Prelucrari pe MUCN 1

Capitolul 1 NOTIUNI INTRODUCTIVE GENERALITATI

Progresul tehnic în construcţia de maşini depinde mai ales de stadiul industriei constructoare de maşini-unelte. Cantitatea şi nivelul tehnic ale maşinilor-unelte caracterizează într-o mare măsura capacitatea de producţie a unei entităţi de producţie. Evoluţia gradului de automatizare a maşinilor unelte este strâns legată de de sistemele de conducere a acestora, care au evoluat de la sistemele de conducere manuală la cele cu came, comandă după şablon, secvenţiale şi în fine cu conducere asistată. Evident că această evoluţie a implicat o dezvoltare corespunzătoare a industriei electronice ce produce echipamentele necesare deservirii acestor sisteme de comandă. S-au produs astfel cronologic: relee şi tuburi electronice, tranzistori, circuite integrate pe scar ă mică, microcalculatoare, microprocesoare, circuite integrate pe scar ă largă şi încheind cu tehnologia SMD. Un deziderat important al tehnologiilor moderne este dat de flexibilitatea  producţiei şi deci prin capacitatea de a trece de la fabricarea unui produs la altul, cu cheltuieli minime. In stadiul actual de dezvoltare a ma şinilor-unelte acest deziderat de automatizare cu profil larg, este integral rezolvat prin sisteme de comanda dup ă   program care asigura trecerea rapida de la un produs la altul printr-o simplă schimbare a programului maşinilor-unelte. Comanda după program reprezintă o comanda de copiere în care se folosesc purtători fizici de informa ţii prin care forma piesei sau, mai precis, date despre forma piesei, se păstrează şi se transmit prin cod. Aceasta, împreuna cu

3

unele date tehnologice (regimul tehnologic), mi şcări auxiliare şi semnale reprezintă programul de prelucrare a piesei. Pentru formarea unei imagini de ansamblu privind ma şinile cu comand ă numerică şi a evoluţiei acestora se vor prezenta în continuare câteva repere cronologice. Ideea conducerii unui utilaj sau instalaţie prin sisteme de comanda, ca şi cele existente în prezent la maşinile cu comanda numerica este foarte veche; apar ţine secolului al XIV şi a fost concretizat ă prin crearea flaşnetelor  comandate (programate) prin tamburi cu axe. In anul 1808 Joseph M. Jacquard a folosit, pentru prima data, cartele  perforate metalice la automatizarea ma şinilor de ţesut. 1863 este anul în care M. Fourneaux a ob ţinut patentul pentru pianul automat cunoscut sub numele de "Pianola", recunoscut pe plan mondial pentru suportul informaţional-banda de hârtie perforata, cu laţimea de circa 30 cm, care comanda prin intermediul presiunii aerului acţionarea clapetelor mecanice ale  pianului. In anul 1938, Claude E. Shannon a studiat şi a confirmat posibilitatea efectuării unor calcule matematice automate prin intermediul algebrei booleene. Astfel au fost puse bazele structurilor actuale ale calculatoarelor  şi a conducerii numerice şi s-a conturat şi posibilitatea transmiterii pe cale electronica a informaţiilor  şi rezultatelor unor calcule matematice prin intermediul unor  componente electronice. Anul 1946 s-a realizat de către Dr. John W. Mauchly şi Dr. J. Presper, in cadrul institutelor militare de cercetare a primului Calculator electronic digital "ENIAC". Atunci au fost puse şi bazele sistemelor de prelucrare electronică a datelor. In perioada cuprinsa intre anii 1949...1952, cercetătorul american John Parsons de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts împreun ă cu For ţele Aeriene Americane definitivează "un sistem pentru maşini unelte, de poziţionare a axului principal prin intermediul unui calculator in vederea conducerii  procesului de prelucrare a piesei". Cu aceasta maşina urmau sa fie prelucrate reperele cu forme complexe utilizate în industria aeronautic ă. Aceste piese puteau fi descrise (ca şi formă) mult mai u şor din punct de vedere matematic, in schimb se prelucrau foarte greu manual. Atunci s-a stabilit, pentru prima data, leg ătura între calculator  şi sistemele de conducere numerică a maşinilor-unelte. In anul 1952 la Institutul de Tehnologie din Massachusetts a fost dat ă în funcţiune prima maşină cu comanda numerică "Cincinnati Hydrotel" cu ax vertical. Sistemul de comandă electronic permitea mişcarea simultana în trei axe (după trei direcţii) - interpolare liniar ă şi codificarea informaţiei în sistem binar.

4

1954 este anul când firma Bendix preia licenţa şi drepturile asupra  patentului Parsons şi construieşte pe scar ă industrială prima maşina cu comanda numerica. For ţele Armate Aeriene Americane vor introduce trei ani mai târziu (1957) în cadrul industriei constructoare de armament primele ma şini de frezat cu comanda numerica. In acelaşi timp se lucra la primul limbaj de programare APT (Automatically Programed Tools) care a fost realizat în leg ătur ă directa cu calculatorul IBM-704. Anii 1959 şi 1969, au adus nou integrarea tranzistorului şi a circuitului integrat în structurile cu comanda ale MUCN. In anul 1969, în SUA, se realizeaz ă prima instalaţie de conducere numerica directa (DNC) prin intermediul standului "Omnicontrol" şi a calculatorului IBM. Primele sisteme de conducere numerica prevăzute în blocuri integrate de măsurare (1972) au deschis calea spre noua generaţie de maşini-unelte cu sisteme de conducere computerizata - CNC care au fost completate foarte repede cu microprocesoare. Acestea din urma (1976) vor revoluţiona tehnica conducerii  proceselor tehnologice de prelucrare. Anul 1978 coincide cu anul realizării primelor sisteme flexibile de  prelucrare. Un an mai târziu (1979) apar primele programe de proiectare asistata constructiva CAD (Computer Aided Design) şi tehnologica CAM (Computer  Aided Manufacture) care sunt uşor integrate în activităţile de realizare a  proceselor tehnologice pe MUCN. In anul 1984 sunt introduse programe grafice asistate care au stabilit ăşurare a programării în fabrica. Sistemele de programare coordonatele de desf ăş grafice introduse in anii 1985 - 1986 au determinat apari ţia unui sistem interactiv de programare a MUCN. Standardizarea anumitor module din structura MUCN (1986/87) a permis deschiderea unor direcţii noi în realizarea de „fabrici automatizate" având la baza schimbul continuu de informaţii. Introducerea în anul 1990 a modulelor digitale, ca elemente de leg ătur ă dintre blocul de comanda şi cel de acţionare, a îmbunătăţit precizia şi reglajul deplasării pe axele de coordonate ale maşinii şi ale arborelui principal. In anul 1992 se introduc sistemele CNC - deschise caracterizate prin flexibilitate ridicat ă. Incepând cu acest nivel evoluţia a cunoscut un ritm accelerat fiind legat ă de dezvoltarea tehnicii de calcul, a centrelor de prelucrare, a tehnologiilor de grup, a sistemelor DNC, a senzorilor, a tehnicilor de modelare geometric ă şi  procesare grafică a datelor, a sistemelor CAD/CAM, sistemelor  şi tehnicilor de diagnosticare, limbajelor de programare de înalt nivel, inteligenţei artificiale.  Nu se poate vorbi despre subiectul principal al acestei căr ţi: prelucrarea pe MUCN f ăr ă a prezenta conceptul de CAM (Computer Aided Manufacturing).

5

CAM presupune asistarea cu calculatorul a procesului de fabricaţie. Aceasta presupune elaborarea programelor CNC, transmiterea lor la MUCN  precum şi realizarea efectivă automat a procesului de prelucrare şi montaj. Funcţiile ce urmează să fie asigurate de sistemul CAM sunt: comanda fabricaţiei şi a atelierelor de fabrica ţie; comanda posturilor de lucru; comanda fluxurilor de materiale; comanda magaziilor  şi a transportului; comanda  procesului de prelucrare. Aceste funcţii pot fi asigurate prin existen ţa unui complex software/hardaware adecvat şi capabil să gestioneze baze de date care conţin informaţii despre: contracte de fabricaţie, capacităţi de producţie, fluxuri de materiale, mijloace de producţie, situaţia magaziilor  şi a transportului şi contracte de service. Maşinile unelte cu comandă numerică sunt maşini unelte clasice la care sunt ataşate echipamentul numeric şi celelalte module aferente. Astfel componentele principale ale unei ma şini cu comandă numerică sunt: - maşina unealtă - echipamentul de comandă numerică - motoare pas cu pas - magazia de scule - cap revolver  - sistem de prereglare al sculelor; - rigle optice pentru deplasări - calculator  Din punct de vedere al transmiterii programului la ma şina unealtă cu comandă numerică există în principiu două variante: - manual, prin tastarea efectivă a programului de la tastatura echipamentului. Această variantă se aplică în cazul unor procese tehnologice cuprinzând repere cu geometrie mai simplă. Introducerea datelor este precedată de programarea manuală a prelucr ării. - automat, prin realizarea programării asistate de calculator a maşiniiunelte. Aceasta presupune introducerea la calculator a adreselor  geometrice şi tehnologice urmând ca sistemul de calcul şi software-ul adecvat să realizeze postprocesorul în cod maşină. Varianta se aplică în cazul proceselor tehnologice complexe, necesitând un mare număr de informaţii. Pentru a realiza programarea deplasărilor  şi rotirilor elementelor maşiniiunelte după diferite direcţii este necesar să se raporteze cotele piesei din desenul de execuţie la un sistem de axe de coordonate. Identificarea axelor de deplasare se face prin simboluri precizate de recomand ările ISO. Conform acestui standard există un sistem de axe de coordonate ale maşinii-unelte când axele corespund deplasărilor sculei, şi sistemul de axe coordonate al piesei, la care axele de coordonate se refer ă la deplasările executate de elementul pe care se fixeaz ă

6

 piesa, fiecare axă de deplasare având un semn + sau un semn – dat de sensul de deplasare. Asupra acestui aspect se va reveni pe larg în cadrul căr ţii. Concluzionând rezultă ca atunci când este necesar să se realizeze o   prelucrare de reper complex este necesar să se ţină seama de toate elementele din procesul de programare asistată a MUCN (maşina-unealtă cu comandă numerică): -  programul de definiri geometrice – procesul geometric - definiri tehnologice – avans, tura ţii, scule aşchietoare, funcţii auxiliare -   programul de transformare a definirilor geometrice şi a informaţiilor  tehnologice în limbajul ma şinii-unelte – postprocesorul - transmiterea postprocesorului la MUCN, manual sau automat; -  programatorul - tehnologul de proces tehnologic. Aceste elemente prezentate mai sus pe scurt, din punct de vedere conceptual vor fi dezvoltate corespunzător în capitolele următoare ce cuprind informaţii foarte utile privind programarea şi exploatarea maşinilor unelte cu comandă numerică pentru prelucr ări prin frezare şi strunjire.

7

Capitolul 2 ELEMENTE DE ACTIONARE SI COMANDA CONTROLABILE CNC ALE MUCN

In cadrul acestui capitol se vor prezenta componentele maşinilor unelte cu comandă numerică care sunt controlate de programe cu comanda numerică -NC  şi care este modul de funcţionare în general. Referirile ce se vor face în cadrul acestui capitol, ca de altfel pe întreg parcursul lucr ării vor fi orientate pe dou ă dintre maşinile cel mai des utilizate la prelucr ările cu comandă numerică şi anume: strungul CNC (figura 2. 1) şi maşina de frezat CNC (figura 2. 2). Cunoaşterea funcţiilor  şi elementelor programabile ale unei maşini CNC sunt elemente ce trebuie cunoscute în detaliu de: operatorul care lucrează pe maşină cu comanda numerica, de programatorul ce realizează programul cod maşină pentru prelucrarea piesei precum şi de tehnologul care conduce execuţia.

Fig. 2.1 Strung CNC

8

Fig. 2.2 Maşină de frezat CNC

Aceştia trebuie să fie familiarizaţi cu tot ce se poate executa pe o astfel de maşina precum si cu limitele între care se poate opera. In general componentele controlabile prin program NC ale MUCN sunt: - axele pe care se realizeaz ă avansurile; - lanţurile cinematice de avans; - dispozitivele de măsura şi control - arborele principal al ma şinii unelte - dispozitivele de prindere a piesei; - magazii de scule şi capete revolver; - axe de rotaţie si axe adi ţionale de avans In subcapitolele următoare se vor prezenta elementele de mai sus atât pentru strung cât şi pentru maşina de frezat.

