Programmazione di macchine a C.N.C. FANUC series 0-21MC (fresa) FANUC series 0-21TC (tornio) Prof. Ing. Giovanni Bottaini Bibliografia: Manuale di Programmazione macchine utensili C.N.C. Tornitura R.Manzoni Programmazione macchine utensili a C.N.C. R. Manzoni Programmazione macchine utensili C.N.C. Teoria e pratica Zeffiro-Fochesato Sistemi programmabili per macchine utensili C.N. Violetti-Zaccaria Macchine Utensili a Controllo Numerico F.Grimaldi Emco WinNC GE Fanuc Series 0/21MC Emco Emco WinNC GE Fanuc Series 0/21TC Emco Edizione 2010 1 INDICE 1.0 Prefazione 2.0 Generalità sulle macchine a CNC 3.0 Controllo ISO-Fanuc 0-21 MC/TC 3.1 Generalità 3.2 Linguaggi e formato delle istruzioni 4.0 Programmazione fresatrice CNC 4.1 Punti di riferimento 4.2 Il segno delle coordinate 4.3 Lo zero pezzo 4.4 Prerequisiti di programmazione 4.5 Avanzamenti di lavorazione 4.6 Velocità di lavorazione 4.7 Funzioni preparatorie G 4.7.1 Movimento rapido G0 4.7.2 Movimento di lavoro G1 4.7.3 Interpolazione circolare oraria G2 e antioraria G3 4.7.4 Interpolazione ellittica 4.7.5 Sosta in una lavorazione G4 4.7.6 Posizionamento esatto G9 4.7.7 Programmazione assoluta ed incrementale G90 – G91 4.7.8 Programmazione polare G15-G16 4.7.9 Piani di lavoro G17-G18-G19 4.7.10 Operazioni di contornatura G40-G41-G42 4.7.11 Uso dei sottoprogrammi M98-M99 4.7.12 Rotazione del sistema di coordinate G68-G69 4.7.13 Cicli fissi o macro 4.7.14 Smussi e raccordi 4.7.15 Funzione di scala e specchiatura G50-G51 4.7.16 Programma CNC per filettatura interna fresata 4.8 Programmi di fresatura 4.8.1 Piastrina 80x115 con semplici lavorazioni e istruzioni ISO 4.8.2 Piastrina 60x60 in alluminio con semplici lavorazioni e istruzioni IS0 4.8.3 Piastrina 100x100 in acciaio con scontornatura di archi e uso dei sottoprogrammi 4.8.4 Piastrina 60x60 con lavorazioni complesse e istruzioni ISO-FANUC 4.8.5 Piastrina 100x42 con applicazione di scontornatura ed esecuzione di tasche 4.8.6 Piastrina 55x55 applicazione di scontornatura e sottoprogramma 4.8.7 Prisma il alluminio 40x40x40 lavorazioni varie 4.8.8 Prisma in alluminio 40x40x40 lavorazioni varie e macro di foratura 5.0 Programmazione tornio CNC 5.0.1 Operazioni preliminari 2 5.1 Punti di riferimento 5.2 Registro correzione utensili sul tornio 5.3 Istruzioni di programmazione 5.3.0 Coordinate per il movimento degli assi 5.3.1 Movimento rapido G0 5.3.2 Movimento di lavoro G1 5.3.3 Interpolazione circolare oraria G2 e antioraria G3 5.3.4 Compensazione del raggio del tagliente G40, G41 e G42 5.3.5 Inserimento di smussi e raccordi 5.3.6 Ciclo di filettatura in un’unica passata G33 5.3.7 Ciclo di filettatura multiplo G78 5.3.8 Ciclo di sgrossatura longitudinale G73 5.3.9 Ciclo di finitura longitudinale G52 5.3.10 Ciclo di sgrossatura trasversale o ciclo di stacciatura G74 5.3.11 Ciclo di ripetizione del percorso G75 5.3.12 Ciclo di foratura G83 5.3.13 Ciclo di maschiatura G84 5.3.14 Ciclo di alesatura G85 5.4 n°9 Esercizi svolti di programmazione tornio CNC 6.0 Programma di simulazione Emco Frestrice e tornio CNC –Fanuc 6.1 Generalità sui tasti funzione del PC 3 1.0 Prefazione Questo volume è il risultato di un lungo lavoro iniziato molti anni fa (1985-86) quando negli Istituti Professionali ad indirizzo meccanico venne introdotto il corso OMU (operatore alle macchine utensili) con il quale venivano rivoluzionate le discipline tecniche. Infatti oltre alle materie tecniche convenzionali (tecnologia meccanica e meccanica) si introducevano nuove discipline in linea con quello che stava avvenendo nel settore industriale. La concezione di “fabbrica” come eravamo abituati tradizionalmente ad avere, si trasformava grazie alle innovazioni tecnologiche essenzialmente dovute allo sviluppo dell’elettronica e dell’informatica associate alla meccanica. Ciò veniva interpretato come una nuova rivoluzione industriale che sinteticamente portava allo sviluppo delle tipologie