postopki za izdelavo v robotizirani celici (priroČnik)
TRANSCRIPT
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO
Tomaž RAJH
POSTOPKI ZA IZDELAVO V
ROBOTIZIRANI CELICI (PRIROČNIK)
Diplomsko delo
univerzitetnega študijskega programa
Mehatronika
Maribor, september 2013
POSTOPKI ZA IZDELAVO V
ROBOTIZIRANI CELICI (PRIROČNIK)
Diplomsko delo
Študent: Tomaž RAJH
Študijski program: Univerzitetni študijski program Mehatronika
Smer: Mehatronika
Mentorja: izr. prof. dr. Karl Gotlih
izr. prof. dr. Aleš Hace
Somentor: /
Maribor, september 2013
II
III
I Z J A V A
Podpisani Tomaž RAJH izjavljam, da:
je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.
dr. Karla GOTLIHA ter izr. prof. dr. Aleša HACETA;
predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev
kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;
soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet
Univerze v Mariboru.
Maribor, _____________ Podpis: _______________________
IV
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorjema izr. prof. dr. Karlu
GOTLIHU ter izr. prof. dr. Alešu HACETU za
pomoč in vodenje pri izdelavi diplomske naloge.
Zahvaljujem se Fakulteti za strojništvo v
Mariboru za dano priložnost za raziskovanje z
robotsko celico.
Zahvala pa je namenjena tudi domačim, da so me
zmeraj spremljali na moji študijski in življenjski
poti, me spodbujali in vsestransko podpirali.
V
POSTOPKI ZA IZDELAVO V ROBOTIZIRANI CELICI
(PRIROČNIK)
Ključne besede: varno delo, robot, obdelava z roboti, robot Renault ACMA XR701,
obdelava umetnih mas, 3D modeliranje
UDK: 007.52:621.79(043.2)
POVZETEK
Diplomska naloga obravnava robotizirano robotsko celico (ACMA XR701) namenjeno za
izdelavo prototipnih oblik velikih dimenzij. Za racionalno uporabo celice so izdelana ustrezna
navodila in priporočila, skladno s predpisi za varno delo in racionalnost proizvodnje. V
diplomskem delu sem za raziskavo uporabil naslednje metode: analiziral sem proizvodno
celico ter celotni postopek, od kreiranja do delovanja. To pomeni celoten opis programske in
strojne opreme robota, opis materialov in orodij, ki so najučinkovitejša, 3D modeliranje oblik,
priprava programov za vodenje proizvodne celice, primer izdelave izbrane oblike in meritve
natančnosti izdelka. Delo je pripravljeno v obliki priročnika, tako da bo vsak, ki ima nekaj
znanja iz te stroke, prebral priročnik in usposobil robotsko celico do uporabe in končnega
izdelka. Prav tako so nakazane smernice za nadaljnje raziskovanje.
VI
MANUFACTURING PROCEDURES IN ROBOTISED
PRODUCTION CELL (MENUAL)
Key words: safe work, robot, robot machining, robot Renault ACMA XR701, machining of
man made materials, 3D modeling
UDK: 007.52:621.79(043.2)
ABSTRACT
The thesis deals with robotic work cell (ACMA XR701) intended for the manufacture of
prototype shapes of large dimensions. For the rational use of cells there are relevant
instructions and recommendations in accordance with the rules for safe operation and the
rationality of production. In my thesis I have used the following methods: I have analyzed the
production cell and the whole process, from creation to working state. This means the full
description of the hardware and software of the robot, description of the materials and tools
which are most effective, forms of 3D modeling, preparation of programs for the control of a
cell, construction example of the selected shape and the measurement accuracy of the shape.
Described in the form of a manual, so that anyone who has some knowledge in this
profession, and has read the manual will be able to use the robot cell and the final product.
They are also indicated guidelines for further research.