2.1 Sisteme de axe de avans pentru MUCN  Nu de puţine ori în momentul în care dorim s ă descriem performanţa unei maşini unelte cu comandă numerică folosim expresia „este o maşină foarte bună interpolează în 5 axe”. Aceste axe nu sunt altceva decât direcţiile descrise de componentele de avans ale maşinii, a mesei principale de lucru, a arborelui  principal sau a capului port scule. In cazul maşinilor unelte convenţionale, mişcările de avans de-a lungul axelor, sunt executate manual   prin rotirea manetelor corespunzătoare sau prin lanţurile cinematice de avans ale maşinii. In această situaţie este  posibilă realizarea unor deplasări de-a lungul axelor respective sau compuse în cazul acţionării simultane a două sau mai multe axe (figura 2. 3). Astfel în cazul maşinii de frezat din figura 2. 3 cele trei axe de avans   prezentate în imagine produc următoarele mişcări: - axa X: deplasează masa maşini de Fig. 2.3 Compunerea transla ţiilor pe trei axe la maşina de frezat clasică la stânga la dreapta şi invers; - axa Y: deplasează consola arborelui principal înainte şi înapoi; - axa Z: deplasează masa de lucru în sus şi în jos;

9

In cazul maşinilor unelte cu comandă numerică deplasările respective de avans se realizează comandate prin program NC. Orice maşină CNC este dotată cu un număr mai mic sau mai mare de axe de avans care fac posibilă prelucrarea automată a semifabricatului. Maşinile-unelte cu comandă numerică au în general sisteme de referinţă diferite de cele ale ma şinilor-unelte clasice. Asociaţia Internaţională de Standardizare - ISO a stabilit nomenclatura axelor  şi mi şcărilor pentru comanda numerică prin ISO - R841 însuşită de ţara noastr ă prin STAS 8902. Standardul  precizează ca axa Z este axa arborelui principal. Pe aceasta, sensul pozitiv este dat de creşterea distanţei dintre semifabricat şi scula, sistemul de coordonate fiind un sistem cartezian, rectangular, de sens direct, care respectă regula mâinii drepte. In general maşinile cu comandă numerică folosite la repere de complexitate medie au în mod obişnuit trei axe Fig. 2.4 Axele de avans la strungurile CNC identificate cu literele: X, Y, Z în cazul maşinilor de frezat în timp ce ma şinile de strunjit au doua axe X, Z. La strunjire (figura 2. 4) axa Z este axa arborelui principal, mişcarea în direcţie longitudinală fiind realizată de întreg ansamblul cap revolver  şi suport   portscule. Axa X asigur ă deplasarea transversală a capului revolver ghidat   pe suportul portscule. In aceasta configuraţie este posibila generarea de mişcări pe cele două axe, pe o direcţie unghiular ă compusă, sau de interpolare circular ă rezultând astfel conturul de revoluţie al reperelor  dorite. In cazul maşinilor de frezat (figura 2. 5) acestea dispun de trei axe controlabile NC: X, Y si Z. Doua dintre acestea sunt în general activate Fig. 2.5 Axele de avans la maşinile de  prin deplasarea mesei maşinii (X şi Z) iar cea de a treia e reprezentata de

10

deplasarea consolei arborelui principal al maşini. In situaţia în care ma şina de frezat are o masa fixa, consola arborelui principal va executa mi şcările pe toate cele trei axe. Maşinile cu comandă numerică utilizate la prelucrarea unor repere de complexitate mare au în mod frecvent mai multe axe. Asupra acestui aspect se va reveni în ultimul subcapitol din acest capitol. In ce priveşte precizia şi acurateţea deplasărilor pe axele maşinii unelte acestea sunt în cea mai mare parte dependente de calitatea ghidajelor ma şinii. Aceste aspecte creează pentru producătorii de MUCN proiecte sofisticate. In funcţie de încărcarea si de acurateţea/precizia ceruta, producătorul va decide soluţia optimă. Decizia va implica elemente referitoare la: - forma ghidajelor; - tipul suprafeţelor de alunecare/translaţie (că ptuşite cu plastic, superfinisate); - tipul încastr ării, etc.

2.2. Lanţurile cinematice de avans ale MUCN Aşa cum s-a putut observa în cadrul primului subcapitol deplasarea sculei relativ la piesă în vederea realizării conturului impus de realizarea reperului este generată prin mişcări consecutive sau simultane ale axelor de mişcare. Astfel în exemplu Axă de mişcare din figura 2. 6 se impune realizarea unei Deplasare sculă frezări oblice faţă de axele de mişcare X şi Y. Axă de mişcare Pentru aceasta este necesar ă realiza-rea unei compuneri a mişcărilor    pe cele două direcţii în funcţie de unghiul înclinării şi de o mi şcare Axă de mişcare   pe direcţia Z cu care se Fig. 2. 6 Generarea deplasării sculei realizează adâncimea de aşchiere impusă. Toate aceste mişcării sunt posibile datorită lanţurilor cinematice ale maşinilor unelte cu comandă numerică. Acestea generează mişcări de translaţie care deplasează fie reperul de prelucrat relativ la scul ă, fie sculele relativ la reper  realizând astfel prelucrarea. Inima dispozitivului de avans la CNC-uri este şurubul cu bile recirculante. Acesta consta într-un şurub supus unor constrângeri, prin care nu  poate executa decât mişcare de rotaţie şi o piuliţa care poate executa o mişcare 11

de translaţie. In momentul în care motorul rote şte şurubul, piuliţa se deplasează longitudinal glisând sania împreună cu masa de lucru de-a lungul ghidajelor.(fig.2.7) Masa maşinii

Piuliţă cu bile

Motor acţionare

Surub cu bile Ambreaj

Fig. 2.7 Lanţul cinematic pentru deplasarea mesei maşinii de frezat

Piuliţa cu bile recirculante conţine un sistem de bile care asigura o transmitere cu fricţiune mică de la şurub la sanie. Cele doua jumătăţi ale piuliţei sunt încărcate una în raport cu cealaltă, astfel încât mersul în gol este redus la minim si sania realizează o alunecare lină . Pentru a asigura deterior ări minime ale mecanismului de avans în cazul unor ciocniri/coliziuni neintenţionate, dispozitivul de avans poate fi cuplat la un ambreiaj cu alunecare. Când acest tip de dispozitiv este încorporat, dispozitivul de avans se opreşte instantaneu în momentul în care sania întâlne şte obstacole neprevăzute. Pentru acţionarea lanţurilor cinematice de avans sunt folosite motoare de tip DC care pot fi controlate electronic. Avantajul unor astfel de motoare este acela că pot transmite momente de torsiune în ambele direcţii. Lanţurile cinematice trebuie în general să aibă o rigiditate mare deoarece,   pe cât posibil, trebuie să fie neafectate de for ţele exterioare (ex. for ţe de aşchiere). Lanţul cinematic de avans trebuie să genereze o mişcare constantă si lină ca si reacţii rapide la schimbarea vitezei. De asemenea trebuie evitat ă supraîncărcarea motorului, care poate surveni în una din următoarele situaţii: - scule neascuţite corespunzător; - restricţii privind mişcarea de translaţie; - încărcare maximă în timpul acceler ării si frânării. Din aceste motive este necesara asigurarea protecţiei electronice.

12

2.3 Dispozitivele de măsura şi control Un element important al ma şinilor cu comandă numerică şi care este strict necesar a fi comandat prin program NC este cel ce priveşte poziţia saniei la un moment dat, de fapt măsurarea cursei acestuia. Acest lucru se poate realiza în două moduri: direct sau indirect. Deplasare sanie

Scală

Evaluator 

Fig. 2.8 Măsurarea prin poziţionare directă

Măsurarea prin poziţionare directă implica existenţa unei scale de măsurare fixata de sanie sau de masa maşinii. Impreciziile de la şurubul conducător sau masa maşinii nu influenţează măsurarea efectivă a rezultatelor  deplasării. Evaluatorul mărimii de măsurat culege optic informaţii de ăsurare si face   pe scala de m conversia acestor informaţii in semnale electrice trimise apoi la sistemul de control.

Surub cu bile

In cazul măsur ării prin  poziţionare indirectă mărimea deplasării saniei este evaluată relativ la rotaţia şurubului cu bile recirculante. Evaluatorul optic Deplasare sanie înregistrează mişcarea de rotaţie Evaluator rotativ   prin intermediul unei scale   pulsatorii conectata la şurubul cu Fig. 2.9 Măsurarea prin poziţionare   bile recirculante. Cunoscându-se indirectă dependenţa dintre mişcarea de translaţie a sănii şi numărul de rotaţii pulsatorii, sistemul de control calculeaz ă şi comandă deplasarea săniei. Aşadar pentru o poziţionare precisă de-a lungul axelor de avans, lanţul cinematic de avans este cuplat la un dispozitiv corespunzător de măsurare. Fundamental aşa cum s-a precizat mai sus astfel de dispozitive de m ăsurare constau dintr-o scala si un evaluator capabil sa citească scala. Este important de precizat c ă în ce priveşte tipul scalei trebuie f ăcută distincţia între poziţionarea absolută si cea incrementală. Acest element are Scală

13

efecte importante în ce priveşte tipul de cotare a reperului ce urmeaz ă a fi  prelucrat şi chiar asupra modului de programare a informaţiilor geometrice. La măsurarea în cazul poziţionării absolute(figura 2. 10) se utilizeaz ă o scala codificata de măsura care indica în orice moment poziţia precisă a săniei relativ la un punct fix, legat de ma şina unealtă, cunoscut sub denumirea de „punctul zero al maşinii”. Toate deplasările efectuate sunt raportate la acest  punct. Este important ca ordinul de mărime ce poate fi citit pe scală să acopere toate dimensiunile pe care le presupune realizarea reperului, astfel încât sistemul de control să poată aloca o valoare numerica fiecărei poziţii. Scala este codificata in sistem binar. Fig. 2. 10 Măsurarea în cazul pozi ionării absolute

Fig. 2. 11 Măsurarea în cazul poziţionării incrementale

Fig. 2. 11 Măsurarea în cazul pozi ionării incrementale

Măsurarea poziţionării incrementale se va face cu ajutorul unei grile gradate. Aceasta grilă are alternativ zone albe şi negre de mărime egală care trec   prin faţa evaluatorului optic pe parcursul mi şcării de avans. Evaluatorul optic calculează numărul zonelor albe şi negre, evaluarea ultimei poziţii a saniei f ăcându-se pe baza diferenţei faţă de poziţia anterioara. Inainte de începerea  prelucr ării sania trebuie deplasată într-un punct a cărui distanţă faţa de punctul zero al maşinii este cunoscuta. Acest punct se numeşte „punct de referinţa”. Imediat ce sania a fost pozi ţionată în punctul de referinţa, evaluatorul poate lucra cu grila divizata pentru a măsura poziţiile. Pentru a lămuri foarte clar diferenţa dintre absolut şi incremental în cazul  prelucr ărilor pe MUCN este bine de f ăcut următoarele precizări: - cuvântul “absolut” cu privire la măsurarea poziţionării saniei maşinii la un moment dat sugerează faptul că măsurarea deplasărilor  şi stabilirea poziţiei este independentă de deplasările realizate până în momentul evaluării din cauza ca orice poziţie în orice moment este raportat ă la o valoare de referinţa fixa, zero maşină. - cuvântul “increment” înseamnă ca la valorile măsur ătorilor este dată de creşterea sau descreşterea lungimii avansului longitudinal. De-a lungul oric ărei mişcări sistemul de control evalueaz ă numărul diviziunilor cu care fiecare noua  poziţie difer ă de cea precedenta. - unele CNC-uri au un sistem de m ăsurare “ciclic absolut”. Sistemele de acest tip au o scala de m ăsura care consta din mai multe scale identice. Pentru a

14

genera precizia măsur ării, sistemul de control trebuie sa ştie care dintre aceste mici scale de măsura este în mod curent înregistrata/urmărită de evaluator.

2.4 Arborele principal semifabricatului

şi

sisteme

de

prindere

a

2.4.1. ARBORELE PRINCIPAL AL MA ŞINI UNELTE La fel ca şi în cazul maşinilor unelte clasice arborele principal este subansamblul care generează efectiv mişcarea de rotaţie a semifabricatului sau sculei, ce are ca efect realizarea aşchierii. După cum se cunoaşte arborele   principal generează: - rotaţia semifabricatului în cazul strunjirii; - rotaţia sculei la prelucr ările de găurire si respectiv frezare; Sursa de mişcare a arborelui principal este motorul de acţionare a maşinii, care poate fi un motor de tip AC sau respectiv DC. In cazul motorului de tip AC selectarea turaţiei arborelui se realizează prin intermediul unei cutii de viteze, num ărul treptelor de turaţie fiind dependent de tipul acesteia. Acest tip de motor este mai rar întâlnit în cazul ma şinilor cu comandă numerică. Tahogenerator 

Semifabricat

Universal Frontal arbore

Motor 

Arbore rinci al

Tahogenerator 

Frontal arbore Motor 

Fig. 2. 12 Arborele principal la strungurile CNC

Sculă

Fig. 2. 13 Arborele principal la maşinile de frezat CNC

In cele mai multe cazuri arborele principal la ma şinile unelte CNC este condus de motoare de tip DC. Particularitatea foarte importantă a acestor  motoare este că prin intermediul unui tahogenerator pot realiza o varia ţie continuă a turaţiei la arborele principal, ceea ce permite programarea exactă a turaţiei de prelucrare precum şi schimbarea acesteia în concordanţă cu regimul de aşchiere impus de prelucr ări . Pentru a ob ţine cele mai favorabile momente de torsiune precum şi pentru realizarea unei game extinse de turaţii posibile, 15

motoarele DC au în mod frecvent încorporata o reducţie a transmisiei de la doua la patru nivele. Atât maşinile de strunjit cu CN cât şi cele de frezat (figurile 12, 13) mişcarea de rotaţie se transmite de la motorul DC prin intermediul unei transmisii prin curele la tahogenerator, care asigurând turaţia cerută de program o transmite mai departe la arborele principal. In cazul ma şinilor de frezat transmisia are în plus un angrenaj conic cu rol de schimbare direcţiei de mişcare. Un element important al arborelui principal este aşa numita suprafaţă frontală a acestuia. Aceasta este importantă atât din punct de vedere al operatorului care trebuie să orienteze şi să fixeze semifabricatul sau scula relativ la această suprafaţă cât şi din punct de vedere al programatorului care trebuie s ă ţină seama de această poziţionare.

2.4.2 SISTEME DE PRINDERE A SEMIFABRICATULUI In cadrul acestui paragraf se vor trata principalele tipuri de orientare şi fixare a semifabricatelor utilizate pe ma şinile unelte CNC. Aşa cum se cunoaşte din cadrul cursurilor de TCM sau Dispozitive  principalele moduri de orientare şi fixare a semifabricatelor sunt: Universal

Semifabricat

Bacuri

Bride

Masa maşinii

Semifabricat

Fig. 2. 14 Orientarea şi fixarea semifabricatului pe strungurile CNC

Fig. 2. 15 Orientarea şi fixarea semifabricatului pe maşinile de frezat CNC

- pentru strunjire: - universal cu doua, trei sau patru bacuri; - dispozitive adaptate pentru forme neregulate ale pieselor; -  prindere între vârfuri pentru orientare concentrică a pieselor lungi; - dornuri autocentrante pentru centrare pe alezaje; -  bucşe elastică pentru orientarea pieselor cilindrice; - lineta pentru rezemarea pieselor lungi şi zvelte pentru a evita încovoierea semifabricatului; - pentru frezare 16

-

menghină simplă sau autocentrantă; suporturi pentru prindere în trepte, zimţate sau ajustabile cu bride şi  bolţuri; - dispozitive de orientare cu prisme unghiulare; - dispozitive de frezare specializate; - masa magnetică; -  platouri perforate. In cazul maşinilor CNC ca şi în cazul celor clasice rolul dispozitivului de  prindere a semifabricatului este să asigure orientarea şi fixarea acestuia de masa maşinii în cazul prelucr ărilor prin frezare sau în axa arborelui principal în cazul strunjirilor. Cum poate fi controlat dispozitivului de prindere a semifabricatului prin  program?  Numărul funcţiilor controlabile prin program relativ la dispozitivul de   prindere, depinde în primul rând de modul în care piesa este introdusa în dispozitiv (manual sau automat) precum şi de complexitatea sistemului de  prindere. La prelucr ările prin strunjire (figura 2. 14), bacurile universalului se pot deschide şi închide din programul CNC-ului şi este posibilă setarea diferitelor   presiuni de strângere. Pinolă Alegerea presiunii Semifabricat de prindere depinde evident de turaţia arborelui. Astfel turaţiile mari necesită presiuni de Linetă strângere mari. Pentru că Ax de regula CNC-urile  pinolă lucrează cu turaţii diferite Fig. 2.16 Pinolă şi linetă comandabile prin comenzi de la o faza la cealaltă a NC  prelucr ării şi in general acestea sunt mari,   presiunile de strângere nu pot fi mărite corespunzător deoarece este posibilă deteriorarea piesei. S-a găsit soluţia utilizării universalului cu compensare de for ţă centrifugală. Acesta este astfel proiectat încât for ţele de prindere generate hidraulic asupra f ălcilor r ămân constante indiferent de tura ţia arborelui. Există situaţii în care rigiditatea semifabricatului o impune, s ă se utilizeze la strunjire, pinola şi respectiv lineta (figura 2. 15). Pentru pinola se pot  programa următoarele funcţii: poziţionarea pinolei, deplasarea pinolei înainte şi înapoi. La utilizare linetei se pot programa: deschiderea şi închiderea acesteia; translaţia şi respectiv rotaţia într-o poziţie dată; retragerea.

