Proiectarea Unui Echipament de Proces Care Permite Deplasari de Precizie In Coordonaate 2d 3d

CUPRINS

Introducere…………………………………………………………………..……………7

Capitolul 1

STADIUL ACTUAL PRIVIND ECHIPAMENTELE DE PRELUCRARE ÎN 3D

1.1. Istoria echipamentelor de prelucrare în 3D………………………..………….9

1.2. Noi tehnologii de prelucrare in 3D…………………………………..………….10

1.2.1 Presa cu membrană pentru lemn……………………………………..……..10

1.2.2 Mașină de tăiat cu laser de dimensiuni medii tip portal………….……..11

1.2.3 Mașinii portabile de prelucrare cu plasmă………………………….……..13

1.2.4 Mașina de măsurat in coordonate 3D………………………….……………15

1.2.5. Imprimantă 3D…………………………………………………….……………16

Capitolul 2

PROIECTAREA ECHIPAMENTELOR DESTINAT DEPLASĂRILOR 3D

2.1. Proiectarea mașini în CATIA…………………………………….………………17

2.1.1 Configurarea și cinematica axei X………………………….………………18

2.1.2 Configurarea și cinematica axei Y………………………….………………19

2.1.3 Configurarea și cinematica axei Z………………………….………………20

2.2. Calculul și alegerea șurubului…………………………………………………..21

2.2.1.Calculul forței critice la flambaj……………………………………………..24

2.2.2 Calcul randament șurub………………………………………………………25

2.2.3 Calculul si proiectarea șurubului și a piuliței…………………………….25

2.2.4. Alegerea materialului șurubului și piuliței………………………………..27

2.2.5 Calculul diametrului mediu al filetului……………………………………..29

2.2.6 Verificarea tijei șurubului la solicitări compuse………………………….30

2.2.7 Verificarea șurubului la flambaj……………………………………………..30

2.2.8 Dimensionarea piuliței………………………………………………………..31

Capitolul 3

REALIZAREA UNUI ECHIPAMENT 3D ȘI APLICAȚII ALE SOFTURILOR SPECIALIZATE ÎN CONTROLUL DEPLASĂRILOR ÎN COORDONATE 3D

3.1.Prezentare echipamentului 3D realizat…………………………………………32

3.2 Caracteristicile principale…………………………………………………………33

3.3.Sistemul electric al mașini CNC…………………………………………………38

3.4. Descrierea softului MACH3………………………………………………………39

3.5 Caracteristicile de baza și funcții oferite de MACH 3………………………..40

3.6. Realizarea unei roți dințate……………………………………………………..42

Capitolul 4

SIMULAREA PRELUCRĂRII UNOR PIESE ÎN 3D

4.1. Simularea prelucrări unor piese în 3D cu ajutorul programului Cut3D…44

Capitolul 5

CONCLUZII………………………………………………………………………55

AVANTAJE ȘI DEZAVANTAJE………………………………………………56

BIBLIOGRAFIE……………………………………………………………….…57

FIȘA DE APRECIERE

A PROIECTULUI DE DIPLOMĂ

Coordonator științific,

Prof. Univ. Dr. Marilena Lăcrămioara Glovnea

Prof. Univ..Dr. Ioan Mihai

Candidat,

Gavril Cristi-Daniel

Introducere

Tema lucrării consta in proiectarea unui echipament de proces care permite deplasări de precizie în coordonate 2D-3D, controlat cu ajutorul calculatorului prin intermediul unui software specializat. Prin aceasta se urmărește obținerea unor rezultate deosebite privind performantele tehnice, precizii foarte ridicate și un cost al producției cat mai redus.

Mașinile unealtă cu comandă numerică se mai numesc si mașini CNC (Computer Numericele Controller)

Proiectul CNC poate fi folosit pentru procesare de plastic, lemn sau aluminiu prin tăiere, strunjire, frezare, prelucrare, gravare, găurire.

Se pot realiza:

Panouri si obiecte decorative

Elemente de arhitectură

Elemente aplicate

Matrițe

Vitrine

Harți 3D

Limita este imaginația

Aplicațiile sunt nelimitate, de la elemente de arhitectura și design, până la elemente structurale, matrițe, publicitate, afișaj public, mobilier.

Cu ajutorul programului de grafică CATIA se realizează piesa dorită, apoi cu programul CATIA CAM se alege tipul instrumentului de tăiere, apoi se alege viteza și avansul.

Se generează instrucțiunile.

Instrucțiunile realizate se introduc in programul care conduce mașina CNC.

Exemple de programe:

Mach3 în Windows

Emc2 în Linux

Turbocnc în Dos(Win 95/98)

Am ales pentru acest proiect sa utilizez programul Mach3.

Costul acestui proiect diferă în funcție de complexitatea și necesitățile clientului.

Componentele si utilajele necesare pentru realizarea acest proiect sunt:

Mașină de găurit electrică

Ferestrău pendular

Banc de lucru necesar realizării montajelor

Diferite aparate electronice necesare realizării montajelor

Dispozitive și scule

Motor pas cu pas

Ghidaje de suport

Șuruburi trapezoidale

Cuplaj elastic

Rulment inelar deschis în carcasă

Piuliță trapez

Suport piuliță trapez

Datorita prețurilor ridicate din țara, sa ales achiziționarea pieselor și a semifabricatelor de pe internet, fiind aduse din țari precum : China, Germania, S.U.A.

