izdelava kinematiČnega modela in poprocesorja … · cnc-programiranje stružnice se je do sedaj...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Sandi KEŠPRET

IZDELAVA KINEMATIČNEGA MODELA IN POPROCESORJA DVOOSNE STRUŽNICE V

OKOLJU SIEMENS NX

Magistrsko delo

študijskega programa 2. stopnje

Strojništvo

Maribor, november 2014

Magistrsko delo

IZDELAVA KINEMATIČNEGA MODELA IN POPROCESORJA DVOOSNE STRUŽNICE V

OKOLJU SIEMENS NX

Študent(ka): Sandi KEŠPRET

Študijski program 2. stopnje:

Strojništvo

Smer: Računalniško inženirsko modeliranje

Mentor: doc. dr. Mirko FICKO

Maribor, november 2014

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Mirku FICKU za

pomoč in vodenje pri opravljanju magistrskega dela.

Zahvaljujem se tudi moji punci Maji, ki mi je ves čas

stala ob strani in me spodbujala. Zahvaljujem se tudi

ge. Nini Krajnc za lektoriranje magistrskega dela.

Posebna zahvala je namenjena staršem, ki so mi

omogočili študij.

IV

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ................................................................................................................................ 1

1.1 OPIS SPLOŠNEGA PODROČJA MAGISTRSKE NALOGE ....................................................... 1

1.2 NAMEN, PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE RAZISKAVE ......................................................... 1

1.3 PREGLED VSEBINE ......................................................................................................... 1

2 CNC-PROGRAMIRANJE DVOOSNEGA STRUŽENJA ........................................... 3

2.1 SIMULACIJE CNC-OBDELAV DVOOSNEGA STRUŽENJA ................................................... 3

2.2 KOORDINATNI SISTEM NA STRUŽNICI............................................................................. 6

2.3 PROGRAMSKE FUNKCIJE ................................................................................................ 7

3 PROGRAMSKA OPREMA SIEMENS NX ................................................................... 9

3.1 OPIS .............................................................................................................................. 9

3.2 ZGODOVINA ................................................................................................................ 11

3.3 NX CAM 9 ................................................................................................................. 12

4 CNC STRUŽNICA GF NDM-16 ................................................................................... 13

4.1 OPIS STROJA ................................................................................................................ 13

4.2 RAČUNALNIŠKI 3D-MODEL STROJA ............................................................................. 15

4.3 IZDELAVA KINEMATIČNEGA MODELA STROJA ............................................................... 22

4.4 VNOS 3D-MODELA STROJA IN KINEMATIČNEGA MODELA V KNJIŽNICO ........................ 25

4.5 NASTAVITVE KARAKTERISTIK REVOLVERJA ................................................................ 30

4.6 IZDELAVA POPROCESORJA ........................................................................................... 30

5 SIMULACIJA CNC-STRUŽENJA .............................................................................. 35

5.1 DOLOČITEV SUROVCA, IZDELKA IN STROJA ................................................................. 37

5.2 VSTAVLJANJE ORODIJ .................................................................................................. 41

5.3 USTVARJANJE OPERACIJ OBDELAVE ............................................................................. 43

5.4 SIMULACIJA MODELA STROJA IN OBDELAVE ................................................................ 45

5.5 PRIMERJAVA REZULTATOV S KONKURENČNIM PROGRAMOM ........................................ 47

6 DISKUSIJA ..................................................................................................................... 51

7 LITERATURA ................................................................................................................ 52

V

KAZALO SLIK IN TABEL

Slika 2.1: Simulacija gibanja orodja ........................................................................................... 3

Slika 2.2: Simulacija odvzemanja materiala od surovca ............................................................ 4

Slika 2.3: Simulacija gibanja sestavnih delov stroja .................................................................. 4

Slika 2.4: Simulacija CNC-programa ......................................................................................... 4

Slika 2.5: Simulacija z virtualnim vmesnikom krmilja .............................................................. 5

Slika 2.6: Koordinatni sistem na stružnicah [8] ......................................................................... 6

Slika 2.7: Lega izhodišč posameznih koordinatnih sistemov na stroju [6] ................................ 7

Slika 3.1: Logo Siemens NX-a ................................................................................................... 9

Slika 3.2: Modeliranje sklopa s CAD-vmesnikom [10] ............................................................. 9

Slika 3.3: Modeliranje obdelovalnega procesa z NX CAM-vmesnikom [10] ......................... 10

Slika 3.4: Analiza z NX CAE [10] ........................................................................................... 10

Slika 3.5: Zgodovina razvoja Siemens PLM-programske opreme [12] ................................... 11

Slika 4.1: Stružnica Georg Fischer NDM-16 ........................................................................... 13

Slika 4.2: Delovno območje stružnice s komponentami .......................................................... 13

Slika 4.3: Preprosta skica z geometrijskimi podatki vretena .................................................... 16

Slika 4.4: 3D-model ohišja stružnice ........................................................................................ 17

Slika 4.5: 3D-model vretena stružnice ..................................................................................... 17

Slika 4.6: 3D-model sojemalne konice ..................................................................................... 18

Slika 4.7: 3D-model revolverja ................................................................................................ 18

Slika 4.8: 3D-model konjička ................................................................................................... 19

Slika 4.9: 3D-model konice ...................................................................................................... 19

Slika 4.10: 3D-model držala revolverja .................................................................................... 20

Slika 4.11: 3D-model stružnice GF NDM-16 ........................................................................... 20

Slika 4.12: Obdelovalni prostor s komponentami stroja .......................................................... 21

Slika 4.13: Določitev medsebojnih odvisnosti komponent ...................................................... 21

VI

Slika 4.14: Program za graditev kinematičnega modela .......................................................... 22

Slika 4.15: Določitev kinematične odvisnosti med komponentami stroja ............................... 22

Slika 4.16: Določitev območja gibanja komponentam stroja ................................................... 23

Slika 4.17: Nastavitev možnih kolizij med deli stroja .............................................................. 24

Slika 4.18: Zaznava kolizij med deli stroja .............................................................................. 24

Slika 4.19: Knjižnica obdelovalnih strojev vključno z našim .................................................. 25

Slika 4.20: Kopirane datoteke v novo ustvarjeni mapi ............................................................. 26

Slika 4.21: Datoteka "graphics" z vsemi datotekami našega obdelovalnega stroja ................. 26

Slika 4.22: Datoteke podmape Sinumerik v mapi cse_driver .................................................. 27

Slika 4.23: Posodobitev .mcf datoteke ..................................................................................... 27

Slika 4.24: Mapa »machine« z vsebovanimi datotekami ......................................................... 28

Slika 4.25: Mapa »ascii« z želeno datoteko »machine_database« ........................................... 28

Slika 4.26: Podatki že obstoječega podobnega obdelovalnega stroja ...................................... 29

Slika 4.27: Naslovni podatki našega obdelovalnega stroja ...................................................... 29

Slika 4.28: Določitev lastnosti revolverja ................................................................................ 30

Slika 4.29: Način, kako poprocesor poveže podatke med CAM-sistemom in CNC-strojem .. 31

Slika 4.30: Izbor poprocesorja za krmilje Siemens Sinumerik 840D....................................... 32

Slika 4.31: Okno programa Postbuilder s pripadajočimi zavihki ............................................. 32

Slika 4.32: Gradnja začetnega dela CNC-programa poprocesorja ........................................... 33

Slika 4.33: Nabor G-funkcij v meniju Postbuilderja ................................................................ 33

Slika 4.34: Nabor M-funkcij v meniju Postbuilderja ............................................................... 34

Slika 4.35: Prikaz zapisa CNC-programa začetka obdelave .................................................... 34

Slika 5.1: Geometrija izdelka [8] .............................................................................................. 37

Slika 5.2: 3D-model preprostega izdelka ................................................................................. 37

Slika 5.3: Določitev surovca in izdelka za simulacijo .............................................................. 38

Slika 5.4: Definicija glavnega in lokalnega koordinatnega sistema ......................................... 39

VII

Slika 5.5: Vpoklic stroja in knjižnice ....................................................................................... 40

Slika 5.6: Knjižnica strojev ...................................................................................................... 40

Slika 5.7: Okno za kreiranje orodja .......................................................................................... 41

Slika 5.8: Zavihki za splošne in geometrijske lastnosti orodja. ............................................... 42