17

La maşinile de frezat (figura 2.15) problema for ţelor de fixare nu este critică gradele de libertate fiind mai bine preluate prin orientare. Ceea ce este important orientarea şi fixarea şini este poziţionarea   pe aceste ma rapida si corecta a piesei pe masa în raport cu punctul zero al ma şinii. In general orientarea pieselor in dispozitivul de prindere trebuie s ă  permită prinderea si desprinderea uşoara a pieselor si s ă asigura precizie în cazul repetabilităţii poziţiei. Uneori se folosesc si dispozitive specializate care constau în subansamble ce permit prelucrarea completă a tuturor suprafeţelor f ăr ă a mai fi necesar ă reprinderea piesei. Fig. 2.17 Maşină de frezat CNC cu 2 O altă automatizare importantă mese indexabile este şi echiparea maşinii cu doua mese indexabile care vor indexa alternativ în poziţia de lucru fiind comandate din programul CNC. Se asigur ă astfel orientarea şi fixarea semifabricatului chiar în timpul prelucr ării

2.5 Capete revolver. Magazii de scule La prelucrarea reperelor pe CNC-uri o particularitate importantă este aceea că în cadrul aceleaşi operaţii se execută aproape întotdeauna mai multe faze active de aşchiere efective. Aceste faze sunt în general executate dintr-o singura prindere şi astfel devine necesar ă angajarea a mai multe scule diferite în   procesul de prelucrare. Sunt rare cazurile în care un reper poate fi executat complet f ăr ă a fi necesar ă schimbarea sculei. Deci, utilizarea mai multor scule implic ă existenţa unor posibilităţi de schimbarea a acestora. O primă variantă dar tot mai puţin utilizată este schimbarea manuală a sculelor de către operator. Aceasta se pretează în special la maşinile de frezat si de găurit la care accesul la arborele principal al maşinii este mai uşor. Din punct de vedere al programului CNC este necesar ă introducerea în program a unei instrucţiuni de „stop intermediar” pentru montarea/demontarea şi reglarea sculelor. Cea de a doua variantă, frecvent utilizat ă în cazul strungurilor CNC şi a centrelor de prelucrare este utilizarea unui schimbător automat de scule, 18

Fig. 2.18 Cap revolver

Fig. 2. 19 Magazie de scule

comandat de programul NC, care poate lucra cu diferite scule, în func ţie de necesităţile tehnologice pe care reperul le reclamă. Schimbătorul automat de scule poate fi de tip : - cap revolver (figura 2. 18); - magazie de scule (figura 2. 19); Capul revolver se foloseşte în special la strungurile CNC. Programul NC  provoacă rotaţia capului revolver până când scula necesar ă fazei respective se aşează în poziţie de lucru. Un element important în construcţia capetelor revolver îl constituie prezenţa sau absenţa „direcţionării logice”. Capul revolver f ăr ă direcţionare logică (figura 2. 20) permite indexarea sculelor doar într-un singur sens (în general antiorar) iar sculele vin în poziţie de lucru, secvenţial una după cealaltă, conform programului.

Fig. 2. 20 Cap revolver f ără direcţionare logică

Fig. 2. 21 Cap revolver cu direcţionare logică

Existenţa „direcţionării logice” permite indexarea sculelor în ambele sensuri şi f ăr ă sa se ţină seama de succesiunea în care sunt montate sculele în capul revolver, în poziţia de lucru putând s ă se aşeze oricare dintre scule. Sistemul logic va efectua schimbarea sculei în cel mai scurt timp posibil. 19

In cazul magaziei de scule controlat ă prin program NC, schimbătorul de scule este o pârghie dublă cu ghear ă care preia scula montată pe arborele  principal şi o repune în magazie după care ia scula următoare din magazie şi o aduce la arborele principal. Operaţia este comandată prin program şi durează câteva secunde.

2.6 Axe de rotaţie si axe adiţionale de avans Aşa cum anticipam în cadrul subcapitolului 2.1 ma şinile unelte CNC   performante au pe lângă cele trei axe implicite X,Y,Z şi alte axe de avans de translaţie suplimentare, precum şi axe de avans de rotaţie. Toate mişcările sunt efectuate de săniile, mesele, cărucioarele ale maşinii-unelte. Originea sistemului de coordonate este arbitrar ă. Mişcările de rotaţie se notează cu A, B, C şi se pot asocia axelor de translaţie X, Y, Z. In condi ţiile în care orientarea axelor X, Y, Z se face respectând regula mâinii drepte sensul axelor de rotaţie A, B, C se face conform regulii din figura 2. 22. De asemenea pe lângă axele de translaţie principale X,Y,Z, Fig. 2. 22 Notaţii ale mişcărilor de rotaţie a MUCN ţii de avans   pot exista direc secundare U,V,W sau ter ţiare, P,Q,R, paralele sau în plane paralele cu  primele. Similar, în afara mişcărilor de rotaţie A, B,C pot exista şi alte mişcări de rotaţie secundare notate cu D sau E.

Fig. 2. 23 Axele de rotaţie B şi C

20

Mişcările de rotaţie programabile cel mai frecvent întâlnite sunt în jurul axelor Y şi Z deci notate cu B şi respectiv C. Acestea sunt concretizate fizic (figura 2. 23) prin rotaţia mesei de lucru (axa C) şi rotaţia consolei arborelui principal (axa B). Astfel reperul poate fi prelucrat din mai multe

direcţii si cu diferite unghiuri de abordare. Axele care controlează rotaţiile mesei si ale capului arborelui sunt independente de axele de translaţie. In cazul în care geometria reperului impune acestea se vor    prelucra pe CNC-uri ce au mai mult de trei axe de avans. Centrele de prelucrare au în general pe lânga cele trei axe de baza cele două axe de rotaţie descrise mai sus. In plus, acestea mai pot avea o axa secundar ă mişcării Z deci Fig. 2. 24 Centru de prelucrare cu 6 axe notată cu W. Mişcarea este de translaţie şi are loc într-un plan  paralel cu al axei Z pe o direcţia momentană dată de poziţia arborelui principal ca urmare a rotaţiei pe axa B. Axa secundar ă W pe direcţia de avans poate fi utilizată la operaţii cu un regim de aşchiere mai uşor (figura 2. 24). Mişcările secundare sau de rotaţie pot fi suprapuse peste mi şcările axelor   principale X, Y, Z sau pot fi controlate doar când mi şcările pe aceste axe sunt în repaus. Dacă mai sus s-a f ăcut referire la maşinile de frezat cu mai mult de trei axe şi în cazul ma şinilor de strunjit exist ă situaţii când acestea au mai mult decât cele doua axe X şi Z. O astfel de situa ţie este atunci când strungul este echipat cu două sau mai multe capete revolver, cu posibilitatea index ării acestora şi posibilitatea

Fig. 2. 25 Axele U şi W la strungurile CNC

Fi . 2. 26 Axele U i W la strun urile

21

 prelucr ării cu fiecare dintre acestea. Cum capetele revolver sunt controlate în mod independent unul faţă de celalalt, axele corespunzătoare sunt de asemenea independente. Apar deci pe lângă axele de mişcare X şi Z mişcările secundare paralele cu primele U şi respectiv W (figura 2. 25). O situaţie asemănătoare se realizează in cazul strungurile verticale cu patru axe controlabile (figura 2. 26). Problema axelor de rotaţie în cazul strungurilor CNC devine interesantă doar dacă unghiul de rotaţie al axei Z a arborelui poate şi interesează să fie controlat prin program. In cazul clasic este controlată prin program doar rotaţia şi turaţia arborelui   principal, rotaţie care nu este în acest caz considerat ă axă controlabilă. Axa   poate fi considerată controlabila dacă în mod opţional şi arbitrar poate fi obţinută poziţia sa de repaus.

2.7 Scule şi portscule controlabile CNC In cadrul acestui modul se vor trata sculele şi portsculele ce pot fi controlate prin programe NC la prelucrarea pe ma şini unelte cu comandă numerică. Se vor aborda atât pentru sculele de strunjire cât şi de frezare elemente legate de: tipul sculei, tipul portsculei, tipuri de pl ăcuţe cu carburi metalice folosite, loca şuri pentru plăcuţă şi dimensiunile sculei. (figurile 2.27 şi 2.28). Port pastila

Varful sculei Varful sculei

Port scula

Port scula

Port pastila

Fig. 2.27 Sculă şi portsculă pentru frezare

Fig. 2.28 Sculă şi portsculă pentru strunjire

In ce priveşte portscula, aspectul cel mai important este ca aceasta să se  poate montă cu uşurinţă în arborele principal al ma şinii unelte la frezare sau în capul revolver al strungului în cazul strunjirii. Forma portsculelor  şi a plăcuţelor  utilizate este dependentă de procedeele de prelucrare preconizate (degroşare, finisare) şi de modul în care trebuie s ă se satisfacă toleranţele piesei. In ce priveşte modul de orientare a plăcuţelor acestea sunt în principal aceleaşi ca şi cele folosite la sculele care echipeaz ă maşini unelte clasice (cu  bridă, cu şuruburi, cu pârghie, etc). Un mare avantaj al utiliz ării plăcuţelor  22

amovibile, este acela al index ării acestora în jurul alezajului central ceea ce contribuie la sporirea durabilităţii sculei. Un element important în exploatarea sculelor aşchietoare pe MUCN îl reprezintă portsculele. Deoarece în principiu maşinile unelte cu comandă numerică utilizează, aşa cum s-a precizat anterior, un număr mare de scule, existând mai multe faze active în cadrul acelea şi operaţii, portsculele sunt cele care asigur ă orientarea şi fixarea unor scule diferite în alezaje respectiv loca şuri identice din arborele principal, capul revolver sau magazia de scule. De aceea  portsculele trebuie s ă fie tipizate şi standardizate.

Fig. 2. 29 Portsculă pentru frezarea pe CNC

Fig. 2. 30 Portsculă pentru strunjirea pe CNC

Portsculele trebuie să coincidă atât din punct de vedere al dimensiunilor  cât şi al formei cu alezajele şi locaşurilor de pe maşina CNC pe care se montează, atât în cazul strungurilor cât şi al maşinilor de frezat. In figurile 2.29 şi 2.30 sunt prezentate doua port-scule standardizate. In figura 2.29 este prezentată o port-scula (partea mai închisă) pentru maşinile de frezat cu o coada de scul ă standardizata. Port-sculele de acest tip sunt recomandate pentru schimbări rapide de scule între operaţii individuale. Pe această portsculă se pot monta freze de diferite diametre şi lungimi, burghie, etc. In figura 2.30 este prezentată o port-scula (partea mai închisă) pentru strunjit, cu o coadă de dimensiuni standardizate. Astfel de port-scule asigur ă întotdeauna o poziţie relativa a muchiei tăietoare faţa de capul revolver. In locaşul portsculei se pot monta diferite cu ţite de strung: de degroşat, de finisat,  pe dreapta, pe stânga, de colţ, etc. Deoarece la prelucr ările pe CNC-uri vitezele de prelucrare sunt în general mari, maşinile sunt echipate cu sisteme de r ăcire, lubrifiere si o mai buna îndepărtare a aşchiilor. Agentul de r ăcire/lubrifiere poate fi adus în zona de lucru prin tuburi flexibile orientate spre zona de îndep ărtare a aşchiilor. O altă variantă mult mai eficientă este aceea când maşinile CNC permit aducerea agentului de r ăcire în zona de lucru prin intermediul unor orificii executate în port-sculă. 23

Pentru evitarea contactului agent de r ăcire-operator maşinile CNC sunt în mod frecvent echipate cu apăr ători de protecţie. Un alt aspect important în ce prive şte utilizarea sculelor pe MUCN este aspectul dimensional al acestora. După cum se poate observa în figura 2. 31 la scule cu lungimi diferite de încastrare ale cozii în port-sculă pentru obţinerea unui contur identic traiectoria sculei se afl ă la distanţe diferite faţă profilul  prelucrat al piesei.

