Realizari Experimentale de Suprafete Sculpturale din Lemn Prelucrate In Conceptul 5 Axe Cnc Simultane

Realizari Experimentale de Suprafete Sculpturale din Lemn Prelucrate In Conceptul 5 Axe Cnc Simultane

Byadmin ianuarie 1, 2024

CUPRINS

1. Tehnici CAD/CAE/CAM

în domeniul prelucrării pe MUCN

Metodele și mijloacele de producție sunt bulversate de prezența calculatoarelor, roboților, automatelor programabile, comenzilor numerice etc. După apariția mașinilor-unelte cu comandă numerică, evoluțiile au fost în principal marcate de dezvoltarea într-un ritm accelerat a tehnicii de calcul, centrelor de prelucrare, tehnologiilor de grup, sistemelor DNC, senzorilor, tehnicilor de modelare geometrică și procesare grafică a datelor, simulării, sistemelor CAD/CAM, sistemelor și tehnicilor de diagnosticare, limbajelor de programare de înalt nivel, inteligenței artificiale.

Fabricația integrată cu calculatorul este o versiune automatizată a procesului general de fabricație, în care fiecare funcție este înlocuită printr-un set de tehnologii automatizate. În plus, mecanismele tradiționale de integrare a comunicării orale și scrise sunt înlocuite prin tehnologie numerică. Prin CIM, cele trei funcții principale – concepția produsului și a procesului de fabricație, planificarea și urmărirea producției, fabricația propriu-zisă – sunt înlocuite prin șase zone funcționale: concepția asistată de calculator, tehnologia de grup, sistemele de planificare și urmărire a fabricației, manipularea automată a materialelor, fabricația asistată de calculator și robotica.

Conceptul CIM în general cuprinde:

PP&C – Planning Production & Control (Planificarea și Urmărirea Producției);

CAD – Computer Aided Design (Concepția Constructivă Asistată de Calculator);

CAE – Computer Aided Engineering (Ingineria Asistată de Calculator);

CAPP – Computer Aided Process Planning (Concepția Proceselor de Fabricație Asistată de Calculator);

CAM – Computer Aided Manufacturing (Fabricația Asistată de Calculator);

CAP – Computer Aided Planning (Planificarea Asistată de Calculator);

CAQ – Computer Aided Quality (Calitatea Asistată de Calculator);

CAS – Computer Aided Service (Mentenanța Asistată de Calculator).

În cercetarea de față, am considerat cele mai importante tehnici urmatoarele:

CAD – Computer Aided Design;

CAE – Computer Aided Engineerig;

CAM – Computer Aided Manufacturing.

Alegerea acestor trei tehnici am considerat-o cea mai potrivită, deoarece conform literaturii de specialitate, și a cercetărilor până în momentul actual, utilizarea acestor concepte, conduce la creșterea calității, a productivității, respectiv la reducerea costurilor.

Se poate exprima și matematic, cele spuse anterior:

În trecut, procesul de producție se desfășura astfel:

Proiectare Manuală+ Modelare și testare repetată + Producție manuală

Acum:

CAD+CAE+CAM

Tehnici CAD

CAD – Computer Aided Design, prin acest termen, se înțelege concepția constructivă asistată de calculator, este metoda utilizată pentru aplicarea mijloacelor informatice în concepția produselor. O altă definire a termenului, poate fi: tehnologia asistată de calculator, modificarea și optimizarea unui proiect.

Procesul de concepție este considerat ca o activitate bazată pe inducție, deducție, intuiție, experiență și creativitate. Prin intermediul mijloacelor informatice este posibil să se transfere progresiv experiența, deducția și inducția de la inginerul de concepție la sistemul CAD, aceasta devenind un sistem inteligent.

Fiind sistem om-mașină, sistemul CAD se bazează pe capacitatea creativ-inteligentă a omului și pe puterea de calcul a calculatorului, acesta posedând rapiditate în funcționare, precum și o capacitate superioară de stocare și regăsire a informațiilor.

Sistemele CAD reprezintă deci integrarea metodelor științei calculatoarelor și a celor inginerești, cuprinzând: baze de date, bănci de metode fundamentale și algoritmi, sisteme de comunicație, sisteme de grafică, programe de aplicație.

Un sistem CAD trebuie să aibă capacitate de decizie care să includă asigurarea cerințelor de proiectare și a specificațiilor de proiectare. Aceste caracteristici includ prelucrarea limbajului natural, transformarea și rafinarea prin chestionarea utilizatorului (interactiv) asupra gradului de detaliere a proiectării.

Un sistem inteligent destinat concepției asistate de calculator va trebui să prezinte capacitate de arhivare, într-o logică simbolică accesibilă utilizatorului, care să-i permită să formuleze expresiile sale despre cunoștințele de proiectare și să acceseze calculatorul în sensul reprezentării corespunzătoare a acestora.

Trecerea de la geometria analitică clasică, euclidiană, la geometria axionometrică, care se pretează la interfețe logice asupra multor proprietăți abstracte ale entităților geometrice poate constitui soluția de integrare a celor trei tipuri de informații.

Astfel, a apărut necesitatea de a dezvolta sisteme CAD mai inteligente, în domeniul modelării grafice și geometrice.

Funcțiile cele mai uzuale ale sistemului CAD, sunt împărțite în trei categorii: funcții ale sistemului grafic, ale modelării matematice și cele ale curbelor și suprafețelor.

Dintre funcțiile referitoare la sisteme grafice (graphic systems) amintim:

biblioteci grafice (graphics libraries);

sisteme de coordonate;

transformari (translate&rotation);

compunere;

mapare;

reflective;

scalare;

transformare afină.

Funcțiile referitoare la modelarea geometrică:

sweep;

loft;

skinning;

Oct-tree;

Operatii booleene

Formula Euler-Poincare.

Functiile referitoare la curbe si suprafete:

conice;

Hermite;

Bezeir;

B-spline;

Nurbs;

bilineare;

suprafețe aliniate;

Coons;

bi-cubice

Patch.

Tehnici CAE

CAE – Computer Aided Engineering (Ingineria Asistată de Calculator) este subsistemul destinat optimizării calculelor inginerești cu ajutorul mijloacelor electronice de calcul. CAE se ocupă cu analiza și evaluarea proiectelor utilizând tehnici asistate de calculator pentru a calcula parametri operaționali, funcționali și de fabricație ai produsului.

Altfel spus, CAE constă în evaluarea, simularea modelelor fizice, permițând astfel proiectantului studierea produsului în diferite regimuri de funcționare în conformitate cu specificațiile de proiectare.

În cadrul procesului de proiectare, CAE își găsește locul la nivelul etapelor de sinteză, analiză și evaluare și are de asemenea un loc bine determinat în cadrul conceptului de inginerie simultană. La nivel de sinteză a soluțiilor, principala activitate a CAE este concentrată pe tehnologicitatea produsului: la nivel de analiză și evaluare, CAE este utilizat pentru analiza calității proiectului produsului. Pe baza informațiilor CAE, proiectul produsului este iterat prin primii pași ai procesului de proiectare până în momentul în care este găsită soluția optimă.

CAE în etapa de sinteză presupune realizarea următoarelor activități:

Schițele de principiu rezultate din etapa de concepție sunt dezvoltate în etapa de sinteză, prin adăugarea detaliilor geometrice și remodelarea produsului prin aplicarea condițiilor dictate de tehnologicitate:

Din punct de vedere al procesului de fabricație:

– raționalizarea construcției și a schemei cinematice;

– unificarea constructivă;

– masa și consumul de material;

– concordanța formei constructive cu particularitățile metodelor și proceselor de fabricație.

Din punct de vedere a tehnologiei de asamblare:

– condiții de manipulare;

– condiții de asamblare;

– condiții privind schema de montaj.

Procedurile utilizate în scopul realizării unor produse cu o tehnologicitate cât mai ridicată au fost înglobate sub terminologia DFMA – Design for Manufacturing and Assembly. Calculele efectuate se referă la timpul de asamblare, costul produsului și o limită teoretică a numărului minim de piese. În plus, sunt evaluate diferite variante de materiale și procese de fabricație. Cu ajutorul acestor programe proiectantul introduce specificațiile pentru un anumit proiect, iar programul oferă o analiză cantitativă a alternativelor de proiectare.

CAE în etapa de analiză presupune:

În multe aplicații, datele și informațiile utilizate ca intrări pentru programul CAE sunt sub forma desenelor create în CAD. Fișierul cu informații geometrice produs în CAD este utilizat de programul CAE pentru obținerea informațiilor necesare analizei.

Aplicațiile CAE în etapa de analiză a proiectării au loc în două mari domenii: analiza cu metoda elementelor finite și analiza proprietăților de masă (structură).

Analiza prin metoda elementelor finite este o tehnică numerică utilizată pentru analizarea și studierea performanței funcționale a unei structuri prin divizarea obiectului într-un număr mic de blocuri numite elemente finite.

Analiza proprietăților de masă se referă la posibilitatea realizării de calcule inginerești. Cele mai comune aplicații CAE au posibilitatea calculării ariei sau volumului, iar cele mai complexe realizează calculul centrelor de greutate, momentelor de inerție. Parametrii complexi sunt importanți pentru analiza geometriei reperelor care se află în mișcare de translație sau de rotație.