di realizzazione del processo produttivo che sinteticamente veniva denominato “automazione”. Le nuove discipline introdotte erano le tecniche circuitali pneumatiche ed idrauliche. Sistemi elettropneumatici e controllori logici programmabili (PLC). L’insegnamento del disegno veniva supportato dalla tecnica CAD, inoltre si cominciava ad introdurre i concetti delle macchine a CNC. Una vera rivoluzione anche per gli insegnanti che passavano da un corso d’aggiornamento all’altro per adeguarsi in tempi rapidi alle nuove tecniche. Ricordo quel periodo come uno dei più vivaci della intera carriera di insegnamento. Le prime macchine a CNC (tipo didattico) acquistate dalla scuola con linguaggi di programmazione elementari e molto diverse dalle macchine da produzione industriale, consentivano comunque di programmare semplici lavorazioni che erano motivo di grande soddisfazione per gli studenti. Dopo alcuni anni vennero acquisite macchine CNC con programmazione ISO e quindi maggiore elasticità di programmazione. Oggi c’è la possibilità di avere in scuola macchine in tutto eguali alle macchine industriali, magari di dimensioni assai più contenute ma comunque attrezzate per eseguire particolari anche abbastanza complessi. I linguaggi di programmazione sono gli stessi e possono essere scelti. Possiamo disporre a completamento delle macchine o anche come alternativa, programmi di simulazione realistica 3D delle lavorazioni con possibilità di interfacciamento con la macchina stessa. Questi mezzi consentono di fare innumerevoli esercitazioni pratiche con diagnosi degli errori eventualmente commessi e permettono di acquisire la dimestichezza necessaria prima di approcciarsi alla macchina vera e propria. Ebbene il libro viene incontro alle esigenze suddette ed aiuta a sviluppare la programmazione. Il linguaggio di programmazione è ISO – FANUC 0/21 sia per il tornio che per la fresatrice. Riporta tecniche ed accorgimenti che nei manuali quasi mai vengono esplicitati lasciando agli utenti di scoprirli con l’uso. E’ corredato da moltissimi esempi, molti dei quali hanno avuto realizzazione pratica sulle macchine. Una considerazione sul linguaggio di programmazione sviluppato. Premettiamo che lo standard ISO 6983, rappresenta solo una raccomandazione di utilizzo di determinate funzioni e sintassi, tali da rendere comune ed uniforme la programmazione del maggior numero di CNC al fine di semplificare la gestione da parte di utenti che dovrebbero 4 imparare funzioni e modalità operative diverse. La realtà è poi assai diversa in quanto se i costruttori di CNC hanno adottato il linguaggio ISO per le principali funzioni di movimento, velocità e avanzamento, hanno altresì implementato e sviluppato vari linguaggi (dialetti) che hanno permesso di ottenere vantaggi in termini di semplicità e velocità di programmazione. In un corso scolastico non è possibile sviluppare i molteplici linguaggi di programmazione che possono poi trovarsi sulle macchine a CNC di lavoro, quindi abbiamo preso in considerazione l’utilizzo di tutte le funzioni standard previste dall’ISO e, senza togliere niente agli altri linguaggi di programmazione, ma semplicemente valutando i due più diffusi sul mercato SINUMERIK e FANUC abbiamo optato per quest’ultimo come base della programmazione sviluppata.. Ringrazio tutti gli autori in bibliografia dai quali ho comunque tratto spunti e considerazioni e anche se ritengo di aver realizzato un utile e semplice strumento di apprendimento sono altresì convinto che tutto è ulteriormente migliorabile e quindi si ringrazia chi fornirà utili suggerimenti a tale scopo. Prof. Ing. Giovanni Bottaini 5 2.0 Le macchine a CNC -Generalità I vantaggi derivanti dall’uso delle macchine a controllo numerico possono essere così sintetizzati: • Riduzione dei costi diretti di manodopera • Riduzione dei costi delle attrezzature • Aumento delle attrezzature • Aumento della produzione • Miglioramento