VII
VSEBINA
1 UVOD ................................................................................................................................. 1
1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela ............................................................................ 1
1.2 Cilj diplomskega dela ............................................................................................................... 2
1.3 Struktura diplomskega dela ..................................................................................................... 2
2 OPIS ROBOTSKE CELICE ........................................................................................... 4
2.1 Definicije robota po ISO 8373.................................................................................................. 4
2.2 Robot ACMA XR701 ................................................................................................................. 6
2.2.1 E.I.P. integrirana enota za programiranje ....................................................................... 7
2.3 Vklop, inicializacija in izklop robota ......................................................................................... 9
2.3.1 Vklop robota .................................................................................................................... 9
2.4 Vklop softweara ter inicializacija robota ................................................................................. 9
2.5 Izklop robotske celice ............................................................................................................ 11
3 OPIS MATERIALOV IN ORODIJ .............................................................................. 12
3.1 Obdelovalni material ............................................................................................................. 12
3.2 Vrste obdelovalnega materiala ............................................................................................. 12
3.2.1 Polivinilklorid(PVC) ........................................................................................................ 12
3.2.2 Polietilen ........................................................................................................................ 13
3.2.3 Polistiren ........................................................................................................................ 13
3.2.4 Polimetilmetakrilat PMMA – organsko steklo ............................................................... 13
3.3 Izbira materiala ...................................................................................................................... 14
3.4 Rezkalni noži .......................................................................................................................... 15
3.5 Vrste rezkal ............................................................................................................................ 16
3.6 Izbira rezkala .......................................................................................................................... 17
3.7 Vpetje orodja in stiropora ..................................................................................................... 18
4 3D MODELIRANJE ....................................................................................................... 19
4.1 3D skeniranje ......................................................................................................................... 19
5 PRIPRAVA PROGRAMOV ZA VODENJE PROIZVODNE CELICE .................. 20
5.1 SolidCAM ............................................................................................................................... 20
5.2 G-koda ................................................................................................................................... 20
VIII
6 PRIMER IZDELAVE IZDELKA ................................................................................. 23
7 UMERJANJE NATANČNOSTI IZDELKA ................................................................ 25
7.1 Ballbar QC10 .......................................................................................................................... 25
7.2 Laserska merilnik ML10 ......................................................................................................... 26
8 SKLEP ............................................................................................................................. 27
9 LITERATURA ................................................................................................................ 28
IX
KAZALO SLIK
Slika 1:Stanje robotske celice pred inovacijami komponent robota ....................................................... 6
Slika 2: Integrirana enota za ročno programiranje .................................................................................. 7
Slika 3: Glavna komandna plošča ........................................................................................................... 7
Slika 4: Preklopno stikalo delovanja ...................................................................................................... 8
Slika 5, 6: EIP in prož ............................................................................................................................. 8
Slika 7, 8: Varovalke in stikalo SG2....................................................................................................... 9
Slika 9: Glavno močnostno stikalo ......................................................................................................... 9
Slika 10,11: Referenčne točke robota ter prikaz poravnave četrte osi. ................................................. 10
Slika 12: Tri varovalke, ki so zadnji korak izklopa. ............................................................................. 11
Slika 13: Obdelana površina stiropora .................................................................................................. 14
Slika 14:Odsesovalna priprava za odvzet material ............................................................................... 15
Slika 15,16: Steblasto osnovno in steblasto rezkalo za globlejše utore ................................................ 16
Slika 17,18: Steblasto za t-utore in oblikovno rezkalo ......................................................................... 16
Slika 19: Steblasto rezkalo .................................................................................................................... 17
Slika 20: Oblikovno rezkalo ................................................................................................................. 17
Slika 21, 22: Prikaz prijemal ter vpetega stiropora ............................................................................... 18
Slika 23: 3D skener ATOS II 400 ......................................................................................................... 19
Slika 24: Robot ter obračalna miza, ki omogočata 5 osni sistem odrezovanja ..................................... 23
Slika 25: Model obraza, ki smo ga izbrali za preizkus rezkanja ........................................................... 24
Slika 26, 27: Groba in fina obdelava .................................................................................................... 24
Slika 28, 29: Merilnik Billbar in laserski merilnik natančnosti ............................................................ 26
X
UPORABLJENE KRATICE
CAD - Computer Aided Desing
ISO - International Standard Organisation
3D - tridimenzinalen
FS - Fakulteta za strojništvo
EIP - Integrirana enota za programiranje
PMA - ročna konzola za vodenje
PVC - polivinilklorid
CD - cederom
DVD - devederom
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
1
1 UVOD
1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela
Diplomska naloga obravnava robotizirano robotsko celico (ACMA XR701), namenjeno za
izdelavo prototipnih oblik velikih dimenzij. Za racionalno uporabo celice so izdelana
ustrezna navodila in priporočila. Osnova za diplomsko nalogo je torej robotska celica, ki je
bila postavljena v sodelovanju Fakultete za strojništvo in Fakultete za elektrotehniko,
računalništvo in informatiko. Robot ACMA XR701 so nam podarili v podjetju Revoz d.d.
iz Novega mesta in je v preteklosti služil v avtomobilski industriji za točkovno varjenje
karoserijskih delov vozila Renault Clio.
Ob pridobitvi robotske celice, ki je bila namenjena za točkovno varjenje pločevine,
smo obstoječi varilni sistem zamenjali s pogonskim motorjem za orodje, ki omogoča
rezkanje. Sistem bo prav tako snemljiv in tako bo mogoče za potrebe pedagoškega procesa
hitro zamenjati rezalno orodje z drugim orodjem.
Znanje, pridobljeno med študijem pri različnih predmetih, bo tokrat povezano v
smiselno celoto, saj bo treba uporabiti znanje iz mnogih predmetov, kot na primer
odrezovanje, materiali, obdelovani stroji, montažni in vpenjalni sistemi, itd. Na tem mestu
sem se odločil razširiti znanje iz nekaterih predmetov med študijem in ga preliti v
diplomsko delo.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2
1.2 Cilj diplomskega dela
Diplomsko delo zajema razvoj robota ACMA XR701 za potrebe rezkanja, namenjeno za
izdelavo prototipnih oblik velikih dimenzij. Cilj je tudi, da opišem uporabljene materiale in
orodja za rezkanje, 3D modeliranje oblik, priprava programa za vodenje proizvodne celice.
Nazadnje je potrebno tudi modelirati enostavnejše 3D modele in jih tudi praktično
poiskusiti izdelati z robotsko celico ACMA XR701. Vsi ti cilji pa so zapisani v obliki
priročnika.
V raziskavi smo se omejili na študij predvsem osnov, kako robot pripraviti od vklopa
do končnega izdelka. Pri slednji obdelavi bo podana zgolj ideja, prav tako pa bodo
nakazane dodatne možnosti, ki so povezane s predlagano zamislijo.
1.3 Stroktura diplomskega dela
Diplomsko delo zajema osnove robotike s poudarkom na našem robotu ACMA XR701, ter
osnove programiranja, modeliranja, meritev in izdelave.
