UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA STROJNI TVO Drugi podiplomski seminar Konstruiranje za izdelavo po EDM postopku Jo ko Valentin i Mentor: i.prof.dr. Mihael Junkar, dipl.ing. Ljubljana, 1999
Kazalo 1 Uvod 1 2 Konstruiranje za izdelavo 3 2.1 Ekspertni sistemi kot pomo pri konstruiranju................. 3 2.2 Oris metodologije................................. 4 2.3 Pretok informacij med konstrukcijskim, tehnolo kim in izdelovalnim nivojem 4 3 Konstruiranje z vidika elektroerozijske obdelave 6 3.1 Princip elektroerozijske obdelave......................... 6 3.2 Pretok informacij med nivoji pri EDM procesu................. 7 3.3 Pretok informacij z vidika konstruiranja za izdelavo.............. 7 4 Naprava INGERSOLL 80P s fuzzy krmilnikom 11 4.1 Problematika krmiljenja EDM procesa..................... 11 4.1.1 Vhodne veli ine v proces......................... 11 4.1.2 Procesne veli ine............................. 14 4.1.3 Izhodne veli ine iz procesa........................ 14 4.2 Fuzzy krmilnik EDM procesa.......................... 16 4.2.1 Programska oprema............................ 16 4.2.2 Fuzzy krmilnik.............................. 18 4.3 Karakteristike krmilnika............................. 19 5 Vplivnosti parametrov med konstrukcijskim in tehnolo kim nivojem pri EDM procesu 23 5.1 Tehnolo ki parametri............................... 23 5.1.1 Delovno obmo je stroja......................... 24 5.1.2 tevilo osi stroja............................. 24 5.1.3 Natan nost stroja............................. 25 5.1.4 tevilo operacij.............................. 28 5.1.5 Procesni parametri............................ 28 5.1.6 Material elektrode............................ 29 5.1.7 Natan nost elektrode........................... 29 5.1.8 Hrapavost elektrode........................... 30 5.1.9 tevilo vpetij............................... 30 5.1.10 Natan nost pozicioniranja........................ 30 5.1.11 Viskoznost dielektrika.......................... 30 5.1.12 Dodatki v dielektriku........................... 30 i
5.2 Omejitve natehnolo kem nivoju......................... 30 5.2.1 Gabariti obdelovanca........................... 31 5.2.2 Material obdelovanca........................... 31 5.2.3 Kompleksnost obdelovanca........................ 31 5.2.4 Kompleksnost elementa.......................... 33 5.2.5 Hrapavost povr ine............................ 34 5.2.6 Toplotno prizadeta cona......................... 36 5.2.7 Zaokro itve robov............................. 36 5.2.8 Dimenzijska natan nost......................... 37 5.2.9 Oblikovna natan nost.......................... 39 5.2.10 Polo ajna natan nost........................... 40 5.3 Dolo itev in optimizacija parametrov na konstrukcijskem nivoju....... 42 5.3.1 Dolo itev EDM stroja in optimizacija konstrukcijskih parametrov glede na stroj.................................. 44 5.3.2 Dolo itev materiala elektrode in optimizacija s stali a obdelave... 46 6 Zaklju ek 49 ii
Poglavje 1 Uvod Izdelek, ki nastaja v proizvodnem procesu mora zadostiti zahtevam trga (kupca). Predvsem so to zahteve po kvaliteti in ceni. Doseganje kvalitetnaga in cenenega kon nega izdelka je izredno kompleksna naloga, ki se re uje na razli nih nivojih integriranih v celoto. Lo imo ve nivojev proizvodnega procesa. Mi bomo obravnavali samo tri: konstruiranje, dolo itev tehnologije izdelave (nadalje tehnologija in izdelava /Slika 1.1/. Vezni len med konstruiranjem in izdelavo je tehnolog, ki dolo i obdelovalne postopke in parametre obdelave s katerimi se bo izdelal nek izdelek oziroma sestavni del. Zahteve trga uplivajo na vse tri nivoje. Vzemimo za primer izdelavo avtomobilske karoserije. Ta naj bo moderna, varna, cenena, itd. Te zahteve morajo biti zado ene e na konstrukcijskem nivju. Pri postavitvi tehnologije morajo biti tudi upo tevane. Tehnologija izdelave je pri tem omejitev; razmere na trgu silijo k posodobitvi izdelovalnih tehnologij. Trg upliva tudi na izdelovalni nivo, kjer se realizirajo zamisli konstrukcijskega in tehnolo kega nivoja. e bolj a zamisel ni ni vredna ob slabi realizaciji. TRG KONSTRUKTER TEHNOLOG OPERATER NA RT TEHNOLO KI PLAN IZDELEK Konstrukcijski nivo Tehnolo ki nivo Izdelovalni nivo Slika 1.1: Nivoji izdelave izdelka. Glavni tok informacij za izdelavo izdelka gre od konstrukcije preko tehnologije do izdelave izdelka. Vedno pa obstajajo tudi povratne informacije in zahteve. Najpogostej e so zahteve tehnologa po spremembi konstrukcije z namenom la je (cenej e) izdelave. Po nekaj iteracijah najdeta tehnolog in konstrukter optimalno re itev. e konstrukter pozna obdelovane postopke, je povratnih zahtev z nivoja tehnologije manj. Pojavljajo se tudi povratne zahteve 1
z nivoja izdelave nanivo tehnologije, vendar te niso tako pogoste. V asih je konstrukcija izdelka e v osnovi napa na z vidika izdelovalnih tehnologij. Postavitev druga nega koncepta izdelka bi omogo ala bolj optimalno izdelavo. S povratnimi informacijami s tehnolo kega nivoja je koncept izdelka zelo te ko spremeniti. Zato se veliko uvajajo sistemi t.i. ra unalni ko podprte proizvodnje (CIM 1 ), ki so sestavljeni iz podsistemov ra unalni ko podprtega konstruiranja (CAD 2 ), ra unalni ko podprtega planiranja izdelave (CAPP 3 ) in ra unalni ko podprte izdelave (CAM 4 ). CAD/CAM sistemi, ki so e nepogre ljivi v proizvodnji, kjer se zahteva veliko stopnjo fleksibilnosti, delujejo sekven no in enosmerno. Najprej je narejen na rt izdelka na konstrukcijskem nivoju. Podatki gredo nato do tehnologa, ki prevede kontrukcijske podatke v tehnolo ke. Za to je potrebno dodatno znanje. Nekaj tega znanja je shranjeno v tehnolo kih bazah podatkov. e ka e konstrukcija slabosti z vidika tehnologije, se korekcije vr ijo v dogovoru med tehnologom in konstrukterjem. Predstaviti elimo na pristop k bolj emu konstruiranju izdelkov na konstrukcijskem nivoju in zmanj ati tevilo povratnih informacij iz tehnolo kega na konstrukcijski nivo za izdelke izdelane z elektroerozijo (EDM 5 ). Popolna odprava povratnih informacij ni mo na. Omejili se bomo torej na EDM proces, ki se najve uporablja za izdelavo orodij za brizganje plastike in orodij za razne postopke preoblikovanja. Na konstrukterskem nivoju je pri konstruiranju izdelkov vedno premalo informacij o tehnologiji izdelave. Zato bomo pomembne informacije iz tehnolo kega nivoja predstavili na konstrukterskem nivoju, kjer se konstrukcija prilagaja tehnologiji tako, da se izdelek s postopkom elektroerozije imla je naredi. Nadalje sledi faza optimizacije konstrukcijskih parametrov. S predstavitvijo znanja o EDM procesu je konstrukterju omogo eno konstruiranje za izdelavo. Omejitev sistema je, da podpira samo za EDM obdelavo. Zato mora konstrukter e v naprej vedeti, da se bo izdelek (ali del izdelka) izdelal s postopkom elektroerozije. 1 Computer Integrated Manufacturing 2 Computer Aided Design 3 Computer Aided Process Planning 4 Computer Aided Manufacturing 5 Electrical Discharge Machining 2
