Το κεφάλαιο 11 καλύπτει τις εργαλειομηχανές αριθμητικού ελέγχου NC/CNC/DNC: γενικά χαρακτηριστικά και ιστορική εξέλιξη, σύγκριση με τις συμβατικές εργαλειομηχανές (πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα), τα καθοδηγούμενα μέρη (άξονες κίνησης X/Y/Z, μηχανισμοί μετάδοσης κίνησης, συστήματα μέτρησης μετακινήσεων, κίνηση ατράκτου, σύσφιξη τεμαχίων, διάταξη αλλαγής εργαλείων), τις βαθμίδες συστημάτων ελέγχου και τον πίνακα χειρισμού, τους τρόπους εισαγωγής δεδομένων, τα συστήματα καρτεσιανών και πολικών συντεταγμένων (απόλυτες και σχετικές), τα χαρακτηριστικά σημεία (Μ, W, R, Ε), τον προγραμματισμό σε κώδικα μηχανής κατά DIN 66025 (εντολές G κίνησης και Μ λειτουργίας, δομή block, αντιστάθμιση εργαλείων G41-G44) και τα κέντρα κατεργασίας. Οι 28 ερωτήσεις του κεφαλαίου περιλαμβάνουν 19 ερωτήσεις με σύντομη/συγκεκριμένη απάντηση (ορισμοί, λίστες, κωδικοί G/M) και 9 ανοιχτές περιγραφικές ερωτήσεις, εκ των οποίων τρεις (17, 18, 22) ζητούν προσδιορισμό συντεταγμένων στα σχήματα Α και Β του βιβλίου και δύο (27, 28) εκπόνηση προγράμματος CNC για τόρνο/φρέζα στα σχήματα Γ και Δ (με τη δομή των λυμένων παραδειγμάτων ΑΣΚΗΣΗ 11.1/11.2 του ίδιου κεφαλαίου).
Ερώτηση: Σε τι οφείλεται η γρήγορη ανάπτυξη των εργαλειομηχανών με ψηφιακή καθοδήγηση;
Απάντηση:
Σύνοψη: Η γρήγορη ανάπτυξη οφείλεται στο ότι οι εργαλειομηχανές με ψηφιακή καθοδήγηση: επιταχύνουν κατά πολύ τις διαδικασίες κατεργασίας, επιτυγχάνουν σημαντικά μεγαλύτερη ακρίβεια κατεργασίας, χρειάζονται πολύ λιγότερες μετρήσεις ελέγχου και μπορούν εύκολα/γρήγορα να κατεργαστούν πολύπλοκα περιγράμματα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Αναφέρατε τις μορφές καθοδήγησης.
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι μορφές ψηφιακής καθοδήγησης είναι τρεις: NC (Numerical Control — αυτόνομη εκτέλεση κατεργασιών βάσει δοσμένων πληροφοριών), CNC (Computer Numerical Control — υπάρχει υπολογιστής που αναλαμβάνει τις καθοδηγητικές λειτουργίες, υπολογίζει ενδιάμεσες τιμές κινήσεων και επιτρέπει πληκτρολόγηση/διορθώσεις απευθείας στη μηχανή) και DNC (Direct Numerical Control — πολλές εργαλειομηχανές συνδεδεμένες με κεντρικό υπολογιστή, όπου συντάσσονται/ελέγχονται τα προγράμματα και διοχετεύονται αυτόματα στην εκάστοτε εργαλειομηχανή).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες είναι οι απαραίτητες πληροφορίες για τη σύνταξη προγράμματος ψηφιακής καθοδήγησης;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι απαραίτητες πληροφορίες είναι: 1) το μηχανολογικό σχέδιο του τεμαχίου, 2) το πλάνο εργασίας, 3) οι πίνακες συνθηκών κοπής, 4) το εγχειρίδιο χειρισμού-προγραμματισμού της συγκεκριμένης εργαλειομηχανής, 5) οι καρτέλες εργαλείων και μέσων σύσφιξης τεμαχίων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια στοιχεία καταχωρούνται σε ένα πρόγραμμα CNC;
Απάντηση:
Σύνοψη: Σε ένα πρόγραμμα CNC καταχωρούνται: 1) οι συντεταγμένες των διαδοχικών σημείων προς τα οποία θα κινηθεί το εργαλείο, 2) το είδος της κίνησης από σημείο σε σημείο (ευθύγραμμη, κυκλική), 3) η γρήγορη κίνηση χωρίς επαφή εργαλείου-τεμαχίου, 4) οι προώσεις και ταχύτητες κοπής των κινήσεων, 5) πληροφορίες για τα εργαλεία που θα χρησιμοποιηθούν, 6) πληροφορίες για λειτουργίες της μηχανής (π.χ. παροχή υγρού κοπής).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ονομάστε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των εργαλειομηχανών με ψηφιακή καθοδήγηση.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Πλεονεκτήματα: μεγαλύτερη ακρίβεια στις διαστάσεις/μορφή/θέση· δυνατότητα σύγχρονης κίνησης και στους τρεις άξονες, που επιτρέπει μορφοποίηση καμπύλων επιφανειών χωρίς επαναπροσανατολισμό (άρα χωρίς σφάλματα επαναπροσδέσεως)· η ακρίβεια δεν εξαρτάται από τη δεξιότητα του τεχνίτη (μείωση σκάρτων, λιγότερος ποιοτικός έλεγχος)· ελαχιστοποίηση νεκρών χρόνων και χρόνου παραμονής τεμαχίου στη μηχανή· δεν χρειάζονται μηχανολογικά σχέδια για μαθηματικά περιγράψιμα τεμάχια· ευκολότερος/ρεαλιστικότερος προγραμματισμός και έλεγχος παραγωγής· μεγάλη ευελιξία κατεργασιών· μεγαλύτερη ανταγωνιστικότητα (αύξηση παραγωγικότητας/όγκου παραγωγής, μείωση κόστους). Μειονεκτήματα/προβλήματα: ανάγκη εξειδικευμένου προσωπικού προγραμματισμού· ανάγκη εξειδικευμένου προσωπικού υψηλής στάθμης για ρυθμίσεις, εργαλεία και συντήρηση· αλλαγές σε όλη την οργάνωση του μηχανουργείου (σχεδίαση προϊόντος, φάσεις κατεργασίας, ποιοτικός έλεγχος, αποθήκευση)· πολύ υψηλό κόστος κατασκευής σε σχέση με τις συμβατικές εργαλειομηχανές.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Αναφέρατε τα καθηγούμενα μέρη μίας εργαλειομηχανής με ψηφιακή καθοδήγηση.
Απάντηση:
Σύνοψη: Τα καθοδηγούμενα μέρη μιας εργαλειομηχανής με ψηφιακή καθοδήγηση είναι: οι άξονες κίνησης, οι μηχανισμοί μετάδοσης κίνησης, τα συστήματα μέτρησης μετακινήσεων, η κίνηση κύριας ατράκτου, η σύσφιξη τεμαχίων και η διάταξη αλλαγής εργαλείων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιοι είναι οι άξονες κίνησης σε μία εργαλειομηχανή CNC;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι κύριοι άξονες κίνησης είναι οι X, Y και Z. Οι χαρακτήρες U, V, W και P, Q, R ορίζουν επιπλέον κινήσεις παράλληλες στους κύριους άξονες X, Y, Z, ενώ για τις περιστροφικές κινήσεις γύρω από τους άξονες X, Y, Z χρησιμοποιούνται οι χαρακτήρες A, B και C.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Εξηγήστε τον όρο “φρεζομηχανή 21/2 αξόνων”.
Απάντηση:
Σύνοψη: Φρεζομηχανή 2½ αξόνων είναι αυτή στην οποία υπάρχει αυτόματη καθοδήγηση και στο κατακόρυφο επίπεδο, αλλά όχι ταυτόχρονα με την καθοδήγηση στο οριζόντιο επίπεδο — δηλαδή η κίνηση στον τρίτο άξονα γίνεται διαδοχικά, όχι σύγχρονα με τους δύο άλλους.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Πώς επιτυγχάνεται η μετατροπή της περιστροφικής ταχύτητας σε ευθύγραμμη σε ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές;
Απάντηση:
Σύνοψη: Επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ενός ένσφαιρου ζεύγους οδηγού κοχλία-περικοχλίου, με ανακυκλοφορούντα σφαιρικά στοιχεία κύλισης· ο μηχανισμός αυτός έχει μεγάλο βαθμό απόδοσης (περίπου 90%). Για εύκολη κίνηση χωρίς τζόγο χρησιμοποιούνται δύο διαιρούμενα περικόχλια με ενδιάμεσο δίσκο ρύθμισης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Εξηγήστε τα συστήματα μέτρησης της κίνησης στους άξονες.