Uvodno poglavje
V uvodnem poglavju je opisano splošno področje diplomskega dela, kjer je opisan izvor
teme diplomskega dela. V to poglavje spada predstavitev ciljev ter definiranje
raziskovalnega dela diplomske naloge.
Opis robotske celice
V tem delu bo splošno opisan robot ACMA XR701. Opisane so tudi njegove komponente,
ki so potrebne za vodenje robota. V podrobnejši opis komponent se ne bom spuščal, saj bo
ta priročnik namenjen osebi, ki bo imela že osnovno znanje, vklopila bo robotsko celico,
pripravila robot za delovanje in seveda pozneje izklopila robot.
Opis uporabljenih materialov in orodij
Opisani bodo materiali, ki so najprimernejši za izdelavo 3D oblik. To pomeni, da imajo
najprimernejše rezalne lastnosti in da na obdelovancu dosežemo najbolj kar se da gladko
ploskev. Zato bom opisal še orodja, ki so najprimernejša, saj je kvaliteta površine odvisna
tudi od orodja in obratov motorja.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3
3D modeliranje oblik
V tem poglavju bom na kratko predstavil 3D skener, kako deluje in za kakšne namene ga
potrebujemo, kako 3D model shraniti, da ga lahko pozneje uporabimo za program
SolidCAM.
Priprava programov za vodenje proizvodne celice
Opisal bom, kako pripraviti program. V smislu, da 3D model predmeta, ki je morebiti bil
skeniran ali zmodeliran, shranimo v pravilni obliki in ga nato pravilno pripraviti v
SolidCAM in pozneje še izpisati G-kodo.
Primer izdelave izbrane oblike
Primer izdelave predmeta je po lanski raziskavi, in sicer rezkanje človeške glave. Model je
bil vzet brezplačno s strežnika CAD modelov in pozneje realiziran in izreskan.
Meritve natančnosti izdelka
V tem poglavju bom nakazal osnove za merjenje natančnosti izdelanega modela. Med
osnovnim merjenjem bom še opisal napravi Ballbar QC10 ter laserski merilnik ML10
Gold.
Sklep
V sklepu so rezultati predstavlejni objektivno s pojasnjenimi problemi, s katerimi smo se
srečevali pri raziskovalnem delu, zastavljenim v uvodu. Nakazani so tudi napotki za
nadaljnje raziskovalno delo.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
4
2 OPIS ROBOTSKE CELICE
2.1 Definicije robota po ISO 8373
Indusrtijski robot je avtomatsko krmiljen, prosto programabilen, večnamenski manipolator
z najmanj tremi programibilnimi osmi, ki ga uporabljamo za industrijske aplikacije, bodisi
na fiksnem mestu ali pa na mobilnem sredstvu [1].
Prosto programabilen - programirana premikanja ali pomožne fukcije se lahko
spreminjajo ne da bi bile potrebne fizične spremembe.
Večnamenski manipolator - možna je prilagoditev različnim aplikacijam, ne da bi
bile potrebne fizične spremembe.
Fizična sprememba - sprememba mehanskega ali krmilnega sistema, pri čemer so
sistemi na primer menjava kasete za programiranje, menjava pomnilnika, itd.
izvzeti.
Os; oznaka, ki določa linearni ali rotacijski način premikanja ene izmed osi robota
so vodeni, medsebojno neodvisni in znani zgibi mehanizma. Pogonska veriga v eni
osi je sestavljena iz delov, ki si sledijo v zaporedju motor → prenosnik moči →
zavora → senzor → mehanizem. Ločimo pa rotacijske osi, razlika pa je v
rotacijskih ali premočrtnih vodilih.
Prostorske stopnje - število možnih, medsebojno neodvisnih premikov (translacija,
rotacija) togega telesa glede na bazni kordinatni sistem.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
5
Mehanika robota je navadno sestavljena iz podstavka balansiranega sistema –
protiuteži oz. ravnotežne vzmeti, vrtljive hrbtenice, veznih členov, motorjev z dajalniki,
rame, roke ter zapestja in končnega efektorja. Končni efektor je tisti del robota, ki ga le-ta
premika.
Prijemalo:
Naloga prijemala je vzpostavitev, vzdrževanje in prekinitev zveze med objektom
prijemala in manipulatorja. Poznamo vzmetna prijemala, notranje, zunanje prstno
prijemalo, simetrično prijemalo, samonastavljivo prijemalo,...
Orodje:
Končni efektor kot orodje se uporablja za varjenje, lotanje ali druge namene
spajanja oziroma kot na primer merilna naprava v proizvodnji, z ustreznimi senzorji
oziroma kot v našem primeru za obdelave z odvzemanjem materiala.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
6
2.2 Robot ACMA XR701
Robot ACMA XR701 je proizvod podjetja Renault. Robot ima šest prostorskih stopinj,
torej ima šest osi. Nosilnost robota na šesti osi je 125 kg s ponovljivostjo 0,3 mm. Osi so
krmiljene s trifaznimi sinhronskimi servomotorji. Vsak servomotor ima vgrajeno dodatno
zavoro, ki se aktivira, ko preneha ukaz iz krmilnika, drugače ne bi dosegli takšne
natančnosti. Regulacija poteka preko senzorjev, ki so vgrajeni v vsak elektromotor in tako
v vsakem trenutku dajejo informacijo o položaju osi. Največja prednost robota je v tem, da
vse napeljave gredo v njegovo notranjost, tako da ima robot večji delovni prostor.