CAE în etapa de evaluare presupune:

Procesul de analiză al proiectului oferă informații ample cu privire la diferitele alternative de proiectare. Examinarea acestor informații pentru a determina gradul de corespondență între proiectul real și obiectivele și specificațiile de proiectare inițiale este una dintre componentele procesului de evaluare. Una dintre activitățile CAE realizată în mod tradițional în etapa de evaluare a proiectului este construirea și testarea prototipului utilizând programe concepute în acest scop. Tehnicile de prototipare rapidă/virtuală tind să înlocuiască actualmente tehnicile clasice de evaluare.

Funcțiile importante ale sistemului CAE

modelare cu elemnete finite (FEM):

– generarea de mesh 2D (2D meshing): metoda nodurilor inserate; metoda offset, triangulare Delanay, metodaQuadtree;

– generarea de mesh 3D (3D meshing): metoda voxel, maparea, Octree, inserarea de tetraedre prin ASV;

solvere:

– NR (Netwon-Raphson),solver liniare(GAUSS, LU, GMRES, CG, AMG, SAMG);

Condiționări, precondiționări, iterații; optimizare

optimizare

– Formularea problemei–funcția interioară și exterioară de penalizare;

– Metode de căutare–simulated annealing, algoritmi genetici.

Tehnici CAM

CAM – Computer Aided Manufacturing, adică fabricația asistată de calculator, concept care, deocamdată, nu este foarte bine definit, sau altfel spus, consistența este încă neclară. Unii folosesc termenul pentru a defini prelucrarea asistată de calculator, alții includ în CAM funcțiile de control ale producției. Cel mai adesea, CAM desemnează asistarea cu calculatorul a procesului de fabricație. În esența sa, aceasta presupune elaborarea programelor NC, a tehnologiilor de prelucrare și de montaj, tehnologia asistată de calculator în planificarea, managementul și controlul operațiunilor de producție prin monitorizarea directă sau indirectă a resurselor de producție.

Sistemul CAM, are la bază cinci funcții importante:

comanda fabricației și a atelierelor de fabricație;

comanda posturilor de lucru;

comanda fluxurilor de materiale;

comanda magaziilor și a transportului;

comanda procesului de prelucrare.

Același sistem, necesită baza de date, care să conțină informații despre:

contracte de fabricație;

capacitate de producție;

fluxuri de materiale;

mijloace de producție;

situația magaziilor și a transporturilor;

contracte de service.

Sistemului CAM ocupă un loc aparte în FMS – Flexible Manufacturing System (Sistemul Flexibil de Fabricație). Acesta se definește diferit de la o țară la alta, dar în esență este o unitate de producție capabilă de a fabrica o gamă ( o gamă (familie) de produse discrete cu o intervenție manuală minimă. El cuprinde posturi de lucru echipate cu capacități de producție (mașini-unelte cu comandă numerică sau alte utilaje de asamblare sau tratament) legate printr-un sistem de manipulare a materialelor, în scopul deplasării pieselor de la un post de lucru la altul, funcționând ca un sistem integrat cu comandă complet programabilă.

Elementele de inteligență artificială intervin în acest proces de interpretare a configurației geometrice a pieselor, fie la introducerea manuală a caracteristicilor, fie prin preluarea acestora dintr-un modul CAD.

Funcțiile importante ale sistemului CAM sunt:

programarea PART:

– programarea G manuală și automată;

– Programarea APT.

2D pocketing

– Contur și zig zag;

– Metoda Pearson;

– Algoritmul Voronoi;

– Minimizarea mișcărilor sculelor așchietoare.

Mașini unelte cu trei axe și cu cinci axe comandate numeric.

O ramura importantă a metodelor CAM este comanda numerică. Aceasta este o tehnică, prin care prin intermediul unor instrucțiuni din cadrul unui program se pot controla operațiile efectuate de mașina: se pot tăia, freza, găuri, strunji, diverse suprafețe ale semifabricatului, în așa fel încât la sfârșitul derulării programului să se obțină piesa dorită.

Dintre cele mai uzuale pachete software utilizate amintim:

Programe CAD: AutoCAD, CATIA, Creo (Pro-E), SolidEdge și Solidworks, etc.;

Programe CAE: Adina, ANSYS, DesignSpace, MSCNastran, Astadis, etc.;

Programe CAM: SprutCAM, PowerMILL, PowerSHAPE, HyperWORK, EdgeCAM, etc..

Concluzii

Utilizarea fabricație asistată de calculator constituie un pas înainte în proiectarea unor procese tehnologice competitive din punct de vedere tehnic și economic.

Întocmirea programelor de prelucrare CNC pentru piesele cu suprafețe complexe, tridimensionale, ar fi extrem de dificilă fără tehnicile menționate mai sus.

Produsele CAD/CAM oferă posibilitatea de a întocmi programe de prelucrare pentru echipamentele existente pe piață. Aceste pachete software permit, pe lângă generarea traiectoriei centrului sculei și o simulare complexă a procesului de prelucrare în care pot fi urmărite mișcările elementelor mobile ale mașinii, necesare în procesul de fabricație.

O trăsătură importantă a acestor produse este aceea că sunt de tip OPEN, adică pot fi implementate cunoștințe și pentru mașini-unelte recent apărute pe piață.

2. Scanarea 3D

Scanarea 3D este un proces de copiere digitala a informatiilor privind geometria unui obiect fizic (solid) de aceea scanarea tridimensionala mai este cunoscuta si sub denumirea de

digitizare 3D.

In urma procesului de scanare 3D, geometria obiectului real masurat este redata digital printr-o retea densa de puncte denumite generic "nor de puncte" [EN: point cloud ].

Informatiile de tip " nor de puncte" sunt de regula post-procesate intr-o retea de mici poligoane ce poarta numele de mesh ( 3D mesh ). Acest tip de informatie poate fi salvat sub diferite formate. Cel mai des intalnit este formatul .STL (Surface Tesselation Language)

Formatul .G3D este nativ sistemelor GOM , acesta continand informatii suplimentare fata de formatul .STL dar in acelasi timp ocupa un spatiu mai mic pe hard-disc.

Comparativ : Pentru un obiect alcatuit dintr-un mesh ce contine 1.000.000 de puncte , fisierul .stl va avea aproximativ 95 Mb iar sub formatul .g3d numai 50 Mb (www. scanare3D.com).

Scanarea s-a realizat la Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, în cadrul departamentului de Mașini Unelte și Roboți Industriali, sub atenta îndrumare a domnului prof. dr.ing. Călin Neamțu.

Fig.1 Imagini din timpul scanarii „porcusor”

Fig. 2 Imagini din timpul scanarii „porcusor”

Fig. 3 Imagini din timpul scanarii „panda”

Fig. 4 Imagini din timpul scanarii „porcusor”

Fig. 5 Imagini din timpul scanarii „crucifix”

Fig. 6 Imagini din timpul scanarii „crucifix”

.Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D.

Fig. 7 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D-crucifix

Fig. 8 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- porcusor

Fig.9 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- porcusor

Fig.10 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- porcusor

Fig. 11 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- porcusor

porcusor scanat .stl inainte de prelucrare in Catia

Fig. 12 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- porcusor

porcusor .igs in Catia mesh-uri

Fig. 13 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- porcusor

Panda .igs in Catia mesh-uri 1

Fig. 14 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- panda

Panda .igs in Catia mesh-uri 2

Fig. 15 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- panda

Fig. 16 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- panda

Crucifix .igs in Catia mesh-uri 1

Fig. 17 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- crucifix

Crucifix .igs in Catia mesh-uri 2

Fig. 18 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- crucifix

panda .stl in Catia

Fig. 19 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- panda

Fig. 20 .Stl- urile care au fost obtinute dupa scanarea 3D- panda

Modelul 3D al piesei

Fig. 20 Modelul 3D al piesei

Fig. 21 Modelul 3D al piesei

3. Echipamente alternative cu comandă numerică

In prezent majoritatea activităților de producție în domeniul ingineriei industriale se bazează pe utilizarea echipamentelor alternative cu comandă numerică.

Comanda numerică s-a aplicat inițial în cazul mașinilor unelte pentru prelucrări prin așchiere, dar, la ora actuală este din ce în ce mai răspândită în domeniul mașinilor pentru prelucrări prin deformare și al mașinilor de debitare cu laser, plasmă, flacără oxi-acetilenică sau jet de apă.

Utilizarea eficientă a acestor mașini implică anumite particularități care vor fi evidențiate în cele ce urmează.