Fig. 2.31 Traiectoria sculei pentru diferite lungimi de încastrare a cozii

Pentru a ne asigura de precizia prelucr ării reperelor pe maşinile CNC, sistemul de control trebuie să cunoască dimensiunile sculei precum şi  poziţionarea relativă a acestora. Dimensiunile sculei se raportează la un punct fix numit punct de referin ţă al sculei. Acest punct este cunoscut de echipamentul CNC al maşinii unelte. (Fig. 2.32 şi 2.33). Principalele dimensiuni care caracterizează sculele utilizate la prelucr ările  pe MUCN sunt: -  pentru frezare, sunt : L-lungimea frezei care este distanţa de la punctul de referinţă la suprafaţa aşchietoare a acesteia si R-raza frezei (figura 2. 32); Punctul de asezare a sculei

Punct de asezare a sculei

at n e ni m e or P

Q al as r e v s n ar t

Lungimea L

Fig. 2. 32 Dimensiunile frezei

Fig. 2. 33 Dimensiunile cuţitului de strung

- pentru strunjire dimensiunile cuţitului de strunjit sunt: L-lungimea dintre  punctul de referin ţă şi vârful plăcuţei măsurată în direcţie longitudinală şi 24

-

Q- lungimea dintre punctul de referinţă şi vârful plăcuţei măsurată în direcţie transversală (figura 2. 33). La prelucrarea pe MUCN dimensiunile sculei pe CNC se poate face în doua moduri diferite: 1.Prin „metoda a şchiei de probă” Reglarea dimensională se va face prin aducerea în contact cu semifabricatul a fiecărei scule şi reţinerea poziţiei de contact pe cele trei sau două axe. Se poate realiza şi o prelucrare de probă, după care se supune reperul operaţiilor de control. Orice abatere dimensională de la desenul de execuţie care se va regăsi după control va deveni data de intrare la reglaj pe post de element de corecţie pentru dimensiunile sculei. 2.Cu echipament de prereglare(extern sau incorporat) Un astfel de echipament măsoar ă poziţia relativa a muchiei a şchietoare a sculei relativ la punctul de referin ţă al portsculei. In cazul prereglării externe se caută stabilirea coincidenţei între punctul de referinţă setat şi cel existent pe CNC. Dimensiunile sculei se vor stabili optic sau mecanic şi vor fi următoarele date de intrare pentru reglaj. La prereglarea optică scula se introduce în locaşul în care se va monta si apoi este mişcată până când vârful sculei este situat la intersecţia liniilor  echipamentului de măsur ă. Dimensiunile sculei sunt apoi trimise automat sistemului de reglaj. Pentru a stabili dimensiunea sculei si a ne asigura ca ea este luata în considerare la control sunt necesare mijloace auxiliare cum ar fi : senzori de măsur ă, şabloane, ceas comparator, etc. care pot fi utilizate la reglarea ma şinii.

25

TESTE PENTRU CAPITOLUL 2 1. Cate axe de avans sunt prevăzute pe maşinile de strunjit si frezat CNC ? a) strunguri număr___________  b)freze număr___________

identificare____________  identificare____________ 

2.Care componente din maşinile CNC transformă rotaţia motorului in mişcări longitudinale ale saniei?

3.Masur ările poziţiei mişcărilor saniei pot fi efectuate cu un sistem de măsurare absolut sau incremental; a)Care sistem de măsurare foloseşte un sistem codificat binar?  __________________________________________________________   b)Care sistem de măsurare foloseşte o grilă de diviziuni?  __________________________________________________________ 

4.Pe care componenta a arborelui de lucru se prinde dispozitivul de  prindere al piesei (la strunjire) sau al sculei (la frezare)?  __________________________________________________________ 

5.Ce schimba presiunea de strângere exercitata de bacuri la tura ţii mari ale arborelui?  __________________________________________________________ 

6.Ce tipuri de schimb ătoare automate de scule se găsesc pe maşinile CNC?  __________________________________________________________ 

7.Cu ce litere (in plus fata de X, Y, Z) se identifica axele de avans suplimentare? 26

 __________________________________________________________ 

8.Ce litere se folosesc pentru identificarea axelor de rotaţie principale?  __________________________________________________________ 

9. Care parte a sistemului de scule trebuie sa fie “ acordata” cu cea a locaşului respectiv alezajului de pe ma şinile CNC?  __________________________________________________________  10.Mai jos este reprezentata o freza. Marcaţi pe schiţa acesteia dimensiunile razei frezei-R şi a lungimii acesteia-L.

11.In schiţa alăturată este prezentat un cuţit de strunjit. Reprezentaţi   pe desen dimensiunile Q si L.

27

Capitolul 3 CONTROLUL SI COMANDA CNC

3.1 Funcţii programabile ale MUCN

In cadrul acestui subcapitol se vor prezenta caracteristicile sistemelor de control şi capacitatea lor de a conduce procesul de prelucrare. Maşinile unelte cu comanda numerică din ziua de azi sunt aproape în exclusivitate dotate cu sisteme CNC. Oricum, din punct de vedere al cunoa şterii   problematicii prelucr ărilor pe MUCN este bine de precizat clar ce înseamnă „sistemul NC” precum şi „sistemul CNC”. De asemenea este important ă clarificarea diferenţelor dintre NC şi CNC. Programe CNC produse extern cu date setate

Sistem NC

Masina unealta



Reglarea Precisa in acord cu foaia de re la

Fig. 3.1 Sistemul NC

28

Intorducerea Si modificarea programului CNC si a informatii informatiilor lor setate

 Setare fara pregatirea informatiilor

Sistem CNC

Masina unealta

Fig. 3.2 Sistemul CNC

Elementul esenţial al sistemului NC (figura 3.1) este acela că echipamentul de comandă numerică, este încorporat în maşina unealtă. Programele NC se vor realiza manual, extern maşini cu comanda numerica, după care vor fi introduse, codificate şi stocate pe purtători de informaţii de tip   benzi perforate. Benzile perforate vor fi citite de echipamentul NC existent la nivelul MUCN care va comanda lan ţurile cinematice ale maşinii în vederea  prelucr ării. Programele NC: -  pot fi pornite şi întrerupte - nu pot fi modificate de operatorul de la MUCN. Dimensiunile sculelor  şi echipamentelor precum şi reglarea acestora este luată în considerare de către programator la realizarea programului NC. Rezultatul acestei activităţi este fişa de reglaj a sculelor care se va transmite operatorului. Acesta trebuie să fixeze şi regleze sculele în strictă conformitate cu informaţiile date în fi şa de reglaj. Sistemul CNC, are încorporat un computer care permite accesul operatorului la MUCN nu numai pentru pornirea şi oprirea programul NC ci şi  pentru : - scrierea şi introducerea programelor  - modificarea programele după introducerea sau citirea lor  Datorită posibilităţii de intervenţie a operatorului în programare, dimensiunile sculelor  şi echipamentelor precum şi reglarea lor vor constitui o fişa de reglaj cu mai puţine informaţii decât în cazul programelor NC. Aceste dimensiuni sunt luate în considerare în operaţiile de programare automate. Operatorul poate, când este necesar, să selecteze chiar el sculele şi să procedeze la reglarea acestora. Deci diferenţa esenţială între cele două sisteme este aceea că în cazul NC  programul se primeşte de la compartimentul programare, codificat şi stocat sub formă de bandă perforată alături de fişa de reglaj riguros întocmită, operatorul neavând acces la conţinutul acestuia, în timp ce în cazul CNC programul poate fi introdus la computerul sistemului chiar de operator. Accesul acestuia la program este practic nelimitat. Nu sunt diferenţe fundamentale între sistemul NC şi CNC în ce  priveşte, limbajul de programare şi tehnologia de prelucrare a reperului în cauză. 3.1.1. CONTROLUL CNC AL POZITIEI SCULEI

Termenii de interpolare liniar ă şi circular ă vin frecvent în conjuncţie cu sistemul de control al deplas ărilor sculei: În interpolarea liniară (interpolare în linie dreaptă), sistemul CNC calculează o succesiune de puncte pe direcţia unei linii drepte care une şte două  poziţii ale sculei. În timpul mi şcării sculei dintr-un punct în altul mi şcările 29

axelor sunt corectate continuu, astfel încât scula nu deviaz ă de la aceste puncte mai mult decât toleranţa prescrisă. În interpolarea circulară, sistemul CNC calculează o succesiune de  puncte pe direcţia unei traiectorii circulare descrisă între două poziţii ale sculei. Aceste puncte sunt folosite pentru comandarea mi şcării celor două axe ale maşinii astfel încât scula s ă nu devieze de la traiectoria circular ă mai mult decât toleranţa prescrisă. În general, termenul “interpolare” se refer ă la calculul valorilor  intermediare pe direcţia unei traiectorii predeterminate. Controlul CNC al poziţiei sculei se împarte în trei categorii de baz ă care difer ă prin performanţă. Acestea sunt : - control CNC punct cu punct (fig.3.3); - controlul CNC al deplasării liniare după direcţia a două axe(fig.3.4); - controlul CNC de conturare(fig.3.5).

Fig. 3.3 Controlul CNC Fig. 3.4. Controlul CNC punct cu punct al deplasării liniare

Fig. 3.5. Controlul CNC de conturare

  permite poziţionarea rapida a sculei aşchietoare în punctele programate. Deplasarea se realizează în general cu avans rapid, scula aşchietoare nefiind angajată în material. Traiectoria sculei depinde de tipul de echipament CNC, deplasarea între două puncte succesive putând fi realizată pe drumul cel mai scurt printr-o acţionare simultană a celor două axe sau separat prin acţionarea succesivă a axelor. Controlul CNC punct cu punct este folosit în general la maşinile de găurit, sau la cele de sudare prin puncte, etc. Controlul CNC al deplasării liniare dup ă direcţia a două axe permite deplasarea rapidă cu scula neangajată sau deplasarea cu avans de lucru cu scula angajată în material. In ambele situaţii deplasarea se poate realiza după două axe, succesiv, cu un avans ce se poate programa. Controlul este folosit la maşini de frezat şi strunguri CNC mai simple. Controlul CNC al contur ării permite: -  poziţionarea cu avans rapid cu scula neangajată în prelucrare; Controlul CNC punct cu punct

30

- deplasarea după direcţii paralele cu axele de avans ale maşinii; - deplasarea după direcţii oblice relativ la cele dou ă axe, respectiv circulare; In ultimele două cazuri avansul de deplasare este controlabil prin  programul CNC. Oricum, în cazul contur ării există mai multe nivele de performanţă. Privind controlul contur ării acesta se poate realiza după două sau mai multe axe ce pot fi controlate simultan pentru a genera traiectoriile necesare ale sculei. În acest context distingem următoarele tipuri de control al contur ării: 2-D, 2 ½ D, 3-D.

Fig. 3.6 Controlul CNC conturare 2-D

Fig. 3.7. Controlul CNC conturare 2 ½-D

Fig. 3.8. Controlul CNC conturare 3-D

Controlul de conturare 2-D (figura 3.6) permite deplasarea sculei liniar  şi circular pe direcţia şi în planul a dou ă axe fixe. Conturarea circular ă sau oblică se poate realiza doar în planul determinat de cele dou ă axe. Dacă o maşină CNC are 3 axe şi control de conturare 2-D, a treia ax ă va fi controlată independent de celelalte două axe, doar primele două putând să îşi compună mişcările rezultând traiectorii oblice sau circulare. Acest tip de control se regăseşte atât la maşinile de frezat cât şi de strunjit CNC de complexitate medie. Controlul de conturare 2 ½ D (figura 3.7) permite deplasarea sculei liniar  şi circular în plane de lucru individuale. Doar mi şcările după câte 2 axe  pot fi compuse rezultând deplasări oblice sau circulare în planul determinat de cele două axe. La o maşină CNC cu 3 axe X,Y şi Z, pot fi controlate simultan axele X şi Y, X şi Z sau Y şi Z. Un control de conturare 3-D (figura 3.8) permite deplasarea sculei liniar  şi circular în configuraţie “3-D”. Aceasta înseamnă că mişcările după cele 3 axe

 pot fi compuse în orice mod posibil. Controlul CNC de conturare poate fi folosit şi în cazul celui de deplasare liniar ă după două axe, iar acesta în vederea controlului CNC punct cu punct, dar  nu şi invers.

31

3.1.2 CONTROLUL CNC AL FUNC ŢIILOR MAŞINII

Suplimentar faţă de controlul pur geometric al mişcărilor de deplasare ale sculei , sistemul CNC are posibilitatea de a controla prin program şi alte funcţii ale maşinii.  Numărul acestor funcţii ale maşinii şi modul în care ele sunt controlate nu depinde doar de maşina unealtă şi de sistemul de control.

Fig. 3.8 Funcţii ale maşinii controlabile CNC

Următoarele funcţii ale maşinii sunt exemple tipice în acest sens şi sunt  programate ca funcţii suplimentare sau auxiliare: -  pornirea arborelui de lucru şi variaţia vitezei -  poziţionarea arborelui de lucru - alimentarea cu lichid de r ăcire şi introducerea presiunii cerute -  păstrarea vitezei de avans constantă -  păstrarea vitezei de aşchiere constantă - executarea schimbării sculelor  -   pornirea sau controlul echipamentului auxiliar existent cum ar fi echipamentul de schimbare a piesei de lucru, pă puşa mobilă, lineta, etc. Cu cât pot fi introduse mai multe func ţii ale maşinii de către sistemul de control, cu atât sistemul se pretează mai bine la secvenţele de fabricaţie automată.

32

Exerciţii pentru modulul “ Func ţii Programabile “

1. Ce influenţă are operatorul asupra programului NC ? a) Cu sisteme NC : Operatorul poate ________________  şi ________________ NC  programe.  b) Cu sistemele CNC: Operatorul poate porni şi întrerupe programele NC, dar poate de asemenea:  _________________________________________________   _________________________________________________   _________________________________________________  2. Ce tipuri de mişcări de deplasare sunt posibile cu a) controlul punct cu punct  ________________________________________________   b) controlul tăierii drepte 1)________________________________________________  2)________________________________________________  c) controlul de conturare 1)________________________________________________  2)________________________________________________  3)________________________________________________  3. Ce alte funcţii în afara mişcărilor de deplasare pot fi iniţiate de un sistem de control?  _________________________________________________ 

33

3.2 Componentele sistemului de control CNC

Sistemele CNC sunt formate din mai multe componente. Pornind funcţiile  pe care sistemul trebuie sa le îndeplinească, rezultă diagrama din figura 3.9: SISTEMUL CNC    N    C    U    M    R    O    T    A    R    E    P    O

Panou de control Conexiuni pentru: -cititor de banda  perforata -perforator de banda  perforata -unitate de banda magnetica -unitate de discheta INTERFATA OPERATOR 

Computer 

   l   o   r    t   n   r   o   o   l   c   e   e   x   a    d   l   a   l   u    t   a   o    f   r   r    t   e    t   n   n   o    i   -   c   -

   t   n   e   r   u   c   u   c   e   r   a    t   n   e   m    i    l   a   -

INTERFATA MASINA

Fig. 3.9 Componentele sistemului de control

   A    T    L    A    E    N    U    A    N    I    S    A    M

Principala componenta a sistemului de control este computerul care  procesează toate calculele si realizează conexiunile logice. Deoarece sistemul CNC-ul este un element de legătur ă între operator si maşina unealtă, funcţional sunt necesare doua interfeţe: - Interfaţa pentru operator – consta într-un panou de comanda si diferite conexiuni pentru citirea sau perforarea benzii perforate, unitate de banda magnetica, unitate de discheta si imprimanta; - Interfaţa pentru maşina unealtă – constă în principal dintr-o interfaţa de control, controlul axelor si partea de alimentare cu curent; In următoarele pagini se vor explica mai detaliat func ţiile si modul de o  perare al computerului şi a celor doua interfeţe. Descrierea interfeţei operatorului necesita mai mult spa ţiu si din acest motiv va fi prezentată prima. Pentru a asigura o mai buna înţelegere a unor elemente importante, fundamentale ale sistemului CNC, anumite concepte si moduri de funcţionare sunt  prezentate la sfâr şitul capitolului pe un exemplu de pozi ţionare a axelor.