Slika 1: Stanje robotske celice pred inovacijami komponent robota
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
7
2.2.1 E.I.P. integrirana enota za programiranje
Na tej enoti je vse potrebno, kar potrebujemo za vklop, vodenje, programiranje in seveda
izklop robota (slika 1). Na glavni komandni plošči (slika 3) imamo kar nekaj opozorilnih
lučk, ki imajo funkcijo, da nam javljajo obvestila, napake, itd. Prav tako pa je nekaj tipk in
stikal. Tipka za zasilni izklop, start, osnovni položaj, menjava elektrod, stop, itd. Med
pomembnejšimi stikali pa je priklopno stikalo delovanja, s katerim pa preklapljamo med
vrstami programiranja (slika 4).
Slika 2: Integrirana enota za ročno programiranje
Slika 3: Glavna komandna plošča
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
8
Slika 4: Preklopno stikalo delovanja
Kot je že zgoraj omenjeno, lahko robot programiramo preko EIP. Za učenje, vodenje in
inicijalizacijo robota pa lahko uporabimo PMA. Ročna konzola je za izvajanje, učenje in
vodenje robota, ki nam omogoča programiranje na daljavo (slika 2.4). Sprožilec na ročni
konzoli deluje tako, da mora biti vedno pritisnjen ob programiranju in vodenju robota,
drugače se robot ne odziva zaradi varnostnih razlogov (slika 2.5).
Slika 5, 6: EIP in prož
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
9
2.3 Vklop, inicializacija in izklop robota
2.3.1 Vklop robota
Zaradi varnosti moramo odkleniti varnostne ključavnice, saj brez njih ne moremo dostopati
do glavnega stikala ter do omare z elektroniko. Ko snamemo kjučavnice, najprej v omari
vklopimo tri varovalke (slika 7). V naslednjem koraku pa vklopimo stikalo SG2 (slika 8).
To stikalo je pogoj, da vklopimo močnostno stikalo, ki je na levem boku omare (slika 9).
Slika 7, 8: Varovalke in stikalo SG2
Slika 9:Glavno močnostno stikalo
2.4 Vklop softweara ter inicializacija robota
Ob vklopu glavnega močnostnega stikala počakamo, da se nam prižge monitor. S
preklopnim stikalom preklopimo na ročni način programiranja (menual) ter vklopimo
servo motorje s pritiskom na modri gumb (PUESTA BAJA POTENCIO).
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
10
Ob preklopu na menual način lahko robot vodimo prostoročno preko PMA konzole, s
katero inicializiramo robot. Robot inicializiramo zato, da določimo ničti obrat resolverja.
Inicializacija je potrebna vedno znova ob vklopu robota, če je menjano orodje, motor,
elektronika, itd. Lotimo se je tako, da robot postavimo v referenčne točke na vseh oseh
(slika 10). Po končani postavitvi osi pritisnemo tipko »DEPART« na PMA konzoli. Ob
pritisku na to tipko se najprej robot sam preveri, ali je med referenčnimi točkami, če ni, pa
nam na zaslonu izpiše napako. S tem je robot inicializiran in pripravljen za delovanje.
Slika 10, 11: Referenčne točke robota ter prikaz poravnave četrte osi
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
11
2.5 Izklop robotske celice
Preklopno stikalo preklopimo na Puero servico. S tem se izklopijo motorji. Za izklop
softweara je potrebno, da na EIP pritisnemo na tipki CTRL + END, ki traja 10-20 sekund.
Po izklopu programske opreme izklopimo stikalo SG2 in močnostno stikalo. Zadnji korak
izklopa robotske celice pa je da izklopimo varovalke v notranjosti omarice.
Slika 12: Tri varovalke, ki so zadnji korak izklopa
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
12
3 OPIS MATERIALOV IN ORODIJ
3.1 Obdelovalni material
Za obdelovalni material je potrebno izbrati gradivo, ki se ga enostavno oblikuje, ima
razmeroma zadovoljivo trdnost in žilavost. Razlog vsega tega je, da je odrezek čvrst in da
se robovi obdelanega materiala ne trgajo. Hkrati mora material imeti potrebne lastnosti, da
lahko rezkalni nož napreduje brez zatikanja ob razmeroma visokem podajanju, pri
standardnih gradivih obdelovancev v strojništvu, kot na primer kovinski materiali, zaradi
prav teh lastnosti izbirajo nizka podajanja orodja, saj se pojavljajo visoke rezalne sile, ki se
seštevanjo v končno rezalno silo. [2]
2 2 2
n f cF F F F (1.1)
Kjer je F rezultanta sil, nF odrivna sila, fF podajalna sila in cF glavna odrezovalna sila.
3.2 Vrste obdelovalnega materiala
Glede na to, da se osredotočimo na umetne materiale, bomo skušali izbrati več različnih
možnih gradiv, ki bi lahko bila primerna za naš namen uporabe. Primarno bomo izbrali
gradiva iz družine stiroporjev, ki so najbolj dostopni in cenovno ugodni.