GENERAREA MODELUI GEOMETRIC AL PIESEI DE PRELUCRAT

modelare în programe CAD

• Alibre Design

• CATIA

• CoCreate

• Inventor

• Pro-E

• Siemens NX

• Solid Edge

• SolidWorks

• ZW3D

scanare 3D (reverse engineering)

PRE-PROCESARE (Calculul parametrilor geometrici și tehnologici)

Intrări

tipul prelucrării (frezare, strunjire, etc)

sculele disponibile

forțele limită admisibile

grosimea maximă a așchiei

limitele mașinii-unelte (mărimea spațiului de lucru)

Ieșiri

selectarea sculei

divizarea traiectoriilor de lucru în entități elementare (segmente de dreaptă, arce de cerc)

calculul vitezei de avans și adâncimii de așchiere pe traiectoriile elementare

estimarea vitezei de așchiere

PROCESARE

(Generarea comenzilor pentru execuția piesei bloc cu bloc)

Intrări

tipul frezei (interpolare liniară sau circulară, etc.)

regimul de așchiere și geometria detaliată a sculei

proprietățile materialului de prelucrat

Ieșiri

comenzile sub formă de incremente de deplasare

valorile constrângerilor (forțe, grosimea așchiei)

direcția și sensul mișcării

urmărirea durabilității teoretice a sculei (să nu se depășească această valoare)

Fig. 22 Calculul traiectoriilor pentru degroșare cu programul SprutCam

Fig. 23 Calculul traiectoriilor pentru finisare cu programul SprutCam

POST-PROCESARE

(generarea codului NC specific controllerului CNC și a comenzilor către axele mașinii și sistemele de control)

Limbaj Fanuc -obtinut dupa simulare cu programul SprutCam

G01X35.859Y-3.445

G03X36.864Y16.835I-28.205J11.562

G01X36.8Y17.101

X36.372Y19.525

G03X34.261Y26.967I-45.989J-9.024

X28.846Y37.114I-37.716J-13.609

X24.355Y42.392I-35.51J-25.667

G01X7.178

G02X15.301Y37.126I-13.122J-29.139

X19.526Y32.836I-19.129J-23.063

X23.304Y27.133I-25.893J-21.258

X25.204Y22.586I-29.982J-15.196

X26.833Y16.041I-34.007J-11.942

G01X27.093Y14.58

G02X26.411Y-0.126I-19.427J-6.467

X25.827Y-2.023I-36.552J10.217

X23.536Y-8.477I-35.681J9.031

X18.983Y-15.04I-22.886J11.016

X16.536Y-17.838I-34.916J28.072

X13.991Y-20.093I-19.204J19.103

X11.846Y-21.559I-12.71J16.307

X7.842Y-23.965I-20.32J29.271

X2.624Y-25.95I-12.154J24.104

X-2.754Y-27.024I-8.188J26.983

X-5.876Y-27.461I-4.589J21.442

X-16.042Y-26.732I-3.54J21.888

X-20.026Y-25.955I2.725J24.573

X-23.045Y-24.926I6.192J23.111

POST-PROCESARE

(generarea codului NC specific controllerului CNC și a comenzilor către axele mașinii și sistemele de control)

Fig. 24 5 -axis milling of the profile on the surface

Frezare : modelul 3D al piesei

Fig.25 Modelul 3D al piesei

Programul SprutCam s-a obținut de la Facultatea de Inginerie "Hermann Oberth", din Sibiu în cadrul departamentului de MAȘINI ȘI ECHIPAMENTE INDUSTRIALE, iar simulările de la început au fost realizate sub atenta îndrumare a domnului prof. dr.ing. Radu Breaz de la Universitatea Lucian Blaga din Sibiu.

Frezare 5 axe : semifabricat

Fig.26 Semifabricatul

Frezare 5 axe: degroșare de tip curbă de nivel

Fig.27 Degrosare din timpul prelucrarii a

Fig.28 Degrosare din timpul prelucrarii b

Frezare 5 axe: finisare (aspect din timpul prelucrării)

Fig. 29 Finisare din timpul prelucrarii 1

Frezare 5 axe: finisare

Fig. 30 Finisare din timpul prelucrarii 2

Frezare simultana în 5 axe (X, Y, Z, B, C)

Se simulează și deplasările elementelor mobile ale mașinii

Fig. 31 Masina TMA_550_AL diferite vederi din Catia

Fig. 32 Masina TMA_550_AL diferite vederi din Catia

Fig.33 Masina TMA_550_AL diferite vederi din Catia

Fig.34 Masina TMA_550_AL diferite vederi din Catia

Fig. 35 Masina TMA_550_AL vedere din MeshLab

Fig. 36 Masina TMA_550_AL vedere din MeshLab

Fig. 37 Masina TMA_550_AL vedere din MeshLab

4. Sisteme CAM pentru prelucrări prin frezare

4.1. Introducere

Pachetul SprutCAM este o aplicație software pe 32 de biți, rulând sub sistemele de operare Windows 95/98/NT/2000/XP, realizat de firma Sprut Technologies (http://www.sprutcam.com, http://www.sprut.co.uk) și comercializat în Romania de către firma S.C. Regel Tech S.R.L. (http://www.regel-tech.ro).

Principala destinație a SprutCAM este generarea programelor CNC de prelucrare tridimensională a pieselor prin frezare și găurire, indiferent de complexitatea geometriei acestora.

Ultimele versiuni ale programului (începând de la versiunea 4.0, build 1.18.3) includ module pentru prelucrările prin strunjire si prelucrări prin debitare cu flacără oxiacetilenică, plasmă, laser și jet de apă.

SprutCAM poate genera programe pentru mașini unelte de frezare (centre de prelucrare CNC cu până la 5 axe comandate numeric (3 axe de translație și 2 axe de rotație).

Programul SprutCAM poate fi utilizat în aplicații de tipul:

– Prelucrarea unor piese cu forme complexe de tipul carcaselor;

– Prelucrarea matrițelor;

– Prelucrarea unor modele complexe pentru turnătorii;

– Prelucrarea unor piese complexe în industria automobilelor;

– Prelucrarea unor came plane și/sau spațiale cu profile complexe

– Prelucrări de tip Rapid Prototyping;

– Prelucrarea unor piese complexe în industria aerospațială;

– Prelucrarea unor piese din industria lemnului și a instrumentelor muzicale din lemn;

– Prelucrarea unor piese în industria bijuteriilor

Practic se poate programa realizarea prin operații de frezare și găurire (iar în ultimele variante și strunjire și debitare) a oricărui tip de piesă definită de suprafețe și/sau curbe analitice sau neanalitice (curbe spline).

4.2. Etape parcurse pentru obținerea codului NC în SprutCAM

Prelucrarea unei piese complexe pe o mașină unealtă cu comandă numerică (CNC) presupune generarea codului NC care conține, într-o formă codificată numeric, comenzile pentru deplasarea săniilor mașinii și/sau a sculelor pe traiectoriile necesare pentru obținere formei piesei finite.

În varianta prelucrării asistate de calculator (CAM), care presupune utilizarea unui program de tipul SprutCAM, etapele parcurse pentru obținerea codului NC sunt următoarele (sintetizate în figura 1):

Etapa 1: Reprezentarea grafică a piesei (modelul)

– realizarea modelului geometric 3D al piesei într-un program de proiectare/modelare asistată (CAD) extern (introducere directă a modelului);

– realizarea modelului geometric al piesei se poate realiza si prin scanare 2D (de pe desen) sau 3D (de pe un model fizic existent al piesei, utilizând scanere speciale);

– importul modelului din programul CAD (fișier DXF, IGES sau alte formate suportate);

– după cum se poate observa, modelul geometric al piesei se realizează indirect, în afara pachetului SprutCAM, existând însă și posibilități de modelare directă, în program.

La finalul acestei etape se obține un fișier grafic conținând informații complete despre geometria piesei (modelul).

Etapa 2: Definirea traiectoriei sculei prin selectarea geometriei de prelucrat

– selectare contururi;

– selectare entități de tip insulă/buzunar;

– selectare structuri de găuri;

– selectare suprafețe;

– selectare volume;

La finalul acestei etape programul SprutCAM deține informații despre elementele geometrice care vor fi prelucrate (răspunsul la întrebarea CE urmează a fi prelucrat).

Etapa 3: Definirea parametrilor de prelucrare

– informații tehnologice legate de sculă (tip, turație, avans);

– definirea formei semifabricatului;

– strategia de prelucrare (prelucrare buzunar tip zigzag, prelucrare spirală, parametri prelucrărilor de degroșare, parametri prelucrărilor de finisare, etc.).

La finalul acestei etape programul SprutCAM deține informații despre parametrii de prelucrare (răspunsul la întrebarea CUM urmează a fi prelucrată piesa) fig 38.

Fig. 38 Etape parcurse pentru obținerea codului NC

Etapa 4: Simularea prelucrării

se obține o reprezentare grafică a deplasării sculelor și a prelucrărilor realizate;

simulatorul permite definirea și vizualizarea port-sculelor utilizate;

ca rezultat al simulării se obține fișierul CL Data conținând toate datele legate de deplasarea sculei și secvențele de prelucrare;

Simularea permite identificarea eventualelor coliziuni și oferă posibilitatea modificării fișierului de comenzi CLDATA generat în scopul eliminării acestora.

Etapa 5: Modificarea secvențelor de prelucrare

1. programul SprutCAM permite realizarea de modificări în fișierul CL Data

Etapa 6: Post-Procesarea

conversia fișierului CL Data în format NC specific unui anumit tip de echipament (programul SprutCAM include o bibliotecă vastă de peste 100 de post-procesoare);

programul permite și realizarea de post-procesoare, în cazul în care acestea nu se regăsesc în biblioteca implicită;

informațiile sunt filtrate și formatate conform codului NC acceptat de echipament, luându-se în considerare parametri specifici ai mașinii pe care se execută prelucrarea (spațiul de lucru, limitări ale turației și avansurilor, scule, etc).