Slika 5.9: Prikaz pozicij orodij v revolverju ............................................................................. 43

Slika 5.10: Ustvarjanje operacije obdelave .............................................................................. 43

Slika 5.11: Nastavljanje parametrov posamezne operacije ...................................................... 44

Slika 5.12: Prikaz poti orodja pri operaciji grobega struženja z levim nožem ......................... 44

Slika 5.13: Orodna vrstica z gumbom za zagon simulacije ...................................................... 45

Slika 5.14: Okno simulacije s posameznimi zavihki ................................................................ 45

Slika 5.15: Primerjava zasedene prostornine pred in med obdelavo ........................................ 46

Slika 5.16: Analiza območja struženja ..................................................................................... 46

Slika 5.17: Prikaz položaja revolverske glave med obdelavo .................................................. 47

Slika 5.18: Primerjava poti orodja za operacijo finega struženja z desnim nožem .................. 47

Slika 5.19: Primerjava poti orodja za operacijo finega struženja z levim nožem .................... 48

Slika 5.20: Primerjava poti orodja za operacijo finega struženja z nevtralnim nožem ............ 48

Slika 5.21: Primerjava poti orodja za operacijo grobega struženja z levim nožem.................. 48

Slika 5.22: Primerjava poti orodja za operacijo grobega struženja z desnim nožem ............... 48

Slika 5.23: Primerjava poti orodja za operacijo zarezovanja utora .......................................... 49

Slika 5.24: Primerjava poti orodja za operacijo izdelovanja navoja ........................................ 49

Slika 5.25: Program operacij v Edgecam-u ter čas obdelave ................................................... 50

Slika 5.26: Trajanje posameznih operacij v Siemens NX ........................................................ 50

Tabela 2-1: Pregled programskih funkcij ................................................................................... 8

Tabela 4-1: Glavne karakteristike stružnice GF NDM-16 ........................................................ 14

VIII

IZDELAVA KINEMATIČNEGA MODELA IN POPROCESORJA

DVOOSNE STRUŽNICE V OKOLJU SIEMENS NX

Ključne besede: Siemens NX, CNC Simulacije, Proces struženja, CNC obdelovalni stroj

UDK klasifikacija: 004.94:621.941-52(043.2)

POVZETEK

Magistrsko delo v prvem delu obravnava teoretične splošne osnove simulacij CNC strojev –

stružnic. V nadaljevanju so obravnavane simulacije v programskem paketu Siemens NX.

Jedro magistrske naloge zavzema podroben opis izdelave simulacije stroja CNC stružnice GF

– NDM 16 ter poprocesorja. V zaključku sledijo komentar, analiza in primerjava dobljenih

rezultatov z rezultati, dobljenimi s sorodnim programskim paketom.

CREATING A KINEMATIC MODEL AND POST-PROCESSOR FOR

CNC TWO-AXLE TURNING MACHINE IN SIEMENS NX

ENVIRONMENT

Key words: Siemens NX, simulation, Kinematic model, CNC turning machine

ABSTRACT

This master’s thesis gives the specific theoretical instructions of CNC turning machine

simulations. It also includes a presentation of Siemens NX, which is one of the most useful

software on the market.

The core of this thesis contains a detailed description of manufacturing simulation of

CNC turning machine GF – NDM 16 and building of postprocessor. There is also a review

and analysis of results from Siemens NX and comparison with results get from Edgecam.

IX

UPORABLJENE KRATICE

CAD - Computer aided design

CNC - Computer numerical control

GF NDM - Obdelovalni stroj znamke Georg Fisher

MIT - Massachusetts Institute of Technology

3D - Tridimenzionalno konstruiranje

CAM - Computer aided manufacturing

CAE - Computer aided engeneering

PLM - Product lifecycle managment

ZDA - Združene države Amerike

WEDM - Wire electrical discharge machining

FEM - Finite element method

ADAM - Automated Drafting and Machining

X

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

IZJAVA MAGISTRSKEGA KANDIDATA

Podpisani ______________________________, vpisna številka ______________________

izjavljam,

da je magistrsko delo z naslovom: __________________________________________

___________________________________________________________________________

rezultat lastnega raziskovalnega dela,

da predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli

izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze,

da so rezultati korektno navedeni in

da nisem kršil-a avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih.

Maribor,_____________________ Podpis: ___________________________

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo

-1-

1 UVOD

1.1 Opis splošnega področja magistrske naloge

V laboratoriju katedre za proizvodno strojništvo se uporablja CNC-stružnica GF NDM-16.

CNC-programiranje stružnice se je do sedaj izvajalo s programsko opremo Edgecam. Pri

prehodu na programiranje s programsko opremo Siemens NX, ki je v zadnjih letih postal eden

izmed najbolj celovitih in cenjenih programskih paketov na področju strojništva, je treba

opraviti tudi aktivnosti za uporabo programske opreme pri pripravi tehnologije in

programiranju obstoječe CNC-stružnice. V programskem okolju Siemens NX je potrebno

izdelati geometrijski in kinematični model CNC-stroja ter pripraviti poprocesor. Vse skupaj je

potrebno vnesti v okolje Siemens NX za simuliranje CNC-obdelav.

1.2 Namen, predpostavke in omejitve raziskave

Namen magistrske naloge je raziskati področje simulacij dvoosnega struženja v programskem

paketu Siemens NX. Pri tem sem se osredotočil na funkcionalnosti, ki jih potrebujemo za

pripravo in simuliranje CNC-programov za CNC-stružnico GF NDM-16. Cilj naloge je

izdelati geometrijski in kinematični model ter poprocesor, s katerim je mogoče izvesti

računalniške simulacije. Naloga obravnava dvoosne stružnice in se v eksperimentalnem delu

nanaša na stružnico tipa GF NDM-16 ter na programsko orodje Siemens NX 9.0. Vsi

praktično dobljeni rezultati zato ustrezajo le temu tipu stroja, medtem ko teoretični izsledki

raziskave zavzemajo celotno področje modeliranja in simuliranja CNC-stružnic.

Osnovni teoretični pojmi so razloženi na osnovi preučene literature, ki je ustrezno

navedena v seznamu literature. Raziskava temelji na metodah primerjave pojmov in dejstev.

Podatki so pridobljeni iz strokovne literature (priročniki, članki, revije, ...) in iz svetovnega

spleta.

Izdelava magistrskega dela zajema tudi pridobivanje podatkov za izdelavo

računalniškega modela. Ti podatki so pridobljeni neposredno od stroja, in sicer s pomočjo

ročnega merjenja stroja in sestavnih delov tj. tračnega metra, pomičnega merila, ...

1.3 Pregled vsebine

Magistrsko delo je sestavljeno iz šestih poglavij. V uvodnem delu so predstavljeni problem ter

osnovni cilji dela. Drugo poglavje obsega opis glavnih značilnosti dvoosnega struženja. V

tretjem poglavju je z osnovnimi značilnostmi predstavljena programska oprema Siemens NX.


-2-

Četrto poglavje prikazuje osnovne karakteristike obdelovalnega stroja, izdelavo

geometrijskega modela, izdelavo kinematičnega modela stroja in vnos le-tega v programsko

knjižnico. V petem poglavju sta prikazani in opisani izdelava simulacije obdelave struženja

ter simulacija stroja. V šestem poglavju so predstavljeni dobljeni rezultati in primerjava z

rezultati, dobljenimi s konkurenčno programsko opremo. Na koncu je podana zaključna misel

o magistrskem delu.


-3-

2 CNC-PROGRAMIRANJE DVOOSNEGA STRUŽENJA

2.1 Simulacije CNC-obdelav dvoosnega struženja

Razmah simulacij CNC-strojev in simulacij nasploh se je začel že pred leti predvsem kot

posledica zahtevnih razmer na tržišču, ki so podjetja prisilila v iskanje lastnih rezerv in

inovativnih rešitev. Zaradi močne mednarodne konkurence, zahtev kupcev in naročnikov ter

želje po obvladovanju lastnih stroškov so bila podjetja prisiljena k uvedbi naprednih

programskih rešitev. S tem ukrepom so podjetja storila korak naprej k boljšemu obvladovanju

časa, ki je izjemno pomemben dejavnik pri razvoju izdelka. Posledično se je zmanjšal čas od

naročila do dobave izdelka kupcu.