3.2.1 Polivinilklorid(PVC)
PVC je termoplastična umetna snov, katere osnovna surovina je etin in HCI
(klorovodikova kislina). Iz etina in klorovodikove kisline pa dobimo vinil klorid, najprej s
polimerizacijo polivinnilklorid v obliki belega prahu. Dobljeni prah segrevamo nad 75°C,
da postane mehak in plastičen in ga s stiskanjem lahko oblikujemo. Ima pa velik spekter
uporabe. Delimo ga na dve vrsti, mehki in trdi PVC. Trdi je uporaben od -50°C do 60°C,
mehki pa od -50°C do 50°C. Obstojna sta do 200°C, nakar razpadeta.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
13
3.2.2 Polietilen
Polietilen se odlikuje po dobri kemični obstojnosti in odlični elektro-izolacijski lastnosti.
Zaradi enostavne predelave in nizke cene predstavlja eno izmed najpomembnejših skupin
plastičnih materialov. Pridobiva se s polimerizacijo etena po različnih postopkih, kar
vpliva tudi na gostoto polietilena. Ima nizko gostoto. Z naraščanjem gostote polietilena
naraščajo natezna in upogibna trdnost, togost, trdota, temperaturna obstojnost, upornost
proti kemikalijam in topilom. Uporablja se v glavnem za embalaže, izdelavo igrač,
vodovodne cevi...
3.2.3 Polistiren
Polistiren, standardna okrajšava PS, je aromatski polimer stirena(feniletena) z molekulsko
formulo (H5C6-CH=CH2)n in eden najbolj uporabljanih tipov plastike. Je termoplast, ki je
pri sobni temperaturi trdna, brezbarvna plastika z omejeno prožnostjo, pri temperaturi nad
95 C pa se utekočini in ga je možno natančno oblikovati v kalupih. Uporablja se med
drugim za enkratno uporabo, plastične modelčke, ovitke za CD-je in DVD-je ...
3.2.4 Polimetilmetakrilat PMMA – organsko steklo
Metilmetakrilat ali skrajšano MMA je organska spojina s formulo
CH2=C(CH3)COOCH3 in je metilniester - metakrilne kisline. To brezbarvno tekočino se v
veliki meri proizvaja za polimerizacijo, saj je osnovni monomer za
sintezo polimetilmetakrilata (PMMA). Ker spojina sama lahko inicira polimerizacijo, zlasti
če se segreje ali kontaminira z močnim lugom ali kislino, so ji dodani razni inhibitorji kot
na primer hidrokinon, hidrokinon metil ester in dimetil t-butilfenol. Polimerizacija je
eksotermna reakcija in če se sproži v zaprti posodi, lahko pride do hude eksplozije. Skoraj
vsa proizvodnja MMA je namenjena za polimerizacijo v homopolimere in kopolimere, iz
katerih se nato pridobiva polimetil metakrilat (PMMA) in njegovi modificirani polimeri.
Te polimere se lahko nato vliva ali ekstrudira v poljubne oblike. PMMA je dobro odporen
na vremenske razmere, hkrati pa se ga da z raznimi pigmentnimi dodatki obarvati, zato se
ga veliko uporablja v površinskih premazih in raznih emajlih. Posledično je veliko
zastopan v gradbeništvu, beli tehniki in v avtomobilski industriji. Prisoten je tudi v
medicini. Njegove polimere se uporablja za protetične komponente, še posebno pri obnovi
kolkov in kolen. Kot monomer pa ga je možno uporabiti kot zdravilo za znižanje krvnega
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
14
pritiska. V zobozdravstvu se uporablja za akrilatne zobne prevleke, zobne proteze in
začasne mostičke.
Razen teh gradiv poznamo še razne smole, ki imajo lastnosti precej podobne
polietilenom in polistirenom, so pa veliko močnejše v kombinaciji z ostalimi gradivi, kot
na primer s steklenimi in ogljikovimi vlakni.
3.3 Izbira materiala
Najboljša izbira materiala v smislu razmerja cene, obdelovalne lastnosti je prav zagotovo
polistiren v vseh oblikah in gostotah. Ne glede na zrnavost lahko dosežemo zadovoljive
rezultate točnosti končnega izdelka, le parametre je potrebno pravilno izbirati. Glede na to,
da so cenovno praktično vsi polistireni primerljivi, bo treba izbrati ustrezni material na
podlagi optimalne izkoriščenosti stroja.
V prvi vrsti bomo preverili razmerja zrnavosti glede na kvaliteto končne obdelave. Če
upoštevamo, da je med večjimi zrni ujeto več zraka, kar se odlično vidi na sliki 13, kjer je
prikazan stiropor. Črte med posameznimi zrni predstavljajo meje med zrni in so napolnjene
z zrakom. Večja so zrna, več zraka je ujetega med njimi in posledično je obdelana površina
bolj groba na dotik.
Slika 13: Obdelana površina stiropora
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
15
3.4 Rezkalni noži
Rezkalni noži so prav tako zelo pomembni za kvaliteto obdelovalne površine. Imamo
predpisane kriterije za tehnologijo orodij. Pomembnih je veliko specifikacij, kot so npr.
število zob rezkala, glavni rezalni zob, koti orodja, delovni koti orodja... Med
najpomembnejšimi dejavniki pa je tudi, s kolikšno hitrostjo se vrti rezkalo, saj je orodje
funkcionalnejše pri visokih obratih, nekatera pa pri nizkih obratih. Ta dejavnik pa je tudi
odvisen od materiala. Proizvajalci si večinoma sami izdelajo orodje za rezkanje, tako si ga
najboljše in najučinkovitejše prilagodijo zadani nalogi.