CAPITOLUL 1

Stadiul actual privind echipamentele de prelucrare în 3D

[7][8][12]

Istoria echipamentelor de prelucrare în 3D

Mașinile-unelte de prelucrare în 3D se mai numesc și mașini CNC(Computer Numerically Controller).

Controlul numeric, cum îl cunoaștem azi, a apărut înainte de inventarea microprocesoarelor utilizate in actualele computere. Un impuls pentru dezvoltarea acestuia a fost dat de US Air Force, care dispunea de resurse financiare suficiente pentru stimularea cercetarii. US Air Force avea nevoie de îmbunătățirii în construcția motoarelor cu reacție. Datorita vitezelor mari de zbor, structura mecanica și geometria trebuiau îmbunătățite. Acest lucru cerea prelucrări mecanice complexe la un preț foarte mare.

  În anul 1952, „Massachusetts Institute of Technology” a construit și prezentat prima mașină-unealtă cu comandă numerică ce avea posibilitatea sa controleze mișcarea unei freze pentru prelucrarea de suprafețe complexe. Costurile construcției si cercetării a fost suportate de US Air Force. Mașina a avut succes, și in 1955, la târgul National Machina Tool Show, unde au apărut spre comercializare mașini CNC.

Prima generație de mașini cu comandă numerică folosea vacuum și lămpi electronice, care ocupau un spațiu foarte mare și produceau multă căldura. Mașinile nu erau prea fiabile și nu aveau memorie de stocare. La a doua generație de mașini CNC , tuburile electronice au fost înlocuite cu tranzistori, ceea ce a condus la o fiabilitate mai mare a etajului de control și o încălzire mai mică. De asemenea, controller-lu ocupa un spațiu mai mic.

   La a treia generație s-au folosit circuite integrate și modulare și s-a introdus memoria de stocare a programelor. Memoriile au fost, la început, magnetice, cu role de banda magnetica, iar apoi, electronice, cu circuite integrate.

    Pe măsură ce tehnologia de prelucrare in 3D a evoluat, s-au introdus si folosit placi imprimate cu circuite electronice. Acestea erau proiectate pentru executarea unui program bine definit. Se foloseau la execuția anumitor acțiuni comune și uzuale: găurire, rectificare, frezare etc. Plăcile se puneau in sloturi speciale și se înlocuiau când nu mai era nevoie de ele.

    Astăzi, se poate vorbi despre a patra generație de mașini ce prelucrează în 3D care controller-ul mașinii are la baza tehnologia calculatoarelor și a microprocesoarelor.

Cele mai importante operații tehnologice realizate de mașini-unelte sunt:

Strunjire

Alezare

Filetare

Frezare

Găurire

Finisare

Șlefuire etc.

Prelucrarea cu mașini-unelte este una din cele mai importante activități pentru dezvoltarea și susținerea industrială. Industria construcțiilor de mașini este principalul beneficiar al produselor fabricate de echipamente de prelucrare în 3D.

Cele mai cunoscute echipamente de prelucrare în 3D sunt:

Sinumerik,al firmei Siemens, Germania

FANUC în Japonia

Alcatel în Franța

Mikromat în Germania

1.2. Noi tehnologii de prelucrare in 3D

1.2.1 Presa cu membrană pentru lemn

Figura 1.1. Presă cu membrană pentru lemn(GMP-2)

GMP-2 oferă tot ceea ce este necesar pentru realizarea de producții de serie la nivel industrial. Are un sistem închis, structură rigida și o pompa de vid puternică, oferă condițiile optime pentru folosirea în flux continuu. Acest echipament poate realiza presari  2D si 3D de înaltă calitate, prelucrând toate tipurile de materiale cu structura lemnoasa.

Informații generale:

destinată pentru uz industrial și producție de serie

sistem de ajustare automată a vacuumului

disponibilitatea realizării de piese la dimensiunile din comanda.

Date tehnice:

presiunea maxima a pompei este de 9t/m²

masa compactă de 18mm, cu pana la 30 puncte de aspirație

membrană de 3mm grosime din cauciuc natural sau de 1mm grosime din poliuretan, care rezistentă pana la 120 grade

suprafața de lucru de 140/270/322/370X140 cm

alimentare monofazat

1.2.2 Mașină de tăiat cu laser de dimensiuni medii tip portal

Figura 1.2. Mașină de tăiat cu laser(LASERACH L3)

Mașinile din seria LASERACH L3 sunt versatile, recomandate pentru procesarea unor materiale diverse de mare duritate si a unor aliaje casante. Cu o structura tip portal, șuruburi cu bile de cea mai buna calitate, generatoare laser germane de înaltă calitate, seria LASERACH L3 reprezintă soluția perfecta pentru industria auto, aerospațială, precum si pentru atelierele electrice si mecanice.

Detalii:

Putere laser 620 | 750 W

Grosimea de taiere 0.1-8 mm

Dimensiuni max. De taiere(lungime x lățime) 2500×1300 mm

Lungimea de unda a razei laser 1064 nm

Frecventa de puls 1-300 Hz

Viteza max. De taiere 0.035 m/min

Sursa electrica 380/50/100 V/HZ/A

Precizia de poziționare geometrica pe axele X, Y, Z ≤±0.08/1000 mm

Precizia de re-orientare pe axele X, Y,Z ≤ ± 0.04 mm

Materiale care pot fi prelucrate:

Oțel inoxidabil, oțel carbon, oțel moale, aliaj oțel, cupru, alama, tabla aluminiu, tabla titan. Mașina este recomandata in special la procesarea diverselor materiale cu duritate mare si a aliajelor casante.