Simulacije CNC-obdelav dvoosnega struženja se uporabljajo za oblikovanje procesa,

preverjanje procesa, optimizacijo procesa ali vstavljanje procesa v večji model. Glavni cilj

modeliranja in simuliranja obdelovalnih sistemov je doseganje zmožnosti predvidevanja

sposobnosti obdelovalnih sistemov. Simulacije obdelovalnih strojev izvajamo s ciljem

izboljšanja kakovosti, doseganja optimalne produktivnosti in zmanjšanja stroškov. Glavne

prednosti uporabe simulacij so [5]:

virtualno preverjanje obdelovalnega procesa,

zagotavljanje varnosti obdelovalnega stroja,

optimizacija obdelovalnega procesa,

minimizacija izmeta,

zmanjšanje stroškov priprave procesa,

zmožnost preverjanja kakovosti obdelave.

Programski paketi ponujajo veliko vrst simulacij CNC-obdelave, in sicer [5]:

Simuliranje poti oz. gibanja orodja po poti.

Slika 2.1: Simulacija gibanja orodja


-4-

Simulacija odrezavanja oz. odvzemanja materiala od surovca.

Slika 2.2: Simulacija odvzemanja materiala od surovca

Simulacija obdelovalnega stroja v odvisnosti od poti orodja oz. gibanje sestavnih delov

obdelovalnega stroja v odvisnosti od poti orodja.

Slika 2.3: Simulacija gibanja sestavnih delov stroja

Simulacija obdelovalnega stroja v odvisnosti od CNC-programa, gibanje sestavnih

delov obdelovalnega stroja v odvisnosti od CNC-programa.

Slika 2.4: Simulacija CNC-programa


-5-

Simulacija stroja z virtualnim vmesnikom krmilja.

Slika 2.5: Simulacija z virtualnim vmesnikom krmilja

Glede na kraj izvedbe simulacije CNC – obdelovalnih strojev ločimo notranje in

zunanje simulacije ter simulacije na krmilju stroja. Notranje simulacije se izvajajo v CAM-

programu. Tega predstavlja simulator CAM-programa ter poprocesor stroja. Zunanje

simulacije opravimo s programom za simuliranje CNC-programa. Za te vrste simulacij

obstajajo namenski simulatorji. [5]

Simulacije lahko delimo tudi glede na vrsto obdelave, ki jo izvajamo na stružnici.

Poznamo:

o stružnice z enim vretenom,

o stružnice z več vreteni,

o stružnice z več revolverskimi glavami oz. več orodji (rezkalnimi in vrtalnimi),

o stružnice z B-osjo (izdelava izvrtin in ravnin pod poljubnim kotom),

o stružnice s CY-osjo.

Naša simulacija bo izdelana za klasično dvoosno stružnico z enim vretenom in eno

revolversko glavo. Ta bo vsebovala samo rezkalna orodja.


-6-

2.2 Koordinatni sistem na stružnici

Pri programiranju struženja ima pomembno vlogo koordinatni sistem. Vse operacije in vse

položajne lastnosti so odvisne od orientacije in postavitve koordinatnega sistema. Pri

struženju je označba koordinatnih osi naslednja:

Z-os je vzdolžna os rotacije izdelka;

X-os leži pod kotom 90° na z-os.

Z-koordinato določimo na podlagi ničelne točke stroja, in sicer v smeri osi glavnega

vretena. Ničelna točka v smeri x-osi leži na z-osi. S tem ko povečujemo koordinato x,

povečujemo tudi premer struženja. [8]

Slika 2.6: Koordinatni sistem na stružnicah [8]

Pri CNC-strojih je več koordinatnih sistemov. Vsak CNC stroj ima svojo referenčno točko

in ničelno točko, ki predstavljata fiksne točke stroja. Izhodišča označujemo s

standardiziranimi znaki in črkami:

(M) Ničelna točka stroja predstavlja središče koordinatnega sistema stroja. Določi jo

proizvajalec stroja. Pri stružnicah se običajno nahaja na robu prirobnice glavnega

vretena. Ta točka je stalna in je ni možno premikati.

(W) Ničelna točka obdelovanca je izhodišče koordinatnega sistema obdelovanca.

Položaj ničelne točke izberemo poljubno, običajno glede na obliko obdelovanca ali

glede na način kotiranja. Programiramo v koordinatah glede na to točko.


-7-

(B) Začetna ali menjalna točka je točka, kamor se postavi orodje na začetku izvajanja

programa. Menjave orodja se prav tako izvajajo v tej točki. Izberemo si jo glede na

obdelovanec in orodje.

(R) Ničelna točka krmilja ali referenčna točka je točka, v kateri se CNC-stroj in krmilje

sinhronizirata. Razdalja med R in M predstavlja delovno območje stroja. Ta točka je

stalna in je ni možno premikati. [8]

Slika 2.7: Lega izhodišč posameznih koordinatnih sistemov na stroju [6]

2.3 Programske funkcije

Vsak CNC-program je sestavljen iz nizov podatkov. Med drugim ti vsebujejo tudi glavne in

pomožne programske funkcije. Glavne programske funkcije označujemo s črko G (g-funkcija)

in predstavljajo krožno interpolacijo, linearno interpolacijo, premaknitev koordinatnega

izhodišča itd. Pomožne programske funkcije označimo s črko M in predstavljajo vklop

hladilne tekočine, zaustavitev stroja, način vrtenja vretena itd. Programske funkcije se v CNC-

stavku nahajajo takoj za oznako stavka. V programu lahko v enem CNC-stavku uporabimo

kombinacijo različnih glavnih in pomožnih programskih funkcij. G-funkcija ostane aktivna

tako dolgo, dokler je ne prekinemo z drugo G-funkcijo. Posamezne G-funkcije so v veljavi

samo v stavku, kjer so zapisane. Prikazane bodo nekatere glavne in pomožne programske

funkcije. [8]


-8-

Tabela 2-1: Pregled programskih funkcij

Naslov Številska vrednost Pomen funkcije

% Začetek/konec CNC-programa

O Številka programa

N Številka stavka

G

00 Hitri gib

01 Linearna interpolacija

02 Krožna interpolacija/sourna smer

03 Krožna interpolacija/protiurna smer

33 Struženje navoja

90 Absolutno programiranje

91 Inkrementno programiranje

95 Pomik v mm/vrt

18 Ravnina XZ

M

04 Vrtenje vretena v levo

05 Zaustavitev glavnega vretena

06 Menjava orodja

08 Vklop hladilne tekočine

09 Izklop hladilne tekočine

30 Zaustavitev stroja


-9-

3 PROGRAMSKA OPREMA SIEMENS NX

3.1 Opis

Siemens NX, znan tudi kot NX Unigraphics ali krajše UG je napredna, visoko zmogljiva

komercialna CAD/CAM/CAE-programska oprema podjetja Siemens PLM Software. NX

uporabljajo inženirji, risarji in oblikovalci za ustvarjanje, oblikovanje, upravljanje, risanje ter

skupno rabo podatkovnih risb in modelov. Program je na voljo za več operacijskih sistemov.

Programska oprema Siemens NX se uporablja na področju zahtevnega industrijskega

oblikovanja, pri modeliranju komponent in velikih sklopov, pri izdelavi tehnične

dokumentacije, pri inženiringu ter pri načrtovanju proizvodnih procesov, simulacij in analiz.

NX je neposredni konkurenčni program programom, kot so Pro/Engineer, Catia, SolidWorks

in Autodesk Inventor. Program je zelo razširjen v ZDA, kjer ga veliko uporablja letalska

industrija. Siemens NX je integrirana programska oprema za oblikovanje, inženiring in

proizvodnjo izdelkov. NX zagotavlja lažje, hitrejše in učinkovitejše upravljanje, hkrati pa

obravnava vse vidike razvoja izdelka od koncepta do proizvodnje. [10]

Slika 3.1: Logo Siemens NX-a

CAD

NX na najvišjem nivoju zagotavlja modeliranje zahtevnih oblik, velikih in največjih sklopov,

kreiranje lastnih gradnikov, komponent iz pločevine, projektiranje cevovodov in električnih

povezav ter končno izdelavo tehnične dokumentacije. CAD-sistem omogoča inženirjem

enostaven razvoj proizvoda od osnovnih delov do končnega sklopa. [10]

Slika 3.2: Modeliranje sklopa s CAD-vmesnikom [10]


-10-

CAM

Program NX je v CNC-programiranju vedno predstavljal sam vrh funkcionalnosti. Vrhunske

metode za vse vrste CNC-obdelav, prilagojene potrebam hitrih obdelav, lahko kot samostojne

uporabijo tudi tisti, ki uporabljajo kakšno drugo CAD-rešitev. CAM-programski paket lahko

omogoča izbor različnih obdelovalnih tehnologij. Posamezni moduli so med seboj neodvisni

tako, da je že na samem začetku potrebna ustrezna izbira. Z Siemens NX CAM-programsko

opremo lahko izvajamo virtualne simulacije spodaj naštetih obdelav [10]:

rezkanje (2.5-, 3-, 4- in 5-osno),

struženje,

žična erozija – WEDM (2- in 4-osno).