Pri rezkanju pa je tudi veliko odpadnega materiala, katerega z inovativnim načinom v
večjem delu posesamo. Na glavo motorja smo vpeli modul, na katerem je veliko ščetin, da
zagotovijo čim boljši učinek odsesovanja, kot prikazuje slika 14.
Slika 14: Odsesovalna priprava za odvzet material
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
16
3.5 Vrste rezkal
V izdelavo in teorijo rezkal se ne bomo poglabljali, v osnovi nam je pomembno samo,
katero rezkalo uporabimo za rezkanje oblike, ki je zahtevana.
Pri našem robotu lahko pridejo v poštev samo steblasta rezkala, kot so[3]:
steblasto rezkalo (slika 15).
steblasto rezkalo za dolge utore (slika 16).
steblasto rezkalo za T-utore (slika 17).
oblikovno rezkalo (slika 18).
Slika 15, 16: Steblasto osnovno in steblasto rezkalo za globlje utore
Slika 17, 18: Steblasto za t-utore in oblikovno rezkalo
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
17
3.6 Izbira rezkala
Kot je znano iz prakse, odvzemamo material v dveh stopnjah. Najprej v grobem
odvzamemo material s steblastim rezkalom za utore, kot prikazuje slika 9.1. Po tej fazi
dobimo v grobem že prikazano obliko. Nato z oblikovnim rezkalom finiširamo površino, to
pomeni, da površina postane bolj gladka in izoblikujemo nekatere podrobnosti, ki jih z
osnovnim steblastim rezkalom ne moremo izdelati. Cilj nadaljnega raziskovanja je, da bi
orodje izdelali sami, s katerim bi samo z eno fazo dosegli končni izdelek.
Slika 19: Steblasto rezkalo
Slika 20: Oblikovno rezkalo
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
18
3.7 Vpetje orodja in stiropora
Z inovacijo obračalne mize smo kreirali mizo mrežaste oblike, na katero je pritrjena iverica
zaradi gladke površine (slika 21). Na iverico pa sta fiksno pritrjena primeža, ki čim bolj
togo in fiksno vpneta stiroporasto kocko max. dimenzij 800x800x1500 (slika 22). Stiropor
pa s primeži fiksiramo tako, da ročno zategnemo vijake do takšne mere, da dosežemo
primerno togost vpetja obdelovanca, drugače nam lahko nastanejo pri rezkanju velika
odstopanja zaradi vibracij, ki so povzročena s procesom obdelave (slika 22).
Vpenjanje orodja je enostavno. Vpnemo ga tako, kot vpnemo sveder v vrtalnik.
Odtegnemo vrtalno glavo tako, da lahko rezkalnik odvzamemo z glave in ko ga menjamo,
ga seveda zategnemo nazaj.
Slika 21, 22: Prikaz prijemal ter vpetega stiropora
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
19
4 3D MODELIRANJE
Za rezkanje modela moramo imeti izdelan 3D grafični model. Model lahko izdelamo s
programom za 3D modeliranje, kot so npr. Catia, AutoCAD, ProINGEREUR, itd. Seveda
lahko konstruiramo samo v tistih programih, pri katerih lahko narisan model shranimo v
CAD obliko, da lahko pozneje model prenesemo v SolidCAM. Lahko pa že izdelan model
poskeniramo s 3D skenerjem.
4.1 3D skeniranje
3D skeniranje (slika 23) je postopek, pri katerem s pomočjo 3D skenerja tvorimo digitalno
sliko opazovanega predmeta. Objekt se skenira v več položajih, da dobimo kompletno
sliko predmeta. Slike, ki se dobijo s pomočjo kamer, se digitalizirajo in se spomočjo
programske opreme povežejo v mrežo, da na koncu dobimo sliko, ki je istovetna
dejanskemu predmetu.[4]
Po končanemu skeniranju imamo CAD verzijo modela in jo lahko uporabimo. Sledi
izdelava projekta v programu SolidCAM, iz katerega lahko nadaljne tvorimo G-kodo za
izdelavo na robotu.
Slika 23: 3D skener ATOS II 400
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
20
5 PRIPRAVA PROGRAMOV ZA VODENJE PROIZVODNE
CELICE
5.1 SolidCAM
Solid CAM je vodilni med proizvajalci CAD/CAM/CNC programske opreme, ki prekriva
spekter programskih modulov za 2.5D rezkanje, 3D rezkanje, simultano rezkanje,
struženje, kombinirano struženje.[5]
CAD model prenesemo v SolidCAM. V SolidCAM-u določimo lastnosti
obdelovanca, rezkala in še veliko drugih lastnosti, ki vplivajo na postopek izdelave. Z
izdelavo projekta v SolidCAM-u smo končali s procesom povratnega inženiringa. Ostalo je
samo še tvorjenje G-kode. Dobimo jo iz programa SolidCAM.
5.2 G-koda
G-koda je ime za programski jezik, ki ga v večini uporabljamo za programiranje in za
numerično krmiljenje strojev. G-koda je vmesnik, s katerim človek pove stroju, kaj mora
delati.