della qualità del prodotto • Riduzione degli scarti • Aumento della flessibilità della struttura produttiva • Riduzione di aree occupate in officina (una macchina a CNC può sostituire più macchine tradizionali) • Certezza di realizzare comunque i tempi di lavorazione preventivati • Possibilità di affidare ad un solo operatore più macchine Oltre a questi vantaggi il CNC ha dato adito ad un ulteriore evoluzione nel campo delle macchine utensili, permettendo di passare dalle tradizionali macchine monoscopo (atte ad un unico tipo di lavorazione) a macchine multiscopo dette anche centri di lavorazione, capaci di fresare, alesare forare e maschiare in un solo ciclo di lavoro, con un solo posizionamento del pezzo. Oltre a queste sono stati successivamente sviluppati centri di lavorazione della lamiera e centri di tornitura. Attualmente i centri di lavoro costituiscono l’elemento meccanico principale dei nuovi sistemi di produzione e rendono possibili quelle flessibilità ed elasticità produttive che si dimostrano indispensabili per la moderna industria manifatturiera. . 3.0 CONTROLLO ISO - FANUC SERIE 0-21 MC /TC 3.1 Generalità Le macchine a C.N.C. (controllo numerico computerizzato) sono caratterizzate sinteticamente dalle seguenti peculiarità: - Realizzazione di particolari meccanici svincolati dalla abilità dell’operatore, quindi riduzione dei tempi di ciclo e rendimenti e precisioni delle lavorazioni costanti. - Flessibilità nelle lavorazioni in quanto consentono di passare in breve tempo dalla lavorazione automatica di un pezzo o di un lotto ad un altro pezzo o lotto cambiando semplicemente il programma. - Stabilità (fondazioni e basamento) per resistere a sollecitazioni esterne che possono modificare la precisione delle lavorazioni. 6 - Rigidità per mantenere elevata precisione nelle lavorazioni anche per elevate forze che vengono trasmesse all’interno della macchina (forze di taglio, forze di inerzia etc.) - Precisione e rapidità negli spostamenti dovute alle viti a ricircolazione di sfere che hanno consentito di sostituire l’attrito di strisciamento delle classiche guide, all’attrito di rotolamento, mediante l’interposizione di sferette fra vite e chiocciola. Esse consentono peraltro la ripresa degli eventuali giochi causati dal logoramento. L’elevato rendimento e la durezza delle superfici accoppiate permettono di ottenere velocità di posizionamento fino a 30 m/1’, ma soprattutto essendoci assenza di gioco permettono di eseguire asportazioni di truciolo sia in concorde che in discorde. - Controllo continuo delle velocità grazie all’impiego di motori in c.c., oppure con c.a. a frequenza variabile (inverter), in particolare sui mandrini; sono impiegati anche motori passo-passo specie per il movimento delle slitte. Le velocità di rotazione dei mandrini hanno raggiunto in certe macchine valori di 30000 g/min, ma ormai è abbastanza usuale avere a disposizione velocità di 15000 g/min. - I trasduttori rilevano istante per istante la posizione reale dell’utensile e la inviano al comparatore che la mette a confronto con la misura da raggiungere a fine corsa. Dal confronto dei due valori emerge una differenza e il comparatore attiva la traslazione mediante il servomotore. Quando la differenza si avvicina allo zero, il servomeccanismo è in grado di regolare il numero dei giri del motore in modo da decelerare gradualmente il moto dell’utensile fino a ridurlo a zero esattamente nelle posizione voluta. - Dispositivi automatici di cambio utensile, prelevato da un magazzino utensili. Tale cambio avviene in tempi brevissimi; vi sono macchine che lo effettuano in meno di 2 sec. Gli utensili sono contenuti in un magazzino macchina, che può essere a catena, a giostra ecc. e può contenere anche 100 utensili. La maggior parte delle macchine possiede un magazzino utensili ad accesso casuale, in cui ogni utensile, non occupa sempre la stessa posizione da cui è