Figura 1.3. Modele prelucrate cu mașina LASERACH L3

Generatorul laser consta in:

Bara de cristal tip YAG: durata de viată este de 17.000 ore (aproape 3 ani)

Camera galbena (datorita calității ridicate camera galbenă nu se defectează niciodată)

Lampa cu Xenon: durata medie a acestei lămpi este de aproape 600 ore

Figura 1.4. Generatorul laser a mașini LASERACH L3

1.2.3 Mașinii portabile de prelucrare cu plasmă

Figura 1.5. Mașina VIPER de prelucrare cu plasmă

Modelul Viper este prevăzut cu o mulțime de opțiuni, având același controller ca si celelalte modele mai avansate și poate fi transportat cu ușurință, astfel încât sa nu fie nevoie de a deplasa placi de metal grele.

Detalii:

Lățime efectiva de taiere 0-1500 mm

Lungimea efectiva de taiere 0-3000 mm

Grosime taiere oxy-fuel 0-150 mm

Viteza taiere cu oxi-gaz 0-4000 mm/min

Aplicații:

Masinile CNC de tăiat portabile pot fi folosite la taiere atât in interior cat si in exterior, capabile sa taie după orice contur o gama larga de materiale metalice. Sunt proiectate cu avantaje cum ar fi grad înalt de automatizare, operabilitate ușoară, precizie ridicată, fiabilitate mare in exploatare, preț scăzut și întreținere ușoară. Aceste mașini sunt utilizate pe scara larga în industrie cum ar fi industria construcțiilor de mașini, echipamente din petro-chimie, industria ușoară, construcții navale, industria energetica, vase de presiune, industria de minerit, construcția de poduri, structuri din otel.

Figura 1.6. Piese obținute cu mașina Viper

1.2.4 Mașina de măsurat in coordonate 3D

Figura 1.7. Mașina de măsurat în coordonate 3D

Mașina de măsurat în coordonate de la Hexagon, este conceputa pentru a fi integrată în mediul de producție, reprezintă combinația ideală dintre inovație, simplitate și flexibilitate.

Cu mașina de măsurat în coordonate IGO F puteți realiza măsurători în atelier simple și rapide, monitoriza procesul de fabricație și automatiza controlul de calitate.

Caracteristici importante – mașina de măsurat in coordonate 3D

Concept de operare revoluționar pentru utilizare intuitiva

Precizie foarte bună a mașini de măsurat in coordonate pentru producție

Scanare de înaltă definiție sau măsurători punct cu punct

Capul de măsură este fix sau indexabil

Mașina de măsurat in coordonate este foarte robusta cu protecție împotriva prafului, ulei, vibrații, zgomot

Mașina de măsurat in coordonate 3D cu performanța ridicată chiar într-un mediu cu gradient de temperatura și umiditate variabilă

Mașina complet funcțională, asistenta tehnica și mentenanță minimă

Fotoprint minim, domeniu de măsură 700 x 580 x 700mm (X/Y/Z)

1.2.5. Imprimantă 3D

Imprimantele 3D sunt utilizate în general în industrie, motivul principal al utilizării imprimantelor 3D la scară redusă este prețul foarte mare.

Evoluând tehnologia, imprimantele 3D au devenit accesibile, având prețuri care pornesc de la 500$.

MakerBot este o imprimantă 3D, care la un preț de aproximativ 1500$, este capabilă să realizeze piese in 3D bicolore din plastic.

Figura1.8 Imprimantă 3D

Capitolul 2

Proiectarea echipamentelor destinat deplasărilor 3D

[1][2][4]

2.1. Proiectarea mașini în CATIA

Figura 2.1 Realizarea modelului in CATIA

2.1.1 Configurarea și cinematica axei X

Caracteristicile axei X:

Rezoluție: 1mil (1/2, 1/4, 1/8 mil) abatere max

Cursa activă: 1000mm

Viteza max de lucru: 100mm/s

Ansamblul general al axei X:

Suporți de ghidare

MPP

Placa de prindere a axei Z

Șurub trapezoidal

Rulmenți liniari circulari deschiși

Piulița trapezoidală

Cuplaj elastic

Rulmenți șurub trapezoidal

Pe aceasta placă se amplasează tot ansamblul axei Z.

Suporți de ghidare sunt prinși de cele două laterale cu șuruburi M6x35. Șurubul trapez este fixat cu ajutorul rulmenților, prinderea intre șurubul trapez și motor făcându-se cu ajutorul cuplajului elastic. Motorul se prinde de pereți laterali utilizând-se șaibe de trecere cu cauciuc, pentru a prelua diferențele de planeitate și perpendicularitate care pot apărea în timpul prelucrărilor și a montajului.

Figura 2.2. Axa X

2.1.2 Configurarea și cinematica axei Y

Noțiunea de axă Y, se referă la corpul mașini, masa mașini si elementele ce asigura translația pe axa Y.