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα συστήματα μέτρησης της κίνησης στους άξονες έχουν βασικό χαρακτηριστικό το βήμα, που καθορίζει την ακρίβειά τους· τα φωτοηλεκτρικά συστήματα έχουν τη μεγαλύτερη ακρίβεια και δεν επηρεάζονται από ακαθαρσίες. Διακρίνονται σε: α) άμεσα, που συνδέονται κατευθείαν στο τραπέζι της μηχανής και μετρούν απευθείας τις θέσεις των σημείων, και β) έμμεσα, που γίνονται με τη βοήθεια περιστρεφόμενων μετρητικών οργάνων — είναι φθηνότερα, αλλά η ακρίβειά τους επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Η θέση κάθε άξονα αναγνωρίζεται είτε ως απόλυτη θέση ως προς το σταθερό σημείο της μηχανής, είτε σχετικά ως προς άλλη θέση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι είδος κινητήρων χρησιμοποιείται στις εργαλειομηχανές CNC;
Απάντηση:
Σύνοψη: Χρησιμοποιούνται κινητήρες τριφασικού συνεχούς ρεύματος και βηματικοί κινητήρες. Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος ρυθμίζουν τις στροφές χωρίς διαβάθμιση (μεγάλος αριθμός στροφών, ενδεχομένως ενσωματωμένο σύστημα πέδησης). Οι βηματικοί χρησιμοποιούνται για μικρότερες ροπές/ταχύτητες και λειτουργούν με ανοιχτό σύστημα ελέγχου χωρίς ανάδραση, χωρίς ρύθμιση θέσης/ταχύτητας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Αναφέρατε τους τύπους εργαλειοφορείων και πού χρησιμοποιείται κάθε είδος.
Απάντηση:
Σύνοψη: Υπάρχουν δύο τύποι εργαλειοφορείων: το τύπου ρεβόλβερ, που χρησιμοποιείται στους τόρνους και συγκρατεί 6 έως 16 εργαλεία, και το τύπου μεταφορικής ταινίας, που χρησιμοποιείται συνήθως στα κέντρα κατεργασίας και συγκρατεί συνήθως 30 έως 120 εργαλεία, ανάλογα με τον τύπο και το μέγεθος της αποθήκης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες είναι οι κύριες διαστάσεις των κοπτικών εργαλείων, που αποθηκεύονται στη μνήμη της καθοδήγησης της εργαλειομηχανής;
Απάντηση:
Σύνοψη: Για τα εργαλεία τόρνου αποθηκεύονται το μήκος L και η κάθετη απόσταση Q (κατά VDI 3425), ενώ για τα εργαλεία φρέζας αποθηκεύονται το μήκος L και η ακτίνα της φρέζας R (κατά DIN 2080) — και στις δύο περιπτώσεις μετρημένες σχετικά με το σημείο τοποθέτησης του εργαλείου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Εξηγήστε τις βαθμίδες συστημάτων ψηφιακής καθοδήγησης.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα συστήματα ψηφιακής καθοδήγησης χωρίζονται σε τρεις βαθμίδες: 1) Σημειακή καθοδήγηση — το εργαλείο προσεγγίζει σε γρήγορη κίνηση, χωρίς επαφή με το κομμάτι, το σημείο επεξεργασίας (εφαρμόζεται στη διάτρηση και στη συγκόλληση με ηλεκτροπόντα). 2) Γραμμική σε κύριους άξονες καθοδήγηση — προσέγγιση γρήγορη χωρίς επαφή και στη συνέχεια κατεργασία μόνο σε ευθεία παράλληλη προς τους άξονες, με καθορισμένη πρόωση (απλές φρέζες/τόρνοι). 3) Τροχιακή καθοδήγηση — γρήγορη προσέγγιση εργαλείου και κατεργασία ταυτόχρονα και στους τρεις άξονες. Επιπλέον υπάρχει η καθοδήγηση σε περίγραμμα 2 διαστάσεων (κατεργασία ταυτόχρονα σε 2 άξονες) και η καθοδήγηση 2½ διαστάσεων (κατεργασία σε δύο άξονες σε διάφορα επίπεδα, γρήγορη κίνηση στους τρεις άξονες).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ονομάστε τα στοιχεία που περιέχει ένας πίνακας χειρισμού.
Απάντηση:
Σύνοψη: Ο πίνακας χειρισμού περιέχει: οθόνη, διακόπτη κινδύνου (ΝΟΤ-AUS), διακόπτη Override, πλήκτρα καθοδήγησης της μηχανής, ηλεκτρονικό χειροκίνητο τροχό, πλήκτρα γραμμάτων και αριθμών, και διακόπτη επιλογής είδους λειτουργίας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Αναφέρατε τους τρόπους εισαγωγής δεδομένων στη μονάδα ελέγχου ψηφιακής καθοδήγησης.