G- koda ima že v naprej določene funkcije:
G00 – hitri gib
G01 – linearna interpolacija (delovni gib)
G02 – krožni gib v smeri urinega kazalca
G03 – krožni gib v nasprotni smeri urinega kazalca
G04 – programirani zastoj
G28 – premik v referenčno točko
G40 – preklic veljavnosti kompenzacije polmera orodja
G45 – prištevanje polmera orodja
G46 – odštevanje polmera orodja
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
21
G47 – prištevanje polmera orodja
G48 – odštevanje polmera orodja
G72 – rezkanje žleba
G78 – ciklična funkcija za rezkanje navoja
G81 – vrtanje
G82 – vrtanje z zastojem
G83 – vrtanje globokih lukenj
G85 – povrtavanje
G90 – absolutno programiranje
G91 – relativno programiranje
G94 – podajanje v mm/min
G95 – podajanje v mm/vrt
Pomožne funkcije
M00 – začasna ustavitev izvajanja programa
M03 – vklop vrtljajev glavnega vretena v smeri urinega kazalca
M04 – vklop vrtljajev glavnega vretena v nasprotni smeri urinega kazalca
M05 – izklop vrtljajev glavnega vretena
M06 – menjava orodja
M08 – vklop hladilega sredstva
M09 – izklop hladilega sredstva
M17 – konec podprograma
M30 – konec programa
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
22
Prikaz G-kode
Da bi G-kodo, ki smo jo dobili s programom SolidCAM, prikazali na zaslonu, moramo v
računalniku priti do mape, v kateri je shranjen naš model, ki smo ga izdelovali. G-koda je
shranjena v tekstovni obliki. Primer programa je na naslednji strani in ga pozneje
prenesemo ali prepišemo v spomin krmilnika robota.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
23
6 PRIMER IZDELAVE IZDELKA
Izdelka nam žal ni uspelo izdelati zaradi tehničnih težav pri vpeljavi inovacije na robotu
ACMA XR701. Trenutno nam znano področje robotskih obdelav z odvzemanjem
materiala omogoča obdelavo triosnega sistema. Z našo inovacijo smo naredili šestosno
obdelavo, slika 24. Vendar zaradi težav s programskim delom to ni mogoče, zato bom
opisal izdelavo kompleksnejšega izdelka, katerega je že izdelal Marko Hrelj[6] in je
izdelan po triosnem sistemu.
Slika 24: Robot ter obračalna miza, ki omogočata 5 osni sistem odrezovanja
Ko imamo znane vplivne veličine, ki jih moramo upoštevati pri snovanju za obdelavo
in posledično vemo, kakšna orodja uporabljati, lahko pričnemo iskati kompleksnejši 3D -
model za zahtevnejšo obdelavo.
Glede na to, da želimo izbrati kompleksen 3D model, smo izbrali model človeškega
obraza (slika 25) iz knjižnice 3D CAD modelov, ki so uporabnikom na razpolago
brezplačno. Model je že v osnovi nekoliko poenostavljen. Če bi sistem omogočal natančno
obdelavo v vseh oseh in če bi imeli že delujočo obračalno mizo ter ustrezna orodja za
rezkanje, ki bi omogočala fino obdelavo zunanje oblike izdelka ne glede na zunanjo obliko
izdelka, ki je lahko ravna, konveksna ali konkavna v vseh treh dimenzijah, bi lahko
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
24
uporabili 3D – model dejanskega človeškega obraza oziroma glave, ki bi ga lahko
poskenirali s 3D skenerjem, ki ga že uporabljamo na naši fakulteti.
Ker pa smo omejeni na tri obdelovalne osi, rezkalno orodje, ki je namenjeno grobi
obdelavi kovin in manjkajoč pogon obračalne mize, si lahko trenutno privoščimo le triosno
obdelavo z grobim rezkarjem le sprednje polovice obraza.[6]
Slika 25: Model obraza, ki smo ga izbrali za preizkus rezkanja
Ob izdelavi in ob končanem izdelovanju pa je izgled izdelka tak, kot prikazujeta sliki 26
ter 27.
Slika 26, 27: Groba in fina obdelava
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
25
7 UMERJANJE NATANČNOSTI IZDELKA
Merjenja natančnosti izdelka se lahko lotimo na preprost način in to je ročno. To pride v
poštev, če nimamo preveč zakomplicirane oblike izdelka, ki ga lahko umerjamo po
virtualno narisanem telesu s pomičnim merilom in podobnimi napravami za merjenje.
Ena izmed rešitev je tudi optični, laserski merilnik natančnosti in še veliko drugih.
Zahteve sodobne industrije po vse ožjih tolerancah ter visoki kakovosti izdelkov so
pripeljale do točke, ko postajajo karakteristike obdelovalnih strojev vse bolj pomembne.
Kakovost obdelave na robotu je močno odvisna od geometrične natančnosti le-tega. Vse
prevečkrat se v praksi predpisani postopki kontrole kakovosti izdelkov ugotavljajo po tem,
ko so izdelki že izdelani. Geometrično natančnost strojev lahko ugotovimo na več načinov.