Slika 3.3: Modeliranje obdelovalnega procesa z NX CAM-vmesnikom [10]

CAE

Odvisno od potreb uporabnikov UGS zagotavlja več nivojev CAE-rešitev: NX Scenario – za

hitre ocene trdnosti, toplotnih stanj in gibanj, NX Master FEM – prej znan kot I-deas Master

FEM, ki ga je mogoče uporabiti samostojno ali povsem integriranega v UG NX okolju, in NX

Nastran – kot neke vrste svetovni standard na področju analiz končnih elementov, ki ga je

prav tako mogoče uporabiti samostojno ali integriranega v NX okolje. Tako kot pri

CAD/CAM-paketih lahko seveda tudi tukaj izbiramo med številnimi dodatki. Tako so nam na

voljo NX Nastran Advnaced Nonlinear Solver Bundle, NX Advanced FEM, Simulation

Process Builder, NX Thermal Simulation, NX Flow Simulation, NX Motion Simulation, NX

Laminate Composites, … [10]

Slika 3.4: Analiza z NX CAE [10]


-11-

3.2 Zgodovina

Imena programske opreme so se skozi leta zelo spreminjala. Vse to je bila oz. je posledica

združitev in prevzemov podjetij, kar se bo najverjetneje nadaljevalo tudi v prihodnosti. V

naslednjih nekaj vrsticah bo prikazan razvoj programske opreme, danes poznane pod imenom

Siemens NX.

Slika 3.5: Zgodovina razvoja Siemens PLM-programske opreme [12]

Leta 1969 je bil izdan UNIAPT, ki je bil eden prvih CAM-produktov za končne

uporabnike.

Leta 1973 je družba United Computing kupila ADAM-programsko kodo od podjetja

MCS. Ta programska koda je vodila v razvoj Uni-Graphicsa. UNI-GRAPHICS se je

od leta 1975 naprej tržil kot Unigraphics.

Leta 1976 podjetje McDonnell Douglas Aircraft kupi United Computing.

Leta 1983 se na tržišču pojavi UniSolids V1.0. Gre za prvi interaktivni solid modelirnik,

namenjen industriji.

Zaradi finančnih težav leta 1991 McDonnell Douglas proda Unigraphics EDS-u, ki je v

tistem času v lasti General Motorsa. Unigraphics postane osnovni CAD-program

General Motorsa. Leto kasneje Unigraphics zaposluje že več kot 21.000 ljudi po vsem

svetu. Leta 1996 izide Unigraphics V11.0.

Leta 2002 se na trgu pojavi nova generacija, imenovana NX.

Leta 2013 izide NX9, ki je na voljo samo za računalnike s 64-bitnimi procesorji. [13]

https://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=sl&ie=UTF8&prev=_t&rurl=translate.google.si&sl=en&tl=sl&u=http://en.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas&usg=ALkJrhhCb0FaHifUsT-nQ0KBEhAcymxyHw

https://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=sl&ie=UTF8&prev=_t&rurl=translate.google.si&sl=en&tl=sl&u=http://en.wikipedia.org/wiki/General_Motors&usg=ALkJrhjpvXWDfDt4jK8Wrk1H_nfTmskifA


-12-

3.3 NX CAM 9

NX CAM 9 je najsodobnejši vmesnik za računalniško podprto proizvodnjo. Zagotavlja

programske rešitve na področju programiranja obdelovalnih strojev, poprocesiranja in

simulacij obdelovalnih strojev. Programska oprema ponuja široko paleto funkcij, od

preprostega CNC-programiranja do visokohitrostnih in večosnih obdelav znotraj paketa

Siemens NX. Vsebuje odlično integriran sistem za poprocesiranje, ki omogoča generiranje

CNC kode za praktično vse vrste strojev.

NX CAM 9 modul za struženje omogoča hitro programiranje obdelave preprostih delov

na računalniškem modelu CNC-stružnice. Zagotavlja integrirano simulacijo in preverjanje

poti orodja. Ko ustvarimo pot, po kateri se bo orodje gibalo, nam simulacija omogoča prikaz

le-te in hkrati tudi potek same obdelave z odvzemanjem materiala. Med procesiranjem CNC-

programa se 3D-model obdelovalnega stroja skupaj z vsemi orodji giblje, kot bi se gibal stroj

med realno obdelavo. [10]


-13-

4 CNC STRUŽNICA GF NDM-16

4.1 Opis stroja

V nadaljevanju magistrskega dela bo obravnavan model CNC-stružnice GF NDM-16. Gre za

CNC-krmiljeno stružnico z dodanim sistemom za avtomatsko vpenjanje in izpenjanje

obdelovancev.

Slika 4.1: Stružnica Georg Fischer NDM-16

Slika 4.2: Delovno območje stružnice s komponentami


-14-

V spodnji tabeli so predstavljene glavne karakteristike delovnega stroja, ki so pomembne za

izvedbo simulacije.

Tabela 4-1: Glavne karakteristike stružnice GF NDM-16

Delovno območje

Dolžina struženja: 500 mm

Max. premer struženj:a 160 mm

Mere stroja

Dolžina: 2200 mm

Širina: 1790 mm

Višina: 2000 mm

Glavni pogon

Pogonska moč elektromotorja: 30 kW

Maksimalna moč elektromotorja: 40 kW

Območje vrtljajev: 15-4000 min-1

Podajalni pogon

Moč elektromotorja: 1,8 kW

Glavno vreteno

Premer izvrtine: 63 mm

Območje vrtljajev

1. stopnja: 15-1140 min-1

2. stopnja: 50-4000 min-1

Največja moč

1. stopnja: 27 kW (nad 410 min-1)

2. stopnja: 30/40 kW (nad 1320/1450 min-1)

Največji navor

1. stopnja: 625 Nm (do 410 min-1)

2. stopnja: 220/265 Nm (do 1320/1450 min-1)

Suport

Potisna sila: 5 kN

Maksimalna potisna sila: 9 kN


-15-

Hidravlični konjiček

Potisna sila: 2-121 kN

Hod: 120 mm

Krmilje

Siemens Sinumerik 840D

Orodni sistem

Sandvik – Coromat

Black Tool System (BTS) BT32

Revolver z 8 mesti

4.2 Računalniški 3D-model stroja

Model stroja bomo gradili po posameznih komponentah, saj je tudi stružnica sestavljena iz

različnih delov. Glavni deli stružnice so:

ogrodje,

revolver,

vreteno,

konica,

konjiček,

držalo,

sojemalna konica, ki je del vpenjalnega sistema.

Za simulacijo obdelovalnih strojev je pomembno, da zgradimo tak model, ki je še

sprejemljiv za obravnavo, torej da vključuje le tiste podrobnosti, ki so za simulacijo

pomembne. Modeliranje smo izvedli s programsko opremo Siemens NX, ki je predstavljena v

predhodnem poglavju. Izredno pomembno je, da imamo že na začetku pravilno orientiran

koordinatni sistem. To pomeni, da vsak posamezen model gradimo na podlagi pravilno

postavljenega koordinatnega sistema. Na ta način se kasneje izognemo težavam pri

sestavljanju in graditvi kinematičnega modela.