34

3.2.1 PANOUL DE COMANDA

Panoul de comanda al unui sistem CNC poate varia considerabil de la o maşină la alta, dar în principal la toate se vor reg ăsi funcţiile prezentate mai jos :

Afişaj Selector  Programare

Fig. 3.10 Panoul de comand ă

- Monitorul – acesta include un ecran CRT sau un ecran digital   precum si diferite leduri indicatoare (de disfuncţiuni de Operaţii exemplu). Pe monitor  de   pot ăap rea poziţiile relucrare momentane ale sculelor,   programul CNC de realizare a operaţiei curente, modul în care secvenţele programului

sunt parcurse în prelucrare; - Controlul funcţiilor maşinii   – acesta asigura controlul manual al acelor  funcţii ale procesului care la prelucr ări convenţionale sunt asigurate de manete, întrerupătoare, etc. In plus acestea asigura de asemenea schimbul între diferite unităţi (de exemplu comutarea deplasării pe direcţia Z cu deplasare pe X) astfel încât acestea sa poat ă fi “accesate” de sistemul de control. De asemenea butoanele acestui bloc de control al funcţiilor maşinii  pot fi utilizate la transferul sculelor în punctul de START; Controlul programării. Este format dintr-un bloc de butoane cu ajutorul căruia se realizează introducerea datelor  şi corectarea programului. Butoanele sunt în general numere si respectiv simboluri care semnific ă funcţiile necesare. Ca o asigurare că diferitele operaţii sunt acceptate de sistemul de control ele sunt împăr ţite în moduri de operare ce pot fi selectate cu ajutorul comutatorului din figur ă. Aceste moduri pot fi: „acţionare manuală”, „acţionare -

CNC”, „reglare scule”, etc. Pentru a selecta un anumit mod se accesează comutatorul rotativ sau un şir de butoane. In acest mod schimbarea de pe un mod pe altul este relativ uşoara. Modul curent este indicat fie printr-un semnal luminos (led) sau poziţie a unui comutator, fie prin cuvinte sau semne ap ărute pe monitor.

35

In concluzie monitorul si/sau indicatorii unui sistem CNC pot satisface următoarele funcţii: - Programare –  afişarea programului NC; listarea si stocarea de programe  NC; - Scule – afişarea sculelor din memorie, afişarea dimensiunilor sculelor si a datelor de corecţie si uneori/posibil afişarea durabilităţii acestora; - Date de proces/prelucrare – afişarea parametrilor de proces ca: viteza maximă de avans, turaţia maxima a arborelui principal, etc; - Prelucrare – afişarea coordonatelor curente ale sculei, secvenţa curenta de program NC, viteza de avans, turaţia arborelui, etc. - Funcţii auxiliare – afişarea grafică a secvenţei de program pentru reper  si scule; In continuare se vor detalia elementele privitoare la posibilit ăţi de acţionare şi control a funcţiilor maşinii respectiv controlul programării. De la nivelul de comandă şi control al maşinii unelte se iniţiază comanda şi controlul direct asupra maşinii unelte.

Fig.3.11 Butoane ON/OFF

Fig.3.12 Acţionarea avansului

Fig. 3.13 Comutator de suprareglare

Cel mai simplu caz de acţionare este cu ajutorul butoanelor pornit/oprit   pentru fiecare funcţie în parte, de exemplu, lichid de r ăcire pornit/oprit sau arbore pornit/oprit (figura 3.11). Pentru realizarea deplasării sculelor de-a lungul axelor de avans a ma şinii există: butoanele de avans care indică axa de deplasare şi sensul, joystick de avans care acţionează lanţul impus orientându-l în direcţia dorită şi roata de mână electronică (figura 3.12). Există câte un buton de avans pentru fiecare axa si direcţie de mişcare (+ sau –). Aceste butoane iniţiază avansul . Joistickul de avans lucrează în acelaşi mod cu butoanele de avans, dar în loc să fie necesar ă apăsarea unui buton, Joistickul va fi orientat în direcţia dorită. 36

Daca o roata de mana electronica este utilizata pentru axe particulare, rotaţii in sensul acului de ceasornic sau contrar acelor de ceasornic, vor deplasa axele in direcţia + sau - . Roata de mana are avantajul controlului u şor al lungimii avansului care este direct propor ţional cu mărimea rotaţiei roţii. Pentru a permite corecţia vitezei de avans programate si a tura ţiei arborelui de către operator, cele mai multe sisteme de control au încorporate întrerupătoare de suprareglare (figura 3.13). Cu ajutorul acestora este posibila schimbarea mărimii procentului valorii setate de programator pentru viteza de avans sau turaţia arborelui în timpul procesului (100 % înseamn ă: se reţine valoarea programata; 50 % înseamnă: se înjumătăţeşte valoarea programata). Operatorii mai folosesc de asemenea butoanele de suprareglare în scopul reducerii vitezei de prelucrare în timpul realizării primului reper al unei serii  pentru a obţine un mai bun control la operaţiile mai dificile. Controlul funcţiunilor maşinii este identificat în general prin simboluri. Acestea se bazează pe standarde. O lista a simbolurilor tipice se reg ăseşte în literatura de specialitate. Exemple de elemente simbolizate: Arbore Bucşa elastica Avansul materialului, barei Pinola Masa rotativa Transferul piesei Avans Deplasare rapida

Fig.3.14 Taste alfa numerice

Fig. 3.15 Taste func ionale

Fig.3.16 Taste pentru computer

37

In ceea ce priveşte butoanele de comanda şi control a programării se disting două grupe de bază : butoane de intrare şi respectiv butoane care iniţiază diferite funcţii ale computerului Butoanele de intrare sunt de obicei taste alfanumerice (figura 3.14) cu ajutorul cărora programul CNC poate fi introdus caracter cu caracter. In plus, unele sisteme de control au o serie de taste func ţionale care permit abrevierea intr ării celor mai importante instrucţiuni cerute de un program NC (figura 3.15). Tastele funcţionale pot fi identificate cu numele instrucţiunii respective sau printr-un simbol. Tastele pentru iniţierea funcţiilor computerului (figura 3.16) sunt în legătur ă cu activităţile de intrare, stocare, corecţie, listare si procesare a  programelor precum si ca ieşire pentru echipamentul extern. Aceste taste constau în cuvinte, abrevieri şi simboluri. Exemplu: 1. Literele si numerele ce apar pe monitor vor fi stocate de sistemul de control doar după apăsarea unei taste speciale de confirmare. Aceasta tasta poate avea una dintre inscripţiile: EINGAB

INPUT

STORE

ENTER  

2.Pentru a valida o intrare manuala controlul trebuie sa fie setat pe modul “ Programare’. In acest scop se utilizează taste cu următoarele inscripţii: PROGRAMMIN

EDIT

EDITOR  

P

Principalele simboluri ce se regăsesc pe tastele utilizate la controlul  programului sunt: Memorie Intrare manuala Punct de referinţa Setarea corecţiei sculei Introducere parametrii (informaţie) Ieşire parametrii (informaţie) Purtător de informaţie Eliminare

38

 EXEMPLIFICARE ELEMENTE DE COMANDA SI CONTROL  PENTRU STRUNGUL EMCO COMPACT 5 CNC 

CARACTERISTICI TEHNICE PRINCIPALE

În cadrul acestui prim paragraf se vor prezenta elemente privind   principalele caracteristici tehnice ale strungului cu comandă numerică de tip EMCO COMPACT 5CNC aflat în dotarea laboratorului TCM. a. Motorul de acţionare al arborelui principal este un motor electric având turaţia de ieşire de 600 rot/min şi o putere de 500 W. Intensitatea curentului electric de la motor este verificat ă permanent cu ajutorul unui ampermetru aflat pe tabloul de comand ă al maşinii electrice. Intensitatea curentului este limitată la 4 amperi.  b. Transmisia turaţiei şi puterii la arborele principal se face printr-un sistem de curele de transmisie existând 6 domenii de turaţii. In fiecare domeniu turaţia se reglează continuu raportul maxim de transmisie fiind 1:7. Va rezulta astfel o gamă de turaţii reglabilă continuu de 600-4000 rotaţii pe minut. c. Acţionarea săniilor de avans longitudinal şi transversal se face cu ajutorul unor motoare pas cu pas. Pasul unghiular al acestor motoare este de 5o iar  momentul de torsiune transmis de 0,5 Nm. Alte date referitoare la mecanismul de avans sunt: - viteza de avans reglabilă : 10-400 mm/min - viteza de avans programabilă : 1-499 mm/min - cursa săniei longitudinale: 300 mm - cursa săniei transversale: 50 mm - cel mai nic increment; 0,0138 mm - incrementul afişat 0,01 - for ţa maximă suportată de mecanismul de avans al maşinii 1000 N d. Portsculele maşinii sunt de două tipuri: un dispozitiv portcuţit clasic şi un cap revolver cu 6 posturi de lucru. Secţiunea maximă a cuţitului de strung ce  poate fi prinsă în portsculele prezentată este de 12x12 mm. e. Pă puşa mobilă este clasică. Se poate folosi la g ăuriri. Pentru găuriri la diametre de până la 8 milimetri se vor folosi mandrine iar pentru g ăuri mai mari de 8 milimetrii burghie cu coadă conică de tip Morse1 care se vor  introduc direct în pinola p ă puşii mobile. ELEMENTE DE COMANDĂ ŞI CONTROL

Elementele de comandă şi control ale maşinii se regasesc pe tabloul de comandă prezentat în figura de mai jos (fig. 6.2). În continuare vor fi descrise semnificaţiile fiecărui buton: 39

1 - Butonul de conectare Se acţionează rotindu-l spre dreapta pentru alimentarea cu curent a maşinii. 2- Led de control In funcţionare ledul este aprins confirmând faptul c ă maşina este alimentată cu curent.

Fig. 6.2.

3- Buton de conectare a arborelui principal 4- Buton pentru reglarea turaţiei arborelui principal Prin rotirea acestui buton are reglarea continuă a turaţiei la nivelul la care regimul de aşchiere o cere. 5 - Fereastr ă de afişaj a turaţiei arborelui principal 6 - Buton pentru reglarea vitezei de avans a săniilor  Vitezele de avans pot fi reglate continuu în direc ţia Z (sanie longitudinală) şi în direcţia X (sanie transversală) pe un domeniu de la 10-400 mm/min 7 - Led de control Ledul de control aprins confirmă faptul că maşina funcţionează în regim de acţionare manuală iar săniile pot fi ac ţionate manual. 8 - Taste de avans La apăsarea acestor taste sania se deplasează în direcţia şi sensul indicate  pe tastă cu un increment de 0,0138 mm 40

9 - Tastă de avans rapid Apăsarea concomitentă a tastei 9 şi a tastelor 8 implic ă deplasarea rapidă a săniilor în direcţia şi sensul indicate pe tastă 10 - Ecran de afişare Pe acest ecran se vor afişa doar cursele în cazul acţionării manuale şi toate elementele în cazul acţionării CNC. Afişarea se va face în sutimi de milimetru. Prezenţa punctului în fa ţa valorii indică faptul că valoarea respectiv are semnul minus. Exemplu: Este vorba de o deplasare negativă a 1 5 2 o săniei de -1,52 mm. 11 - Tasta H/C Este tasta cu ajutorul căreia se face schimbarea modului de lucru de pe acţionare manuală pe acţionarea CNC. 12 - Ampermetru Indică intensitatea curentului la motorul de acţionare al arborelui  principal. 13 - Buton de decuplare generală La acţionarea acestui buton se întrerupe curentul la toate motoarele. 14 - Tasta DEL La apăsarea tastei se anulează comenzile pentru avansuri în direcţiile X respectiv Z 15- Tasta Tasta permite trecerea directă de la cursă pe direcţia X la cursă pe direcţia Z f ăr ă modificarea poziţiei săniilor. 16 - Tasta INP Tasta cu care se introduc valorile curselor pe direcţiile X respectiv Z 3.2.2 ECHIPAMENT AUXILIAR EXTERN. PURTATORI DE INFORMATIE

Pentru a ne asigura ca programul NC odată realizat nu trebuie introdus de la tastatura de câte ori se realizează prelucrarea respectivă, există posibilitatea 41

arhivării programelor NC pe diferiţi purtători de informaţii (figura 3.17) cum ar  fi: banda perforată, banda magnetică si dischetele. In plus există şi facilitatea ca  programele NC să poată fi tipărite pentru corectur ă şi completare. Pentru a putea   beneficia de toate aceste facilităţi, sistemul CNC trebuie sa aib ă conectori  potriviţi (figura 3.18) şi legăturii cu echipamentul extern auxiliar (imprimante, tastaturi, etc).