În figura 39 este prezentată o sinteză grafică a etapelor parcurse pentru prelucrarea unei piese, din faza de model până la obținerea piesei finite.

Fig. 39 Sinteză grafică a etapelor parcurse în prelucrarea unei piese

SprutCAM importă modelele geometrice ale pieselor din fișiere de tip IGES, DXF, 3DM, PostScript, Parasolid (text și binar), STL, STP, VRML, etc. Este asigurată o integrare remarcabilă cu majoritatea sistemelor CAD existente pe piață (Alibre, AutoCAD, Catia, CoCreate, Inventor, IronCAD, Mechanical Desktop, Rhinoceros, Pro/E, Solid Edge, SolidWorks, Top Solid, etc).

SprutCAM are de asemenea integrate facilități de proiectare asistată CAD proprii puternice. Programul include un modelor CAD 2D parametrizat care permite intervenția asupra modelor geometrice importate precum și realizarea unor modele direct în SprutCAM.

Pentru prelucrări 2.5 D (80% dintre prelucrările prin frezare se încadrează în această categorie) geometria pieselor poate fi generată direct în SprutCAM.

4.3. Principalele caracteristici ale programului SprutCAM

Principalele facilități care individualizează SprutCAM față de alte programe din aceeași clasă sunt:

Fig. 40 Exemple de modificări aplicate modelului geometric al piesei

Posibilitatea accesării componentelor unui model geometric importat și modificării acestora: scalări, deplasări, rotiri, proiecții, modificarea originii axelor de coordonate (fig. 40);

Posibilitatea dezvoltării unui model tehnologic bazat pe modelul geometric importat;

Existența unui set avansat de funcții pentru controlul parametrilor tehnologici;

Posibilități de definire a unor semifabricate inițiale de diverse forme (prismatice, cilindrice, semifabricate turnate, semifabricate obținute prin extrudare, semifabricate definit ca modele geometrice independente);

Se pot defini zone de restricție a prelucrării (pentru dispozitivele de fixare a piesei pe masa mașinii)

Simplitatea utilizării și învățării programului;

Interfața utilizator simplă și intuitivă, cu tutoriale on-line

Sistem complex de help-uri on-line precum și manuale de utilizare;

4.3.1. Strategii de prelucrare în SprutCAM

În SprutCAM se poate programa utilizarea următoarelor strategii de prelucrare:

degroșări și finisări de tip curbă de nivel (în plane orizontale succesive);

degroșări și finisări plane (în plane verticale succesive);

degroșări și finisări profilate după diverse traiectorii prestabilite (de-a lungul unor curbe pre-definite, etc. );

finisări combinate;

finisări complexe;

strategii de eliminare a restului de material rămas după finisări (restul de material este identificat automat);

prelucrarea suprafețelor plane orizontale;

prelucrarea pereților verticali drepți;

prelucrarea teșiturilor;

eliminarea materialului din jurul unor arii definite (prelucrări de tip insulă și/sau buzunar);

prelucrări de gravare;

operații de găurire, alezare, filetare;

strunjiri de degroșare și finisare longitudinale și plane.

Programul oferă posibilitatea simulării prelucrărilor programate, cu ajutorul unui simulator încorporat. SprutCAM oferă de asemenea posibilitatea dezvoltării de post-procesoare pentru orice sistem CNC, prin facilitatea “Invariant Postprocessor”.

Selecția strategiilor de prelucrare se face utilizând meniul prezentat în figura 41, a, b, c, d.

a

b

c

d

Fig. 41 Prelucrări a (degroșări), b (finisări), c (frezare rest material) d (strunjiri)

Pentru exemplificare, în tabelul 1 sunt prezentate schemele unui mic număr de strategii de prelucrare (din totalul oferit de program), împreună cu sumare explicații.

Tabelul 1

1.3.2 Scule utilizate

Principalele tipuri de scule utilizate în SprutCAM sunt:

freze cilindro-frontale (fig. 42a);

freze cu cap sferic (fig. 42b);

freze toroidale (fig. 42c);

freze dublu radiale (fig. 42d);

freze dublu radiale limitate (fig.42e);

freze conice (fig. 42f);

freze conice limitate (fig. 42g);

freze pentru gravare (fig. 42h);

burghie (fig. 42i);

freze cu rază la vârf negativă (fig. 42j);

scule pentru debitare (fig. 42k);

În figura 42 sunt prezentate schemele sculelor utilizate pentru frezare, găurire și debitare.

Fig. 42 Schemele sculelor utilizate pentru frezare, găurire și debitare

De asemenea programul permite utilizare a diverse geometrii și forme de cuțite de strunjire:

cuțite pentru strunjire exterioară longitudinală de degroșare (fig. 43 a);

cuțite pentru strunjire exterioară frontală de degroșare (fig. 43 b);

cuțite pentru strunjire exterioară de degroșare longitudinală și frontală (fig. 43 c);

cuțite pentru strunjire exterioară de finisare (fig. 43 d);

cuțite pentru strunjire interioară de degroșare (fig. 43 e);

cuțite pentru strunjire interioară de finisare (fig. 43 f);

cuțite pentru strunjirea canalelor (fig. 43 g);

cuțite pentru retezare (fig. 43 h);

În figura 43 sunt prezentate schemele sculelor utilizate pentru strunjire.

Fig. 43 Schemele sculelor utilizate pentru strunjire

Geometria sculelor este parametrizată, utilizatorul putând să modifice oricare din cotele prezentate în schemă, sau poate alege scula din biblioteca aferentă fiecărui tip de sculă.

1.4. Exemple de utilizare a programului.

4.4.1. Utilizarea zonelor de restricție

Prima operație este importul modelului format “igs” (.stl), executând click pe butonului “Import” din meniul “3D Model”, conform figurii 44.

Fig. 44 Butonul “Import”

Se selectează modelul numit “panda.stl” și se apasă butonul “Open” . După operațiunea de import pe ecran ar trebui fie afișată următoarea imagine, conform figurii 45.

Fig. 45 Modelul geometric

Se poate selecta un anumit tip de vedere asupra modelului, folosind butoanele din figura 46. De asemenea, puteți folosi comenzile de rotire (rotate), panoramare (pan), focalizare (zoom) – focalizare în fereastră (zoom window), centrare a modelului pe ecran (zoom extents) sau selecție (select), prezentate în figura 47.

Fig. 46 Butoane selectare mod vizualizare Fig. 47 Butoane selecți panoramare, focalizare

De asemenea, prin menținerea apăsată a butonului din dreapta al mouse-ului și mișcarea mouse-ului se poate realiza rotirea dinamică a modelului pe ecran. Combinația buton dreapta + tasta Ctrl permite focalizarea dinamică (zoom dinamic) iar butonul din mijloc al mouse-ului permite panoramarea (pan).

Următoarea etapă presupune selectarea întregului model pentru a putea modifica anumiți parametri cum ar fi culoarea și pentru a putea stabili originea pe care o vom utiliza în prelucrare (originea piesei). Locația implicită în care sunt introduse modelele importate este folderul “Model”, aflat în partea superioară a ferestrei din figura 48. Conținutul folderului este vizualizat în jumătatea de jos a ferestrei. Pentru a selecta întregul model, se execută un click cu butonul din stânga al mouse-ului pe folderul din partea de jos a ferestrei, numit “panda.stl”.

Fig. 48 Fereastra arborescentă a modelului (“Model Tree”)

Dacă se deschide în mod accidental folderul (dublu click în loc de click) și se accesează conținutul acestuia, acesta poate fi închis (restrâns) din nou prin executarea unui click pe semnul “-” (minus) aflat lângă folderul “Model” din partea superioară a ferestrei. Când modelul este selectat, culoarea lui se sa va modifica în roșu.

Se poate observa că imediat ce modelul este selectat, butoanele ce permit manupularea/modificarea acestuia devin active (fig. 49). Butonul “Shade” permite comutarea între vizualizarea tip “solid” și “rețea de fire (wireframe)” a modelului. Prin selectarea butonului “Color” vom modifica culoarea modelului din albastru închis în gri conform figurii 50. După selectarea culorii dorite se apasă butonul OK.

Fig. 49 Butoane pentru modificare model

Fig. 50 Modificare culoare model

Fig. 51 Stabilirea originii sistemului de coordonate utilizat în prelucrare

Menținând modelul selectat, este necesară stabilirea originii și a sistemului de coordonate utilizate în prelucrare. Se selectează butonul “Transform” și apoi “Locate Zero”, conform figurii 51.

Se selectează poziția dorită a sistemului de coordonate dintre opțiunile oferite în figura 51. Dacă se folosește opțiunea implicită XZ Middle și Z Max și apoi se apasă butonul “Apply”, se poate observa repoziționarea sistemului de coordonate.

Dacă se execută click în afara modelului, undeva într-o zonă liberă a ferestrei cu structura arborescentă a modelului sau oriunde intr-o zonă liberă a ecranului, modelul va fi de-selectat si culoarea acestuia se va schimba din roșu în gri. Dacă este selectat modul de vizualizare “Back Isometry” (la care poziționarea axelor corespunde cu modul de așezare al piesei pe mașină) pe ecran ar trebui să se obțină imaginea din figura 52.