Pred začetkom konstruiranja računalniškega modela smo morali pridobiti podatke o

geometrijskih značilnostih stroja. Na voljo nam je veliko tehnik priprave modela. Ena izmed

možnosti bi bila uporaba 3D-skenerja, s katerim bi skenirali stroj in podatke neposredno


-16-

prenesli v modelirnik. Pomembni prednosti te metode sta visoka natančnost in hitrost

merjenja, poleg tega pa so tudi zmanjšanje možnosti nastanka napak pri merjenju, ki lahko pri

klasični tehniki nastanejo zaradi človeškega faktorja. Vendar imajo tudi sodobne tehnike

priprave modela svoje slabosti. Pri tem je treba izpostaviti, da lahko stroj vsebuje površine, ki

so optično težko berljive (svetleče površine, temna področja stroja, ...). Tako lahko dobimo

popačen oz. pomanjkljiv model, ki zahteva dolgotrajno in zahtevno naknadno obdelavo, kar

spet privede do potreb po ustreznem kadru. Kot slabost ne bom omenil ekonomskega vidika,

saj brez nenehnih denarnih vložkov nista mogoča kontinuiran napredek in razvoj.

Ker nismo imeli na voljo sodobne opreme, smo se odločili za klasičen način priprave

modela. Podatke smo pridobili z ročnim merjenjem stroja in sestavnih delov na delovnem

mestu. Uporabili smo tračni meter in pomično merilo. Komponente stroja smo skicirali na list

in jim dodali geometrijske značilnosti. Delo je bilo časovno zahtevno in naporno, saj smo

morali biti zelo pazljivi, dosledni in natančni. Vse dobljene podatke si je bilo potrebno skrbno

beležiti in skicirati (slika 4.3). Pri konstruiranju delov smo izhajali iz podatkov na skicah. Pri

tej klasični tehniki priprave 3D-modela je zelo velika možnost napak pri prenosu podatkov v

CAD-okolje.

Slika 4.3: Preprosta skica z geometrijskimi podatki vretena

Vsaka komponenta bo v končnem simulacijskem modelu imela posebno vlogo. Ogrodje

stroja bo imelo vlogo osnovne enote, na katero bodo pritrjene posamezne komponente. Vsak

del ima različno funkcijo in ravno glede na njegovo funkcijo oz. pomembnost se odločimo

glede natančnosti konstruiranja. Vreteno in sojemalna konica predstavljata najpomembnejša

dela, saj lahko med obdelavo pride do trka med orodjem in delom stroja. Konica, konjiček in


-17-

držalo revolverja so pomembni sestavni deli, saj lahko pride do medsebojnih kolizij. Revolver

in ohišje sta najmanj pomembna, saj imata samo osnovno funkcijo, tj. funkcijo nosilnega

elementa orodja oz. preostalih delov stroja.

Ogrodje

Ogrodje smo modelirali tako, da smo najprej narisali osnovno ploskev, tj. stransko stran, in jo

raztegnili za dolžino stroja. Paziti je bilo treba, da smo pravilno definirali koordinatno

izhodišče. Sledila je izdelava notranjega praznega volumna z odvzemanjem materiala od

glavne enote. Na koncu smo z odvzemanjem materiala ustvarili še prednjo odprtino.

Slika 4.4: 3D-model ohišja stružnice

Vreteno

Vreteno smo modelirali tako, da smo najprej narisali osnovno ploskev največjega dela vretena

in jo raztegnili za ustrezno dolžino. Nato smo na ta osnovni valj modelirali valje manjših

premerov, vse na enak način. Na koncu smo v centru zmodelirali še luknjo tako, da smo

odvzeli material že zmodeliranemu objektu.

Slika 4.5: 3D-model vretena stružnice


-18-

Sojemalna konica

Za vsak model obstaja več načinov modeliranja. Odločili smo se, da bomo sojemalno konico

gradili po posameznih sklopih, podobno kot vreteno. Zmodelirana sta bila dva valja različnih

premerov. Nato so bila modelirana posamezna posnetja robov. Sledilo je modeliranje konice,

kjer bo vpet obdelovanec. To smo ustvarili z vrtenjem osnovnega dela konice okoli svoje osi.

Preostale tri podporne konice so bile modelirane z raztegom osnovne ploskve za določeno

dolžino. Sledilo je odvzemanje materiala in na ta način smo dobili končno obliko. Pred tem je

bilo potrebno zmodelirati še vijake na obodu sojemalne konice. Pri modeliranju je bila

uporabljena tudi funkcija za množenje elementov po krožnici.

Slika 4.6: 3D-model sojemalne konice

Revolver

Revolver je modeliran s pomočjo osemkotnika, ki smo ga raztegnili za določeno dimenzijo.

Na vsaki od stranic smo naknadno zmodelirali še profil in ga raztegnili. Na ta način smo

dobili dele, na katere so nameščena orodja. Na koncu smo zmodelirali še palico v središčni osi

z namenom lažje pritrditve v držalo.

Slika 4.7: 3D-model revolverja


-19-

Konjiček

Konjiček smo prav tako kot nekatere preostale sestavne dele dodobra poenostavili. Ohranili

smo le tiste podrobnosti, ki so pomembne za simulacijo. Najprej smo narisali osnovno

ploskev ter jo raztegnili v smeri z-osi. Nato smo na to ploskev zmodelirali dva valja, ki smo ju

raztegnili za določeno razdaljo. Sledilo je modeliranje luknje, v katero bo nameščena konica.

To smo storili s funkcijo odvzemanja materiala. Za zaključek smo posneli še posamezne

robove.

Slika 4.8: 3D-model konjička

Konica

Računalniški model konice je takšen kot v realnosti, saj gre za zelo enostaven model.

Uporabljene so bile funkcije odvzemanja in dodajanja materiala.

Slika 4.9: 3D-model konice


-20-

Držalo revolverja

Držalo revolverja s funkcijo pritrditve revolverja nanj smo zelo poenostavili. Pomembno je

bilo, da smo središčno os pritrditve postavili na pravo mesto. Osnovno obliko revolverja smo

raztegnili v smeri z-osi.

Slika 4.10: 3D-model držala revolverja

Sestava stroja v celoto

Posamezne dele je bilo potrebno še sestaviti v celoto. To smo storili tako, da smo odprli novo

datoteko in uvozili vse dele ter jim predpisali medsebojne karakteristike. Ogrodje stroja smo

fiksirali in nato ostalim določili položajne odvisnosti glede na ogrodje (slika 4.12). Vse

sestavne dele smo postavili v dejansko izhodiščno lego.

Slika 4.11: 3D-model stružnice GF NDM-16


-21-

Slika 4.12: Obdelovalni prostor s komponentami stroja

Slika 4.13: Določitev medsebojnih odvisnosti komponent

Ko smo stroj sestavili, smo prešli na izdelavo kinematičnega modela stroja.

Ogrodje Vreteno Sojemalna konica Revolver Konica Konjiček Držalo


-22-

4.3 Izdelava kinematičnega modela stroja

Z izdelavo kinematičnega modela stroja posameznim komponentam stroja omogočimo

gibanje kot v realnosti. Siemens NX ima to možnost, da kinematiko stroja predpišemo kar v

njegovem programskem okolju. Kinematične lastnosti v bistvu predstavljajo:

zmožnost gibanja po oseh, v katerih se deli gibajo,

velikost pomikov in rotacij posameznih delov.

Z gradnjo kinematičnega modela začnemo tako, da najprej odpremo zavihek »Machine tool

builder«. Nato v zavihku »Machine tool navigator« začnemo s kreiranjem kinematičnega

modela (slika 4.15).

Slika 4.14: Program za graditev kinematičnega modela

Slika 4.15: Določitev kinematične odvisnosti med komponentami stroja


-23-

Najprej moramo določiti osnovno enoto, ki je v našem primeru ohišje stružnice. Sledi

vnos posameznih osi ter dodajanje komponent stroja (vreteno, konjiček, revolver, ...).

Potrebno je določiti osi, s katerimi komponentam predpišemo območje gibanja. V

nadaljevanju vsaki komponenti omejimo pomike oz. ji določimo delovno okolje.

Revolver ima zmožnost premikanja v dveh oseh, in sicer v x-osi in z-osi. Držalo smo

vstavili pod x-os, ki je podrejena z-osi. Na ta način smo mu omogočili premikanje v obeh

oseh. Revolver smo podredili x-osi in mu predpisali zmožnost vrtenja okoli svoje osi. Tako

smo mu definirali vse osi gibanja. Vretenu smo določili vrtenje okoli z-osi in mu dodali še

nastavitvene lastnosti. Podredili smo mu surovec, izdelek in držalo. Prav tako smo vretenu

določili mesto vpetja izdelka, ki ga bomo kasneje uporabljali.

Slika 4.16 prikazuje določitev značilnosti x-osi. Le-tej določimo zgornjo in spodnjo mejo ter

posledično območje, v katerem se komponenta lahko giblje. Predpišemo ji še začetni položaj.