Fig. 3.17 Purtători de informaţie

Fig. 3.18 Conectori

In privinţa conexiunilor de date, există standarde care ne asigura ca schimbul de date are loc între sistemul de control si echipamentul extern auxiliar. Aceste standarde se refer ă pe de o parte la modul de codificare a informaţiei (de exemplu standardele ISO si EIA pentru benzi perforate), si , pe de alta parte, la numărul de date, la nivelul conexiunii, si la viteza de transfer. Tipul conexiunilor de date asigurate de sistemul CNC trebuie avut in vedere atunci când se ia în discuţie echiparea cu echipament auxiliar. In ce priveşte proprietăţile purtătorilor de date banda perforata este fiabila si reprezintă un mediu practic de stocare (în mod frecvent folosit ă pentru  programele NC). Banda magnetica este o soluţie ceva mai costisitoare, utilizat ă pentru stocare externă de date. Dezavantajele ar fi lipsa de robuste ţe si faptul că trebuie  păstrată curata. Dischetele se pretează foarte bine la stocarea unui volum mai mare de date cu un acces rapid şi facil la acestea. Relativ la modul de codificare a informaţiilor pe purtătorii prezentaţi mai sus ca şi la un computer obişnuit, informaţiile dintr-un sistem CNC sunt codificate în codul binar. Aceasta înseamn ă ca fiecare simbol si fiecare litera care poate fi o intrare de la tastatura este convertita de computer intr-o anumita combinaţie de “bit”. 42

Un bit este o stare electronic ă cuantificabilă prin funcţiile “pornit” sau “oprit” (respectiv 0 sau 1 în sistemul binar). Un computer stochează astfel de poziţii în număr mare si între acestea exista conexiuni. In general vorbind, 8 Bits sunt combinaţii pentru a forma un Byte. Combinaţiile posibile pe care cei opt biţi le ofer ă permit reprezentarea a 256 caractere (de exemplu litere si numere). Aceasta poarta denumirea de “cod  binar”. 3.2.3 CUM LUCREAZA COMPUTERUL ?

Componentele unui computer apar ţinând unui sistem CNC constau în “circuite integrate”. Acestea se refera in general la “microcipuri” sau “cipuri”. Cele mai importante doua tipuri de microcipuri sunt cele de stocare şi microprocesoarele. Stocarea este asigurată în scopul adaptării datelor, aşa cum au fost introduse de operator sau prin alte metode (ex. banda perforată), ca intr ări pentru computer. Microprocesoarele compilează aceste date (prin evaluare/calcul) rezultând noi date care pot fi de asemenea stocate pentru calcule ulterioare, sau   pot fi folosite ca semnal de ieşire spre maşină. Microprocesoarele sunt  programabile si pot fi u şor adaptate în scopul îndeplinirii diferitelor sarcini. Sistemul de control

Tablou de comanda

  e    i   r   o   m   e    M

Comanda

  e   r   a   o   s   e   c   o   r   p   o   r   c    i    M

Masina

Conducere

Actualizare (daca este)

Sistem de masurare

Modul de lucru al com uterului

Fig.3.19 Cum lucrează computerul

Datorita construcţiei extrem de compacte a microcipurilor, computerele din sistemele moderne de CNC-uri pot procesa date foarte multe cu viteze mari. Deci sistemul CNC include un computer care are ca elemente de bază unul sau mai multe microprocesoare şi facilităţi de stocare. Microprocesorul este utilizat la procesarea datelor de program introduse de către operator, date care sunt convertite în impulsuri de control pentru maşina-unealtă. Datele ce trebuie introduse sunt: 43

-  programul NC; - setările iniţiale (de exemplu: dimensiunile sculei); Procesarea datelor cu ajutorul microprocesorului poate fi modificata in orice moment de către operatorul maşinii cu ajutorul panoului de comanda (de exemplu: acţionarea unor anumite funcţii ale maşinii). Secvenţele programului aşa cum au fost preluate de computer sunt codificate şi transformate în impulsuri de control pentru maşina-unealtă. Impulsurile de control sunt transmise sistemelor cinematice ale ma şinii unelte unde sunt supuse unei verificării continue la intervale extrem de scurte. De exemplu dacă programul NC include o instrucţiune care are ca efect deplasarea frezei pe o anumită axă cu 100 mm, când microprocesorul citeşte această instrucţiunile, calculează iniţial poziţia punctului vizat iar după aceia comandă mecanismul de avans corespunzător. Sistemul de măsurare al deplasării realizează un feed-back continuu relativ la pozi ţia la care freza este la un anumit moment. Microprocesorul compar ă permanent, pentru a vedea daca  poziţia respectiva coincide cu cea calculată iniţial. 3.2.4 INTERFATA MASINA-UNEALTA, CONTROLUL AXELOR SI ALIMENTAREA CU CURENT

Computerul unui sistem CNC nu poate furniza în mod direct func ţia necesar ă pentru acţionarea maşinii-unelte în vederea prelucr ării. Este necesar un element intermediar unde se realizează un schimb de impulsuri între computer si maşina-unealta (figura 3.20).

Computer

  e    d   l   a  o   r    t   a   t   n    f   o   e   r    t   c   n    I

  a   e   r   a   z    i   n   r   u    F

Masina unealta

Fig.3.20 Schimbul de impulsuri computer maşină unealtă

Acest element este o interfaţă de legătur ă computer-maşină unealtă unde are loc controlul deplasărilor pe axe, alimentarea suplimentar ă cu curent a maşinii şi controlul celorlalte funcţii ale acesteia. Rolul interfeţei de control este de a face conversia impulsului primit de la computer într-un impuls corespunzător acţionării maşinii-unelte astfel încât toate funcţiile maşinii exprimate prin impulsul primit de la computer să fie luate în considerare. Exemplu:

44

Impulsul de control “pune axa X pe poziţia pornit” ajunge de la computer. Interfaţa de control verifică dacă un număr de condiţii esenţiale sunt satisf ăcute, cum ar fi: - Este pornit sistemul hidraulic? - Este panoul care asigur ă protecţia din jurul perimetrului de lucru închis? După ce astfel de condiţii esenţiale sunt satisf ăcute, mecanismul de acţionare poate fi pornit, dar un num ăr de alte funcţii ale maşinii trebuie să mai fie  pornite în acelaşi timp ( de exemplu trebuie sa se aprind ă respectiva lampa de semnalizare ). Trebuie să ne asiguram şi de faptul ca anumite func ţii particulare ale maşinii nu sunt în execuţie simultan (de exemplu nu trebuie schimbată presiunea de strângere). Controlul axelor are funcţia de simplificare a interacţiunii sistemului de măsurare şi a mecanismului de avans cu computerul sistemului CNC. In situaţia în care impulsul de control al sistemului CNC are o putere electrică mică si este inadecvat pentru comutarea motoarelor, maşinile CNC au la nivel de interfaţă un sistem în care impulsul de ie şire care are o mica putere este convertit într-un impuls de ieşire de mare putere. In vederea unei poziţionări riguroase a axelor în plus faţa de elementele conţinute de sistemul CNC si de func ţiile pe care acestea le executa exista elemente electronice ce conţin circuite digitale de bază cum ar fi cele SI, SAU, conexiuni de comparaţie precum şi diferite aplicaţii de circuite de control. Computer 

Comparator 

Motor

Sanie

Măsurarea de las ării

feed-back  Fig.3.21 Diagrama funcţională a unui sistem de pozi ţionare axelor

In continuare este prezentată o descriere a unui circuit de control în vederea poziţionării precise a axelor (figura 3.21). Controlul şi comanda sistemului de poziţionare a axelor din figura 3.21 se realizează în următorii paşi: 1. Computerul de control calculează distanţa de deplasare si trimite aceasta informaţie unui comparator în forma binara. 2. Comparatorul porneşte motorul de acţionare. O transmisie cu şurub conducător produce deplasarea necesar ă a saniei.

45

3. Orice schimbare în poziţia saniei este preluata de sistemul de măsurare a de plasării, aceasta fiind o informa ţie de r ăspuns/feed-back pentru comparator. 4. Comparatorul compara poziţia de r ăspuns (poziţia actuala) cu poziţia comandata dată ca intrare de către computer. Daca sania nu este poziţionata corect (nu ocupa poziţia comandata), motorul de acţionare continua sa se rotească. In momentul în care comparatorul găseşte că poziţia comandata a fost atinsă, motorul se opreşte. 5. Următoarea secvenţă de control se va acţiona în momentul în care se va primi o noua informaţie de intrare de la computer. In cazul utilizărilor motoarelor pas cu pas, poziţionarea axelor se realizează diferit deoarece au proprietatea de a converti impulsul curent într-o rotaţie precis determinată. Exista motoare pas cu pas la care o mişcare de rotaţie completa implica, de exemplu, 48 impulsuri curente. Un motor pas cu pas angajat în pozi ţionarea axelor nu utilizează un circuit de control dar implica un lanţ de control (figura 3.22).

Computer

Motor pas cu pas

Sanie

Fig.3.22 Diagrama funcţională de poziţionare axelor la motoarele pas cu pas

In condiţiile în care, la motoarele pas cu pas, există o relaţie bine definită între numărul de impulsuri primite şi numărul de rotaţii efectuate, controlul şi comanda sistemului de poziţionare a axelor în acest caz (figura 3.22) se realizează astfel: - Distanţa de translatat de către sanie reprezintă o data de intrare pentru computerul de control, ca valoare de comandă. - După efectuarea calculului corespunzător, computerul transmite motorului pas cu pas numărul de impulsuri necesare mişcării saniei pe distanţa dorită; - Translaţia efectiva executată de către sanie nu este un feed back pentru computerul de control;

46

Exerciţii pentru modulul “Componentele sistemului de control”

1. Ce elemente formează interfaţa meniurilor CNC? a)interfaţa cu operatorul

 b)interfaţa cu maşina-unealtă

2. Ce verificatoare de control sunt folosite pentru deplas ările manuale ale maşinii la iniţializare?

3.Ce grupuri de verificatoare de operaţie sunt incorporate in CNC?

4.Ce tip de taste sunt disponibile pentru programare?

5.Care este rolul purtătorilor de informaţie?

6.Numiti trei tipuri de purt ători de informaţie

7.Din ce componente principale consta sistemul CNC al computerului?

47

8.Ce se transforma in interiorul interfe ţei? 9.Care componente amplifica impulsurile de control?

48

Capitolul 4 ELEMENTE FUNDAMENTALE DE ASCHIERE UTILIZATE LA PRELUCRARILE PE MUCN

4.1 Cum afectează aşchierea metalelor, prelucr ările pe MUCN

In cadrul acestui capitol sunt prezentaţi principalii factori ce afecteaz ă operaţiile de aşchiere a metalelor pe maşinile unelte cu comandă numerică computerizată (CNC) precum şi modul în care aceştia trebuie luaţi în considerare la realizarea programelor NC. Masina unealtă

Viteza arborelui

Scula

Lichid de racire Material

Viteza de aşchiere

Operaţia de prelucrare

Viteza de avans

Adancimea de aşchiere

In diagrama de mai sus sunt prezentaţi factorii ce influen ţează procesul efectiv de aşchiere, factori ce vor fi prezentaţi în paginile urm ătoare. Pe de o parte se vor prezenta elementele sistemului tehnologic : ma şinaunealtă, scula aşchietoare, lichidul de r ăcire, semifabricatul, materialul de 49

 prelucrat iar pe de altă parte, dar în directă relaţie cu aceştia, parametrii reali de regimului de aşchiere : turaţia axului principal, viteza de aşchiere, viteza de avans şi adâncimea de aşchiere. Elementele de mai sus prezintă mare importantă deoarece alegerea lor are efecte directe asupra cerinţelor de calitate impuse, a productivit ăţii prelucr ării şi implicit asupra costurilor rezultate. 4.1.1. INFLUENTA FACTORULUI “MASINA-UNEALTA”

Maşina-unealtă utilizată trebuie să fie capabilă să execute operaţiile de  prelucrare dorite la precizia şi costul impuse. Programatorul trebuie să fie bine informat despre specificul şi atributele maşinii pentru a le lua în considerare la conceperea programelor de comandă numerică. Principiile fundamentale de proiectare ce se au în vedere la realizarea unei maşinii unelte sunt rigiditatea şi caracteristicile termice. Rigiditatea este capacitatea maşinii de a suporta for ţe mecanice externe f ăr ă ca păr ţile componente ale acesteia să se deformeze, afectând astfel  prelucrarea piesei. Principalele for ţe ce acţionează asupra maşinii sunt for ţele de aşchiere transmise prin intermediul sculei. Elementele care influen ţează rigiditatea maşinii unelte sunt: tipul de prelucrare, tipul sculei, schema de orientare şi fixare, adâncimea de aşchiere, etc. Caracteristicile termice determină schimbări ale preciziei, ca urmare a dilatării elementelor sistemului tehnologic, sub influenţa creşterilor de temperatur ă generate de temperaturi ambiante ridicate dar mai ales de temperaturile dezvoltate în prelucrare. Cum cerin ţele de precizie sunt în general stricte, pentru eliminarea efectelor schimb ării temperaturii ambiante se instalează maşina într-o încă pere cu temperatur ă controlată, iar pentru reducerea temperaturilor dezvoltate în prelucrare se prevăd lichide de r ăcire, regimuri de  prelucrare optime, etc. Un alt element important legat de ma şina unealtă este puterea motorului de acţionare a arborelui principal . Îndepărtarea reală a adaosului de prelucrare  pe maşină depinde în primul rând de puterea de acţionare instalată şi de puterea de ieşire obţinută la capătul axului principal. De asemenea, elemente importante legate de maşina unealtă, de care trebuie să se ţină seama la realizarea programului NC sunt tipul cutiei de viteze şi al transmisiei de la motor la cutie. In funcţie de acestea turaţiile de ieşire pot fi cu variaţie continuă în diferite game sau fixe utilizând treptele de tura ţie. În funcţie de echipamentul maşinii cu comandă numerică programatorul trebuie să ia în considerare şi funcţii de operare cum ar fi : • Prinderea piesei(cu dispozitive de prindere speciale) • Manevrarea piesei(cu paletă de schimbare a poziţiei, cu robot) • Prezenţa echipamentului de schimbare automată a sculei(turelă) 50

Datorită nivelului ridicat de performanţă al maşinilor CNC şi din motive de siguranţă zona de lucru este în general închisă cu ecrane de protecţie. 4.1.2. INFLUENTA FACTORILOR “SCULA” ŞI „LICHID DE RACIRE”

Alegerea sculelor pentru operaţiile de prelucrare executate pe maşinile cu comandă numerică depinde de: • de tipul locaşului de prindere a sculei în portsculă (magazia de scule) • şi în primul rând de tipul conturului cerut la prelucrare Principalele tipuri de scule şi portscule utilizate la prelucr ările pe MUCN  prin strunjire şi frezare sunt prezentate în figura 4.1. Faţa de degajare Port pastila