Caracteristicile axei Y:

Rezoluție: 1mil (1/2, 1/4, 1/8 mil)abatere max

Cursă activă: 750mm

Viteză max de travel 180mm/s

Viteza medie de lucru 100mm/sec o forță de 35Nm

Ansamblul general al axei Y

Masa

Calea de rulare

MPP

Șurub trapezoidal

Cuplaj elastic

Rulmenți liniari circulari deschiși

Rulmenți șurub trapezoidal

Suporți de ghidare

Prinderile lateralelor frontale se va face cu șuruburi M5x30.

Prinderea motorului de peretele frontal se va face cu șuruburi M5x30 plus șaibe.

Figura 2.3 axa Y

2.1.3 Configurația și cinematica axei Z

Introducere

Caracteristici:

Rezoluție: 0,005mm=cca 0,2mil

Abaterea max =0,2mm

Repetabilitate 0,0011mm

Cursă activă 350mm

Viteza maximă de travel 150mm/s

Viteza maximă de lucru 100mm/s

Forța de pătrundere 80 Nm

Acționare motor pas cu pas MPP

Cinematica axei z

Componente:

Placa de susținere axă Z

MPP

Șurub trapezoidal

Piuliță trapez

Ghidaje de susținere

Cuplaj elastic

Rulmenți liniari circulari deschiși

Placa se susținere a sculei

Șurubul și piulița transforma mișcarea de rotație in mișcare de translație.

Placa ce susține scula executa mișcare de translație fiind fixată pe piuliță.

Șurubul este ghidat solid cu ajutorul rulmenților.

Figura 2.4 Axa Z

2.2. Calculul și alegerea șurubului

Principala solicitare la care este supus șurubul este cea de încovoiere. Putem porni

de la relația de calcul al forței axiale:

Știm că:

Șurubul cu bile va fi ,,rezemat” la ambele capete și pretensionat cu 1/3 din

capacitatea dinamică:

Cu ajutorul valorii obținute a forței de inerție putem calcula forța de pretensionare:

Șurubul poate fi considerat o grindă simplu rezemată la ambele capete deci putem determina diametrul nominal al șurubului pornind de la relația:

Piulița va avea lungimea de 120[mm] iar lungimea maximă a cursei este dată (1250[mm]).

Alegem din STAS 880-88 materialul șurubului: OLC 45 având =6000[N/cmp].

Având aceste valori, putem determina diametrul nominal al șurubului:

Figura. 2.5 Piulița șurubului trapez

Din catalogul de șuruburi cu bile, alegem modelul BS 3510 de tip E, având următorii parametri dimensionali:

ȘURUB: PIULIȚĂ

dș=35[mm] Dp=72[mm]

BCD=36[mm] a=116[mm]

L1=10[mm] b=18[mm]

Da’=6,35[mm] Dp’=94[mm]

Id=1340[kg] (încărcarea dinamică) L=61[mm]

Is=2940[kg] (încărcarea statică)

2.2.1.Calculul forței critice la flambaj

Conform STAS 12757/22 verificarea se face calculând forța critică de flambaj:

unde: a-coeficient ce ține seama de tipul lagărului;

-diametrul STAS al șurubului;

-distanta dintre reazemele șurubului.

Valoarea raportului conform STAS 12757/22-89

șurubul rezistent la flambaj.

Calculul turației critice

2.2.2Calcul randament șurub

Calculăm randamentul conform relației de mai jos (STAS 12757/22-89):

2.5.5 Calculul cuplului necesar rotiri șurubului

Se calculează pornind de la relația de mai jos:

Momentul static de pretensionare apare pe durata poziționării și se consideră:

Momentul static se calculează cu relația:

2.2.3 Calculul si proiectarea șurubului și a piuliței

Stabilirea naturii solicitării tijei

Schema funcționala. Diagrama de forța si moment

După natura mișcărilor relative ale elementelor cuplei șurub-piuliță în cadrul mecanismelor cu acționare manuală avem piulița fixă, șurubul executând o mișcare de roto-translatie .

Pentru ușurința proiectării schemelor funcționale sunt completate cu diagrame de forte și momente ce încarcă elementele mecanismului, diagrame ce servesc la stabilirea secțiunilor periculoase ale elementelor respective.

Alegerea profilului filetului

Alegem pentru șurubul de forța filetul trapezoidal (STAS 2114/1-75) din următoarele motive:

are profilul de forma unui trapez rezultat din teșirea unui triunghi isoscel cu unghiul la vârf de 30 grade

gradele și baza sunt egale cu pasul

flancul filetului are o inclinație de 15 grade

jocurile la diametrul interior si exterior sunt egale fundul filetului

este rotunjit cu r=0,25mm, pentru P=8-12mm si respectiv r=0,5mm pentru P>12

Figura 2.6 Filetul șurubului

are o rezistența și o rigiditate mai mare decât filetul pătrat

asigura o centrare bună între șurub si piuliță

se execută prin procedeul de frezare

Filetul trapezoidal are dimensiunile standardizate conform STAS/ 2114-75 putând fi executat cu pas normal, fin sau mare :

D=d –diametrul nominal al filetului

pentru 1.5

pentru 2<p<5

pentru 6<p<12

pentru p=14

Filetul trapezoidal se recomandă în cazul mecanismelor cu șurub și piuliță care transmit sarcini mari în ambele sensuri.