Slika 4.16: Določitev območja gibanja komponentam stroja


-24-

Siemens NX ima to prednost, da lahko že v fazi izdelave kinematičnega modela sproti

preverimo, če prihaja do kolizij med komponentami. Nastavimo lahko zahteve, katere

komponente naj analizira. To smo tudi storili (slika 4.17) in na ta način predvideli mogoče

trke ter jih odpravili. Slika 4.18 prikazuje potencialen trk med posameznimi deli stroja in nas

tudi opozori z rdeče obarvanima komponentama.

Slika 4.17: Nastavitev možnih kolizij med deli stroja

Slika 4.18: Zaznava kolizij med deli stroja


-25-

4.4 Vnos 3D-modela stroja in kinematičnega modela v knjižnico

Po končani izdelavi kinematičnega modela stružnice ga je bilo potrebno skupaj z

računalniškim modelom stroja vnesti v knjižnico programskega paketa z namenom lažje

kasnejše izbire stroja.

V naslovni mapi Siemens/ NX9.0/ Mach/ resource/ library/ machine/

installed_machines ustvarimo novo mapo in jo poljubno poimenujemo (slika 4.19), v našem

primeru GF_NDM_16_mag. Vanjo zaradi lažjega kasnejšega modificiranja prekopiramo že

obstoječo mapo z imenom »sim11_turn_2ax« (slika 4.20). Gre za že ustvarjeno mapo, ki

vsebuje podatke in lastnosti za podobno dvoosno stružnico, kot je naša. Na ta način si

poenostavimo in olajšamo delo.

Slika 4.19: Knjižnica obdelovalnih strojev vključno z našim

V podmapi »graphics« (slika 4.21) moramo obstoječe datoteke zamenjati z novimi, ki

pripadajo našemu stroju. To so datoteke posameznih komponent stružnice, sestava stružnice

in kinematični model.


-26-

Slika 4.20: Kopirane datoteke v novo ustvarjeni mapi

Slika 4.21: Datoteka "graphics" z vsemi datotekami našega obdelovalnega stroja

V mapah »postprocessor« in »cse_driver« izbrišemo vse datoteke razen datotek, ki

predstavljajo naš poprocesor, torej mapo »Sinumerik« s pripadajočimi datotekami (slika

4.22). Datoteko s končnico .mcf preimenujemo, v našem primeru v GF_NDM_16_mag (slika

4.22), in jo odpremo.


-27-

Slika 4.22: Datoteke podmape Sinumerik v mapi cse_driver

Odpre se nam novo okno (slika 4.23) z že vsebovano kodo, ki jo je potrebno popraviti

za naše potrebe. Tu spremenimo naslovni direktorij datotek .tcl, .def, .mcf in ime datoteke

.mcf, kot smo ga poimenovali na sliki 4.22.

Slika 4.23: Posodobitev .mcf datoteke

Hkrati je potrebno naš obdelovalni stroj dodati tudi v podatkovno zbirko obdelovalnih

strojev. To storimo tako, da se vrnemo v mapo »machine« in odpremo mapo »ascii« (slika

4.24) ter v nadaljevanju datoteko »machine_database« (slika 4.25).


-28-

Slika 4.24: Mapa »machine« z vsebovanimi datotekami

Slika 4.25: Mapa »ascii« z želeno datoteko »machine_database«

Poiščemo podatke že obstoječega obdelovalnega stroja (slika 4.26), podobnega našemu,

jih kopiramo na začetek datoteke (slika 4.27) ter jih preimenujemo za potrebe našega

obdelovalnega stroja.


-29-

Slika 4.26: Podatki že obstoječega podobnega obdelovalnega stroja

Slika 4.27: Naslovni podatki našega obdelovalnega stroja

S tem postopkom smo vnesli naš želeni obdelovalni stroj v podatkovno knjižico strojev.

Pri tem opravilu moramo biti zelo natančni in dosledni pri vnašanju ter spreminjanju

naslovnih poti. V primeru napake bi bil vnos stroja v knjižnico nemogoč.


-30-

4.5 Nastavitve karakteristik revolverja

V datoteki »sim11_turn_2ax_sinumerik-Main« v mapi »cse_driver« je bilo potrebno vnesti

razdaljo med koordinatno točko vpetja orodja in koordinato vrtišča revolverja (189.0889 mm).

V datoteki »ToolChange«, ki se nahaja v mapi »cse_driver«, smo nastavili koordinato, kjer se

bo vršila menjava orodja. V tej datoteki tudi predpišemo, koliko mest za vpenjanje orodij ima

revolver (8 mest).

Slika 4.28: Določitev lastnosti revolverja

4.6 Izdelava poprocesorja

V Siemens NX-u je na voljo program Postbuilder, s katerim lahko izdelamo in preverimo

poprocesor. Poprocesorji so izjemno pomemben segment sodobnega CAD/CAM-okolja, s

katerimi se izognemo vsakršnemu ročnemu upravljanju na stroju. Poprocesor je posrednik

med izhodom iz programa za izračun poti orodja za CNC-stroj in krmilnikom stroja. Glavna

naloga NX poprocesorja je pretvorba poti orodja, ki smo jo generirali z NX CAM vmesnikom

v CNC kodo, ki jo nato lahko identificira naš stroj. Glavna prednost vmesnika Postbuilder je v

tem, da lahko relativno enostavno odkrijemo napake.


-31-

Slika 4.29: Način, kako poprocesor poveže podatke med CAM-sistemom in CNC-strojem1

Poprocesorja nismo zgradili na novo, ampak smo obstoječi poprocesor za krmilje

Siemens Sinumerik 840D le prilagodili za našo stružnico. Poprocesor smo izbrali iz nabora

poprocesorjev v knjižnici in ga bomo samo preverili in dodelali.

V začetnem oknu (slika 4.30) izberemo krmilje Siemens Sinumerik 840D, ki se

uporablja na našem CNC-obdelovalnem stroju. Določimo še ime poprocesorja in označimo

osnovne enote, v našem primeru milimetre.

1 Prirejeno po [11]


-32-

Slika 4.30: Izbor poprocesorja za krmilje Siemens Sinumerik 840D

Začetno okno »Machine Tool« (slika 4.31) je namenjeno določanju osnovnih značilnosti

stroja. Določimo izhodiščno pozicijo stroja ter omejitve osi.

Slika 4.31: Okno programa Postbuilder s pripadajočimi zavihki


-33-

Slika 4.32: Gradnja začetnega dela CNC-programa poprocesorja

V zavihku »Program & Tool Path« se nahaja kar nekaj podmenijev. Prvi zavihek

»Program« služi programiranju poprocesorja, medtem ko naslednja dva »G Codes« in »M

Codes« vsebujeta nabor posameznih CNC-besed, ki jih je možno spreminjati.

Slika 4.33: Nabor G-funkcij v meniju Postbuilderja


-34-

Slika 4.34: Nabor M-funkcij v meniju Postbuilderja

Ko so nam poznane osnovne karakteristike programa PosBuilder, je gradnja

poprocesorja razmeroma enostavna. Program gradimo postopoma z dodajanjem posameznih

CNC-besed. Slika 4.35 prikazuje začetek CNC-programa. CNC-beseda G90 predstavlja

absolutni način programiranja, beseda X460 predstavlja izhodiščno x-koordinato stroja,

beseda Z514 predstavlja izhodiščno z-koordinato stroja, CNC-beseda G00 pa predstavlja hitri

gib stroja.

Slika 4.35: Prikaz zapisa CNC-programa začetka obdelave


-35-

5 SIMULACIJA CNC-STRUŽENJA

V realnem okolju je odločitev o gradnji simulacije odvisna od velikega števila dejavnikov, na

primer od zahtevnosti izdelka, velikosti posamezne serije, razpoložljivosti programske

opreme in kvalificiranosti kadrov. V primeru, da se podjetje odloči za izvajanje virtualnih

simulacij, je prvi korak gradnja podatkovne baze, ki bo vsebovala vse stroje in nabor orodij, s

katerimi podjetje razpolaga. To je postopek, ki zahteva ustrezno programsko opremo, visoko

kvalificiran kader in čas. Zaželena je formacija oddelka oz. tima, ki bo izvajal te operacije in

kasneje opravljal tudi analize, čeprav je to v praksi zelo težko ekonomsko opravičljivo.