Varful sculei

Port scula

Faţa de aşezare

Fig.4.2 Geometria sculei

Varful sculei

Port scula Port pastila

Fig.4.1 Scule şi portscule

Deoarece atât scula cât şi   portscula trebuie să suporte for ţe de schimbare şi indexare mari şi rapide, acestea trebuie să aibă o rigiditate corespunzătoare şi şi caracteristici de vibraţii favo-

rabile. Capacitatea de aşchiere a sculei este în principal influen ţată de muchia aşchietoare. Din motive economice în majoritatea cazurilor la prelucr ările pe MUCN sunt folosite scule cu plăcuţe schimbabile. Un alt element important ce trebuie luat în considerare este geometria sculei. Elementele importante sunt unghiul de degajare  γ , unghiul de aşezare α şi unghiul la vârf  β precum şi unghiurile de atac principal κ şi κ ’. aceste unghiuri influenţează mărimea adaosului de prelucrare precum şi tipul de suprafaţă ce   poate fi prelucrat ( de exemplu: suprafeţele înclinate sunt condiţionate la  prelucrare de mărimea unghiul de atac secundar). 51

Sf ărâmătorul de aşchii este de asemenea un foarte important element în cazul plăcuţelor schimbabile pentru prevenirea aşchiilor lungi. Datorită automatizării prelucr ării este total contraindicată apariţia aşchiilor lungi şi foarte necesar ă sf ărâmarea acestora. O proprietate importantă a sculelor este durabilitatea sculei care poate fi controlată în anumite condiţii. Sculele cu durabilitate mai mare sunt în general mai scumpe, dar se reduc costurile legate de indexarea plăcuţei sau chiar  schimbarea sculei. După cum se ştie, sculele aşchietoare se tocesc, după o anumită perioadă de prelucrare îşi pierd capacitatea de aşchiere şi va fi necesar ă reascuţirea sau schimbarea acestora. Intervalul de timp dintre două reascuţiri este numit “durabilitatea sculei”. Aceasta este afectată de : • Viteza de aşchiere • Materialul sculei • Materialul piesei • Secţiunea transversală a aşchiei (aria transversală a secţiunii aşchiei înainte ca aceasta să se rupă) • Frecvenţa întreruperii aşchierii. Producătorii de scule pot da în cele mai multe cazuri informa ţii sigure despre durabilitatea sculei pentru aplicaţii concrete. Încetarea capacităţii sculei de a a şchia este determinată de uzarea acesteia. Uzura va apărea pe feţele de contact între piesă şi sculă. Principalele  posibilităţi de uzare a sculei pot fi: uzarea feţei de aşezare cu modificarea unghiului de aşezare, uzarea feţei de degajare cu modificarea unghiului de degajare, uzarea de tip crater cu apariţia unei adâncituri pe faţa de degajare, uzarea vârfului sculei cu modificare simultană a unghiului de aşezare şi a ughiului de degajare. Pentru a realiza condiţii generale de aşchiere îmbunătăţite se recomandă folosirea lichidelor de răcire . Rolul lichidului de r ăcire este: • de a dispersa căldura produsă de vârful sculei şi de asemenea de a menţine temperatura piesei joasă • de a reduce frecarea şi uzura sculei prin lubrifiere •  pentru a facilita evacuarea aşchiilor. Utilizarea lichidelor de r ăcire în general permite viteze mai mari de aşchiere. In general se utilizează soluţii apoase, lubrifianţi sau combinaţii ale acestora. Soluţiile apoase ofer ă un efect de r ăcire bun, dar au proprietăţi de lubrifiere reduse. 52

Invers, uleiurile grase asigur ă o lubrifiere bună dar o r ăcire slabă. Tipuri de lichide de r ăcire pot fi: • Soluţii apoase (săruri) • Emulsii (apă cu uleiuri minerale şi aditivi) • Uleiuri de aşchiere (conţin gr ăsimi şi aditivi solizi). Următoarele elemente trebuie menţionate la folosirea lichidelor de r ăcire: • Lichidele de r ăcire se învechesc şi de aceea este necesar ă o reînoire a acestora la intervale de timp regulate • Există lichide de r ăcire care atacă pielea şi de aceea se cere purtarea echipamentelor de protecţie 4.1.3 INFLUENTA FACTORILOR “PIESA” ŞI „MATERIAL”

In momentul în care se abordează un program de comandă numerică de  prelucrare a unui reper programatorul are ca primă sursă de informaţie: desenul de execuţie al piesei. Acesta trebuie sa vad ă care sunt elementele de pe desen cu implicaţii în realizarea programului.

Fig. 4.3 Inflenţa factorului “PIESA”

Fig. 4.4 Inflenţa factorului material

In ce priveşte factorul piesă sunt importante: forma de bază şi reperele dimensionale, rigiditatea, starea suprafeţelor şi toleranţele dimensionale. Forma de bază şi aspectele dimensionale ale piesei influenţează: • alegerea schemei de orientare şi fixare şi stabilirea for ţelor de prindere • alegerea sculei şi a formei acesteia (pentru contururi speciale, pentru interior  sau exterior, etc.) •  proiectarea traiectoriilor sculelor angajate în prelucrare.

53

afectează prelucrarea. O rigiditate inadecvată a piesei conduce la abateri de formă şi dimensionale ale acesteia. In acest sens se vor  folosi sisteme suplimentare (fixare specială la găurire, rezemare şi fixare rigidă la strunjire etc.). Pentru a atinge o calitate a suprafeţei superioar ă , o formare a aşchiilor  eficientă (aşchiile să se rupă), trebuie să ne asigur ăm că geometria sculei utilizată este potrivită materialului. De asemenea se recomandă viteze de aşchiere mari, adâncimi de aşchiere mici, şi avansuri mici. Toleranţele la fel ca şi calitatea suprafeţei înscrise pentru anumite zone ale piesei ne indică nivelul de precizie la care trebuie să se ajungă după aşchiere ( existenţa sau nu a prelucr ărilor de finisare). In ce priveşte factorul materialul piesei, principalele caracteristici ale acestuia care trebuiesc luate în considerare sunt rigiditatea şi prelucrabilitatea materialului. Rigiditatea se ia în considerare la alegerea dispozitivelor de prindere (f ălcile menghinei) şi la calculul for ţelor de orientare şi fixare. Prelucrabilitatea influenţează alegerea plăcuţelor şi a for ţelor de aşchiere utilizate. Se poate spune despre un material că are o prelucrabilitate bună dacă se obţin aşchii eficiente la o vitez ă de aşchiere mare combinată cu o uzur ă mică a sculei şi o calitate a suprafeţei ridicată. Aşchiile trebuie să se îndepărteze uşor. Acest lucru se obţine la nişte aşchii care se rup şi au o formă uniformă. Rigiditatea piesei

54

Exerciţii pentru modulul “Ce afecteaz ă aşchierea?”

1)Cu care parametrii poate influenţa programatorul acţiunea aşchierii? 2)Numiţi trei proprietăţi mecanice ale maşinii care decid precizia  prelucr ării. 3)Puterea motorului şi turaţiile disponibile ale arborelui sunt caracteristici importante. Cum poate fi afectată selectarea vitezei, în principiu? 4)Numiţi cele trei componente individuale din care constau sculele maşinii CNC. 5a)Care sunt numele unghiurilor α,β, γ de pe feţele sculei? 5b)Introduceţi în punctul corect destinaţia unghiurilor α,β, γ.

6)Care este sf ărâmătorului de aşchii?

scopul

7)Care, în afar ă de disiparea căldurii muchiei tăietoare, sunt celelalte funcţii ale lichidului de r ăcire?

8)Ce proprietăţi ale semifabricatului şi piesei finisate primar afectează alegerea echipamentului de prindere a piesei şi sculei?

9)Ce specificaţii din desenul piesei introduc creşteri ale uzurii sculei?

55

4.2 Parametrii regimului de aşchiere pentru strunjire

In cadrul acestui modul se prezintă modul de alegere a parametrilor  regimului de aşchiere în cadrul operaţiilor de strunjire. Parametrii de aşchiere introduşi de către programator pentru operaţiile de strunjire sunt avansul, adâncimea de a şchiere, viteza de aşchiere şi turaţia arborelui principal. Pentru selectarea acestora trebuie avute în vedere 3 criterii: Viteza de avans Timp de lucru minim

Adancime de taiere

Pret de cost redus

Calitate ridicata a productiei Viteza arborelui de taiere

Criteriul 1: timp de lucru minim Elementul important care poate fi controlat de c ătre programator în legătur ă cu timpul de lucru este “volumul de material îndep ărtat pe minut”. Mărirea acestuia, rezultă din mărirea avansului, a adâncimii de aşchiere şi a turaţiei arborelui principal. Trebuie menţionat că există restricţii, elementele enumerate neputând fi mărite la infinit. (odată cu creşterea avansului creşte şi uzura sculei, acest lucru conducând la mărirea timpului afectat schimbării sculei sau a  plăcuţei aşchietoare, scade precizia, etc). Criteriul 2: costuri cât mai reduse Orice mărire a parametrilor de aşchiere pentru reducerea timpului de lucru conduce la reducerea manoperei şi a costurilor de prelucrare. În schimb cresc costurile sculelor datorită uzurii mărite. Parametrii de aşchiere trebuiesc aleşi astfel încât costurile legate de uzur ă să nu depăşească un anumit nivel. În astfel de cazuri este necesar ă folosirea lichidelor de r ăcire pentru a prelungi viaţa sculei şi a mări astfel productivitatea. Criteriul 3: Respectarea cerinţelor de calitate Alegerea parametrilor de aşchiere e limitată din ce în ce mai mult datorit ă stricteţii impuse asupra calităţii produselor. Acest lucru se refer ă în special la rugozitatea suprafeţei şi la precizia piesei finite. Alegerea parametrilor de aşchiere trebuie să fie în concordanţă cu: • tipul sculei folosite (forma sculei, materialul sculei) 56

• capacitatea de încărcare a maşinii (rigiditatea maşinii) • vibraţiile specifice maşinii, sculei şi semifabricatului.

adâncime de a chiere

Se vor prezenta în continuare elementele regimului de aşchiere la strunjire. Avansul sau viteza de avans este deplasarea sculei în direcţia de aşchiere respectiv

viteza de deplasare a sculei în aceeaşi direcţie. Avansul de prelucrare este viteza de avans introdus de către programator  care impune o anumită mărime a avansului Avansul se măsoar ă în mm/rotaţii iar viteza de avans în Fig.4.5 Viteza de avans, adâncimea de a şchiere mm/minut. În programele de comandă numerică , avansul se notează cu litera F(Feed). Exemple : F = 0.2 mm/rot înseamnă :un avans de 0.2 mm pe rotaţie F = 40 mm/min înseamnă :o viteză de avans de 40 mm pe minut În funcţie de avans se determină viteza de aşchiere. Din acest motiv, avansul se alege în principal în funcţie de rugozitatea cerută. Adâncimea de aşchiere arată distanţa dintre vârful sculei şi  perpendiculara ce apar ţine generatoarei semifabricatului, dusă la planul de lucru (vezi figura). Aceasta determină deplasarea vârfului sculei pe piesă în timpul aşchierii. La degroşare adâncimea de aşchiere depinde de numărul de treceri necesar îndepărtării adaosului de prelucrare. La finisare, adâncimea de aşchiere trebuie luată ţinând seama de prelucr ările anterioare şi de obţinerea cerinţelor de calitate impuse. O restricţie în ce priveşte mărirea adâncimii de aşchiere este dată de Secţiunea creşterea forţelor de aşchiere. La aşchiei strunjire for ţa de aşchiere este direct Adâncimea  propor ţională cu avansul de lucru şi de aşchiere adâncimea de aşchiere. Alegerea avansului şi a adâncimii de aşchiere determină dimensiunea Avansul secţiunii transversale a aşchiei.  pe rotaţie Secţiunea transversală a aşchiei =viteza de avans pe rotaţie x Fig.4.6 Secţiunea transversală a aşchiei adâncimea de aşchiere 57

Volumul de aşchii îndepărtat =secţiunea transversală a aşchiei x viteza de aşchiere Forma secţiunii aşchiei - dreptunghi sau paralelogram - este în func ţie de valoarea unghiului de atac K (figura 4.6). turaţia rot/min

viteza de a şchiere m/min

Turaţia arborelui principal reprezintă numărul de rotaţii al

arborelui principal în unitatea de timp. Turaţia se exprimă : • direct în “rotaţii pe minut” • sau cu ajutorul unor coduri numerice ce corespund treptelor  de turaţie disponibile pe maşină În programele de comandă numerică turaţia are simbolul S Fig. 4.7 Turaţia arborelui principal şi viteza Exemple: -S=1200r.p.m. înseamnă: 1200 rotaţii pe minut -S09 reprezintă un cod al turaţiei introdus în program (S09=400 r.p.m) Când se introduce turaţia este necesar a se specifica sensul rotaţiei arborelui (în sensul acelor de ceasornic, invers sensului acelor de ceasornic)  pentru ca acesta să fie ales corect. Viteza de aşchiere (figura 4.7) este echivalentă cu viteza de deplasare a suprafeţei piesei în raport cu punctul ce se aşchiază. Aceasta depinde de turaţia arborelui şi de diametrul piesei ( tura ţii mici şi diametre mici rezultă la viteze de aşchiere mici; turaţii mari şi diametre mari rezultă la viteze de aşchiere mari) prin relaţia: v

=

π   d  n

1000

[m/min]

unde: d – diametrul piesei de prelucrat; n – turaţia arborelui principal. În ceea ce priveşte programarea vitezei de aşchiere există două feluri diferite de programare a vitezei de aşchiere: 1.Programatorul alege turaţia cea mai favorabilă pentru fiecare diametru de revoluţie 2.Programatorul introduce o viteză de aşchiere constantă în “metrii pe minut” (m/min) în program. Programul va calcula şi va alege automat o turaţie  potrivită pentru diametrul de revoluţie respectiv. În practică se utilizează foarte mult nomogramele la care ştiind diametrul  piesei şi viteza de aşchiere dorită se poate citi direct turaţiei arborelui principal ce va fi folosit ă.

58

Exerciţii pentru modulul “Parametrii a şchierii la strunjire”

1)Ce parametrii de aşchiere trebuie să determine programatorul pentru operaţiile de strunjire?

2)Numiţi cele trei obiective ce pot fi ob ţinute prin optimizarea parametrilor  de aşchiere:

3)În imaginea alăturată introduceţi corect “viteza de avans” şi “adâncimea de aşchiere” în prelungirea săgeţilor.