Fig. 52 Modelul geometric după modificarea originii sistemului de coordonate

Înainte de a trece la definirea strategiilor de prelucrare, sunt necesare câteva intervenții asupra modelului geometric al piesei. Trebuie ținut cont de faptul că abordarea implicită pentru multe din strategiile programului este de a prelucra întregul model, în timp ce pentru această piesă se dorește numai prelucrarea cavității (degroșare și finisare).

Există mai multe soluții pentru restricționarea zonelor de prelucrare. Vom prezenta în continuare una dintre cele mai folosite și anume utilizarea unei curbe de restricție, care va limita zona de prelucrare. Există posibilitatea definirii acestor curbe direct în program, sau există posibilitatea de a fi importate ca și părți ale modelului geometric.

Pentru crearea curbei direct în SprutCAM se execută dublu click pe folderul “matrita.igs” în partea de jos a ferestrei “Model Tree”. În fereastră va apărea o listă cu toate suprafețele care compun modelul conform figurii 53.

Se va selecta suprafața superioară a modelului, fie din lista din fereastra “Model Tree”, fie prin selectarea directă de pe ecran cu cursorul mouse-ului, după trecerea în modul “Select” (fig. 54).

Fig. 53 Suprafețele componente ale modelului Fig. 54 Butonul “Select”

Pentru a începe definirea operațiilor de prelucrare, din meniul “Machining” se selectează butonul “New”, conform figurii 55.

Fig. 55 Definirea unei operații de prelucrare

Prima operație a cărei execuție se va programa este o operație de degroșare de tip curbă de nivel, “Waterline roughing” (fig. 56), care este probabil cea mai utilizată dintre operațiile de degroșare.

Fig. 56 Selectarea operației de degroșare tip curbă de nivel (“Roughing Waterline”)

După executarea de click pe butonul “OK”, pe ecran va fi afișată imaginea de mai jos, conform figurii 57.

Porțiunile colorate cu o culoare mai închisă (albastru închis) reprezintă semifabricatul, selectat automat de către program. Modificarea formei semifabricatului se poate face cu ușurință, existând un număr ridicat de variante și opțiuni pentru definirea de către utilizator a unui semifabricat convenabil, dar în acest caz, soluția aleasă de program este convenabilă.

Trebuie remarcat faptul că în zonele unde semifabricatul se suprapune peste model, cele două culori se întrepătrund. Vizualizarea semifabricatului poate fi dezactivată printr-un click pe pătratul din figura 58. De asemenea, se poate comuta între vizualizarea semifabricatului de tip solid (“shade”) sau rețea de fire (“wireframe”), conform figurii 58.

Fig. 57 Vizualizarea modelului și a semifabricatului

Fig. 58 Dezactivarea vizualizării semifabricatului și modificarea parametrilor de vizualizare

Pentru exemplul de față vom dezactiva vizualizarea semifabricatului. Pe ecran va putea fi observată imaginea prezentată în figura 59.

Fig. 59 Modelul după dezactivarea vizualizării semifabricatului

Următoarea etapă presupune modificarea parametrilor operației definite, aceștia putând fi accesați prin executarea unui click pe butonul “Parameters”, conform figurii 60. Trebuie precizat faptul că programul selectează automat parametrii prelucrării, dar utilizatorul poate să-i modifice în funcție de preferințe, de experiență, de sculele avute la dispoziție, etc.

Fig. 60 Butonul “Parameters”

Procesul de modificare a parametrilor poate fi parcurs prin selectarea și modificarea de la stânga spre dreapta a grupelor de parametri din fereastra de dialog care se deschide după executarea de click pe butonul “Parameters”. Parcurgerea de la stânga la dreapta este o abordare recomandată, dar nu este obligatorie, utilizatorul putând modifica parametrii în ordinea dorită.

Dacă se execută click pe butonul “Tools” (scule) se va deschide fereastra de dialog prezentată în figura 61. După cum se poate observa, programul are o bibliotecă configurabilă de scule din care putem selecta sculă dorită, sau putem defini o nouă sculă care poate fi salvată în bibliotecă pentru o utilizare ulterioară. Se va selecta tipul de sculă propus de program, freza-cilindro frontală (“Cylindrical mill”) și se va modifica diametrul D= 20 mm și lungimea L=120 mm. Este de asemenea posibilă definirea parametrilor pentru vizualizarea port-sculei, dar această facilitate nu va fi tratată în exemplul prezentat.

Fig. 61 Definirea parametrilor sculei pentru degroșare

Confirmarea valorilor selectate se face cu butonul “OK” care va închide fereastra de dialog pentru definirea parametrilor operației. Pentru redeschiderea aceasteia se execută click pe butonul “Parameters”.

Următoarea etapă presupune definirea parametrilor regimului de așchiere prin executarea de click pe butonul “Feedrate”. Viteza de așchiere poate fi definită direct sau poate fi introdusă o valoare a turației, viteza de așchiere fiind calculată automat. Se va introduce o turație de 200 rot/min, ceea ce va conduce la o viteză de așchiere de 12.566 m/min, conform figurii 62. Se va selecta o viteză de avans de 200 mm/min, după care valorile se vor confirma prin executarea de click pe butonul “OK”.

Fig. 62 Parametrii regimului de așchiere la degrosare

Următoarea etapă presupune selectarea grupului de parametrii “Toolpath”, conform figurii 63. Putem selecta “Safe Level” (cota Z deasupra modelului) sau “Safe Distance” (valoarea cotei Z deasupra ultimului plan de lucru). Aceste valori delimitează cota Z de la care avansul de rapid se va modifica în avans de lucru. Fereastra de dialog permite de asemenea definirea unor opțiuni variate pentru “Plunge”, aceasta reprezentând modul de intrare a sculei în materialul piesei. Odată cu modificarea acestor opțiuni, reprezentarea grafică se va modifica ilustrând varianta aleasă, împreună cu parametrii care pot fi modificați. În figura 63 s-a ales ca mod de intrare în materialul solid al semifabricatului modul “Axial”, cu valorile din figură.

Mișcările sculei de tip “Approach” (apropiere) și “Retraction” (retragere) nu prezintă în acest caz importanță, fiind controlate automat de program, deoarece scula le poate executa “din aer”, adică din afara modelului, deci au fost lăsate nemodificate.

Fig. 63 Grupul de parametrii “Toolpath”

Următoarea etapă presupune selecția grupului “Parameters”, conform figurii 64. Aici pot fi modificate valorile “Safe Plane” (cota z la care se retrage scula după terminarea operației) și “Step by z” (distanța pe z dintre planurile successive de prelucrare, paralele cu XOY). Valorile “Safe Plane”, “Top Level” si “Bottom Level” sunt calculate automat în funcție de geometria modelului, dar pot fi modificate printr-un click de mouse pe patratul din dreptul valorii numerice în care va apărea un semn de tip “bifat” de culoare verde iar valoarea numerică va fi accesibilă pentru modificări.

Trebuie avut în vedere faptul că, cotele “Top Level” și “Bottom Level” sunt calculate automat în funcție de dimensiunile modelului, nu ale semifabricatului, deci trebuie obligatoriu modificate atunci când cotele pe Z ale semifabricatului sunt diferite de cele ale modelului (definirea unor adaosuri de prelucrare).

Fig.64 Grupul de parametrii “Parameters”

Opțiunea “Draft angle” permite obținerea unui adaos de prelucrare în cazul prelucrării cavităților de adâncime mare, pentru ca scula să nu frece pe pereții cavității.

Tot aici se poate defini adaosul de prelucrare lăsat pentru operația de finisare, “Stock”, care în acest caz a fost stabilit la 0 mm.

În cazul acestui exemplului prezentat nu este necesară modificarea nici unei opțiuni din cadrul ultimului grup de parametri, grupul “Strategies”.

După modificarea parametrilor operației se execută click pe butonul “Run” (fig. 65) iar rezultatul rulării operației (traiectoria sculei) este prezentată în figura 66.

Fig. 65 Butonul “Run”

Fig. 66 Traiectoria sculei la operația finisare

Fig. 67 Selectarea operației de finisare tip “ Finishing Waterline”

Se va defini în continuare operația de finisare, prin executarea unui click pe butonul “New”. Utilizatorul poate alege dintre o gamă variată de strategii de finisare, dar în acest caz se va opta pentru strategia „waterline”, conform figurii 67. După selectarea strategiei se execută click pe butonul “OK”.

Se execută în continuare click pe butonul “Tools” (scule) deschizându-se fereastra de dialog prezentată în figura 68. Se observă că în acest caz scula implicită propusă de program pentru operația de finisare este o freză cilindro-frontală cu cap sferic “Spherical mill”. Se vor modifica parametrii sculei astfel: diametrul D=8 mm și lungimea L=120 mm.