Preden se odločimo za izvedbo simulacije določenega procesa, je priporočljivo, da

razjasnimo nekatere ključne elemente. Zelo zaželeno je poznavanje osnovnih definicij in

pomena simulacije. Preden se odločimo za izvedbo simulacije, se moramo seznaniti z njenimi

prednostmi in slabostmi, preučiti pa moramo tudi vse njene učinke. Potrebno se je zavedati,

da nam simulacija vzame kar precej časa, vendar je možno z dobro izvedbo prihraniti veliko

denarja.

Poznamo več definicij simulacije:

Simulacija dinamičnih sistemov je iterativna metoda, s pomočjo katere preučujemo

funkcionalne lastnosti dinamičnih sistemov z eksperimentiranjem na ustreznem modelu

realnega objekta.

Modeliranje in simulacija sta nezdružljiva procesa, kjer model predstavlja poenostavljen

sistem, simulacija pa posnemanje obnašanja sistema v realnem, skrčenem ali

raztegnjenem času na ta način, da eksperimentiramo z modelom. Model, ki ga izvedemo

na računalniku, je računalniški model ali krajše simulacijski model.

Simulacija je uporaba modela za eksperimentiranje. Na ta način skušamo napovedati

obnašanje sistema ali situacije, ki jo preučujemo.

Modeliranje in simulacija sta nerazdružljiva pojma, kjer je simulacija postopek, ki

omogoča preučevanje realnega sistema s pomočjo drugega sistema, ki ga imenujemo

realni model. Pomembno je, da imata realni sistem in realni model enak konceptualni

model glede na značilnosti, ki jih preučujemo, vendar z realnim modelom laže

eksperimentiramo. [2]


-36-

Glede na zgoraj opisane definicije našo simulacija ustreza vsem, razen tisti, ki

simulacijo obravnava kot iterativno metodo, saj bi jo na tak način obravnavali le, če bi

analizirali obrabo stružnih nožev oz. področja struženja. To simulacijo bi opravili v drugem

programskem okolju in bi temeljila na metodi končnih elementov. Pri naši simulaciji smo

zgradili poenostavljen model realnega sistema in z njim eksperimentirali ter poskušali

predvideti obnašanje realnega sistema.

Za izvedbo simulacije se odločimo:

kadar realni sistem ne obstaja, gradnja prototipov in eksperimentiranje pa sta draga in

časovno zamudna ali pa gradnja prototipa ni možna;

kadar je eksperimentiranje z realnim sistemom drago, nevarno, dolgotrajno in zahteva

kompleksno opremo; to lahko povzroči resne motnje v delovanju;

kadar je potrebno raziskati in analizirati obnašanje sistema v preteklosti, sedanjosti ali

prihodnosti v realnem, skrčenem ali raztegnjenem času;

kadar analitični sistemi nimajo enostavne in praktično uporabne analitične rešitve. [2]

Za izvedbo naše simulacije smo se odločili, ker bi bilo eksperimentiranje na realnem

stroju dolgotrajno, nevarno in v končni fazi zelo drago početje. Lahko bi povzročili škodo na

stroju ali orodju ter upravljavca stroja izpostavili velikim nevarnostim.


-37-

5.1 Določitev surovca, izdelka in stroja

Za izdelavo simulacije je potrebno imeti objekt, katerega bomo podvrgli simulaciji. V našem

primeru smo se odločili za enostaven izdelek, za katerega bo izvedena simulacija struženja na

dvoosni CNC-stružnici.

Slika 5.1: Geometrija izdelka [8]

Slika 5.2: 3D-model preprostega izdelka


-38-

Pred nadaljevanjem kreiranja postopka simulacije je potrebno določiti surovec in

izdelek. Izdelek definiramo s klikom na »Workpiece« in s klikom na gumb »Specify Part«.

Surovec je možno definirati na več načinov. Odločili smo se, da bomo to storili v zavihku

»Turning Workpiece«, kjer smo določili meje surovca, in sicer premer ter dolžino

neobdelanega kosa.

Slika 5.3: Določitev surovca in izdelka za simulacijo


-39-

Slika 5.4: Definicija glavnega in lokalnega koordinatnega sistema

Kot smo omenili, ima koordinatni sistem izredno pomembno vlogo pri načrtovanju

simulacije. V našem primeru smo kreirali dva koordinatna sistema, to sta glavni koordinatni

sistem in lokalni koordinatni sistem (slika 5.4). Lokalni koordinatni sistem predstavlja ničelno

točko obdelovanca, glavni koordinatni sistem pa predstavlja ničelno točko stroja.

Stroj, na katerem se bo vršila obdelava, določimo tako, da v zavihku »Machine tool

view« (slika 5.5) z desnim miškinim gumbom kliknemo na vrstico, kjer piše

»Generic_machine« in nato »Edit«. V nadaljevanju se nam odpre okno, kjer kliknemo na

gumb za vhod v knjižnico.


-40-

Slika 5.5: Vpoklic stroja in knjižnice

Odpre se nam okno z naborom posameznih strojev za različne vrste obdelav. Najprej

poiščemo kategorijo strojev za struženje in v nadaljevanju izberemo naš stroj s kinematičnimi

lastnostmi, ki smo ga pred tem že vnesli v knjižnico.

Slika 5.6: Knjižnica strojev


-41-

5.2 Vstavljanje orodij

S pomočjo modula za kreiranje orodij smo izdelali vsa zahtevana orodja. V nadaljevanju je

prikazana izdelava levega stružnega noža za fino obdelavo. Na začetku smo iz nabora

prednastavljenih orodij izbrali tistega, ki je primeren za našo vrsto operacije. Določili smo mu

pložajno mesto v revolverju in nato vnesli še ime orodja.

Slika 5.7: Okno za kreiranje orodja

Sledil je vnos geometrijskih lastnosti rezalne ploščice. Najprej je bilo potrebno določiti

obliko ploščice. Ploščica je oblike romba z notranjim kotom 35°. Nastavili smo še zaokrožitev

konice ploščice (R=0.8), velikost rezalne površine (16.6 mm) ter položaj v revolverski glavi.

Nato smo vnesli podatke o držalu ploščice. Potrebno je bilo določiti obliko in stil držala ter

geometrijske značilnosti le-tega. V naslednjem podzavihku smo določili lego točke konice

orodja. Sledil je še postopek definiranja lege konice orodja. To točko določimo tako, da

vpišemo razdalje v x in y smereh glede na preddefinirano točko vpetja orodja v revolversko

glavo.


-42-

Slika 5.8: Zavihki za splošne in geometrijske lastnosti orodja.

Na enak način smo izdelali še desni nož za grobo struženje, levi in desni nož za fino

struženje, nevtralni nož za fino struženje, levi zarezni nož, nevtralni zarezni nož ter nož za

izdelavo navojev. Tako smo izdelali vse nože, ki se bodo nahajali na ustreznih mestih v

revolverski glavi in bodo pripravljeni za obdelavo struženja (slika 5.9).


-43-

Slika 5.9: Prikaz pozicij orodij v revolverju

5.3 Ustvarjanje operacij obdelave

Podobno kot smo se lotili ustvarjanja orodij za obdelavo, se lotimo ustvarjanja konkretnih

operacij struženja. V nadaljevanju bo prikazan postopek izdelave operacije za grobo struženje

z levim nožem za grobo struženje.

Na začetku smo določili tip operacije in orodje, s katerim bomo izvedli operacijo.

Predpisali smo posamezne karakteristike operacije in ji na koncu določili še ime.

Slika 5.10: Ustvarjanje operacije obdelave

V nadaljevanju je bilo potrebno določiti posamezne značilnosti obdelave, torej način

odvzemanja materiala, globino posameznega odvzema, parametre za gibe pri odvzemanju


-44-

materiala in parametre gibanja orodja. V zavihku »Feeds&Speeds« smo določili še hitrost

vrtenja vretena ter pomik.

Slika 5.11: Nastavljanje parametrov posamezne operacije

Po končanem predpisovanju parametrov operacije smo ustvarili potek poti operacije. Na ta

način smo dobili dejansko pot, ki jo bo orodje zavzelo med operacijo. Z ukazom »Verify

Toolpath« imamo možnost, da ročno preverimo celotno pot od točke do točke in posledično

preverimo njeno ustreznost.

Slika 5.12: Prikaz poti orodja pri operaciji grobega struženja z levim nožem


-45-

5.4 Simulacija modela stroja in obdelave

Ko smo dokončali proces ustvarjanja in nastavljanja posameznih zahtev za zagon simulacije,

le-to na koncu izvedemo. Z zagonom simulacije dobimo dokončen odgovor na vprašanje o

natančnosti izdelave celotnega procesa.

Slika 5.13: Orodna vrstica z gumbom za zagon simulacije

Slika 5.22 prikazuje osnovno okno za simulacijo. V tem oknu imamo možnost

spremljanja CNC-programa po posameznih korakih. Na voljo imamo dve različni simulaciji,

in sicer simulacijo poti orodja ter simulacijo stroja. V zavihku nastavitev imamo veliko

možnosti, s katerimi lahko ovrednotimo simulacijo.

Slika 5.14: Okno simulacije s posameznimi zavihki


-46-

Med izvajanjem simulacije lahko spremljamo realen potek procesa ter možnost nastanka

potencialnih nepravilnosti. Na spodnjih slikah je mogoče videti, kakšno prostornino zavzame

sojamalna konica med obdelavo.

Slika 5.15: Primerjava zasedene prostornine pred in med obdelavo

Če od blizu pogledamo mesto odvzemanja materiala, vidimo, da stružni nož lepo zareže v

obdelovanec in brez naseda orodja opravi delovni gib. To je zelo pomembno, saj bi v primeru

naseda lahko prišlo do hitre obrabe in poškodbe orodja, hkrati pa bi zelo poslabšali kakovost

izdelka.

Slika 5.16: Analiza območja struženja

Na sliki 5.25 je prikazan položaj revolverske glave med operacijo fine obdelave z nevtralnim

nožem. Kot vidimo, ne prihaja do kolizij med držalom revolverja in konjičkom.


-47-

Slika 5.17: Prikaz položaja revolverske glave med obdelavo

5.5 Primerjava rezultatov s konkurenčnim programom

V nadaljevanju bo prikazana primerjava rezultatov simulacije, ki je bila opisana v predhodnih

poglavjih (Siemens NX) z rezultati, dobljenimi s programsko opremo EdgeCam.

Izvedba simulacije v Edgecamu je v večji meri podobna našemu poteku, ki smo ga

opisali v magistrskem delu. Do razlik pri modeliranju in ustvarjanju obdelave prihaja zaradi

specifičnosti posamezne programske opreme oz. zaradi različnih funkcijskih ukazov. Izvedba

simulacije pa vključuje enake korake.

Naslednje slike prikazujejo razlike, ki so nastale pri generiranju poti orodja za

posamezne operacije obdelave.

Slika 5.18: Primerjava poti orodja za operacijo finega struženja z desnim nožem


-48-

Slika 5.19: Primerjava poti orodja za operacijo finega struženja z levim nožem

Slika 5.20: Primerjava poti orodja za operacijo finega struženja z nevtralnim nožem

Slika 5.21: Primerjava poti orodja za operacijo grobega struženja z levim nožem

Slika 5.22: Primerjava poti orodja za operacijo grobega struženja z desnim nožem


-49-

Slika 5.23: Primerjava poti orodja za operacijo zarezovanja utora

Slika 5.24: Primerjava poti orodja za operacijo izdelovanja navoja

Kot je razvidno iz rezultatov, so operacije skoraj do potankosti enake. Do razlik prihaja

predvsem zaradi lastnosti posamezne programske opreme, saj jih vsaka generira malo

drugače.

Če primerjamo celotno trajanje obdelave našega izdelka vidimo, da obdelava v programskem

paketu EdgeCam traja dve minuti in sedemindvajset sekund, medtem ko delovne operacije v

Siemens NX trajajo približno minuto in trinajst sekund. V tem času so izvzeti časi menjave

orodij.


-50-

Slika 5.25: Program operacij v Edgecam-u ter čas obdelave

Slika 5.26: Trajanje posameznih operacij v Siemens NX


-51-

6 DISKUSIJA

Ob izdelavi magistrskega dela smo dobro spoznali delovanje programske opreme Siemens

NX in uporabnost CNC-simulacij.

Magistrsko delo je sestavljeno tako, da lahko tudi ne preveč izobražen uporabnik z

nekaj predznanja uspešno požene simulacijo obdelave oz. simulacijo obdelovalnega stroja,

kar je bil glavni namen dela, saj smo si prizadevali izdelati neke vrste priročnik za pripravo

simulacije obnašanja dvoosne CNC-stružnice.

V splošnem je osnovno področje simulacij za programsko opremo Siemens NX še kar

dobro raziskano. Kakor hitro preidemo k zahtevnejšim simulacijam, pa se nabor literature

zelo zoži in je le-ta v veliki meri dostopna le v angleškem jeziku. Na področju upravljanja s

simulacijami v Siemens NX-u je še veliko prostora za izboljšave. Zelo zaželeno bi bilo

povečati preglednost in poenostaviti nekatere korake pri gradnji simulacije. Velja opozoriti, da

je potrebno vsak posamezen del konstruiranja shraniti posebej – npr. sestav posebej,

kinematični model posebej in nato datoteko, kjer se ukvarjamo z načrtovanjem simulacije,

posebej. Le tako lahko ob ugotovitvi določene napake v kinematičnem modelu le-tega

posodobimo in popravimo. Velikokrat se zgodi, da programska oprema med samim

načrtovanjem simulacije preneha z delovanjem oz. se ne odziva. Včasih je to kar moteč faktor,

saj sistem ne javi nobenega opozorila. Svoje delo je potrebno zato sproti shranjevati. Vzrok bi

lahko bil v premajhnem predpomnilniku računalnika.

Vsako podjetje naj bi se na podlagi lastnih zahtev in skrbne analize nabora programske

opreme odločilo za nakup posameznega računalniškega orodja. Pri tem bi morali odmisliti

dokaj velik finančni vložek, saj bi se jim ta tako ali tako vrnil v zelo kratkem času.


-52-

7 LITERATURA

[1] Balič Jože. Računalniška integracija proizvodnje. Maribor: Fakulteta za strojništvo,

2001.

[2] Balič Jože. Računalniške integracije v orodjarstvu. Maribor : Fakulteta za

strojništvo, 2007.

[3] Balič Jože. Računalniško integrirana proizvodnja. Maribor: Založniška dejavnost pri

tehniških fakultetah, 1996.

[4] Blažević Zdravko. Programiranje CNC tokarilice i glodalice. 2004.

[5] Ficko Mirko: Modeliranje obdelovalnih in proizvodnih sistemov [svetovni splet]. E-

studij. Dostopno na WWW: https://estudij.um.si/course/view.php?id=14883 [5. 9 .

2014].

[6] Učbenik za CNC tehnologijo [svetovni splet]. Koper STŠ. Dostopno na WWW:

http://www2.sts.si/arhiv/cncpro/ [15. 9. 2014].

[7] Matjaž Mitja. Primer modeliranja CNC obdelovalnih strojev v virtualnih

obdelovalnih sistemih - magistrska naloga. Maribor, 2013.

[8] Pahole Ivo, Ficko Mirko. Programiranje numerično krmiljenih strojev - struženje - .

Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2008.

[9] Planinšek Peter. Izdelava modela CNC-stružnice GF NDM-16 - Magistrska naloga.

Maribor, 2013.

[10] Spletna stran podjetja Siemens [svetovni splet]. Siemens PLM Software. Dostopno

na WWW: http://www.plm.automation.siemens.com/en_us/products/nx/ [10. 9.

2014].

[11] Spletna stran podjetja ICAM [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.icam.com/html/products/whatis/what_is_post.php/ [16. 9. 2014].

[12] Spletna stran podjetja VMH international [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.vmhinternational.com/history.html [5. 10. 2014].

[13] Wikipedia Unigraphics [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://sl.wikipedia.org/wiki/Unigraphics [27. 9. 2014].

https://estudij.um.si/course/view.php?id=14883

http://www2.sts.si/arhiv/cncpro/

http://www.plm.automation.siemens.com/en_us/products/nx/

http://www.icam.com/html/products/whatis/what_is_post.php/

http://www.vmhinternational.com/history.html

http://sl.wikipedia.org/wiki/Unigraphics

izdelava kinematiČnega modela in poprocesorja … · cnc-programiranje stružnice se je do sedaj...

Documents