stato prelevato, ma il primo che si rende disponibile in magazzino. E’ ovvio che nella macchina esiste una tabella utensili TS (Tool Simulation) dove per ogni posto si legge l’utensile che vi è contenuto e che viene costantemente aggiornata tramite un opportuno programma. I magazzini a posto fisso hanno un cambio utensili più lento quindi più alti tempi passivi. - In questo corso saranno trattate macchine con solo tre assi controllati, praticamente il moto delle slitte; in sostanza oggi sono sempre più frequenti macchine che hanno 4,5 e anche 6 assi controllati, esempio una fresa che possiede la tavola girevole (4 asse), la testa della fresa che può ruotare (5 asse), e l’utensile che può uscire dalla testa (6 asse). In tal caso gli assi vengono contraddistinti con le lettere X,Y,Z,U,V,W. - In quasi tutti i sistemi controllati, si impiegano le cosiddette manopole di “override” che permettono all’operatore macchina di correggere in tempo reale i valori programmati dell’avanzamento e del numero di giri in frazione percentuale. 100% significa che i valori programmati vanno bene, 50% significa che devono essere dimezzati, 150% che devono essere aumentati del 50%. E’ ovvio che dovendo eseguire una filettatura la posizione della manopola deve trovarsi sul 100%. 7 Quando si va in macchina ad eseguire il prototipo del pezzo è utile tenere sotto controllo la manopola di “override” per intervenire tempestivamente se qualcosa non va come programmato. - Ultimato il programma ed inserito questo nella memoria di macchina, questa possiede in genere un software più o meno evoluto che ci permette di simulare graficamente la lavorazione per poter controllare se questa realizza il progetto previsto. La simulazione può essere piana e si vede solo lo spostamento dell’asse della fresa, o lo spostamento della punta dell’utensile nel tornio, ma può essere anche tridimensionale e si vede veramente la lavorazione e la forma assunta dal materiale lavorato. - E’ evidente che l’impiego di macchine sempre più veloci va di pari passo con l’evoluzione degli inserti in metallo duro per utensili. Le tecniche del rivestimento superficiale (PVD e CVD) vanno sempre più sviluppandosi consentendo prestazioni più elevate. Sono allo studio nuove ceramiche che dovrebbero elevare di molto le velocità già adesso alte, senza contare l’impiego di materiali quali il CBN (nitruro cubico di boro) particolarmente impiegato nella lavorazione di metalli di notevole durezza 50 HRc (temprati) che un tempo dovevano essere lavorati solo con le mole e il PCD ( diamante policristallino ) impiegato nelle lavorazioni di materiali abrasivi non ferrosi che richiedono precisione e finitura superficiale elevate. 3.2 Linguaggi e formato delle istruzioni Le funzioni di più comune impiego sono: N - numero di sequenza che individua il blocco delle istruzioni. E’ seguito da un numero da 1 a 9999. Di solito si utilizzano i multipli di 5 per poter sempre inserire, anche a programma ultimato, dei blocchi senza dover riprogrammare tutta la numerazione. G - (da 0 a 99) funzione preparatoria è l’indirizzo che individua il moto degli utensili, gli spostamenti, predispone alla esecuzione di operazioni varie etc. Molte di queste hanno definizioni ISO valide con tutti i controlli (Fanuc, E.C.S., Philips, Selca, Heidenhain, Siemens etc.) per i numeri lasciati liberi dall’ISO ogni costruttore ha inserito proprie funzioni. Le funzioni descritte nel presente libro oltre che ISO e quindi comuni a tutti i controlli sono esclusivamente FANUC 0-21 quindi non hanno corrispondenza con altri linguaggi di programmazione. Nota: le funzioni G da 0 a 9, sono cosi previste dall’ISO: G00, G01, G02, G03, G04 etc. Ebbene quasi tutti i controlli accettano anche una sola cifra numerica G1, G2. G3, etc. indifferentemente. F - (Feed) avanzamento, indirizza il messaggio ai servomotori che regolano la velocità di avanzamento; “ F “ unito alla funzione G94 predispone l’avanzamento in mm/min ( G94 F80), con G95 in mm/giro (G95 F0.4). Nella fresa normalmente F è in mm/min ; mentre nel tornio è mm/giro; se si volesse cambiare l’unità di misura si useranno G95 o G94. 