Urmează apoi definirea parametrilor regimului de așchiere, etapă care nu va mai fi ilustrată aici. Pentru efectuarea acestui exercițiu se pot lăsa nemodificați parametri impliciți propuși de program: viteză de așchiere de 5.027 m/min, ceea ce va conduce la o turație de 200 rot/min și o viteză de avans de 200 mm/min,

La grupul de parametrii “Strategies” se va modifica valoarea “Step” (distanța dintre “urmele” succesive ale sculei, conform figurii 69.

Fig. 68 Definirea parametrilor sculei pentru finisare

Etapa următoare presupune introducerea curbei de limitare a zonei prelucrate (restricție), curbă definită într-o etapă anterioară.

Curbele de restricționare (sau restricțiile) sunt instrumente deosebit de utile în definirea operațiilor de prelucrare. Acestea pot fi utilizate în două moduri:

– curbele de restricționare delimitează o suprafață care nu se dorește a fi prelucrată (“restricting zone”), de exemplu, dacă modelul geometric este reprezentat împreună cu o clemă de fixare, suprafața clemei va fi definită ca o zonă de restricție;

– curbele de restricționare delimitează o suprafață care se dorește a fi prelucrată (va fi restricționată prelucrarea elementelor geometrice din exteriorul suprafeței) . Această facilitate este utilă atunci când nu se dorește ca scula să prelucreze în afara suprafeței selectate care va fi definită ca zonă de prelucrare (“machining zone”).

Fig.69 Grupul de parametrii “Strategies”

Acest exemplu tratează selectarea zonelor de restricție prin utilizarea curbelor care delimitează o suprafață. Programul permite însă și utilizarea suprafețelor de restricție.

Se execută click pe “Restriction” apoi pe butonul “Model Browser”, conform figurii 70. Aceasta va avea ca rezultat deschiderea unei ferestre flotante în care este reprezentat conținutul modelului (fereastra “Source Model”) din figura 71.

Se execută click stânga pe folderul “Curves” din partea stângă a ferestrei flotante astfel încât conținutul acestuia (cele două curbe definite anterior prin proiectarea suprafeței din partea superioară a modelului) să apară în partea din dreapta a ferestrei, conform figurii 72

Fig. 70 Definirea restricțiilor

Se selectează curba denumită “Curba_int” (fig. 73) și apos se face click pe butonul “+” pentru a adăuga această curbă în lista de restricții (fig. 74). După adăugarea curbei în listă se poate închide fereastra flotantă “Source model”.

Fig.71 Fereastra “Source model” Fig.72 Vizualizarea curbelor

Fig. 73 Selectarea curbei de restricție

După cum s-a precizat mai sus, curbele de restricție pot delimita o zonă în care prelucrarea este interzisă “Restricting zone” sau o zonă în care prelucrarea este permisă și interzisă în toate celelalte “Machining zone”. Programul selectează automat prima variantă, în timp ce pentru acest exemplu este necesară a doua opțiune. Pentru a comuta între cel două opțiuni se execută dublu click pe curba adăugată în lista de restricții, deschizându-se astfel o fereastră flotantă “Restriction properties” de unde se poate face selecția între opțiunile “Restricting zone” “Machining zone”, conform figurii 75.

Fig. 74 Adăugarea curbei în lista de restricții

Fig.75 Comutarea între opțiunile “Restricting zone” și “Machining zone”

În acest moment se poate executa click pe butonul “Run” pentru executarea calculelor interne, calcularea și reprezentarea traiectoriei sculei. După executarea operației, pe ecran se obține imaginea prezentată în figura 76.

După definirea și calcularea traiectoriilor sculelor pentru cele două operații, de degroșare și finisare, se poate trece direct la generarea programului NC, sau se poate parcurge și o etapă de simulare.

Pentru trecerea la meniul de simulare se execută click pe butonul “Simulation”, prezentat în figura 77. În figură este prezentată situația înainte și după rularea simulării. Se pot observa simbolurile tip “bifă” care confirmă faptul că prelucrarea se desfășoară fără coliziuni.

Fig. 76 Traiectoria sculei la operația de finisare

Fig.77 Meniul de simulare

În figurile 78 și 79 sunt prezentate imaginile afișate pe ecran după rularea simulării prelucrării de degroșare, respectiv a prelucrării de finisare. Simularea permite diverse tipuri de vizualizare, precum și modificarea traiectoriei sculelor, respectiv intervenția în programul NC.

Fig. 78 Piesa după simularea operației de degroșare

Fig. 79 Piesa după simularea operației de finisare

Pentru generarea programului NC se revine la meniul “Machining” și se execută click pe butonul “Postprocessor”. Aceasta va avea ca rezultat deschiderea unei ferestre “NC-program generation”. Din această fereastră se poate selecta tipul echipamentului și numele fișierului în care se dorește salvarea programului NC generat. Se execută apoi click pe butonul “Run” pentru a lansa în execuție generarea programului. Codul NC va fi afișat în fereastră și va fi de asemenea salvat într-un fișier cu extensie specifică fiecărui tip de echipament.

În figura 80 este prezentat codul NC generat pentru un echipament Fanuc (30i)_Mill.

Fig. 80 Generarea programului NC pentru un echipament Fanuc (30i)_Mill

Programul SprutCAM include o bibliotecă vastă conținând peste 100 de post-procesoare. Câteva dintre principalele familii de echipamente CNC pentru care există post-procesoare pre-definite sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Tabelul 2

În eventualitatea că echipamentul CNC al utilizatorului nu este inclus în această bibliotecă, sau există diferențe între echipamentul din listă și cel existent pe mașină programul permite modificarea post-procesorului existent sau dezvoltarea unui post-procesor nou pentru orice echipament tip de echipament CNC, cu ajutorul modului “Invariant Postprocessor” care poate fi apelat din meniul “File” “Postprocessors generator”, conform figurii 81

Fig. 81 Modulul de editare și generare a post-procesoarelor

Partea 1 – Realizarea unei piese prin frezare

Pasul 1: Selectarea unei mașini de frezat

Pe ecran este selectată ultima mașină utilizată

Se selectează mediul Machining:

Dublu click pe mașină (Deckel Maho DMU 70)

Pe ecran va apare următoarea fereastră:

Se selectează Machines

Din listă se selectează o mașină de frezat în 5 axe: 5-axis milling machine

Se confirmă cu Ok

Pasul 2: Importarea modelului 3D a piesei care trebuie realizate

Se selectează Model

Se importă modelul geometric al piesei prin selecție Part urmată de apăsarea pe butonul Import

Se selectează modelul geometric dorit

Se recomandă folosirea modelelor de tip *.igs

Modelul este reconstituit prin suprafețe

Se stabilește o vizualizare Back isometry care corespunde poziționării pe mașină a piesei

Pasul 3: Stabilirea originii piesei

Ca origine a piesei se recomandă a fi utilizat colțul din stânga jos

În figura de mai sus se observă că modelul este expandat (în partea stângă a ecranului sunt enumerate toate fețele modelului)

Se restrânge modelul prin selectare Part

Se selectează tot modelul *.igs

Pe ecran apare fereastra Spatial Transformations de unde se selectează Locate Zero

Setările trebuie să fie identice cu cele prezentate în fereastra de mai jos (axele X și Y setate la minim, iar axa Z la maxim)

Modelul prezintă în colțul dreapta sus sistemul de coordonate

Pentru continuare se recomandă expandarea modelului cu un click pe modelul *.igs

Partea 2 – Prelucrarea unei piese prin operația de degroșare

Pasul 1: Definirea semifabricatelor

Se selectează mediul Machining:

Există mai multe posibilități de definire a semifabricatelor

Programul conține în partea stângă a ecranului folder-ul Workpiece (Semifabricat):

Prin selectarea opțiunii Primitive se deschide fereastra Semifabricat / Workpiece următoare:

Tipul semifabricatului utilizat este Box

Metoda de definire Around part

Se dezactivează opțiunea Same stock care utilizată introduce un adaos de prelucrare de 2 mm pe toate direcțiile

Se adaugă 2 mm doar în direcția pozitivă a axei Z

Dacă se păstrează originea piesei în punctul definit anterior în acest caz programul detectează prezența a 2 mm deasupra originii piesei

Există și posibilitatea de a ridica punctul de origine al piesei cu 2mm

Pasul 2: Modificare punctului de origine piesă

Se selectează mediul Model

Se restrânge modelul prin selecție Part

Se selectează tot modelul *.igs

Se aplică comanda Transform

Pe ecran apare fereastra Spatial Transformations de unde se selectează Locate Zero

Setările trebuie să fie păstrate cum s-a arătat în cadrul stabilirii originii piesei: axele X și Y setate la minim.