2.2.4. Alegerea materialului șurubului și piuliței

Pentru alegerea materialului șurubului și a piuliței ca elemente ale mecanismelor cu șurub depinde de următorii factori:

caracteristicile mecanice ale materialului.

asigurarea condițiilor funcționale, tehnologice si economice în modul cel mai favorabil.

fiabilitatea maximă în contextul unor cheltuieli de producție minima.

Caracteristicile mecanice ale materialului pentru șurubul si piulița din construcția mecanismelor cu șurub sunt:

(Rp0.2) – limita de curgere

(Rom) – limita de rupere

– alungirea

– modulul de elasticitate

Pentru șuruburi de mișcare supuse la solicitări mici si mijlocii cu acționare manuală se va opta pentru un oțel laminat.

Alegem pentru șurubul de mișcare materialul OL50 (STAS 500/2-80)care are caracteristici mecanice bune și nu necesită tratament termic.

Caracteristici OL50:

rezistența la tracțiune

rezistența la încovoiere

rezistența la răsucire

rezistența la forfecare

Solicitări:

tracțiune

încovoiere

răsucire

forfecare

Caracteristicile mecanice:

rezistența la tracțiune

limita de curgere

alungirea la rupere

Piulița ca element component al cuplei de frecare șurub-piuliță din mecanismul cu șurub, este indicat a fi astfel construită încât uzura sa fie concentrată asupra ei. Astfel se recomandă ca materialul ales pentru piuliță să aibă modulul de elasticitate mai mic decât cel al materialului șurubului, ceea ce are ca efect uniformitatea repartizării sarcinii pe spire, îmbunătățirea comportări la oboseală și ca urmare creșterea duratei de funcționare.

Nu este indicat să se folosească același material pentru piulița cât si pentru șurubul de forță. Vom utiliza materiale care au o comportare bună din punct de vedere al rezistenței la uzură: oțel pe fonta, oțel pe bronz moale, oțel pe fonta antifricțiune.

Optăm pentru CuSn12- bronz moale cu o comportare bună din punct de vedere al

rezistenței la uzură.

Caracteristici ale CuSn12:

tracțiune :

încovoiere:

răsucire :

compresiune:

Caracteristicile mecanice:

rezistență minimă la tracțiune:

duritate : HB

alungirea la rupere:

2.2.5 Calculul diametrului mediu al filetului

Din STAS 2114/1-75 alegem filetul: Tr 12×3

Din STAS 2114/1-75 alegem filetul: Tr 14×3

Din STAS 2114/1-75 alegem filetul: Tr 16×4

Calculul numărului de spire în contact

Calculul lungimii filetului piuliței

Proiectarea extremităților șurubului principal

La proiectarea extremităților trebuie sa se tina cont de faptul ca dimensiunile radiale ale unei extremități sa se înscrie in cercuri cu diametrele mai mici decât diametrul interior al filetului. În caz contrar șurubul nu poate fi introdus in piulița.

Proiectarea extremității inferioare se realizează astfel:

Se alege rulmentul de presiune astfel încât capacitatea lui statică Co sa fie, iar din STAS rezultă dimensiunile rulmentului.

Se alege rulmentul 6000 având: Co=10000N

2.2.6 Verificarea tijei șurubului la solicitări compuse

Se vor stabili secțiunile solicitate atât la compresiune cât și la răsucire

este momentul datorat frecărilor din rulment

, unde

2.2.7 Verificarea șurubului la flambaj

se consideră că șurubul este încastrat la ambele capete

lungimea șurubului cuprinsă între cele două capete

Figura 2.7

Coeficientul de zveltețe

Forța critică de flambaj

2.2.8 Dimensionarea piuliței

Se urmărește algoritmul de calcul:

CAPITOLUL 3

Realizarea unui echipament 3D și aplicații ale softurilor specializate în controlul deplasărilor în coordonate 3D

[3][7][9]

3.1.Prezentare echipamentului 3D realizat

Acesta este modelul ales de noi, freza are o mobilitate în trei direcțiile X, Y și Z, iar piesa frezată are prinderea fixă.

Figura 3.1 Modelul realizat

3.2 Caracteristicile principale

Dimensiunile axelor: Curse utile:

Axa X=1200mm Axa X=1000mm

Axa Y=900mm Axa Y=750mm

Axa Z=400mm Axa Z=350mm

Precizie=0,02mm

Motor frezare: Motor asincron

Figura 3.2 Motor asincron

Datorită complexități mașini CNC, ea are posibilitatea ca în aplicații practice să se poată monta în capul frezei mai multe dispozitive de presiune, taiere, frezare, gravare.

Controller

Figura 3.3. Schema modul micro controller

Interfața

Figura 3.4.Interfața CNC

Figura 3.5. limitatoare de capete

Figura 3.6. Buton avarie tip E-stop

Materialul folosit la scheletul mașini de frezat este aluminiu, dar se poate folosi si lemn(MDF)sau poliamida(Derlin). Prinderile au fost făcute cu șuruburi M5x30.

