabianego / 87
Literatura / 90

7. Programowanie układów CNC / 91
7.1. Technika pomiarowa w obrabiarkach CNC / 91
7.1.1. Pomiar, ustawianie i zapamiętywanie wymiarów narzędzi / 91
7.1.2. Zasady pomiarów za pomocą sondy pomiarowej / 95
7.1.3. Programowanie i symulacja pracy sondy pomiarowej / 97
7.2. Programowanie obszaru bezpiecznego / 98
7.3. Cykle ustalone / 99
7.4. Korekcja narzędzia / 104
7.4.1. Korekcja narzędzia tokarskiego / 106
7.4.2. Korekcja narzędzia frezarskiego / 107
7.5. Podprogramy / 110
7.6. Programowanie parametryczne / 113
7.6.1. Edycja instrukcji parametrycznych / 116
7.6.2. Tworzenie sparametryzowanego programu dla nowej części / 118
Literatura / 120

8. Techniki wspomagania programowania obrabiarek CNC / 121
8.1. Zastosowanie symulacji i wizualizacji / 121
8.2. Zastosowanie technik wirtualnej rzeczywistości (VR) / 124
8.3. Zastosowanie inżynierii odwrotnej / 129
8.4. Zastosowanie symulacji numerycznej procesu obróbki metodą MES/FEM / 131
8.5. Zastosowanie uczenia maszynowego (ML) oraz sztucznej inteligencji (AI) / 135
8.5.1. Uczenie maszynowe (ML) i głębokie uczenie maszynowe (DML) / 136
8.5.2. Wirtualne modelowanie systemu obróbkowego z użyciem cyfrowego bliźniaka (DT) / 140
Literatura / 144

9. Zastosowanie sensorów i współrzędnościowych systemów pomiarowych / 147
9.1. Stykowe i bezstykowe głowice pomiarowe / 147
9.2. Zasady integracji z układem sterowania CNC / 149
9.3. Sensory w obrabiarkach CNC / 152
9.4. Monitorowanie i diagnostyka / 154
9.5. Struktura i funkcje inteligentnej obrabiarki / 157
Literatura / 161

10. Interaktywny system programowania Mastercam 2024 / 163
10.1. Ogólna charakterystyka programu / 163
10.2. Struktura programu i wybrane funkcje obróbkowe / 166
10.3. Zasady definiowania środowiska projektu CAM / 173
10.4. Przykłady programowania operacji toczenia / 178
10.5. Przykłady programowania operacji frezowania / 223
Literatura / 274

11. Interaktywny system programowania EDGECAM / 275
11.1. Ogólna charakterystyka programu / 275
11.2. Struktura programu i dostępne funkcje obróbkowe / 276
11.3. Zasady definiowania geometrii obrabianego przedmiotu / 279
11.4. Przykłady programowania operacji frezowania / 280
11.4.1. Wykorzystanie geometrii 2D / 280
11.4.2. Wykorzystanie geometrii 3D / 285
11.5. Przykłady programowania operacji toczenia / 288
11.6. Przykłady i weryfikacja programowania obróbki na tokarce z wrzecionem przechwytującym z możliwością toczenia i frezowania / 291
Literatura / 294

12. Programowanie obróbki wieloosiowej i wielofunkcyjnej / 296
12.1. Zasady programowania obróbki 5-osiowej / 296
12.2. Programowanie obróbki symultanicznej / 302
12.3. Przykłady zastosowania typowych rozwiązań / 308
12.4. Programowanie wieloosiowych/wielofunkcyjnych centrów frezarsko-tokarskich / 314
Literatura / 323

13. Programowanie obróbki hybrydowej / 325
13.1. Obróbka wspomagana laserem (LAM) / 325
13.2. Kształtowanie przyrostowo-ubytkowe (AM +SM) / 327
13.2.1. Programowanie kształtowania przyrostowo-ubytkowego z użyciem techniki SLM/DED / 327
13.2.2. Programowanie kształtowania przyrostowego z użyciem techniki PBF / 331
13.2.3. Naprawy części wybrakowanych i regeneracja części zużytych / 332
13.3. Programowanie z użyciem interfejsu STEP-NC / 335
13.4. Sekwencyjna obróbka ubytkowa i nagniatanie (SM+B) / 337
13.5. Przykład programowania obróbki hybrydowej (AM+SM) w module APlus programu Mastercam / 338
Literatura / 350

14. Programowanie obróbki niekonwencjonalnej / 351
14.1. Ogólna charakterystyka metod i programowania obróbki / 351
14.2. Struktura programów i wybrane funkcje obróbkowe / 355
14.3. Zasady definiowania środowiska projektu CAM / 358
14.4. Przykłady programowania operacji EDM w programie Mastercam / 363
14.5. Przykłady programowania operacji EDM w programie EDGECAM / 368
Literatura / 373

15. Kierunki rozwoju programowania obrabiarek CNC / 375
15.1. Automatyzacja i optymalizacja programowania obróbki CNC / 375
15.2. Symulacja procesu w czasie rzeczywistym / 383
15.3. Automatyzacja projektowania procesu wiercenia i frezowania oparta na rozpoznawaniu cech przedmiotu / 385
15.4. Rozwój oprogramowania do wirtualnego sterowania cyfrowego / 389
15.5. Rozwój i zastosowania interfejsu STEP-NC / 391
15.6. Programowanie inteligentnych obrabiarek / 394
Literatura / 398