Pentru axa Z se selectează opțiunea Another și se introduce valoarea de 2 mm

Se confirmă modificarea apăsând Ok

Pasul 3: Îndepărtarea adaosului de prelucrare printr-o operație de degroșare plană

Se revine la mediul Machining

Se creează operația cu ajutorul pictogramei Create

Pe ecran va apare fereastra New operation, unde se selectează operația de degroșare/Roughing waterline

Se confirmă opțiunile alese prin selectarea butonului Create

Se selectează butonul Run

Pe ecran va apare traseul urmat de sculă în prelucrare

Pasul 4: Simularea operației de degroșare plană

Se selectează mediul Simulare

Se apasă butonul Run urmată de

Prelucrarea nu corespunde deoarece este necesară îndepărtarea doar a stratului de 2 mm

Se revine la mediul Machining

Se accesează parametrii operației

Se deschide fereastra Parameters

Se selectează o sculă cu diametru : 20mm EndMill

Apăsarea butonului Select are ca efect actualizarea sculei

La selectarea secțiunii apare fereastra:

Se modifică planul de fund / Bottom level pentru a corespunde degroșării cu valoare de

Accesarea secțiunii permite stabilirea distanței dintre traiectoriile centrului sculei. În ascest scop la se introduce valoarea de 50% din diametrul sculei

Se confirmă modificarea prin apăsarea tastei Ok

Din secțiunea se selectează opțiunea Safe Level și se introduce valoarea 2, după care se confirmă modificarea prin apăsarea tastei Ok

Se apăsă tasta Run

Se revine la meniul de simulare

Se inițializează operația prin apăsarea butonului

Se lansează în execuție simularea cu butonul

Se revine la mediul Machining

Se selectează parametrii operației

Se selectează și pentru a obține o rugozitate mai bună se selectează o frezare în sensul avansului selectând la Milling type : Both

Se rulează operația cu tasta Run

Se revine la meniul de simulare

Se inițializează operația prin apăsarea butonului

Se lansează în execuție simularea cu butonul

Partea 3 – Realizarea operației de finisare

Pasul 1: Definirea operației

Se selectează mediul Machining:

Se creează operația cu ajutorul pictogramei Create

Pe ecran va apare fereastra New operation, unde se selectează operația de finisare/Finishing

Se confirmă selecția apăsând pe butonul Create

Se rulează operația cu tasta Run

Se revine la meniul de simulare

Este necesară simularea până la operația respectivă utilizând butonul

Se lansează în execuție simularea cu butonul

Pasul 2: Eliminarea frezării exterioare

Se observă că datorită preciziei mari cu care lucrează programul deși nu există adaos de prelucrare traiectoria sculei acoperă și pereții laterali ai semifabricatului. În concluzie este necesară introducerea de limitări care să reducă prelucrarea doar la suprafețele interioare ale cavităților.

Se selectează mediul Model

Se selectează suprafața superioară a semifabricatului

Click dreapta pe această suprafață și se deschide un meniu unde se selectează Model→Project

Click Ok

Se obțin un set de curbe rezultate din proiectarea suprafeței

Se observă că curba 15 corespunde buzunarului dreptunghiular, iar curba 14 buzunarului circular

Se selectează mediul Machining:

Se apasă butonul Job assignment

Se selectează curba corespunzătoare buzunarului dreptunghiular

Se apasă butonul

Se rulează operația cu tasta Run

Pentru prelucrare este necesară o freză cu acest diametru

Se revine la mediul Machining

Se selectează parametrii operației

Se alege din meniul o freză cilindro-frontală cu diametrul de 8 mm

Click Select

Se rulează operația cu tasta Run

Se observă realizarea operației

Semnul se exclamare de culoare roșie indică faptul că între sculă și piesă există coliziuni în timpul cursei de avans rapid

Pentru evitarea coliziunilor se selectează o freză cu lungime mai mare

Din meniul Machining se selectează parametrii operației

Se selectează butonul Intrări/ieșiri din așchiere Lead in/Lead out unde se alege modul de apropiere de piesă un Arc cu o rază mai mare decât raza sculei Radius: 5 mm. De asemenea se selectează opțiunea Safe Level și se introduce valoarea 2.

Click Ok

Se rulează operația cu tasta Run

Se revine la meniul de simulare

Este necesară simularea până la operația respectivă utilizând butonul

Se lansează în execuție simularea cu butonul

Realizarea operației în 5 axe CNC simultan

Pasul 1: Definirea operației

Se selectează mediul Machining:

Se creează operația cu ajutorul pictogramei Create

Pe ecran va apare fereastra New operation, unde se selectează operația de prelucrare in 5 axe/ 5 axismulti surface

Se confirmă selecția apăsând pe butonul Create

Se rulează operația cu tasta Run

Se revine la meniul de simulare

Este necesară simularea până la operația respectivă utilizând butonul

Se lansează în execuție simularea cu butonul

Pasul 2: Alegerea sculei

Se alege din meniul o freză cilindrică cu cap sferic cu diametrul de 20mm

Click Select

Se modifică lungimea sculei L=80 mm

Click Ok

Pasul 3: Selectarea zonei prelucrate

Datorită faptului că nu s-a stabilit un mod de angajare există coliziuni

Se revine la mediul Machining

Se selectează parametrii operației

Se selectează butonul Intrări/ieșiri din așchiere Lead in/Lead out unde se stabilește modul de angajare Arc cu raza de 5 mm

Se rulează operația cu tasta Run → → →

Pasul 4: Îmbunătățirea rugozității suprafeței

→ → are ca efect deschiderea următoarei ferestre

Pentru a obține o rugozitate superioară a suprafeței se bifează opțiunea Scallop (înălțimea zonelor rămase neprelucrate la intersecția dintre traiectoriile frezei) și i se atribuie valoarea de 0.01

Se observă că traiectoriile sculei sunt mai numeroase

Se rulează operația cu tasta Run → → →

5 axis machining

Date tehnice despre masini din industria lemnului in 5 axe CNC

5 -axis woodworking machine

5-axis Woodworking CNC Routers are applied to engrave and cut various signboards, mold, copper, character mold, font, as well as various metal signs and brands. LSR manufactures and sells a diverse line of advertising CNC Router. It can provide an affordable CNC Router to fit most of your needs!

Features :

1.Integrally cast lathe bed, solid and stable

2.Imported ball screw ensures stable movement and high accuracy

3.Advanced water-cooling brushless spindle, low noise, strong cutting strength and long-time mass processing

Parameters :

Table Size:1350mm*2770mm

Working Area: 1300*2500*200mm

Feeding Height: 100mm

Spindle Speed:6000-24000rpm

Spindle: 3.0KW

Voltage: AC220/50HZ

Working Dictate: HPGL, G Code

N.W. 800kg

G.W. 900KG

Multifunction 5 axis cnc woodworking machine

Technical Parameter 5 axis cnc machine Multifunction 5 axis cnc woodworking machine :

http://www.alibaba.com/product-gs/918098500/CHAODA_cnc_wood_vertical_machining_center.html

5 axis CNC wooden machine,

Statuary engraving 5 Axis CNC machine, Gypsum engraving CNC machine, Stair manufacturing machinery. Fast movement and high accuracy.

Mold making, sculpture making industries.

5 Axis CNC Vertical Machining Center for Wood

Japan YASKAWA servo motor

Taiwan Delta inverter

9.0 kw italy HSD air cooling ATC spindle

HSD boring unit

Taiwan HIWIN linear rail

Taiwan BECAM software

Taiwan APEX reducer box

Original germany SCHMALZ vacuum clamping elements

Taiwan SYNTEC operation system

Technical Parameters

http://www.alibaba.com/product-gs/1122200069/5_Axis_CNC_Vertical_Machining_Center.html

VS1065 5 Axis Simultaneous Machining Center wood cutting machine

http://www.alibaba.com/product-gs/1291315971/VS1065_5_Axis_Simultaneous_Machining_Center.html

Machine specifications of 5 axis cnc machine VS1065 :

BIBLIOGRAFIE

ADINA-VICTORIA ALBU – Contribuții la elaborarea constructivă si tehnologică a calapoadelor în industria de încălțăminte, Teza de doctorat, Oradea, 2011.

Ganea M., – Mașini și echipamente tehnologice pentru prelucrarea suprafețelor în 4 si 5 axe CNC, Editura Universității din Oradea, ISBN 973-613-598-5, 2010.

Ganea M., – Mașini unelte flexibile si echipamente tehnologice pentru prelucrarea pieselor prismatice”, Vol. 1- Modulul de Bază și Organologie Specifică, Editura Universității din Oradea, ISBN 978–973-759-884-4, 2009.

Ganea M., – Mașini unelte flexibile si echipamente tehnologice pentru prelucrarea pieselor prismatice”, Vol. 2 – Vol. 2 : Module si echipamente specifice celulelor si sistemelor flexibile. Calitatea si receptia masinilor unelte CNC, Editura Universității din Oradea, ISBN 978-606-10-0339-6– 2010.

Ganea M., Ganea C. – Tehnologia prelucrării suprafețelor curbe spațiale, Editura Universității din Oradea, ISBN 973-8083-95-8, 2000.

Ganea M., – Marirea rigiditatii cu mecanisme de avans paralele la axele CNC ale masinilor unelte, CMTR2001, Univ. Tehnica a Moldovei, Chisinau, 2001, Rep. Moldova

Ganea, C. – Contributii privind prelucrarea suprefetelor spatiale in 4 si 5 axe CNC, Teza de doctorat, Universitatea Tehnica Cluj-Napoca, iulie 2003.

Ganea, M., Ungur, E. – Feed mechanism with double pinion – rack for linear axes at machine tools, Scientific Conference, University of Oradea 2004.

Galiș , I. – Raport de cercetare Nr. 1- Stadiul actual în cazul frezării transversale a lemnului, Univ. din Oradea, Fac. IMT, februarie 2012.