3.3.Sistemul electric al mașini CNC

General

Figura 3.7 Schema control CNC

Proiectat

Figura 3.8. Unitatea de control proiectată

3.4. Descrierea softului MACH3

Mach3 transformă un calculatorul într-un controler de mașină CNC. Este foarte bogat în funcții și oferă o mare valoare pentru cei care au nevoie de un pachet de control CNC. Mach3 funcționează pe Windows-ul PC și are rolul de a controla mișcarea motoarelor prin prelucrarea G-Code. Cuprinde multe caracteristici avansate, este cel mai intuitiv software de control CNC disponibil. Mach3 este personalizabil și a fost folosit pentru multe aplicații cu numeroase tipuri de hardware.

3.5 Caracteristicile de baza și funcții oferite de Mach 3

Figura 3.9. Mach3

Transformă un PC standard pentru un complet echipat, cu 6 axe controler CNC

Permite importul direct de DXF, BMP, JPG, și fișierele HPGL prin LazyCam

Afișare Gcode visual

Generează Gcode prin LazyCam sau Wizards

Interfață complet personalizabil

Personalizabile M-Codes și Macrocomenzi folosind VBScript

Figura 3.10. Mach 3

Mach 3 Offset

Controlul vitezei

Generație impuls manual

Afișare video

Capacitate ecran tactil

Eligibilitatea ecranului complet

Mach3 este folosit cu succes pentru a controla următoarele tipuri de echipamente:

Strunguri

Mills

Routere

Lasere

Plasma

Gravări

Unelte de tăiere

3.6. Realizarea unei roți dințate

Piesa se desenează in CATIA la dimensiune dar cu adăugarea razei instrumentului de taiere

Exemplu, pentru un instrument de tăiere de diametru 2,5mm se alege offsetul de 0.75, adica contururile vor fi mai mari cu 1.25 , si la interior cât și la exterior.

Roata dințată este realizată cu un offset de 1.25 si cu un instrument de 2.5mm

Materialul este MDF de 20mm grosime

În CATIA CAM se selectează fazele de lucru:

Gaura din mijloc

Conturul exterior

Apoi se generează instrucțiunile de control al frezei CNC Gcode

Fig. 2.18

Gcode

N1 G00Z1.0

N2 X46.9534Y30.4762

N3 Z0.1

N4 G01Z0.0F10.0

N5 G03X46.9534Y30.4762I-6.5J0.0F25.0

N6 G00Z1.0

N7 G00Z1.0

N8 X63.5768Y30.4762

N9 Z0.1

N10 G01Z0.0F10.0

N11 X66.4534Y30.4762F25.0

N12 X62.7889Y36.4609

N13 X65.5675Y37.2055

N14 X60.4788Y42.0379

N15 X62.97Y43.4762

N16 X56.8041Y46.8269

N17 X58.8382Y48.8609

N18 X52.0151Y50.5016

N19 X53.4534Y52.9928

N20 X46.4382Y52.8116

N21 X47.1827Y55.5902

N22 X40.4534Y53.5996

N23 X40.4534Y56.4762

N24 X34.4686Y52.8116

N25 X33.7241Y55.5902

N26 X28.8917Y50.5016

N27 X27.4534Y52.9928

N28 X24.1027Y46.8269

N29 X22.0686Y48.8609

N30 X20.4279Y42.0379

N31 X17.9367Y43.4762

N32 X18.1179Y36.4609

N33 X15.3393Y37.2055

N34 X17.33Y30.4762

N35 X14.4534Y30.4762

N36 X18.1179Y24.4914

N37 X15.3393Y23.7469

N38 X20.4279Y18.9145

N39 X17.9367Y17.4762

N40 X24.1027Y14.1255

N41 X22.0686Y12.0914

N42 X28.8917Y10.4507

N43 X27.4534Y7.9595

N44 X34.4686Y8.1407

N45 X33.7241Y5.3621

N46 X40.4534Y7.3528

N47 X40.4534Y4.4762

N48 X46.4382Y8.1407

N49 X47.1827Y5.3621

N50 X52.0151Y10.4507

N51 X53.4534Y7.9595

N52 X56.8041Y14.1255

N53 X58.8382Y12.0914

N54 X60.4788Y18.9145

N55 X62.97Y17.4762

N56 X62.7889Y24.4914

N57 X65.5675Y23.7469

N58 X63.5768Y30.4762

N59 G00Z1.0

GCodul rezultat se introduce în softul Mach3.

CAPITOLUL 4

Simularea prelucrării unor piese in 3D

[13]

4.1. Simularea prelucrări unor piese în 3D cu ajutorul programului Cut3D

Pentru simularea prelucrării unor piese in 3D vom folosi programul Cut3D.Acest program adaugă o altă dimensiune mașini CNC.

Cut3D a fost dezvoltat în mod specific ca un motor traiectoriei de modele 3D de prelucrare, care pana acum au fost proiectate folosind un alt produs de proiectare CAD sau grafice, cum ar fi AutoCAD, Rhino3D etc.

Software-ul calculează traiectoriile care conțin date de punct XYZ pentru a muta un tăietor simultan în toate cele 3 axe de tăiat forma unui model 3D în materialul utilizat.

Figura 4.1. Tipic modelului 3D proiectat folosind 3D Studio

Cut3D pot fi utilizate pentru următoarele aplicații:

Modelism Modele 3D din spuma, plastic, lemn etc.