4)Ce litere sunt folosite în programele NC pentru descrierea turaţiei şi avansului? Turaţie: Avans:

59

4.3 Parametrii regimului de aşchiere pentru frezare

In cadrul acestui modul se prezintă modul de alegere a parametrilor  regimului de aşchiere în cadrul operaţiilor de frezare. În principiu aceştia sunt aceeaşi ca şi în blocul precedent, cu excepţia mişcării de revoluţie a semifabricatului. Parametrii de aşchiere introduşi de către programator pentru operaţiile de frezare sunt turaţia arborelui, avansul, adâncimea sau lungimea de a şchiere şi lungimea de contact al sculei. Aceşti factori trebuiesc coordonaţi, iar pentru selectarea lor trebuie avute în vedere 3 criterii: Viteza de avans Timp de lucru minim Adancime de aşchiere Lungime de contact

Pret de cost redus

Calitate ridicata a productiei Turaţia arborelui principal

Criteriul 1:timp de lucru redus Factorul important care poate fi controlat de c ătre programator este “volumul de aşchii îndepărtat pe minut”. Acesta se măreşte prin mărirea avansului, a lungimii de contact şi a adâncimii de aşchiere; cu cât unul dinte aceşti trei factori este mai mare cu atât volumul de aşchii îndepărtat pe minut este mai mare. Trebuie menţionat că la un volum mare de a şchii îndepărtate pe minut uzura sculei creşte, iar timpul de schimbare sau de reascuţire a sculei creşte. Criteriul 2:costuri reduse Orice creştere a parametrilor de aşchiere conduce la micşorarea timpului de lucru şi a costurilor de manoper ă şi de aşchiere. În schimb cresc costurile sculelor datorită uzurii mari. Parametrii de aşchiere trebuiesc aleşi astfel încât costurile legate de uzur ă să nu depăşească un anumit nivel. În astfel de cazuri este necesar ă folosirea lichidelor de r ăcire pentru a prelungi viaţa sculei. Criteriul 3: respectarea cerinţelor de calitate Alegerea parametrilor de aşchiere e limitată din ce în ce mai mult datorită stricteţii impuse asupra calităţii produselor. Acest lucru se refer ă în special la 60

rugozitatea suprafeţei şi la precizia piesei finite. Alegerea parametrilor de aşchiere trebuie să fie în concordanţă cu: • Tipul de frezare (convenţională, inversă, frontală) • Forma frezei • Tipul dinţilor frezei (forma dinţilor frezei, materialul sculei) • Capacitatea de încărcare a maşinii (rigiditatea) • Vibraţiile caracteristice maşinii, sculei, materialului. Turaţia frezei se poate exprima : • Fie direct în “rotaţii pe minut”(r.p.m) • Fie prin coduri numerice care se atribuie diferitelor viteze disponibile  pe maşină În programul NC, turaţia arborelui are ca şi cod litera S. Viteza de Turaţia avans arborelui Exemple: S=630 r.p.m. înseamnă: 630 rotaţii pe minut S11 reprezintă codul turaţiei Viteza de arborelui (S11=500 r.p.m.) aşchiere Alegerea turaţiei arborelui determină viteza de aşchiere (vezi figura 4.8). Viteza de aşchiere corespunde vitezei de pe suprafaţa exterioar ă a frezei. Aceasta depinde Fig. 4.8 Turaţia arborelui principal, viteza de turaţia arborelui dar  şi de diametrul sculei. (cu cât turaţia arborelui şi diametrul sculei sunt mai mari cu atât viteza de a şchiere este mai mare). Când se introduce turaţia arborelui trebuie să se verifice dacă sensul de rotaţie al arborelui a fost introdus corect. Avansul este mişcarea frezei în direcţia de lucru(vezi figura 4.8). Viteza de avans este în general specificată prin introducerea unui avans de deplasare pe minut. De asemenea avansul poate fi introdus ca avans pe o rota ţie a sculei sau avans pe dinte. În programul NC, viteza de avans este simbolizată prin litera F. Exemple: F=100 mm/min înseamnă:o viteza a avansului de 100 mm pe minut; F=0.1 mm/rot înseamnă :o viteza a avansului de 0.1 mm la o rota ţie a sculei; F=0.02 mm/T înseamnă: o viteza a avansului pe dinte. Vitezele de deplasare la operaţiile de frezare sunt în general generate de mişcarea simultană a mesei transversale şi a rotaţiei sculei. Oricum, operaţiile de frezare sunt programate ca şi cum masa ar fi în repaus, iar scula ar face şi mişcările de deplasare(mişcare relativă a sculei). Alegerea avansului (la o turaţie constantă) influenţează grosimea aşchiei şi implicit calitatea suprafe ţei. 61

Fig. 4.10 Frezarea inversă

Fig.4.9 Frezarea convenţională

Alegerea între frezarea convenţională şi cea inversă influenţează formarea aşchiilor şi for ţele la aşchiere. La frezarea convenţională (figura 4.9) grosimea aşchiei şi for ţele de aşchiere cresc gradat odată cu intrarea fiecărui dinte în aşchiere şi ajung la maxim înainte ca dinţii să iasă din material. Când scula iese din material au loc următoarele: for ţa de aşchiere este   brusc eliminată astfel încât scula “sare” înainte şi următorul dinte pătrunde în material cu o mişcare bruscă. Aceste evenimente sunt însoţite de un zgomot  puternic. La frezarea inversă (figura 4.10) aşchia se formează în mod invers comparativ cu cea convenţională. Când dintele pătrunde în material grosimea şi for ţele de aşchiere sunt maxime. Când scula iese din pies ă, aşchia este subţire şi for ţele sunt minime. În concluzie calitatea suprafeţei este mai bună şi zgomotul este mai mic. În comparaţie cu frezarea convenţională, cea inversă necesită o   putere a motorului mai mică , dar o rigiditate a ma şinii mai mare şi o direcţionare a mesei lipsită de şocuri. Cum maşina CNC îndeplineşte aceste condiţii, frezarea inversă este de  preferat. lungimea de contact

direcţia avansului de  pătrundere

adâncimea de a şchiere Fig.4.11 Frezarea frontală

62

direcţia avansului de  pătrundere

lungimea de contact

viteza de avans

lăţimea de aşchiere Fig.4.12 Frezarea cilindrică

Adâncimea de aşchiere este mărimea tăişului principal aflat în contact cu   piesa de prelucrat, măsurată perpendicular pe planul de lucru. Termenul de adâncime de aşchiere astfel definit se refer ă la frezarea frontală (figura 4.11) In cazul frezării cilindrice, definiţia de mai sus corespunde lungimii de contact. Lungimea de contact este mărimea liniei de contact dintre t ăişul sculei şi   piesa de prelucrat, raportată la o rotaţie, măsurată în planul de lucru,  perpendicular pe direcţia de avans (Fig.4.12). Planul de lucru este planul determinat de direcţia efectivă de aşchiere şi direcţia de avans La programarea traiectoriei sculei pe piesă este necesar a se da coordonatele adâncimii de aşchiere cât şi lungimea de contact astfel încât să rezulte condiţiile de calitate impuse.

63

Exerciţii pentru modulul: “Parametrii a şchierii pentru frezare” 1)Ce parametrii de aşchiere trebuie să determine programatorul la frezare?

2)Numiţi trei obiective ce pot fi obţinute prin optimizarea parametrilor de aşchiere:  jos  jos înalt 3)Introduceţi adiacent săgeţilor termenii: “lungime de contact” , “adâncime de aşchiere” şi “lăţime de tăiere”

4)Ce litere identifică turaţia şi avansul într-un program NC turaţie

avans

64

4.4 Particularităţi tehnologice specifice prelucr ării CNC

Există aspecte ale prelucr ării pe maşinile cu comandă numerică computerizată -CNC- care difer ă considerabil de prelucr ările pe maşinile acţionate manual. Acest lucru se refer ă la: îmbunătăţirea capacităţii de a îndepărta adaosul de prelucrare pe maşinile moderne, succesiunea diferită a operaţiilor cauzată de  programul ce le controlează. Oricum, sunt şi alte variabile care afectează direct calitatea stratului îndepărtat şi care sunt cauzate exclusiv de folosirea sistemelor de control ale computerului. Acest modul se refer ă la următoarele influenţe: • eroare de urmărire • stop de precizie • corecţia uzurii prin compensare • limitarea vitezei • monitorizarea durabilităţii sculei Pe o maşină CNC, scula şi/sau poziţiile de alunecare, turaţiile arborilor, vitezele avansurilor, etc. sunt introduse în program ca şi “valori de comandă”. În general, aceste valori sunt date ca zecimale cu un număr variabil de cifre după virgulă. Când se foloseşte introducerea valorii în mm după virgulă se pot pune maxim 3 cifre( ex. 2.488, 122.7, 38.69). Cea mai mic ă diviziune în acest caz este 1 micron=0.001mm . Sistemul este astfel programat să ofere “rezoluţie de ordinul micronilor”. Când se introduce valoarea în inch (un inch=25.4mm) se acceptă până la 5 locuri la dreapta virgulei ( 2.44839 ; 13.16447 ) .

Fig.4.13 Contur cu eroare de urmărire

Fig.4.14 Contur cu stop de precizie

65

Când se dau valorile turaţiilor arborilor în r.p.m. sau ale vitezelor de avans în mm/rot sau mm/min , instruc ţiunile de operare ale sistemului de control stabilesc câte locuri libere pot fi dup ă virgulă. Precizia introducerii datelor nu trebuie să fie confundată cu precizia de aşchiere. Chiar dacă sistemul de control operează la un nivel înalt: uzura sculei , efectul de creştere al temperaturii şi lipsa de rigiditate a ma şinii vor micşora  precizia de aşchiere. La controlul deplasării unei scule săniile maşinii se mişcă cu viteze diferite. Sistemul de măsurare verifică permanent poziţia de moment a sculei. Sistemul de control primeşte poziţiile actuale şi cu acestea calculează dacă scula se află pe traiectoria corectă. Sistemul de control poate modifica vitezele de deplasare ale săniilor dacă este necesar . În timpul acestor comparaţii între comandă şi poziţia actuală a sculei trebuie să apar ă decalaje de timp . Acestea apar pentru că poziţia actuală a sculei este deja schimbată în timp ce sistemul de control calculeaz ă informaţia pentru următoarea poziţie. Cu alte cuvinte, în timp ce pozi ţia de comandă este comparată de sistemul de control cu poziţia actuală, poziţia actuală nu mai este corectă . Acest efect “ de urmărire ” produce erori de urmărire la executarea operaţiilor pe maşinile CNC şi mărimea acestei erori depinde de viteza de avans. In figura 4.13 se prezintă un contur cu eroare de urmărire ; colţurile sunt uşor  rotunjite. Erorile de urmărire care apar de ordinul micronilor sunt acceptabile , mai ales că muchiile ascuţite sunt în general nedorite . Oricum , pentru a evita erorile de urmărire , anumite sisteme de control au încorporate anumite facilit ăţi pentru introducerea stopului de precizie (fig.4.14) .În acest caz scula se opreşte la fiecare colţ al conturului pentru a evita producerea razei . Când se apelează la “ stopul de precizie ” este absolut esenţial să se asigure că scula are posibilitatea de a aşchia singură când viteza de avans devine nulă , altfel vor apărea Traiectoria sculei uzate Diferenţa neregularităţi pe contur deoarece traiectoriilor  dispare for ţa de aşchiere. Uzura care apare în timpul utilizării pe muchia tăietoare (figura 4.15.) poate cauza realizarea de repere în afara limitelor de toleranţă . Traiectoria sculei ascu ite Pentru rezolvarea acestei   probleme , majoritatea sistemelor  Fig. 4.15 Corecţia uzării sculei CNC deţin funcţii de compensare a uzurii .

66

Daca la verificarea dimensională se constată că toate dimensiunile s-au modificat cu o anumită valoare pe direcţia de avans a sculei, se introduce o diferenţă egală cu valoarea, în programul de control. În timpul aşchierii toate valorile se schimbă automat cu această diferenţă. Corecţia de uzur ă poate fi folosită de asemenea la aşchierea suplimentar ă   pe piese, prin simpla înlăturare a unei grosimi uniforme a a şchiei de-a lungul întregului contur . Un alt element specific este l imitarea vitezei. La multe operaţii de aşchiere s-a dovedit avantajoasă restricţionarea turaţiei între anumite limite . De exemplu, la opera ţiile de găurire , for ţa ce acţionează asupra sistemului de prindere se reduce considerabil la viteze mari datorită for ţei centrifuge care determină o prindere nesigur ă. De aceea multe sisteme de control permit introducerea de valori maxime şi minime ale turaţiei . Exemplu : turaţie max. :4000 r.p.m.; turaţie min. : 100 r.p.m. ; Daca apar schimbări ale turaţiei în timpul operaţiei de aşchiere, aceasta  poate fi modificat ă dacă noua turaţie se află între limitele determinate înainte . In vederea creşterii performanţelor de prelucrare există şi sisteme de monitorizare a durabilit ăţii sculei Acestea pot spune exact după (ex. după 120 min).

cât timp de lucru muchia sculei se uzeaz ă

Durabilitatea sculei poate fi introdusă ca un parametru al sculei în sistemul de control. Sistemul de control trebuie s ă asigure că scula este utilizată atâta timp cât este bun ă. Următoarele operaţii de aşchiere pot continua automat cu o sculă înlocuitoare disponibilă deja în port sculă sau maşina se opreşte  pentru ca operatorul să poată înlocui scula sau plăcuţa sculei. Monitorizarea durabilităţii sculei folosind timpul stocat în sistemul de control în timpii aşchierii este relativ inexact şi nu se ia în considerare alternând  presiunile şi for ţele ce acţionează în vârful sculei în timpul a şchierii. Anumite sisteme care măsoar ă uzura prin standardizarea for ţei de aşchiere aplicate se perfecţionează în practică . Un astfel de sistem are următorul  principiu: când prima parte a unei piese din lot este produsă cu o sculă ascuţită, for ţele de aşchiere ce apar sunt stocate în memoria fiecărui bloc de program. În continuare se determină o valoare maximă sau o zonă de toleranţă pentru for ţa de aşchiere. Dacă este depistată o uzur ă mare sau o rupere a sculei , maşina se opreşte şi operatorul trebuie să schimbe scula .

67