Gavril Gerbenișan – MATLAB în Ingineria Mecanică, Ed. Universitații din Oradea, ISBN 973-613-283-8, 2003.

Gavril Gerbenișan – Metode Numerice: Aplicații în MATLAB, Ed. Universitații din Oradea, ISBN 973-613-617-5, 2004.

Grama Lucian – Tehnologii de Fabricație în Construcția de Mașini: prelucrări clasice prin așchiere, prelucrări neconvenționale, Ed. Veritas 1998, ISBN 9739735746

Grama Lucian – Tehnologii Electrofizice și Mecanice cu Energie Concentrată, Ed. Universității Petru Maior-Târgul Mureș, 2004, ISBN 9737794052

Hirțe Dorin, Pop Mircea Teodor, Meszaros Csaba, Acționarea motoarelor de curent continuu în scopul de a obține turații variabile la putere constantă – Analele Universității din Oradea, Fascicola Managenent și Inginerie Tehnologică, 2005. VOLUMUL IV (XIV), 2005 ISSN 1583 – 0691. Oradea MAI 26 – 28 2005.

Hirțe Dorin, Ioan Mihăilă, Macedon Ganea, Marius Nica, Gheorghe Donca, Mecanisme de avans paralel implementate în sisteme flexibile de fabricație, în Analele Universității din Oradea. Fascicola Managenent și Inginerie Tehnologică, 2006. VOLUMUL V (XV), ISSN 1583 – 0691, Oradea MAI 26 – 28 2006.

Hirțe Dorin, Macedon Ganea, Marius Nica, Gheorghe Donca, Problematica constructivă a mecanismelor de avans paralelele pentru curse lungi și viteze mari la roboți monorail, în Analele Universității din Oradea. Fascicola Managenent și Inginerie Tehnologică, 2006. VOLUMUL V (XV), ISSN 1583 – 0691, Oradea MAI 26 – 28 2006.

Ioan V. Mihăilă – Tehnologii neconvenționale, Ediția II, Ed. Universității din Oradea, ISBN 973-613-400-8, 2003,

Ioan V. Mihăilă, Mircea I. Mihăilă, Ștefan V. Mihăilă – Tehnologia construcțiilor de mașini, Vol. II, Ed. Universității din Oradea, ISBN 973-613-761-9, 2005,

I. Mihaila, O. GANEA, I. Horge – About the tehchnlogical aspects at the five axes machining of the prismatical parts, Ses. de comunicari st., Oradea, 2007.

M. Ganea, I. Mihaila, C. Ganea, O. GANEA – Prelucrarea flexibila a pieselor prismatice pe mașini unelte și sisteme flexibile de producție, Vol. I, Modulul de baza si organologia specifică mașinilor unelte din categoria flexibilă, Ed. Universitatea din Oradea, ISBN 973-8083-96-6, 2000.

M. Ganea, I. Mihaila, I. Horge, O. GANEA, A. Albu – About the evolution of the five axes machining in the last 30 years, Ses. de com stiintifice, Oradea, 2007;

O. GANEA – Cercetari privind utilizarea mecanismelor de avans paralele la mese rotative-basculante, Proiect de contract de cercetare in cadrul pregatirii de doctorat, Univ. din Oradea, Fac. IMT, sept 2007.

O. GANEA – Examen nr. 1 in cadrul pregatirii de doctorat – Material rezumativ: Masini Unelte si Sisteme Flexibile si Aplicatiile lor in Inginerie Industriala, Univ. din Oradea, Fac. IMT, februarie 2007.

O. GANEA – Examen nr. 2 in cadrul pregatirii de doctorat – Material rezumativ: Tehnologii si Echipamente Moderne in Ingineria Industriala, Univ. din Oradea, Fac. IMT, februarie 2007.

O. GANEA – Examen nr. 3 in cadrul pregatirii de doctorat – Material rezumativ: : Masini si Echip. Tehnologice pt Prelucrarea in 5 axe CNC. Elem. de Inteligenta Artif. in Robotica, Univ. din Oradea, Fac. IMT, iunie 2007.

O. GANEA – Examen nr. 4 in cadrul pregatirii de doctorat – Material rezumativ: Materiale si Tehnologii Neconventionale. Metode Moderne de Prelucrare CNC a Pieselor Prismatice, Univ. din Oradea, Fac. IMT, iunie 2007.

O. GANEA, I. Mihaila, I. Horge – Constructive and technological possibilities of five axes machining with rotary/tilting table, Ses. de comunicari st. Oradea 2007;

Ispas, St. – Materiale compozite, București, Ed. Tehnică, 1987.

O. GANEA, I. Horge, M. Ganea, I. Mihaila – About the feed mechanism for the rotary movements as CNC axes at machine tools, Ses. de comunicari st, Tg. Mures, noiembrie 2007.

J.F. Cuttino, D.D. Newman, J.K. GershensonY, and D.E. Schinstock., A Structured Method For The Classification And Selection Of Actuators For Space Deployment Mechanism, Journal of Engineering Design, Volume 11, Number 1, March, 2000

Jain, A. K.: Fundamentals of Digital Image Processing, Prentice Hall, Englewood Cliffs NJ, 1989

Marc Zupan, Mike F.Ashby, and Norman A. Fleck., Actuator Classification and Selection-The Development of a Database, Advanced engineering Materials 2002, 04, No.1

Marius Nica, Ioan V. Mihăilă, Macedon Ganea, Dorin Hirțe, Gheorghe Donca – Clasificarea și Alegerea Actuatorilor Programabili Pentru Acționarea unui Gripper Multifuncțional de la Roboții Monorail, Analele Universității din Oradea, Volumul V (XV), 2006, ISSN 1583 – 0691

Marius Nica, Lucian Grama, Ioan V. Mihăilă, Macedon Ganea, Dorin Hirțe, Gheorghe Donca – Sistem Vizual Pentru Determinarea Parametrilor de Corecție a unui Dispozitiv de Prehensiune, Analele Universității din Oradea, Volumul V (XV), 2006, ISSN 1583 – 0691

Mihăilă, I., Macedon Ganea, Gheorghe Donca – Problematica managementului mentenanței la sistemele flexibile deservite de roboți monorail, , în Analele Universității din Oradea. Fascicola Managenent și Inginerie Tehnologică, 2006. VOLUMUL V (XV), ISSN 1583 – 0691, Oradea MAI 26 – 28 2006.

Marciniak, K. – Geometric modeling for numerically controlled machinig, Oxford University Press, 1991.

Vickers, G.W., Ly, M., Oater, R.G. – Numerically Controlled Machine Tools, University of Victoria, Canada, 1993.

Andrew Warkentin, Paul Hoskins, Fathy Ismail, and Sanjeev Bedi – Systems techniques and computational metods, Computer aided design engineering and manufacturing, 2001 vol.1.

Sebe Andrei-Petre – Cercetări privind prelucrarea suprafețelor complexe pe mașini-unelte cu comandă numerică – Teza de doctorat, Universitatea Politehnica București, București -2004

Racasan Sergiu – Contribuții la optimizarea prelucrării mecanice a lemnului prin frezare pe centre de prelucrare cu comandă numerică [CPCN]- Teza de doctorat, Universitatea Transilvania din Brașov, Brașov, 2011

Răcăsan, S., Taran, N., – Regarding the cutting power for mechanical processing on CNC

machine-tools – Challenges in Higher Education and Research in 21-st Century, Sozopol,

Bulgaria 4-7 iunie 2008.

X X X – STAMPI, Italia, publicatie lunara, colectie, 1999-2001.

X X X – FIDIA. Catalog General, 1998.

X X X – PROENGINEER, Advanced Software for 3D Modelling USA, 1998.

X X X – Indrumator tehnologic pentru frezare prin copiere electrica SCO 3, ICSITMU Fil. Timisoara, 1988, Lucrare de uz intern.

http://www.artcam.com/industries/woodworking/index.html

http://www.artcam.com/

http://en.dmgmoriseiki.com/sites/products/en/milling/dmu-monoblock

http://de.dmgmoriseiki.com/pq/hsc-20-linear_en/pm0uk11_hsc–series.pdf

http://www.delcam.ro/industrii/gravura_si_prelucrarea_lemnului.php

http://www.delcam.ro/software/powermill.php

http://www.delcam.ro/software/alphacam.php

http://www.huron.fr/categories.aspx?cid=2&hid=75

http://www.huron.fr/upload/643375512KX%20Five%20Series%20-%20English%20-%202010%2006.pdf

http://www.generalnumeric.ro/routere-cnc.html

http://www.vectorart3d.com/gallery/index.cfm?Category=Wood%20Work

http://www.artcam.com/downloads/brochures/images/SW_screen.pdf

http://www.vectorart3d.com/

http://www.vectric.com/

www.gildemeister.de

www.heidenhain.de

www.gefanuc.it

www.mandelli.it

www.mazakitalia.it

www.pama.it

www.moriseiki.uk

www.huron.it

www.mikron-ac.com

www.makino.de

www.fidia.it

www.mcmspa.it

www.mecofspa.it

www.omlat.com

www.renishaw.com

www.siemens.com

www.gefanuc-europe.com/cnc

www. scanare3D.com