Prototyping Rapid Modele noi de produse / Lucrări contractate

Luare semn Adăugarea de elemente dimensionale la semne

Sculptură În Lemn Seminee personalizate, panouri de uși

Gravură Plăci comemorative alama

Cadouri Cadouri personalizate

Tăiere piatră Monumente, gravuri comemorative

Cut3D va deschide fișiere model 3D care au fost salvate în următoarele formate:

V3D Fișiere Vectric Cut3D

STL Fișierele Mesh STL – binar & așchii

V3M Fișiere Vector Art 3D

3DS 3D Studio – binar & așchii

X DirectX

DXF AutoCAD 3D DXF

LWO LightWave

TXT MaxNC Digital Probe

Prezentare generală a interfeței

Zona de ecran este împărțită în 5 regiuni principale:

1. Bara de Meniu principal din partea de sus a ecranului oferă acces la funcționalitatea primară, cum ar fi

Fișier Deschidere / Save plus Ajutor si de licență opțiuni.

2. Bara de instrumente de navigare oferă acces facil la fiecare dintre etapele atunci când lucrează.

3.-Pas cu pas se formează pe partea stângă a ecranului vă conduc prin fiecare dintre pașii.

4. Butoane pentru navigare sunt utilizate pentru un pas înainte sau înapoi prin fiecare dintre pașii.

5. Fereastra 3D arată modelul 3D, traiectoriile calculate și culoare umbrită revizualizare prelucrate al modelului. În colțul din dreapta sus al ferestrei 3D este 3D View Meniul pentru selectarea pre-set vederi ale modelului 3D

Figura 4.2. Interfață

Cut3D a fost dezvoltat pentru a face modele de prelucrare 3D cât mai simplu posibil. In diagrama de mai jos voi explica primi pași de lucru:

1

Încărcați un model 3D Mesh și setați

dimensiunea și orientarea pentru prelucrare

2

Specificați Material Dimensiune și

Limitele de prelucrare

3

Obțional

Calculați degroșarea traiectoriilor

4

Calculați traiectoriile de finisare

5

Facultativ

Calculați traiectoriile Cut Out

6

Salvați traiectoriile gata pentru

rulează pe CNC

Opțiunile utilizatorului control disponibile atunci când se lucrează în Windows 3D sunt:

3D Twiddle Faceți clic și trageți butonul mouse-ului în fereastra 3D

Zoom Butonul mouse-ului dreapta – Push / Pull

Mouse-ul cu Wheel Mijlociu – Push / Pull

Pan Faceți clic și trageți mouse dreapta + Ctrl

Faceți clic și glisați butonul din dreapta și stânga al mouse-ului

Plan View Vezi direct pe axa Z pe proiectare în fereastra 3D

Izometrie Arată modelul în vedere izometrică 3D în fereastra 3D

Modelul 3D poate fi redimensionat pentru a se potrivi pentru orice material și toate dimensiuni de tăiere pe care le avem la dispoziție.

Acest model 3D a fost realizat utilizând pachete de grafică 3D, cum ar fi Rhino, 3D Studio, Silo, Strata, ZForm și apoi salvarea design în format Mesh care pot fi deschise cu Cut3D.

Figura 4.3. Model 3D

Pașii cheie ]n calculul traiectoriilor pentru acest eșantion sunt:

1. Deschideți modelul 3D și setați dimensiunea

2. Precizați dimensiunile materiale și adâncimile de tăiere

3. Calculați traiectoriilor degroșare – Optional

4. Calculați traiectoriilor de finisare

5. Calculați Cut Out traiectoriilor – Opțional

6. Previzualizare locuri de muncă completat și estimarea timpului de prelucrare

7. Salvați traiectoriile gata pentru tăiere

Deschiderea Modelul 3D:

1.Pe prima pagina faceți click pe Load 3D Dosarul

2.Navigați la folderul – C: \ Desktop \ ModeleCut3D

3.Selectați fișierul cu numele – Fragment_bed și faceți clic pe butonul Deschider

Figura 4.4 Deschidere model 3D

Modelul 3D va fi deschis în vedere 3D.

Figura 4.5 Modelul în 3D

4.Specificați dimensiunea pentru modelul de prelucrat

Figura 4.6 Orientare și dimensiunea modelului

5.Faceți clic pe butonul Next pentru a trece la Pasul 2 – Dimensiuni Material și Margini.

Setați x lungime și Y Înălțimea pentru modelul

Debifați opțiunea raportul Lock XYZ

Introduceți grosimea Z necesare pentru a se potrivi materialul

6. Introduceți dimensiunea pentru materialul care urmează să fie proiectat

7. Completați formularul de mai jos

8. Selectați o limită simetrică de 0,2 "și modelul Silhouette pentru a reduce ori de prelucrare.

9. Poziția Cut Plane poziția utilizând cursorul vertical sau introduceți 0.3 "

10. Faceți clic pe butonul Add File și faceți clic pe modelul pentru a fixa file între suprafața modelului, iar marginea materialului așa cum se arată mai jos. Aceste file va organiza de locuri de muncă în loc în timpul de prelucrare.

11. Faceți clic pe butonul Apply pentru a accepta setările din formularul

12. Faceți clic pe butonul Next pentru a trece la Pasul 3 – degroșare traiectoriilor

13. Faceți clic pe opțiunea de a calcula un degroșare traiectoriilor

14. Faceți clic pe butonul Select … și selectați o tăiere adecvat pentru prelucrare.

15. Completați formularul de degroșare de mai jos

Figura 4.7

16. Faceți clic pe butonul Calculate și bara de progres va rula de-a lungul partea de jos a ecranului pentru a indica faptul că traiectoriilor se calculează.