Poglavje 2 Konstruiranje za izdelavo 2.1 Ekspertni sistemi kot pomo pri konstruiranju Ugotovljeno je, da je izmed sto konstrukcij izdelkov pet do dvajset tak nih, za katere se izka e, da zahtevajo drasti ne spremembe [UE95]. Razloga sta predvsem dva. ffl Premajhno tevilo konstrukcijskih variant izmed katerih se izbere najbolj a. ffl Slaba dolo itev kriterijskih funkcij za vrednotenje konstrukcijskih variant. Predvsem povezava med konstrukcijo, tehnologijo in stro ki izdelave. Konstrukterji zaradi asovne omejitve prou ijo malo konstrukcijskih alternativ, najve krat eno do dve. Zato se neredko zgodi, da se najde optimalna konstrukcijska re itev kasneje, ko je izbrana prej nja re itev e v fazi realizacije. Bolj e konstrukcijske re itve pa v danem asovnem roku ni ve mogo e izvesti ali pa bi bili stro ki spremembe konstrukcije preveliki. Za izbolj anje konstrukcijskih re itev je zato potrebno zgraditi mehanizem zbiranja podatkov iz razli nih virov in integrirati konstrukcijske odlo itve s tehnolo kimi kriteriji [CW99]. Problem snovanja izdelka in vrednotenja konstrukcijskih re itev je kompleksna naloga, ki jo ena oseba te ko re i. Problem se najve krat razdeli na nivoje (konstrukcija, izdelava izdelka, izdelava orodij, itd.), ki so med seboj prepleteni in zato zahtevajo dobro koordinacijo [KCK90, Ish93, AAY94]. Konstrukcija mora potekati upo tevajo vse nivoje. Vsak nivo ima svoje zahteve za konstrukcijo tako da dosega optimalne rezultate na svojem nivoju. Zato je potrebna izmenjava informacij med nivoji, ki vodi do kompromisov. To je razlog, da se velik dele asa, potrebnega za konstruiranje izdelka, porabi za komunikacijo med konstrukcijskim nivojem in ostalimi nivoji [CB92, Chi93]. Chin et.al. [CW99] predlagajo sistem (EIMPPLAN) v obliki ekspertnega sistema, ki odpravlja zgoraj na tete slabosti pri konstruiranju plasti nih izdelkov narejenih z brizganjem. Namen sistema ni nadomestitev konstrukterja temve je pomo konstrukterju pri konstruiranju izdelka. Sistem avtomatsko generira razne konstrukcijske variante, dolo a optimalno varianto s stali a: ffl funkcionalnosti, estetike, zanesljivosti, itd., ffl procesa izdelave, monta e, kapacitet, itd., ffl stro kov razvoja, izdelave, itd. in 3
ffl asa konstruiranja, izdelave orodij, itd. ter dolo i najbolj o varianto. Sestavljen je iz ve modulov in vsak modul pokriva svoje podro je. Nam je najbolj zanimiv modul za izdelavo orodja, saj se orodje za brizganje plastike izdeluje tudi po EDM tehnologiji. Ta deluje kot ekspertni sistem na bazi grupne tehnologije. Predstavljena konstrukcijska varianta se klasificira v eno izmed v naprej definiranih skupin, za katere je tehnologija izdelave e v naprej definirana. Tak en na in seveda ne omogo a detajlnega planiranja izdelave, je le ocena konstrukcije izdelka iz vidika izdelave orodja za brizganje plastike [CW99]. Uporaba ekspertnih sistemov pri konstrukciji plasti nih izdelkov izdelanih z brizganjem je e v razvoju. Nekateri sistemi delujejo v povezavi z CAD sistemom (vhodni podatki so v obliki 3D na rta) [ZNFS94, BM95], drugi pa so samostojni; vhodni podatki so v tekstovni obliki [JW89, AV93]. Slednji se uporabljajo kot pomo pri izbiri materiala izdelka (lastnosti plasti ne mase). Tudi na podro ju konstruiranja za monta o so poznani ekspertni sistemi ko omogo ajo bolj e konstruiranje izdelkov z vidika monta e [ZLF99, MYB91]. 2.2 Oris metodologije Opisan ekspertni sistem EIMPPLAN vsebuje informacije o tehnologiji izdelave za dolo ene prototipe izdelkov in za predstavljeno konstrukcijsko varianto dolo ijo najustreznej i prototip. S tem je tehnologija izdelave predpisana le v grobem. Izvedba optimiranja konstrukcijskih parametrov je s takim sistemom prakti no nemogo a. Slika 1.1 prikazuje tok informacij med konstrukcijskim, tehnolo kim in izdelovalnim nivojem. Glavni tok informacij te e od konstrukcijskega k izdelovalnem nivoju. Izdelava je funkcija konstrukcije in jo simboli no ozna imo z F. Tehnologija je vmesen len, ki definira to funkcijo /Slika 2.1/. e ho emo predstaviti izdelovalne (tehnolo ke) informacije na konstrukcijskem nivoju, moramo poznati inverzno funkcijo F 1. Na ta na in lahko optimiramo konstrukcijske parametre z vidika tehnologije izdelave. F KONSTRUKCIJA TEHNOLOGIJA IZDELAVA F 1 Slika 2.1: Inverzna funkcija potrebna za izvedbo optimizacije konstrukcijskih parametrov z vidika izdelave. 2.3 Pretok informacij med konstrukcijskim, tehnolo kim in izdelovalnim nivojem Na model konstrukcije za izdelavo temelji na predpostavki, da bo obdelovanec izdelan samo z enim obdelovalnim postopkom. Zato je dovolj, e obravnavamo problematikokonstruiranja za izdelavo na treh nivojih: konstrukcijskem, tehnolo kem in izdelovalnem. 4
Oglejmo si pot od zasnove izdelka do izdelave. Konstrukter najprej naredi na rt izdelka, ki vsebuje podatke o materialu, dimenzijah, integriteti povr ine, itd. /Slika 2.2/. Na podlagi na rta pripravi tehnolog tehnolo ki plan izdelave izdelka, ki je sestavljen iz ve tehnolo kih listov, ki vsebujejo informacije o obdelovalnem postopku, napravi, orodju, itd. Na izdelek gleda z druga ne perspektive kot konstrukter in ima dolo ene pripombe glede izdelka. O tem se posvetuje s konstrukterjem o predlaganih spremembah in skupaj posku ata najti najbolj o re itev za vrednosti parametrov na konstrukcijskem in tehnolo kem nivoju. Ko se strinjata s spremembami, gre tehnolo ki list skupaj z na rtom izdelka v proizvodnjo, kjer se izdela izdelek po podanem na rtu in s predpisanim postopkom. Ve kot poseduje konstrukter znanja o tehnologiji izdelave, manj je pripomb s strani tehnologa, ki postavlja tehnologijo izdelave. Zato naj ima konstrukter na voljo imve podatkov iz tehnolo kega oz. izdelovalnega nivoja. Ti morajo biti v ustrezni obliki, da se karakteristike procesa upo teva e pri na rtovanju izdelka. V ta namen je potrebno najti povezave parametrov med nivojem konstrukcije, tehnologije in izdelave. TRG KONSTRUKTER TEHNOLOG OPERATER NA RT TEHNOLO KI PLAN IZDELEK material geometrija dimenzije natan nost integriteta povr ine izdelovalni proces stroj orodje vpetje dodatno material geometrija dimenzije natan nost integriteta povr ine Slika 2.2: Podatki na razli nih nivojih od na rtovanja izdelka do izdelave. 5