8 S – velocità di taglio; unita alla funzione G96, il numero che accompagna S rappresenta la velocità costante in m/min (si usa in genere in tornitura); unita alla funzione G97, S rappresenta i giri/min ( normale nella fresa). Quando si lavora a velocità costante alcune macchine vogliono, mediante un indirizzo stabilito dal costruttore, il numero di giri massimo al quale si vuole arrivare compatibilmente con le caratteristiche del motore (es. MS 4000), comunque la macchina non può superare il limite del numero di giri stabilito dal costruttore che si attiva automaticamente al raggiungimento dello stesso. T – individua la posizione utensile per predisporre il cambio utensili es. T05. Su alcune unità basta solo T… per fare il cambio utensili, in altre unità occorre aggiungere il comando M6. Nella programmazione Fanuc occorrerà inserire M6 nel caso di programmazione sulla fresatrice, mentre sulla programmazione del tornio non è necessario. M – funzioni miscellanee disponibili da 0 a 99 per varie funzioni ausiliarie. X,Y,Z –danno informazioni dimensionali I,J,K – sono utilizzate per le coordinate del centro e corrispondono a X,Y,Z. L’ordine di scrittura è il seguente, anche se quasi tutti i controlli accettano un ordine libero di scrittura dopo il numero di blocco: N10 G25 X450 Y520 Z125 F350 S250 T15 M06 n°blocco dati dimensionali funzione preparatoria velocità di avanzamento velocità mandrino numero utensile funzione ausiliaria Al numero di blocco non necessariamente devono seguire righi di programmazione, ma possono essere scritti righi di commento e note posti fra parentesi; è evidente che i commenti scritti fra parentesi sono ignorati dal controllo e servono solo al programmatore. 9 FUNZIONE PREPARATORIA (di uso più frequente) è una parola formata da un indirizzo seguito da un numero G0 posizionamento in movimento rapido G1 interpolazione lineare (moto di lavoro) G2 interpolazione circolare oraria (moto di lavoro) G3 interpolazione circolare antioraria (moto di lavoro) G4 tempo di sosta G9 posizionamento esatto G15 disattiva la programmazione in coordinate polari (FANUC) G16 attiva la programmazione in coordinate polari (FANUC) G17 piano di lavoro XY G18 piano di lavoro XZ G19 piano di lavoro YZ G28 ritorno al punto di riferimento (reset) G33 filettatura con passo costante (unica passata) G40 percorso utensile sul profilo (disattiva G41 e G42) G41 percorso utensile a sinistra G42 percorso utensile a destra G43 compensazione utensile (sporgenza) (FANUC) G49 annulla la compensazione dell’utensile (FANUC) G50 annulla funzione di scala o di specchia (FANUC) G51 funzione scala o specchia (FANUC) G52 definizione nuovo punto “0” (FANUC ) G54 definizione punto “0” offset 1 (FANUC) G55 definizione punto “0” offset 2 (FANUC) G56 definizione punto “0” offset 3 (FANUC) G57 definizione punto “0” offset 4 (FANUC) G58 definizione punto “0” offset 5 (FANUC) G59 definizione punto “0” offset 6 (FANUC) G68 rotazione sistema di coordinate INS (FANUC) G69 rotazione sistema coordinate DISINS (FANUC) G72 ciclo di tornitura di finitura (FANUC) G73 ciclo di tornitura in sgrossatura longitudinale (FANUC) G74 ciclo di sgrossatura trasversale o di stacciatura (FANUC) G75 ciclo di ripetizione del percorso (FANUC) G78 ciclo di filettatura multiplo (FANUC) G80 annulla l’esecuzione di ciclo fisso G81 ciclo di foratura poco profonda G82 ciclo di lamatura G83 ciclo di foratura profonda G84 ciclo di maschiatura G85 ciclo di alesatura G86 ciclo di barenatura G90 programmazione assoluta G91 programmazione relativa G92 definizione “0” pezzo rispetto allo “0” macchina in tornitura (FANUC) G94 avanzamento in mm/1’ G95 avanzamento in mm/g G96 rotazione a velocità costante m/1’ 10