17. Faceți clic pe butonul Z View Jos în colțul din dreapta sus al ferestrei 3D.

Figura 4.8.

18.Faceți clic pe butonul Next pentru a trece la pasul 4 – traiectoriilor de finisare

19. Faceți clic pe butonul Select … și selectați o tăiere adecvat pentru Finish prelucrarea proiectare

20. Completați formularul traiectoriilor Finală așa cum este prezentat mai jos:

Figura 4.9

21. Faceți clic pe butonul Calculate și bara de progres va rula de-a lungul partea de jos a ecranului pentru a indică faptul că traiectoriilor se calculează.

22. Faceți clic pe butonul Next pentru a trece la Pasul 5 – Cut Out traiectoriilor

23. Faceți clic pe opțiunea de a calcula traiectoriile Cut Out și forma va deveni activă.

24. Completați formularul Cut Out traiectoriilor de mai jos.

Figura 4.10

25. Faceți clic pe butonul Next pentru a trece la Pasul 6 – Anunț traiectoriile

26. Faceți clic pe butonul de degroșarea traiectoriilor examinate și urmăriți în fereastra 3D.

Figura 4.12 Preview maschinig

Figura 4.12 Model 3D nefinisat

Figura 4.13 Model 3D Final

27. Faceți clic pe butonul Previous pentru a reveni la Cut Out traiectoriilor și se calculează o traiectoriei cu Păstrați opțiunea Tabs oprit.

28. Faceți clic pe butonul Următorul și Previzualizarea nou Cut Out traiectoriilor și se va arăta că piesa va fi prelucrată fără material.

29. Faceți clic pe butonul Delete materialul rezidual pentru a arăta piesa terminată.

30. Faceți clic pe butonul Next pentru a trece la Pasul 7 – Salvează traiectoriile

31. Faceți clic pe lista derulantă de postprocessors și selectați una pentru aparatul dumneavoastră.

32. Faceți clic pe butonul Save traiectoriilor și introduceți un nume pentru a salva.

Capitolul 5

Concluzii

În această lucrare am urmărit proiectarea unui echipament de proces care permite deplasări de precizie în coordonate 2D-3D. Pentru început am vorbit despre istoria mașinilor de prelucrare in 2d și 3D, de unde am aflat despre prima mașină-unealtă produsă de US Air Force în anul 1952. Am continuat cu studiul actual, prezentând noi tehnologii de prelucrare: Presă cu membrană pentru lemn(GMP-2), Mașină de tăiat cu laser(LASERACH L3), Mașinii portabile de prelucrare cu plasmă, Mașina de măsurat in coordonate 3D, Imprimanta 3D.

În capitolul 2 am proiectat în CATIA o mașina care permite deplasări de precizie în coordonate 3D, am făcut calculul și alegerea șurubului, calculul forței critice la flambaj,

calculul randamentului șurubului, alegerea materialului șurubului, calculul diametrului mediu al filetului, verificarea șurubului la flambaj, dimensionarea piuliței.

AVANTAJE

1. Se înlătură necesitatea utilizării unor șabloane sau modele care funcționează foarte greu.

2. Programele numerice se modifică mult mai ușor și mai rapid decât programele rigide fixate prin came, modele, șabloane.

3. Se suprimă o serie de erori de reglare crescând astfel calitatea produselor și îmbunătățindu-se exploatarea mașinii.

4. Se poate îmbunătăți organizarea producției trecându-se în final la conducerea automată a întregului proces de producție.

5. In cazul în care forma piesei poate fi exprimată prin ecuații matematice de exemplu:

Profilul unei palete se poate renunța total la desene și se poate deduce direct profilul din funcția numerică.

6. Posibilitatea reglării în timp minim a unui număr oarecare de mașini-unelte identice, prelucrând aceeași piesă.

DEZAVANTAJE

1. Costul ridicat al echipamentului de comandă numerica decât al unei mașini unelte obișnuite.

2. Anumite condiții impuse de o utilizare eficientă a MUCN.

3. Asigurarea existenței unui personal specializat pentru conceperea și elaborarea programelor și pentru intervenții urgente în cazul defectării aparatului de comandă numerică.

Bibliografie

Șomotecan Mărioara, Hărdău Mihai, Bodea Sava. Rezistența materialelor, Editura U.T.PRES, Cluj-Napoca, 2005.

Motoren, B., Electronic, B. – Formulas & Calculation for optimum selection of a stepmotor, Bergerlamp, SUA, 2006;

Cărean,Al.,Tehnologii de prelucrare cu CNC,Editura Dacia, Cluj-Napoca,2002.

Ivan N.V.,ș.a.,Sisteme CAD/CAPP/CAM. Teorie și practică, Editura Tehnică, București 2004

M. Ganea – Mașini și echipamente tehnologice pentru prelucrarea suprafețelor în 4 și 5 axe CNC. Editura Universității din Oradea, 2004

Gyenge, C. Tehnologia construcției mașinilor unelte. Editura Lito I.P., Cluj-Napoca, 1990.

www.scritub.com

www.cnczone.com

www.machsupport.com

10. www.daking.com

11. www.thk.com

12. www.referat.com

13. www.vectric.com