Poglavje 3 Konstruiranje z vidika elektroerozijske obdelave 3.1 Princip elektroerozijske obdelave Za definiranje funkcije F in inverzna funkcije F 1 /Slika 2.1/ je potrebno poznati zna ilnosti obdelovalnega postopka. Zato velja omeniti glavne karakteristike EDM obdelave. Pri vseh elektroerozijskih postopkih sta obdelovanec in orodje spojena z virom elektri ne energije; predstavljata elektrodi med katerima te e proces razelektritev skozi dielektrik v katerega sta potopljena. Pri potopni eroziji, tej se bomo v tem delu posvetili, je obdelovanec fiksno vpet na mizo; polo aj orodja je dolo en s hidravli nim sistemom. Med seboj sta krmiljeno razmaknjeni za dolo eno razdaljo - re o /Slika 3.1/. V re i se spro a energija predvsem v obliki toplote, zgo ene v zelo majhni prostornini. Material obdelovanca in deloma tudi orodja se zaradi te toplote na povr ini zmeh a, raztali, razpade in deloma izpari. Spremenjeno prostornino materiala odnesejo elektri ni, toplotni in hidrodinami ni procesi s povr ine obdelovanca. Med procesom se spreminjajo tudi kemi ne in druge lastnosti dielektrika. Nadalje bomo termin elektroda uporabljali za oznako orodja, eprav je s stali a procesa tudi obdelovanec elektroda. Tehnolo ke in mehanske zna ilnosti EDM obdelave, ter trende razvoja EDM tehnologije smo obdelali v prvem podiplomskem seminarju [Val99a]. ELEKTRODA DIELEKTRIK 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 00 00 11 OBDELOVANEC 00 11 00 11 00 11 Slika 3.1: Prikaz EDM obdelave. 6
3.2 Pretok informacij med nivoji pri EDM procesu Na sliki 2.2 so prikazani parametri, ki nastopajo na vseh treh nivojih, neodvisno s katerim procesom obdelave bomo izdelali izdelek. Za primer EDM procesa navedene parametre podrobneje razdelamo in jih medsebojno pove emo. Predstavljeni so v tabeli 3.1, kjer so prikazane medsebojne odvisnosti med parametri na konstrukcijskem in tehnolo kem nivoju in v tabeli 3.2, kjer so prikazane medsebojne odvisnosti med parametri na tehnolo kem in izdelovalnem nivoju. Nadalje /pog. 5/ bomo nekatere od parametrov detaljneje razdelali in ugotovili medsebojne povezanosti. V prvi koloni tabele 3.1 so razvr eni konstrukcijski parametri, v prvi vrsti pa tehnolo ki. e parameter na konstrukcijskem nivoju vpliva na parameter na tehnolo kem nivoju ali obratno, je v odgovarjajo o celico postavljen znak?. Podobno velja tudi za tabelo 3.2, le da so tu prikazane odvisnosti med parametri na tehnolo kem in izdelovalnem nivoju. 3.3 Pretok informacij z vidika konstruiranja za izdelavo Tabeli 3.1 in 3.2 tvorita popolno sliko povezav parametrov med konstrukcijskim in izdelovalnim nivojem. Povezave gredo preko tehnolo kega nivoja, kateri zagotavlja, da bodo na izdelovalnem nivoju dose ene vrednosti parametrov ustrezale predpisanim vrednostim na konstrukcijskem nivoju /Slika 2.2/. Na konstrukcijskem nivoju je definirano ve je tevilo parametrov kot na izdelovalnem nivoju. Razdelimo jih v dve skupini kot je prikazano na sliki 3.2. Parametri v prvi skupini se uporabljajo za definiranje parametrov na tehnolo kem nivoju in vstopajo na izdelovalni nivo posredno. Parametri v drugi skupini prav tako vstopajo na tehnolo ki nivo in od tam posredno na izdelovalni nivo, vendar so prisotni tudi na izdelovalnem nivoju. Primerjanje vrednosti parametrov druge skupine na konstrukcijskem nivoju in parametrov na izdelovalnem nivoju vr i kontrola proizvodnje. e je parameter druge skupine na konstrukcijskem nivoju povezan z gru o parametrovna tehnolo kem nivoju, potem je celotna gru a tehnolo kih parametrov povezana s taistim parametrom na izdelovalnem nivoju. Primer za toplotno prizadeto cono in hrapavost povr ine je glede na podatke v tabelah 3.1 in 3.2 prikazan na sliki 3.2. Ker velja ta ugotovitev za vse konstrukcijske parametre druge skupine zaklju imo, da je za konstruiranje za izdelavo dovolj, e poznamo povezave med konstrukcijskim in tehnolo kim nivojem. Vsak tehnolo ki parameter je v povezavi z veliko konstrukcijskimi parametri. Zato je potrebno na konstrukcijskem nivoju izbrati optimalne vrednosti parametrov glede na vrednosti tehnolo kih parametrov. Tako je npr. material obdelovanca, ki je v prvi skupini konstrukcijskih parametrov, povezan z isto gru o tehnolo kih parametrov kot toplotno prizadeta cona 3.2. Na razli nih materialih obdelovanca se dosega razli ne globine toplotno prizadete cone pri enakih ostalih tehnolo kih parametrih. 7
Tabela 3.1: 8
izdelava hrapavost toplotno zaokro itve dimenzijske oblikovne pozicijske povr ine prizadeta robov tolerance tolerance tolerance konstrukcija cona delovno obmo je tevilo??? osi natan nost stroja??? tevilo?????? operacij procesni?????? parametri material? elektrode natan nost??? elektrode hrapavost? povr ine elektrode tevilo?? vpetij natan nost?? pozicioniranja viskoznost?? dielektrika dodatki? v dielektriku Tabela 3.2: Odvisnost parametrov na tehnolo kem in izdelovalnem nivoju. 9
NA RT skupina 1 gabariti skupina 2 material izdelka kompleksnost izdelka kompleksnost elementa hrapavost povr ine toplotno prizadeta cona zaokro itve robov dimenzijske tolerance oblikovne tolerance polo ajne tolerance TEHNOLO KI PLAN delovno obmo je stroja tevilo osi stroja natan nost stroja tevilo operacij procesni parametri material elektrode natan nost elektrode hrapavost povr ine elektrode tevilo vpetij natan nost pozicioniranja viskoznost dielektrika dodatki v dielektriku IZDELEK hrapavost povr ine toplotno prizadeta cona zaokro itve robov dimenzijske tolerance oblikovne tolerance polo ajne tolerance kontrola kvalitete Konstrukcijski nivo Tehnolo ki nivo Izdelovalni nivo Slika 3.2: Pretok vrednosti parametrov iz konstrukcijskega na izdelovalni nivo. 10