Hitro preverjanje geometrijske natančnosti strojev poteka z uporabo naprave Ballbar
QC10 (Quick Check 10 min - hitri test v 10 min), natančna kalibracija oz. korekcija
parametrov v krmilniku pa poteka na podlagi rezultatov natančnih meritev z vrhunsko
lasersko napravo ML10 Gold . Tu sta navedeni dve od mnogih merilnih priprav.[7]
7.1 Ballbar QC10
Ballbar QC10 je merilni sistem za hitro preverjanje geometrične natančnosti različnih CNC
obdelovalnih strojev. Standardni set je namenjen za hitro testiranje na triosnih CNC strojih
(navpičnih in vodoravnih obdelovalnih centrov), z dodatnimi elementi pa je napravo
možno uporabljati tudi za testiranje širokega spektra dvoosnih strojev (CNC stružnice,
žična erozija, robotske celice,...). Ballbar QC10 skozi 10 minut trajajoči test pri izbranih
pogojih testiranja omogoča določitev dejanskega stanja trenutne geometrične natančnosti
obdelovalnega stroja. Na podlagi analize rezultatov testa, ki so prikazani v grafični in
tabelarični obliki, se lahko določi različne ukrepe za izboljšanje stanja obdelovanega stroja.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
26
Slika 28, 29: Merilnik Billbar in laserski merilnik natančnosti
7.2 Laserska merilnik ML10
Laserski sistem ML10 Gold Standard predstavlja drugi način za vrhunsko preverjanje in
umerjanje natančnosti obdelovalnih strojev oz. koordinatnih merilnih strojev. Celotni
sistem ML10 Gold Standard je zasnovan za vrednotenje linearnih in rotacijskih
natančnosti, ploskovne in pravokotne natančnosti obdelovalne mize, kotnih zasukov,... na
obdelovlanih strojih oz. koordinatnih merilnih napravah. Z visoko natančnostjo eno-
frekvenčnega laserskega vira, ki vsebuje elektroniko za stabilizacijo žarka, interpolacijo in
štetje interferenčnih prog, lahko z nanometrsko ločljivostjo merimo velikost omenjenih
napak oz. odstopanj od idealnih vrednosti na obdelovalnem stroju oz. koordinatni merilni
napravi. S pomočjo priloženega programskega paketa se izdelajo kompenzacijske tabele
odstopanj, ki se s podatkovnim kablom avtomatsko ali ročno lahko vnesejo v krmilnik
stroja. Kompenzacijske tabele predstavljajo osnovo za zelo natančno delovanje sodobnih
CNC strojev oz. koordinatnih merilnih naprav.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
27
8 SKLEP
Ker živimo v času, kjer je robotika že zelo razvita, nam to področje robotike ponuja že zelo
velik spekter znanja. Zato smo se omejili samo na robotizirano celico za odvzemanje
materiala. Izhodišče smo postavili pri predmetu robotizacija, kjer smo vzeli osnove, ki smo
jih potrebovali za nadaljnje delo. Znanje, ki smo si ga pridobili, smo potrebovali tudi pri
projektnih nalogah. Naloga teh projektnih nalog je bila, da smo robotu dodali odsesovalno
napravo, vrtljivo mizo in prijemala za stiropor. Na tem mestu velja omeniti, da sta vrtljiva
miza in odsesovalni sistem že zmontirana in pripravljena za obratovanje, vendar robot
zaradi programskih in elektronskih napak ne obratuje.
Diplomska naloga obravnava robotizirano robotsko celico (ACMA XR701),
namenjeno za izdelavo prototipnih oblik velikih dimenzij. Za racionalno uporabo celice so
izdelana ustrezna navodila in priporočila, skladno s predpisi za varno delo in racionalnost
proizvodnje. Zaradi omejitve strani vsebine diplomskega dela so navodila v diplomski
nalogi napisana zgoščeno. Ker še trenutno ta sistem ne obratuje, sem primer izdelanega
modela povzel od kolegov iz prejšnje generacije.
Za nadaljni študij v tej smeri smo v nalogi predlagali, da bi podlago vrtljive mize
naredili močnejšo. Pri večjih obratih mize pride do tresenja. Zato bi podlago pod vrtljivo
mizo zabetonirali v večjem kosu tako, da bi lahko mizo prestavljali na različne dolžine od
mize do robota. To je ena izmed inovacij. Učinkovitejše bi še bilo potrebno razviti
odsesovalno napravo, tako da bi dosegli čim večji odsesovalni učinek.
Univerze v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
28
9 LITERATURA:
[1] Zapiski predavanj predmeta Robotizacija. Nosilec predmeta: Gotlih Karl.
Maribor : Fakulteta za strojništvo, 2008.
[2] Marko Hralj. Uporaba robota za obdelave z odvzemanjem materiala.Maribor:
Fakulteta za strojništvo, 2010. Dostopno na WWW : http://dkum.uni mb.si/
IzpisGradiva.php?id=15483
[3] Klemenšek Jože. Gradiva TRR: Odrezovanje. [svetovni splet] . Maribor : Fakulteta
za strojništvo, 2008. Dostopno na http://www.fs.unimb.si/
UserFiles/40/File/Navodila_za_pripravo_diplomskega_dela_FS.pdf
[4] Robert Breški. Hitra izdelava prototipov velikih dimenzij. Maribor : Fakulteta za
strojništvo, 2011. Dostopno na WWW: http://dkum.uni- mb.si/ IzpisGradiva.
php?id=21612
[5] Solid World d.o.o.. SolidCAM [svetovni splet] . Ljubljana, 2013. Dostopno na
WWW: http://www.solidcam.si/
[6] Marko Hralj. Uporaba robota za obdelave z odvzemanjem materiala.Maribor:
Fakulteta za strojništvo, 2010. Dostopno na WWW : http://dkum.uni mb.si/
IzpisGradiva.php?id=15483
[7] Labod Merjenje geometrične natančnosti obdelovalnih strojev [svetovni splet] .
Ljubljana, 2013. Dostopno na WWW: http://lab.fs.uni-lj.si/labod/strokovno01.php