Απάντηση:
Σύνοψη: Η εισαγωγή δεδομένων γίνεται: 1) με χρήση διατρητικών ταινιών, 2) με χρήση κασετών, 3) με χρήση δισκετών, 4) με μεταφορά δεδομένων μέσω σειριακού καναλιού RS232.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να προσδιορισθούν οι απόλυτες συντεταγμένες των σημείων του σχήματος Α.
Απάντηση:
Σύνοψη: Απόλυτες συντεταγμένες (X, Y) των σημείων του σχήματος Α: P1 (15, 5), P2 (20, 25), P3 (−5, 15), P4 (−15, 10), P5 (−15, −10), P6 (−5, −15), P7 (10, −15), P8 (20, −10), P9 (5, 20).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να προσδιορισθούν οι σχετικές συντεταγμένες των σημείων του σχήματος Α.
Απάντηση:
Σύνοψη: Σχετικές συντεταγμένες (ΔX, ΔY), κάθε σημείου ως προς το προηγούμενο (το P1 ως προς την αρχή): P1 (15, 5), P2 (5, 20), P3 (−25, −10), P4 (−10, −5), P5 (0, −20), P6 (10, −5), P7 (15, 0), P8 (10, 5), P9 (−15, 30).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Δώστε ορισμό για τα εξής σημεία: Μηδενικό σημείο της μηχανής. Μηδενικό σημείο του τεμαχίου. Σημείο αναφοράς της μηχανής. Σημείο τοποθέτησης εργαλείου.
Απάντηση:
Σύνοψη: Μηδενικό σημείο της μηχανής (Μ): καθορίζεται από τον κατασκευαστή· είναι το μηδενικό σημείο του σταθερού συστήματος συντεταγμένων της μηχανής και το αρχικό σημείο όλων των άλλων συστημάτων συντεταγμένων/σημείων αναφοράς. Μηδενικό σημείο του τεμαχίου (W): το αρχικό σημείο του συστήματος συντεταγμένων του κομματιού, καθορισμένο βάσει του Μ, επιλεγμένο από τον προγραμματιστή. Σημείο αναφοράς της μηχανής (R): καθορίζεται από τον κατασκευαστή, με σταθερές συντεταγμένες ως προς το Μ· ορίζει τη μέγιστη διαδρομή των αξόνων και χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση του συστήματος μέτρησης μετατοπίσεων κατά την εκκίνηση της μηχανής. Σημείο τοποθέτησης εργαλείου (σημείο αναφοράς εργαλείου, Ε): το σημείο τοποθέτησης του εργαλείου στη θήκη του εργαλειοφορείου, το οποίο χρησιμεύει και ως σημείο αναφοράς για τη μέτρηση των διαστάσεων του κοπτικού εργαλείου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι εκφράζουν οι εντολές G;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι εντολές G είναι εντολές κίνησης του κοπτικού εργαλείου/τεμαχίου, τυποποιημένες κατά DIN 66025 (π.χ. G00 γρήγορη κίνηση, G01 γραμμική παρεμβολή με κοπή, G02/G03 κυκλική παρεμβολή, G90/G91 απόλυτες/σχετικές συντεταγμένες, G41-G44 αντιστάθμιση κ.λπ.).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι εκφράζουν οι εντολές Μ;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι εντολές Μ είναι εντολές λειτουργίας της εργαλειομηχανής, τυποποιημένες κατά DIN 66025 (π.χ. Μ03/Μ04 περιστροφή ατράκτου, Μ05 διακοπή περιστροφής, Μ06 αλλαγή εργαλείου, Μ07-Μ09 έλεγχος ροής ψυκτικού υγρού, Μ02/Μ30 τέλος προγράμματος).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να προσδιορισθούν οι απόλυτες πολικές συντεταγμένες των σημείων του σχήματος Β.