Poglavje 4 Naprava INGERSOLL 80P s fuzzy krmilnikom Kot smo e omenili, bomo obdelali povezave med parametri samo za primer odbelave z EDM procesom. Ker ima vsak stroj svoje karakteristike, je potrebno poznati razpolo ljive stroje za definiranje nekaterih tehnolo kih parametrov. V na em laboratoriju 1 razpolagamo z napravo INGERSOLL 80P, katere tehnolo ki podatki bodo zajeti za predstavitev na konstrukcijskem nivoju. Naprava je v osnovi manualna, vendar ima prigrajen fuzzy krmilnik razvit v okviru mojega dela [Val99b]. Na kratko bomo opisali delovanje in karakteristike fuzzy krmilnika. 4.1 Problematika krmiljenja EDM procesa Da bi razumeli problematiko vodenja (krmiljenja) EDM procesa, si najprej oglejmo veli ine, ki nastopajo pri EDM obdelavi. Delimo jih na: vhodne: definirajo proces obdelave procesne 2 : povezane z obdelavo izhodne: rezultat obdelave Slika 4.1 pojasnjuje vhodne, procesne in izhodne veli ine pri EDM procesu. Povezava med vhodnimi in procesnimi veli inami e zdale ni deterministi na. Napetostni in tokovni signal v re i sta sicer v funkcijiski povezavi z vsemi vhodnimi veli inami, vendar se razmere v re i (predvsem porazdelitev odvzetih delcev v dielektriku) spreminjajo na na in, ki ga ni mogo e popisati z analiti nimi metodami. In prav razmere v re i definirajo procesne parametre (napetostni, tokovni signal, zvok), ki pogojujejo kvaliteto obdelave (izhod iz procesa). Na osnovi teh ugotovitev je bilo narejenih veliko raziskav in preizku eno veliko prijemov za im bolj e obvladovanje procesa. 4.1.1 Vhodne veli ine v proces Slika 4.2 prikazuje sklope EDM naprave INGERSOLL 80P, s katerimi se nastavljajo in spreminjajo vhodne veli ine v proces. 1 Laboratorij za Alternativne Tehnologije 2 V prej njih poglavjih smo omenjali procesne parametre. Ti parametri so na podro ju krmiljenja procesa enaki vhodnim veli inam. 11
VHOD PROCES IZHOD elektroda U elektroda obraba obdelovanec dielektrik tok, napetost cas impulza cas pavze reza pretok I t i to t t obdelovanec geometrija izdelka natancnost izdelka integriteta povrsine cas obdelave obraba elektrode zvok med obdelavo Slika 4.1: Vhodne, procesne in izhodne veli ine pri EDM procesu. Regulacija velikosti re e zajema nastavljanje servo oja anja K in referen ne napetosti U ref s pomo no dveh potenciomerov. Razlika med dejansko (povpre no) napetostjo v re i in nastavljeno referen no napetostjo v re i je vhod v servo sistem, ki sorazmerno pove a ali zmanj a re o. S servo oja anjem se nastavlja hitrost reagiranja servo sistema na razliko med napetostmi. Funkcija periodi nega odmika elektrode od obdelovanca deluje neodvisno od nastavitve referen ne napetosti in servo oja anja. Nastavlja se frekvenco in vi ino odmikanja. S tem se zagotavlja dobro izpiranje re e tudi pri finej ih re imih obdelave in pri obdelavi globokih gravur, kjer je izpiranje re e e posebej ote ko eno. V sklopu za Regulacijo impulzov se dolo a as trajanja impulza t i in as trajanja pavze t o med dvema impulzoma. Originalni generator impulzov je bil zamenjan z novim, ki je prigrajen na paralelna vrata PC 386/40 ra unalnika. Generator je bil razvit in izdelan v podjetju Virtek d.o.o. Nastavljanje veli in poteka preko tipkovnice. Impulzi iz sklopa regulacije impulzov se v sklopu mo nostne stopnje oja ajo na nastavljene vrednosti. S pomo jo stikal se nastavlja imenska vrednost toka ^i e in napetosti u i ter polariteta. Pretok dielektrika se v sklopu regulacije onesna enosti re e dolo a s pomo jo ventila. Vhodne veli ine pri elektroerozijskem procesu delimo v dve skupini. Nastavitvene parametre nastavimo pred za etkom obdelave in s tem dolo imo tip obdelave (groba, fina). Vsak proizvajalec elektroerozijske naprave priporo a vrednosti nastavitvenih parametrov za eljen na in dela. Nastavitveni parametri so: imenska vrednost toka ^i e, imenska vrednost napetosti u i, as impulza t i in polariteta. Vrsta dielektrika, material in oblika elektrode, material obdelovanca so preostale vhodne veli ine v proces, ki bi jih te ko razdelili med krmilne in nastavitvene. Krmilne veli ine se med procesom spreminja tako, da je zagotovljena im bolj a karakteristika procesa. To so: as pavze t o, referen na napetost U ref ; z njo krmilimo razdalijo v re i, pretok dielektrika, asovna konstanta servo sistema (hitrost odziva) K in intervalni dvig elektrode. Ker je as pavze t 0 vpovezavi z nastavljeno vrednostjo asa trajanja impulza t i,je kot krmilna veli ina uveden impulzni koli nik, ki je definiran z ena bo 4.1. Med krmiljenjem se vrednost t i ne spreminja, tako da s spreminjanjem fi posredno spreminjamo t 0. fi = t i + t 0 t i (4.1) 12
vi ina odmika frekvenca odmikov servo oja anje K referen na napetost U ref d U SERVO REGULACIJA RE E U 0 U Z as impulza t i GENERATOR EDM as pavze REGULACIJA IMPULZOV t o U(t) PROCES MO NOSTNA STOPNJA imenski tok ^i e imenska napetost polariteta u i +/- Q REGULACIJA ONESNA ENOSTI RE E pretok dielektrika Slika 4.2: Shema EDM stroja z nastavitvenimi in krmilnimi veli inami. 13
Operater med obdelavo spreminja samo krmilne veli ine in to s ciljem imve jega odvzemanja materiala, s immanj o obrabo elektrode in med obdelavo se ne sme pojavljati t.i. ob iganje (pog. 4.1.2). 4.1.2 Procesne veli ine Procesne veli ine slu ijo za identifikacijo procesa. Za vodenje procesa operaterju ni dovolj samo vizuelno opazovanje in poslu anje zvokov, ki nastajajo pri obdelavi. Zato ima naprava prigrajen sklop za identifikacijo razelektritev /Slika 4.3/. V analizator vstopajo generirani impulzi in napetostni signal v re i (razelektritve). Analizator klasificira serijo razelektritev v tiri skupine /Slika 4.4/. Prosti impulzi 3 (A) imajo as zakasnitve v iga enak celotni dol ini impulza, as trajanja razelektritve pa je enak ni, saj razelektritev ne nastopi. Nasprotno imajo kratkosti ne razelektritve (D) as zakasnitve v iga enak ni, as trajanja razelektritve pa je enak dol ini celotnega impulza. Oblo ne (C) in delovne (B) razelektritve so nekje vmes. Delovne razelektritve imajo dalj i as zakasnitve v iga, oblo ne pa imajo as zakasnitve v iga skoraj enak ni. Dele A razelektritev naj bo med proccesom minimalen, saj so te razelektritve jalove in ne povzro ajo odvzemanja. Prevelik dele oblo nih razelektritev povzro a ob iganje, t.j. pojavljanje razelektritev na istem mestu. Rezultat je preslaba kvaliteta povr ine, da bi bil izdelek lahko uporaben /Slika 4.5/. Izhod iz analizatorja so tirje kanali. Napetost na kanalu je premosorazmerna dele u ustreznega tipa razelektritve ( A ; B ; C ; D )injeprikazana na tevcu. Za uvedbo krmilnika EDM procesa je potrebno informacijo o dele u razelektritev pripeljati v ra unalnik /Slika 4.3/. Da se izognemo raznim motnjam in problemom razli nih napetostnih potencialov je izvedena opti na lo itev med analizatorjem, strojem in prikazno enoto na eni strani ter ra unalnikom na drugi strani. Zajema se samo razelektritve tipa A, BinC,saj velja A + B + C + D =1. Iz signala se izlo i visoke frekvence (nizkopasovni filtri) in izvede se diskretizacija na A/D pretvorniku. Identifikacijski modul in potrebne programske procedure so bile zgrajene v okviru magistrskega dela Igorja Komela [Kom97]. 4.1.3 Izhodne veli ine iz procesa Smisel krmiljenja je doseganje zahtevanih izhodnih veli in, ki so rezultat procesa. Najpomembnej i sta natan nost obdelave inintegriteta generirane povr ine. Pomemben je tudi as obdelave, ki je odvisen od nastavitvenih vhodnih veli in ter krmiljenja procesa. Nastavitvene veli ine definirajo stopnjo odvzema materiala V w = V=t (odvzeti volumen na asovno enoto) in integriteto povr ine. Ker se medsebojno izklju ujeta, se obdelava vr i v dveh stopnjah: groba in fina obdelava. Na stopnjo odvzema lahko sklepamo na podlagi hitrosti pomika elektrode napram obdelovancu. Hitrej i pomik pomeni ve jo stopnjo odvzemanja. Pomik elektrode napram obdelovancu lahko ugotavljamo sprotno med obdelavo, zato je to primerna veli ina za identifikacijo procesa. Obraba elektrode je pomembna predvsem z vidika natan nosti, saj prav natan nost oblike elektrode definira natan nost izdelka. Obi ajno je potrebno imeti za eno obdelavo dve ali 3 V tem primeru ne moremo govoriti o razelektritvi, ker dejansko ne nastopi. 14
PC A/D PRETVORNIK MODIFIKACIJSKI ELEMENTI PRIKAZNA ENOTA kanal 1 A B C D GENERATOR kanal 2 kanal 3 OPTI NA LO ITEV A B C D IDENTIFIKACIJSKI MODUL ANALIZATOR MO NOSTNA STOPNJA EDM PROCES Slika 4.3: Identifikacija napetostnega signala v re i in klasifikacija na posamezne tipe razelektritev. Slika 4.4: Tipi en predstavnik vsake od skupin razelektritev. Slika 4.5: Primer preizku anca, na katerem se je med obdelavo pojavilo ob iganje. 15
ve elektrod, kar pa pomeni ve je stro ke zaradi izdelave dveh elektrod in dalj i as obdelave zaradi prekinjanja procesa in menjave elektrod. 4.2 Fuzzy krmilnik EDM procesa Naprava INGERSOLL 80P omogo a ro no (manualno) nastavljanje krmilnih veli in in s tem se zagotavlja predvsem obdelavo brez po kodb povr ine obdelovanca, majhno obrabo elektrode in imve jo stopnjo odvzemanja. Novej e naprave opravljajo to funkcijo samostojno. S tem se pove a avtomatizacija in dosega se bolj e dobrih karakteristike procesa. Elektroerozijski proces spada v skupino procesov, za katere ne moremo napisati sistemskih ena b, sistemski parametri pa se s asom spreminjajo [ZM90]. Analiti ni model procesa je zato zelo te ko sestaviti. Problematika krmiljenja EDM procesa se re uje z metodami fuzzy logike in nevronskih mre. Izdelali smo fuzzy krmilnik za napravo Ingersoll 80P, ki upo teva karakteristike te naprave. Eksperimentalno je postavljen na napravo in zamenjuje operaterja pri vodenju procesa. Pravila vodenja se lahko enostavno modificirajo za namene druge EDM naprave. Smisel krmiljenja je doseganje immanj ega dele a C razelektritev, ker ve ji dele le-teh povzro a pojav ob iganja /pog. 4.1.2/. Za imhitrej o obdelavo (veliko stopnjo odvzemanja V w )jepotrebno dosegati imve ji dele B razelektritev in immanj i dele A razelektritev: A! 0 B! 1 (4.2) C! 0 V poglavju 4.1 smo ugotovili, da so za identifikacijo procesa primerne procesne veli ine. Te se uporabljajo kot vhodni podatki za krmilnik. Izhodi iz krmilnika so krmilne veli ine EDM procesa. Od vseh na tetih vhodnih veli in v EDM proces, ki so navedene v poglavju 4.1.1 vpliva krmilnik samo na tri veli ine, ki se med obdelavo lahko spreminjajo. To so: re a (r), pretok dielektrika (p) in impulzni koli nik (fi) /Slika 4.6/. as trajanja impulza se med obdelavo nespreminja, ker je to nastavitveni parameter in definira obdelavo (groba, fina). Izhod iz krmilnika bibil lahko direktno pavza med impulzi t 0, vendar vpliv vrednosti le-tega vpliva na proces v odvisnosti od asa trajanja impulza. Zato se pri EDM napravah uporablja impulzni koli nik kot parameter krmiljenja procesa. V raziskavah je bilo ugotovljeno, da so majhni pretoki pri dobrem krmiljenju impulzov najugodnej i, saj se z ve anjem pretoka dielektrika ve a tudi obraba elektrode [Roe86,Heu69]. S stali a kvalitetnega vodenja procesa na tem mestu najbolj pogre amo mo nost krmiljenega odmika elektrode od obdelovanca z namenom i enja re e. Brez te mo nosti se ob iganju /Slika 4.5/ pri fini obdelavi te ko izognemo. Na izhodni strani procesa poteka identifikacija napetostnega signala (U). Analizator vr i klasifikacijo razelektritev in dele i posameznih vrst rezelektritev so vhod v krmilnik (identifikacija je podrobneje opisana v poglavju 4.1.2). 4.2.1 Programska oprema Programska oprema na procesnem ra unalniku deluje v okolju MS-DOS in je v celoti napisana v programskem jeziku Pascal. Sestavljena je iz glavnega programa in podprogramov 16
referen ni model FUZZY KRMILNIK imenski tok, A B C imenska napetost, ANALIZATOR dielektrik, itd. fi p r EDM PROCES RE A U 0 U ref napetost v re i izdelek elektroda as PRETOK IMP. KOL. Slika 4.6: Shema krmilnika EDM procesa. (procedur) kot je prikazano na sliki 4.7. Podprogrami za identifikacijo, statisti no vrednotenje in krmiljenje procesa so bili razviti v okviru magisterskega dela Igorja Komela [Kom97]. Fuzzy logika je razvita v okviru pri ujo ega dela. Glavni program je skoraj v popolnosti zamenjan. GLAVNI PROGRAM identifikacija statisti no vrednotenje fuzzy logika krmiljenje naprave Slika 4.7: Zgradba programske opreme za krmiljenje EDM procesa. Glavni program skrbi za izvajanje vseh podprogramov. Najprej se izvede identifikacija procesnih veli in, nato statisti no vrednotenje vrednosti identifikacijskih veli in v zadnjih N ciklih. Na vsaki spremenljivki (dele u razelektritev A, B in C) se dolo i povpre no vrednost in prvi centralni moment po ena bah 4.3 in 4.4. sx(n) = X(N) = 1 N vu u t 1 N 1 X N i=0 N 1 X i=0 17 X(N i) (4.3) jx(n i) X(N)j (4.4)
kjer je: X = A; B; C N =6 X(N) sx(n)... dele i impulzov... tevilo zadnjih ciklov, katerih procesne veli ine se vrednoti... povpre na vrednost razelektritev X v zadnjih N ciklih... prvi centralni moment razelektritev X v zanjih N ciklih Statisti ne vrednosti vhodnih veli in se posreduje fuzzy logiki, ki dolo i vrednosti krmilnih veli in. Glavni program jih posreduje v podprogram krmiljenja procesa, ki poskrbi za izvedbo krmilnih akcij. Nato sledi zopet identifikacija. Cikel traja 0; 5 s. e trajajo krmilne akcije dlje, potem se trajanje cikla podalj a za immanj i ve kratnik tevila 0; 5. 4.2.2 Fuzzy krmilnik Med procesom zajemamo tri tipe reazelektritev: A, B in C. Na vsakem tipu razelektritev dolo imo dve statisti ni vrednosti: povpre no vrednost in prvi centralni moment. Tako imamo na razpolago est vhodnih veli in v fuzzy krmilnik. Izhodne (krmiljene) veli ine so tri: re a (r), pretok (p) in impulzni koli nik (fi). Z uporabo znanja o EDM procesu in nekaj eksperimentiranja smo pri li do zaklju ka, da je vsaka krmilna veli ina dolo ena z dvema statisti nima vrednostima vhodnih veli in in sicer: ffl re a z srednjo vrednostjo razelektritev tipa A in C v zadnjih estih sekundah (r = f (A; C); N =6), ffl pretok s srednjo vrednostjo razelektritev tipa B in prvim centralnim momentov razelektritev tipa A v zadnjih estih sekundah (p = f (B; sa); N =6)in ffl impulzni koli nik s srednjo vrednostjo razelektritev tipa B in prvim centralnim momentov razelektritev tipa C v zadnjih estih sekundah (fi = f (B; sc); N =6). Tako imamo dejansko tri fuzzy krmilnike, za vsako izhodno veli ino svojega /Slika 4.8/. Pri razli nih re imih dela EDM naprave (groba, fina obdelava) so obmo ja optimalnih vrednosti nastavitvenih veli in (krmiljene veli ine) na EDM napravi razli ne. Zato je celotno obmo je vrednosti pretoka(p) in impulznega koli nika(fi) razdeljeno na tri dele. Za dolo itev obmo ja delovanja krmilnika je uveden algoritem selekcioniranja, ki selekcionira na podlagi vrednosti krmiljenih veli in. IDENTIFIKACIJA STATISTI NO VREDNOTENJE FUZZY LOGIKA KRMILJENJE A B C A B C sa sc FC r FC p 0 1 2 FC fi 0 1 2 r p fi sel p sel fi Slika 4.8: Od identifikacije do krmiljenja procesa. 18
4.3 Karakteristike krmilnika Fuzzy krmilnik smo testirali: 1. izoliranega od ostale programske opreme in EDM naprave. Simulirali smo vhodne veli ine in opazovali vrednosti izhodnih veli in, 2. v primerjavi z operaterjem in 3. ugotavljali prisotnost pojava ob iganja. Add. 1: V vsak krmilnik vstopata dve veli ini in izstopa ena. Zato je mogo e prostorsko predstaviti odvisnost izhoda od vrednosti vhoda. Slike 4.9, 4.10 in 4.11 prikazujejo to odvisnost za vsak fuzzy krmilnik posebej. Za generiranje teh slik je bila izvedena simulacija vhodnih veli in tako, da so bile krmilniku predstavljene vse mo ne vrednosti vhodnih veli in z resolucijo 50 to k za celotno obmo je ene vhodne veli ine. tevilke naoseh so hkrati tudi meje fuzzy setov. Add. 2: Fuzzy krmilnik je bil testiran pri vodenju EDM procesa. Za primerjavo je operater vodil proces pri istih pogojih. Uporabljena je bila elektroda s premerom 30 mm iz elektrolitskega bakra. Material obdelovanca je kaljeno orodno jeklo znano pod oznako OCR12 ( elezarna Ravne) oz. po ISO 4957 standardu 21OCR12. Ta vrsta toplotno obdelanega jekla se najve krat obdeluje na EDM strojih. V tabeli 4.1 so podani preizkusni pogoji. naprava INGERSOLL 80P dielektrik Castrol SE-Fluid 180 obdelovanec 210CR12, kaljen elektroda ECu, ffi30 ^i e [A] 5 u i [V ] 140 t i [μs] 122 opomba srednja obdelava Tabela 4.1: Nastavitvene veli ine pri obdelavi obdelovanca z bru eno povr ino. Slika 4.12 prikazuje potek povpre nega dele a razelektritev v primeru, ko je proces vodil operater in ko je proces vodil fuzzy krmilnik. e primerjamo potek povpre nih vrednosti razelektritev ne opazimo bistvene razlike v kvaliteti procesa krmiljenega s fuzzy krmilnikom in procesa, ki ga je vodil operater. Tabela 4.2 prikazuje dose eno stopnjo odvzema pri obeh eksperimentih. Fuzzy krmilnik je dosegel celo ve jo stopnjo odvzema kot operater. t. stopnja odvzema opomba preizk. [mg=min] 4 84.01 fuzzy 7 82.88 operater Tabela 4.2: Primerjava stopnje odvzema pri krmiljenju procesa s fuzzy logiko in ko je proces vodil operater. 19
re a 9.7 8.7 7.7 6.7 5.7 0 0.2 A 0.4 0.6 0.8 1 0 0.06 0.12 0.18 C 0.24 0.3 Slika 4.9: Vrednosti re e pri vseh mo nih vrednostih vhodnih veli in. pretok 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 0 0.2 B 0.4 0.6 0.8 1 0 0.06 0.12 0.18 sa 0.24 0.3 Slika 4.10: Vrednosti pretoka pri vseh mo nih vrednostih vhodnih veli in. fi 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 1 0 0.8 0.01 0.6 0.02 0.4 0.03 B sc 0.2 0.04 0 0.05 Slika 4.11: Vrednosti impulznega koli nika pri vseh mo nih vrednostih vhodnih veli in. 20
Add. 3: Kvaliteto povr ine v splo nem popi emo s hrapavostjo, globino toplotno prizadete cone, mikrotrdoto in zaostalimi napetostimi. Pri EDM obdelavi so navadene veli ine v ve ji meri dolo ene z nastavitvene veli ine na stroju. V poglavju 4.1.2 smo omenili, da je velik problem EDM obdelave pojav ob iganja. Za ocenitev kvalitete povr ine bomo zato uporabljali vizualno oceno kvalitete povr ine. Kriterij kvalitete je pojav ob iganja na povr ini /Slika 4.5/. Slika 4.13 prikazuje povr ine preizku ancev po obdalavi. V nobenem primeru ni krmilnik povzro il ob iganja na povr ini. e najblji e smo bili pojavu ob iganja v preizkusu 5. Na sliki 4.13(c) so lepo vidne sive lise, ki so posledica slabega izpiranja re e. Pri fini obdelavi je potrebno periodi no odmikati elektrodo od obdelovanca z namenom i enja re e. Zato smo preizkus ponovili z uporabo funkcije periodi nega dviganja elektrode (preizkus 6). Na preisku ancu na sliki 4.13(d) ni opaziti sivih lis. 21
C C B B A A line 1 line 1 1 1 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0 0 100 200 300 t 400 500 600 (a) Povpre ni dele A razelektritev - operater 0 100 200 300 t 400 500 600 (b) Povpre ni dele A razelektritev - fuzzy line 1 line 1 1 1 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0 0 100 200 300 t 400 500 600 (c) Povpre ni dele B razelektritev - operater 0 100 200 300 t 400 500 600 (d) Povpre ni dele B razelektritev - fuzzy line 1 line 1 0.3 0.3 0.24 0.24 0.18 0.18 0.12 0.12 0.06 0.06 0 0 0 100 200 300 t 400 500 600 (e) Povpre ni dele C razelektritev - operater 0 100 200 300 t 400 500 600 (f ) Povpre ni dele C razelektritev - fuzzy Slika 4.12: Primerjava vodenja procesa operaterja in fuzzy krmilnika. (a) Groba obdelava (b) Srednja obdelava (c) Fina obdelava (d) Fina obdelava, periodini odmik Slika 4.13: Generirane povr ine preisku ancev pri razli nih pogojih obdelave. 22
Poglavje 5 Vplivnosti parametrov med konstrukcijskim in tehnolo kim nivojem pri EDM procesu Kot smo e omenili, bomo obdelali povezave med parametri samo za primer odbelave z EDM procesom. Ker ima vsak stroj svoje karakteristike, je potrebno poznati razpolo ljive stroje za definiranje nekaterih tehnolo kih parametrov. Za predstavitev tehnolo kega znanja na konstrukterskem nivoju bomo predstavili vplivnost parametrov med konstrukcijskim in tehnolo kim nivojem z dveh stali : ffl Omejitve vrednosti tehnolo kih parametrov, gledano po vrsticah v tabeli 3.1 in ffl Dolo itev in optimizacija vrednosti konstrukcijskih parametrov glede na tehnolo ke parametre, gledano po kolonah v tabeli 3.1. Omejitve vrednosti tehnolo kih parametrov so znane, e poznamo stroj, na katerem se bo izdelek izdelal. S tem so poznane tudi omejitve parametrov na konstrukcijskem nivoju 1. Vsaka vrstica v tabeli 3.1 predstavlja en parameter na konstrukcijskem nivoju, za katerega so znane omejitve oziroma prioritetne vrednosti glede na tehnolo ke parametre, ki so podani v kolonah. e se osredoto imo na en tehnolo ki parameter (v eni koloni) in ugotavljamo povezanost s konstrukcijskimi parametri ugotovimo, da je eden izmed konstrukcijskih parametrov kriti en in dolo a vrednost tehnolo kega parametra. Sprememba vrednosti kriti nega parametra proti ugodnej i vrednosti s stali a tehnologije vodi do la je in cenej e izdelave. e konstrukcijske omejitve (pogojene tudi s trgom) dopu ajo to spremembo, smo konstrukcijo s stali a izdelave izbolj ali. 5.1 Tehnolo ki parametri V tem razdelku bomo predstavili tehnolo ke parametre in razlo ili njihov pomen. Podali bomo tudi mejne vrednosti teh parametrov, ki ne bodo vedno splo ni. e se bodo nana ali na konkreten stroj, potem bo to stroj INGERSOLL 80P s fuzzy krmilnikom. 1 Primer: Gabaritne mere izdelka morajo biti manj e od velikosti delovne mize stroja. 23
5.1.1 Delovno obmo je stroja Delovno obmo je stroja je najve ji relativni pomik v x, y in z osi med orodjem in obdelovancem, ki ga zmore naprava. Pri EDM obdelavi je poleg tega podatka pomembna tudi velikost bazena, v katerem je dielektrik in kamor je potopljen obdelovanec. To je delovni prostor stroja. Pri EDM napravah razlike v velikosti delovnega obmo ja in delovnega prostora niso velike. Zato zadostuje podatek o velikosti delovnega prostora. 5.1.2 tevilo osi stroja Vsak translatorni ali rotacijski premik, ki ga stroj zmore kot podajalno gibanje se teje za os stroja. Tako ima lahko stroj tudi ve osi kot je prostostnih stopenj. S stali a izdelave izdelka je pomembno tudi, v katerih oseh je mo na obdelava in katere osi je mogo e medsebojno interpolirati. Slika 5.1 prikazuje oznake osi stroja. Interpolacija npr. x in z osi omogo a obdelavo vsmeri, ki le i med osjo x in z. Slika 5.1: Oznake osi na stroju. EDM naprave delimo na klasi ne in numeri no krmiljene (NC). Klasi ni stroji zmorejo obdelavo samo v z smeri. Oblika elektrode se direktno preslika v obdelovanec. Obdelavo v smeri ve osi in interpolacijo med osmi zmorejo le NC krmiljeni stroji. Uporabljajo se tri in tiri osni stroji. Pri drugih obdelovalnih postopkih poznamo tudi pet in ve osne stroje, ki na podro ju EDM obdelave ne najdejo pravega mesta. Stroje razvrstimo v slede e skupine: ffl Enoosni manualni: Obdelava je mo na samo v z osi. Pozicioniranje se vr i ro no preko vretena in nonija. Ve ina strojev ima prigrajeno merilno letev v x in y osi, ki omogo a natan nej e ro no pozicioniranje. 24
ffl Triosni NC: Uporabljajo se zelo redko, ker tiriosni stroji omogo ajo ve aplikacij, cenovno pa niso toliko dra ji. Krmili se x, y in z os. Od izvedbe stroja so odvisne smeri, v katerih je mo na obdelava: z os: NC sistem se uporablja izklju no za pozicioniranje v x y ravnini in obdelavo do to no dolo ene globine. Po mo nostih obdelave je ta stroj enak manualnemu enoosnemu stroju. z in x ali y os: Mo na je obdelava v dveh smereh. e NC krmiljenje podpira interpolacijo med osmi, je trajektorija elektrode poljubna rta v ravnini. Oblika elementa je posledica oblike in trajektorije elektrode. x, y in z os: Mo na je obdelava v treh smereh. e NC krmiljenje podpira interpolacijo med osmi, je trajektorija elektrode poljubna rta v prostoru. Oblika elementa je posledica oblike in trajektorije elektrode. ffl tiriosni NC: Poleg translatornih osi je tukaj krmiljena e rotacija elektrode (c os). Elektroda se v nekaterih primerih (izdelava okroglih lukenj) med obdelavo prosto vrti. Za translatorne osi veljajo enake ugotovitve kot za triosne stroje. Pri tiriosnih strojih je e c os v kateri je mo na obdelava. Interpolirana je samo z z osjo ali pa z vsemi. Na tri in tiriosnih strojih, ki imajo mo nost obdelave v vseh oseh in izvedeno interpolacijo vsaj med x in y osjo se uporabljajo elektrode z ve jo podmero kot zna a re a med elektrodo in obdelovancem. Med obdelavo elektroda potuje po dolo eni trajektoriji in tako se dose e predpisane dimenzije. To je t.i EDM obdelava z orbitiranjem. Z orbitiranjem elektrode se veliko la je dosega predpisane natan nosti. Z relativno enostavno elektrodo je mo no izdelati tudi zelo kompleksne oblike, vendar so v tem primeru izdelovalni asi glede na izdelavo iste oblike s kompleksno elektrodo (z orbitiranjem ali brez) veliko dalj i, zato se tak en na in izdelave redko uporablja. Pri klasi nem postopku se elektroda direktno potopi v obdelovanec. Izdelane stene, ki so vzporedne osi obdelave so zato vedno koni ne. Pri obdelavi z orbitiranjem so stene paralelne. Nadalje bomo lo ili dva postopka EDM obdelave: ffl klasi na obdelava ffl obdelava zorbitiranjem 5.1.3 Natan nost stroja Natan nost stroja podaja veliko tevilo atributov. Standard ISO 11090-1:1998 predpisuje njihove vrednosti za EDM naprave. Na strojih, ki ustrezajo standardu so dosegane natan nosti odvisne od teh vrednosti. Standard predpisuje razli ne vrednosti geometri nih atributov za: ffl konzolne konstrukcije strojev ffl mosti ne konstrukcije strojev Prav tako se lo i vrednosti pozicionirnih atributov pri: ffl manualnih strojih ffl NC krmiljenih strojih 25
Geometri na natan nost 1. Ravnost pomika v x osi: Pri premikanju mize 2 v x smeri je podan najve ji dopustni premik mize v y smeri. Dopustni premik v z smeri je enak dopustnemu premiku v y smeri. tevil na vrednost 0; 015=500 pomeni, da je na dol ini 500 mm najve ji dopustni premik v y oz. z smeri 0; 015 mm. konzolna izvedba: 0; 015=500 mosti na izvedba: 0; 015=500 2. Ravnost pomikavyosi: Pri premikanju mize v y osi je podan najve ji dopustni premik mize v x smeri. Dopustni premik v z smeri je enak dopustnemu premiku v x osi. konzolna izvedba: 0; 015=500 mosti na izvedba: 0; 015=500 3. Pravokotnost med x in y osjo: Na mizo polo imo pravokotni etalon. Ena stranica je vzporedna z x osjo, druga z y. Pri premikanju mize v x smeri je podano dopustno odstopanje na stranici vzporedni y osi. konzolna izvedba: 0; 015=300 mosti na izvedba: 0; 02=500 4. Pravokotnost pomika med z in x oz. y osjo: Pri premikanju elektrode v z osi je podan najve ji dopustni premik elektrode v x oz. y smeri. konzolna izvedba: 0; 02=300 mosti na izvedba: 0; 02=300 5. Ravnost mize: Meri se vi ine mize v razli nih to kah ravnine x y. konzolna izvedba: mosti na izvedba: 0; 03=1000 - za vsakih nadaljnih 1000 mm dodaj 0; 01 mm 0; 03=1000 - za vsakih nadaljnih 1000 mm dodaj 0; 01 mm 6. Paralelnost mize pri premiku v x oz. y osi: To ka vkatero se projecira os elektrode se sme pri premiku mize v x oz. y osi dvigniti ali spustiti najve za podano vrednost. konzolna izvedba: mosti na izvedba: 0; 015=300, na celotni dol ini najve 0; 04 mm. 0; 02=500, na celotni dol ini najve 0; 04 mm. 7. Paralelnost dr ala elektrode napram mizi: Merilna urica je vpeta na mizo. Tipalo drsi po vpenjalni plo i elektrode. Pri pomikanju mize v x oz. y smeri so podani dopustni odstopki v z smeri. konzolna izvedba: 0; 015=200 mosti na izvedba: 0; 03=500 8. Toleranca teka pri rotaciji elektrode okoli c osi: Toleranca teka je merjena tik pri vpetju in 100 mm od vpetja. konzolna izvedba: pri vpetju = 0; 005 mm, 100 mm od vpetja = 0; 01 mm mosti na izvedba: pri vpetju = 0; 005 mm, 100 mm od vpetja = 0; 01 mm 2 Predpostavljamo izvedbo stroja, kjer se miza premika vravnini x y, elektroda pa v z smeri. Nekateri stroji imajo fiksno mizo in vso premikanje opravi elektroda. Standard predpisuje enake natan nosti za obe izvedbi. 26
Pozicionirna natan nost ffl Za manualne naprave predpisuje standard pozicionirno natan nost, ki zajema tudi zra nost v vodilih za x in y os. S pravilnim pozicioniranjem se je mogo e izogniti napaki zaradi zra nosti, zato za natan nost pozicioniranja, ki je predstavljena v poglavju 5.1.10 ta podatek ne upo tevamo. konzolna izvedba: mosti na izvedba: 0; 03 mm 0; 03 mm ffl Tudi za NC krmiljene stroje standard predpisuje pozicionirno natan nost, ki zajema natan nost primikanja v vseh smereh, kot tudi zra nost v vodilih. Pri teh strojih se vplivu zra nosti v vodilih ne da vedno izogniti. 1. Pozicionirna natan nost x in y osi: Za obe osi je predpisana enaka pozicionirna natan nost. Podana je na dol inah do 500 mm, do 1000 mm in do 2000 mm. konzolna izvedba: 0; 011=500, 0; 015=1000 in 0; 019=2000 mosti na izvedba: 0; 011=500, 0; 015=1000 in 0; 019=2000 2. Pozicionirna natan nost z osi: Za z os je pozicionirna natan nost podana na dol inah do 500 mm, do 1000 mm in do 2000 mm. konzolna izvedba: 0; 009=250, 0; 011=500 in 0; 015=1000 mosti na izvedba: 0; 009=250, 0; 011=500 in 0; 015=1000 3. Pozicionirna natan nost c osi: Podana je zahtevana natan nost dolo evanja kota zasuka elektrode okoli z osi. konzolna izvedba: 16 00 mosti na izvedba: 16 00 Med konzolno in mosti no izvedbo ni velikih razlik v predpisanih natan nostih. Povezava med predpisano natan nostjo stroja in konstrukcijskimi parametri 3 je pogojene e z drugimi parametri (pri EDM procesu z re o med elektrodo in obdelovancem, pretokom dielektrika, itd.). Teoreti no razglabljanje o doseganju dimenzijskih in polo ajnih natan nosti s strojem, katerega geometrijske in pozicionirne karakteristike poznamo, je zelo priblji no. Prave vrednosti doseganih konstrukcijskih natan nosti dobimo po obdelavi. Podatki dobljeni na stroju, ki zadovoljuje predpisom omenjenega standarda veljajo za vse stroje, ki temu standardu zado ajo. V pri ujo em delu se bomo zadovoljili le priblji ki o doseganih dimenzijskih in polo ajnih natan nostih. V ta namen moramo iz predpisov standarda izlu iti najve jo pri akovano nagnjenost elektrode od idealne lege (z osi) in najve jo pri akovano napako pri pozicioniranju v x y ravnini. To ke geometrijske natan nosti 4, 5 in 7 predpisujejo dovoljeno nagnjenost elektrode napram z smeri. To ka 4: 0;02=300 ) ff =13;75 00 To ka 5: 0;03=1000 ) ff =6;19 00 To ka 7: 0;015=200 ) ff =15;47 00 Koren se tevka kvadratov zgornjih vrednosti da rezultat 22 00. Teoreti no je elektroda nagnjena od idealne lege za ff =22 00 v poljubni smeri. 3 V poglavju 3.2 smo ugotovili, da je natan nost stroja povezana le z dimenzijsko in polo ajno natan nostjo na konstrukcijskem nivoju. 27
Najve ja dosegana natan nost pozicioniranja ne more presegati natan nosti nonija na oseh oz. merilnih letev, e je izvedena identifikacija pomika v x y ravnini. Natan nost nonija je 0; 01 mm, merilnih letev pa je lahko tudi 0; 001 mm. Najve krat je pozicionirna natan nost EDM naprav 0; 01 mm, e upo tevamo vse napake, ki pri tem nastopajo (tudi nagnjenost elektrode od idealne lege). 5.1.4 tevilo operacij Glede na vrednosti konstrukcijskih parametrov se dolo i za izdelavo enega elementa potrebno tevilo operacij in vrednosti procesnih parametrov za za vsako fazo obdelave posebej. Ena faza obdelave je obdelava z nespremenjenimi nastavitvenimi parametri /pog. 4.1.1/. Ko se vrednost enega izmed nastavitvenih parametrov spremeni, preide obdelava v drugo fazo. Ena elektroda najve krat za vse faze obdelave ne zadostuje. Med obdelavo se namre elektroda obrablja in pove anje se njena hrapavost povr ine. Z eno elektrodo naredimo na enem elementu eno operacijo. tevilo operacij je v posredni povezavi s konstrukcijskimi parametri preko obrabe elektrode. Lo imo ve vrst obrabe /Slika 5.2/: volumsko, bo no, elno in obrabo robu. Slednja je v najtesnej i zvezi s tevilom operacij. Slika 5.2: Tipi obrabe elektrode [Yan79]. V praksi se najve krat navaja relativna bo na obraba, ki je razmerje med dol ino bo ne obrabe in globino erodiranja: kjer je l c h... dol ina bo ne obrabe... globina erodiranja 5.1.5 Procesni parametri # LC = l c h 100% Kot procesne parametre obravnavamo vhodne veli ine v EDM proces, opisane v poglavju 4.1.1. Razdelili smo jih na nastavitvene (ki jih nastavimo na stroju pred obdelavo) in krmilne (ki se 28