Απάντηση:
Σύνοψη: Απόλυτες πολικές συντεταγμένες (R σε mm, C σε μοίρες) των κέντρων των οπών του σχήματος Β: (15, 0°), (22.36, 26.57°), (14.14, 45°), (32.02, 51.34°), (22.36, 63.43°), (15, 90°), (22.36, 116.57°), (14.14, 135°), (15, 180°), (14.14, 225°), (15, 270°), (14.14, 315°), (25, 323.13°). Το κέντρο του μεγάλου κύκλου είναι η αρχή (0,0).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια στοιχεία πρέπει να περιέχονται σε μία πρόταση προγραμματισμού σε γλώσσα μηχανής;
Απάντηση:
Σύνοψη: Μία πρόταση (block) προγραμματισμού σε γλώσσα μηχανής πρέπει να περιέχει: τον αύξοντα αριθμό αναγνώρισης του block (κωδικός Ν), τον κωδικό εντολής (G ή Μ) και τα απαιτούμενα δεδομένα για τον συγκεκριμένο κωδικό (π.χ. συντεταγμένες X, Y, Z, ταχύτητα πρόωσης F, στροφές S, αριθμό εργαλείου T κ.λπ.).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι είναι αντιστάθμιση και τι χρησιμεύει στον προγραμματισμό;
Απάντηση:
Σύνοψη: Αντιστάθμιση είναι η δυνατότητα που δίνεται στις ψηφιακά καθοδηγούμενες εργαλειομηχανές να λαμβάνουν υπόψη τους, κατόπιν εντολής του χειριστή, τις διαστάσεις του κοπτικού εργαλείου (π.χ. ακτίνα φρέζας ή ακτίνα αιχμής εργαλείου τόρνευσης), ώστε οι κινήσεις να προγραμματίζονται με βάση το πραγματικό περίγραμμα του κατεργαζόμενου τεμαχίου, όπως δίνεται από το μηχανολογικό σχέδιο, χωρίς να χρειάζεται να υπολογιστεί χειροκίνητα μια ισοαποστασιακή τροχιά.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Αναφέρατε τα είδη αντιστάθμισης.
Απάντηση:
Σύνοψη: Τα είδη αντιστάθμισης είναι: G41 (αριστερή αντιστάθμιση), G42 (δεξιά αντιστάθμιση), G43 (θετική αντιστάθμιση) και G44 (αρνητική αντιστάθμιση).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Περιγράψτε ένα κέντρο κατεργασίας.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα κέντρο κατεργασίας είναι η πιο κοινή εργαλειομηχανή ψηφιακής καθοδήγησης, με τα εξής χαρακτηριστικά: μπορεί να κατεργαστεί πολύπλευρα τεμάχια με ένα μόνο δέσιμο, σε τέσσερις ή πέντε πλευρές, χρησιμοποιώντας ψηφιακά καθοδηγούμενους άξονες· έχει δυνατότητα προγραμματισμού σε τρία επίπεδα (X-Y με G17, X-Z με G18, Y-Z με G19)· μπορεί να εκτελέσει όλους τους τύπους κατεργασιών (κατεργασία προσώπου, διάτρηση, γλύφανση, κοπή σπειρώματος, σύνθετα περιγράμματα)· το απαραίτητο εργαλείο τοποθετείται αυτόματα στη θέση κοπής από εργαλειοθήκη που συνήθως χωράει 30-120 εργαλεία· μπορεί να υποστηρίζεται από εξαρτήματα αυτόματης φόρτωσης/εκφόρτωσης τεμαχίων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να εκπονηθεί ένα πρόγραμμα σε γλώσσα μηχανής, για κατεργασία του κομματιού του σχήματος Γ σε ψηφιακό τόρνο.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ενδεικτικό πρόγραμμα (απόλυτες συντεταγμένες, X σε διάμετρο, Z0 στο δεξί μέτωπο): N1 G90 · N5 G95 · N10 M06 T1 · N15 G00 X30 Z2 · N20 M03 S300 · N25 G01 Z-20 F0.2 · N30 G01 X25 Z-25 · N35 G01 Z-52 · N40 G02 X45 Z-62 R10 · N45 G01 Z-85 · N50 G01 X75 Z-100 · N55 G00 X100 · N60 G00 Z50 · N65 M05 · N70 M02. Το τμήμα Φ75 (0–50) είναι η διάμετρος του ακατέργαστου και συγκρατείται στο τσοκ.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να εκπονηθεί ένα πρόγραμμα σε γλώσσα μηχανής, για κατεργασία του κομματιού του σχήματος Δ σε ψηφιακή φρέζα.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ενδεικτικό πρόγραμμα (απόλυτες συντεταγμένες, W στην κάτω αριστερή γωνία, Z0 στην άνω επιφάνεια): N1 G90 · N5 G94 · N10 M06 T1 · N15 G42 · N20 G00 X10 Y10 Z2 · N25 M03 S1000 · N30 G01 Z-5 F300 · N35 G01 X110 · N40 G01 X136.67 Y41.79 · N45 G03 X132.84 Y50 R5 · N50 G01 X110 · N55 G02 X110 Y90 R20 · N60 G03 X110 Y140 R25 · N65 G01 X25 · N70 G01 X10 Y125 · N75 G01 Y10 · N80 G00 Z20 · N85 G40 · N90 G00 X-20 Y-20 · N95 M05 · N100 M02.
Κριτήρια αξιολόγησης: