Apariția și dezvoltarea mașinilor cu control numeric. [303823]

UNIVERSITATEA ,,POLITEHNICA” DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ ȘI MECATRONICĂ

MASTER CONCEPTIE INTEGRATA IN INGINERIE MECANICA

LUCRARE DE DIZERTATIE

Absolvent: [anonimizat] : Ș.l. dr. ing. Liviu CIUPITU

București 2016

UNIVERSITATEA ,,POLITEHNICA” DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ ȘI MECATRONICĂ

MASTER CONCEPTIE INTEGRATA IN INGINERIE MECANICA

Proiectarea masinii CNC

Absolvent: [anonimizat] : Conf. Dr. Ing. Liviu CIUPITU

București 2016

Apariția și dezvoltarea mașinilor cu control numeric.

Idea de control numeric are rădăcini vechi. În anii 1720 s-a inventat un dispozitiv care folosea cartele găurite de hârtie pentru a broda pe țesăturile de pânză diverse modele simple. Originar din anii 1860, pianina automată (sau flașneta mecanică) utiliza o rolă de hârtie cu șiruri de găuri pentru a [anonimizat].

[anonimizat], a apărut înainte de inventarea microprocesoarelor utilizate în computerele actuale. Un mare impuls pentru dezvoltarea acestuia a [anonimizat]. US Air Force avea nevoie de îmbunătățiri în construcția avioanelor cu motoare cu reacție. [anonimizat]. Acest lucru cerea prelucrări mecanice complexe la un preț de cost foarte mare.

În 1952, Massachusetts Institute of Technology a construit și prezentat prima mașină cu comandă numerică ce avea posibilitatea să controleze mișcarea unei freze pentru prelucrarea de suprafețe complexe. Finanțarea construcției și cercetării a fost făcută de US Air Force. Mașina a avut succes și în 1955, [anonimizat].

Prima generație de mașini CNC foloseau lămpi electronice cu vacuum care produceau multă căldură și ocupau un spațiu destul de mare. Mașinile nu erau prea fiabile. La a [anonimizat] a condus la o încălzire mai mică și o fiabilitate mai mare a etajului de control. [anonimizat].

Prima și a [anonimizat] a programelor. Instrucțiunile erau stocate pe bandă de hărtie perforată și erau transmise mașinilor una câte una. Mașina primea o instrucțiune, o executa și apoi cerea următoarea instrucțiune.

La a treia generație s-au folosit circuite integrate și modulare și s-a introdus memoria de stocare a programelor. [anonimizat], [anonimizat].

Pe măsură ce tehnologia a evoluat s-au introdus și folosit plăci imprimate cu circuite electronice. Acestea erau proiectate pentru executarea unui program fix (pre-programate). Se foloseau la execuția anumitor acțiuni uzuale și comune: găurire, frezare, rectificare etc. Plăcile se introduceau în sloturi speciale și când nu mai era nevoie de ele se înlocuiau. Se mai numeau și canned cycles (programe la conservă). Astăzi se poate vorbi de o a [anonimizat] a calculatoarelor actuale.

Ce este tehnologia CNC (Computer Numerically Controlled)?

Mașinile-unelte controlate numeric se mai numesc și mașini CNC. Controlul numeric rezidă într-un proces de “alimentare” continuă a unui controller programabil în construcție specială, cu un set de instrucțiuni (formate din litere și cifre) astfel încât să poată fi controlate mișcările unei mașini-unealtă.

Mișcările mașinii trebuie să conducă o sculă tăietoare:

– pe un anumit traseu;

– cu o viteză precisă de rotație a sculei

– cu o viteză precisă de înaintare a sculei.

CNC este abreviație de la “Computer Numerically Controlled” (Control Numeric cu Computer). Denumirea CNC se referă întotdeauna la modul de operare al unei mașini, adică, la metoda de bază pentru controlul mișcărilor, și nu spune nimic despre tipul mașinii: freză, strung sau altceva. O mașină CNC face uz de matematică și de diverse sisteme de coordonate pentru a înțelege și procesa informația pe care o primește, pentru a determina ce trebuie să miște, unde și cât de repede.

Cea mai importantă funcție a oricărei mașini CNC este controlul precis și riguros al mișcării. Toate echipamentele CNC au două sau mai multe direcțiie de mișcare, numite axe. Aceste axe pot fi mișcate precis și poziționate precis, de-a lungul intervalului de deplasare. Cele mai cunoscute tipuri de axe sunt cele liniare și de rotație (mișcare curbilinie). În loc de a produce aceste mișcări prin utilizarea de manivele și discuri, așa cum necesită mașinile clasice de prelucrare prin așchiere, mașinile CNC sunt acționate de servomotoare controlate prin computer și și ghidate de un program memorat. În general, tipul de mișcare (rapid, liniar, circular), axele care se mișcă, distanțele de mișcare și vitezele de mișcare (de prelucrare) sunt programabile la majoritatea mașinilor CNC. În figura 1 se arată diferențele dintre o mașină-unealtă convențională și una controlată CNC.

Marea majoritate a mașinilor CNC sunt capabile să se miște în 3 direcții simultan. Aceste direcții sunt numite axele mașinii. Axele au numele coordonatelor X, Y, Z. Axa X este întotdeauna aceea pe care mașina, sau o parte a mașinii, se deplasează (acoperă) cea mai mare lungime. De exmplu, axa X poate reprezenta mișcarea față – spate iar axa Y mișcarea stânga – dreapta. Axa Z reprezintă mișcarea verticală, sus – jos. Unealta de prelucrare este montată, de obicei, pe axa Z.

O mașină CNC trebuie să fie capabilă să comunice cu ea însăși, pentru a putea opera. O unitate centrală cu computer, pentru control numeric, trimite comenzi de poziționare către motoare. Traductoare speciale, fixate pe axele mașinii, trebuie să comunice înapoi, către unitatea centrală, faptul că motoarele au acționat corect și au mișcat axele cu distanța comandată. Abilitatea unei mașini de a mișca un punct central (scula de prelucrare) în trei direcții, în același timp, permite acesteia să urmărească orice traiectorie sau suprafață din spațiul de lucru. Toate mișcările sunt mult mai rapide și mult mai precise decât cele care pot fi realizate de un operator uman.

Un robot industrial este o formă de mașină cu control numeric, prin aceea că mișcările robotului sunt comandate cu același tip de controller cu care sunt echipate și mașinile-unelte. Diferența rezidă în limbajul de programare utilizat. Un robot constă, în esență, dintr-un braț mecanic articulat care are la capăt un dispozitiv mecanic numit end-efector cu ajutorul căruia robotul poate apuca diverse obiecte sau poate mânui un aparat de sudură, în diverse puncte de pe caroseria unui automobil, sau un aparat de vopsit pe care îl deplasează de-a lungul unei traiectorii complexe, în vederea unei vopsiri uniforme.

Se poate spune și invers, că o mașină unealtă este un fel de robot. Oricum, ambele au în comun faptul că funcționarea lor depinde de un program numeric care se poate modifica foarte ușor, astfel încât, în numai câteva secunde, mașina-unealtă sau robotul pot să îndeplinească alte sarcini.

3. Avantajele și dezavantajele utilizării mașinilor CNC

Primul beneficiu oferit de toate tipurile de mașini CNC este îmbunătățirea automatizării. Intervenția operatorului în producerea pieselor poate fi redusă sau eliminată. Multe mașini CNC pot funcționa nesupravegheate pe parcursul întregului ciclu de prelucrare. Acest aspect oferă utilizatorului mai multe beneficii cum ar fi: reducerea gradului de oboseală, reducerea greșelilor provocate din eroare umană, un timp de ciclu constant, deci o producție previzibilă. Deoarece mașina rulează un program de control, nivelul de cunoștințe necesar majorității operatorilor CNC (privind tehnologia de prelucrare a metalelor) este de asemenea redus în comparație cu cea a unui prelucrător prin așchiere (strungar) care lucrează pe mașini clasice.

Al doilea avantaj al tehnologiei CNC este rapiditatea și precizia obținută pentru piesele finite. Odată ce un program este verificat și corectat, cu aceeași precizie și rapiditate se pot face una, zece sau o mie de piese de aceeași calitate și același timp de prelucrare pentru fiecare piesă.

Al treilea beneficiu este flexibilitatea. Deoarece mașinile execută programe, schimbarea prelucrării este la fel de ușoară ca și încărcarea unui alt program. O dată ce un program a fost realizat și prima piesă a fost executată corect, acesta poate fi salvat în memorie, pe dischete sau bandă magnetică și încărcat oricând mai este nevoie de el. Acest lucru implica un alt beneficiu: schimbări rapide în producție. Deoarece punerea în funcțiune a unei mașini CNC este ușoară și rapidă, producția cu astfel de mașini este pretabilă la diminuarea stocurilor și onorarea comenzilor imediat ce sunt primite.

Se prezintă în continuare, mai detaliat, principalele avantaje și dezavantaje ale mașinilor CNC în comparație cu mașinile-unelte clasice.
AVANTAJE

a) Flexibilitate.

O mașină CNC poate fi folosită pentru producerea unei piese conform programului încărcat în memorie. Pentru producerea unei cu totul alte piese este nevoie doar de o operație simplă de reîncărcare în memorie a noului program.

b) Mașinile CNC pot face ceea ce o mașină-unealtă nu poate.

O mașină CNC poate face conturare în spațiu 3D (în trei dimensiuni), lucru imposibil cu o mașină- unelată clasică. Acest lucru permite inginerilor să proiecteze piese cu geometrii care erau prohibitive înainte, datorită costurilor foarte mari de fabricație.

c) Repetabilitate.

O mașină CNC va face 10, 100, 1000, sau mai multe piese exact la fel, fără abateri (cu excepția uzurii mașinii și a sculei). Un strungar nu poate executa două piese exact la fel. Probabil 10% din piese vor trebui să fie reajustate sau vor fi rebuturi. Repetabilitatea atinsă de mașinile cu comenzi numerice nu se poate compara cu cea a unui operator uman.

d) Reduce și elimină costurile aferente unei producții de stoc.

Fabicantul unui automobil trebuie să asigure clienților săi piese de rezervă pentru o perioadă de mai mulți ani de zile, chiar dacă marca respectivă de automobil nu se mai fabrică. În trecut se realizau mai multe piese și se depozitau în stocuri de rezervă. Acest lucru este neeconomic deoarece ocupă spațiu, blochează bani și materiale. În prezent, cu o mașină CNC, se poate realiza o piesă de rezervă imediat ce s-a primit comanda de la client. Se încarcă în mașină programul, se realizează una sau mai multe piese și se livrează în aceeași zi.

e) Reducerea costurilor pentru scule speciale și a timpilor de pregătire a mașinii.

Uneltele și dispozitivele cu care se fixează piesele pe mașinile-unelată clasice sunt destul de complexe și fabricarea lor (pentru o piesă nouă) poate necesita un timp de lucru însemnat. De asemenea sunt dificil de modificat. Aceasta înseamnă mulți bani și mult timp pentru a începe producția.

Mașinile CNC nu necesită foarte puțin (sau deloc) timp pentru fixarea pieselor. De obicei se folosesc dispozitive simple de prindere, de tip clește sau menghina. Din punctul de vedere al sculelor, nu este nevoie de fabricarea unor scule speciale deoarece mașina poate folosi eficient câteva tipuri de unelte pentru mai multe operații. Capacitatea de mișcare a mașinilor CNC permite acestora să parcurgă cu precizie traiectorii de tip contur, ne mai fiind nevoie de unelte speciale pentru poziționarea și ghidarea sculei tăietoare. O schimbare de ultimă oră a proiectării piesei nu necesită decât modificarea câtorva linii de program. Aceasta înseamnă pentru ingineri posibilitatea de a îmbunătăți permanent calitatea produselor prin ajustări necostisitoare în proiectarea pieselor.

f) Reducerea timpului de calificare pentru operatori.

Operatorii de pe mașinile CNC nu controlează operațiile. Ei doar încarcă și descarcă piesele din mașină, întrețin și schimbă sculele de lucru, apasă pe butoanele de pornire, oprire și poate pe butonul de Opride de Urgența dacă o sculă este foarte uzată sau s-a rupt în timpul ciclului. Aceste activități nu necesită mult timp de calificare. Dacă operatorul este motivat și inteligent, instruirea durează doar câteva săptămâni. Salariile operatorilor de mașini CNC sunt mai mici decât salariile cerute de muncitorii calificați în prelucrări prin așchiere, ce lucrează pe mașini-unelte clasice.

g) Reducerea necesarului de forță de muncă (a numărului de ore om-mașină)

O mașină CNC poate elimina mai mulți pași de procesare (treceri de la o un proces tehnologic la altul). Acolo unde, de exemplu, o bucată de tablă trebuia să fie mutată de la un post de lucru la altul, utilizând o mașină CNC se pot realiza mai multe faze tehnologice la același post de lucru, prin aceasta se elimină timpul de demontare, transport și fixare a piesei de prelucrat între două posturi de lucru. Cu alte cuvinte, un singur operator pe o mașină CNC poate face munca mai multor oameni. Pentru a lucra corect, mașinile CNC au nevoie de operatori calificați. Dar de îndată ce informația completă pentru lucru este înregistrată în fișiere, în format electronic, tehnica de prelucrare esteînglobată în mașină și nu mai depinde de factori umani. Instruirea noilor angajați are legătură mai mult cu modul de operare al mașinii CNC și cu așteptările companiei privind calitatea produselor finite. Nu toți operatorii trebuie să cunoască în detaliu tehnologiile de bază ale prelucrărilor metalice prin așchiere.

h) Creșterea calității produselor

Nici un om nu poate egala o mașină CNC în ceea ce privește precizia mișcărilor. Aceste mașini lucrează cu unități de măsură foarte mici. O mașină poate face o gaură la capătul unei mese de lucru, după care se poate muta la celălalt capăt al mesei și se întoarce la aceeași gaură pentru continuarea prelucrării cu o eroare de poziționare mai mică de 10 micrometri. În cuvinte simple, precizia unei mașini CNC este comparabilă cu a zecea parte din grosimea unui fir de par.

i) Creșterea productivității

O mașină CNC poate fi programată să lucreze piese din lemn, cu scule specifice lemnului. Un operator uman nu se poate adapta ușor la schimbări rapide de regimuri de lucru (ca de exemplu, trecerea de la un tip de material la altul) în mod repetat, pentru perioade lungi de timp. Mașinile CNC pot lucra 2 sau trei schimburi pe zi, fără oprire. Singurii factori care limitează producția cu mașini CNC sunt: alimentarea cu material și uzura sculei. De obicei mașinile CNC erau asociate cu producția în serie mare deoarece programarea mașinii, mai ales pentru piese complexe, necesita un timp mai îndelungat. În prezent, dezvoltarea tehnologiilor de construcție a computerelor și cea a programelor software, permit programarea mai ușoară a mașinilor CNC. În fapt, abilitatea unei mașini CNC de a accepta informații matematice precise, furnizate de un software specializat, pentru a crea un nou produs, reduce costurile de exploatare prin reducerea erorilor de programare.

j) Creșterea siguranței în exploatare

O mașină CNC nu necesită poaziționarea manuală a sculei și deci nu necesită prezența operatorului lângă zona de prelucrat. Principala preocupare a operatorului este de a monitoriza activitatea mașinii și de a realiza corecții. Majoritatea mașinilor sunt prevăzute cu un buton de Oprire de Urgență pentru oprirea completă a mașinii în cazul unei erori de funcționare.

DEZAVANTAJE

a) Invesiții mari.

Prețul unei mașini CNC de dimensiuni mici este de 30 – 50 de mii de dolari și ajunge la 500.000 USD pentru o mașină CNC complexă, de dimensiuni mari. Acest lucru înseamnă că mașina cumpărată trebuie să lucreze cât mai mult timp, uneori în două sau trei schimburi, pentru a merita banii investiți. Multe firme mici nu își permit un asemenea cost, îndeosebi în timpuri când dobânzile bancare sunt mari.

b) Mașinile CNC trebuie programate.

Programatori sunt personal cu calificare înaltă, iar cei foarte buni sunt greu de găsit. Ei vor pretinde întotdeauna salarii mari. Problema costurilor cu programarea mașinii poate fi parțial rezolvată prin utilizarea de software CAM (Computer Assisted Manufacturing) dar și aceste software-uri sunt destul de scumpe.

c) Costuri mari de întreținere.

Mașinile CNC pot fi foarte complxe. Ele trebuiesc menținute în foarte bună stare fizică pentru a putea beneficia de avantajele controlului numeric. Deși controller-ul este un dispozitiv electronis și are fiabilitate mare, ocazional se poate defecta. În acest caz, reparația trebuie să fie realizată cât mai repede deoarece, s-a văzut de ce, o mașină CNC trebuie să lucreze cât mai mult. Pentru reparația mașinilor CNC este nevoie de specialiști atât în domeniul mecanic cât și în domeniu electronic. Acești specialiști vor pretinde de asemenea salarii mari.

d) Costuri mari de producție pentru serii mici.

Dacă se execută doar una sau două piese, atunci timpul și costurile cu realizarea programului pot fi mai mari decât cele obținute prin utilizarea unei mașini-unealtă clasică. Pe măsură ce complexitatea geometriilor și numărul de piese crește mașina CNC devine mai economică.

4. Părțile componente ale unei mașini cu comenzi numerice

O mașină CNC este compusă din două componente majore pe lângă care se află diverse echipamente auxiliare. Prima componentă este mașina-unealtă propriu-zisă care poate fi: strung, freză, mașină de găurit, de alezat, de rectificat, rabotat sau mortezat, mașină de tăiat cu jet de apă sau laser etc. A doua componentă este controller-ul pentru coordonarea mișcării sculei tăietoare. Pentru fiecare din cele două componete pot exista accesorii necesare sau opționale. De exemplu, pentru controller poate exista o consolă de introducere date sau un calculator cu conexiune permanentă pe care se realizează programele.

Acționarea mașinilor-unealtă Pentru mișcarea de poziționare a axelor se folosesc trei tipuri de acționări:

a) electrice

b) hidraulice

c) pneumo-hidraulice.

La freze, pentru mișcarea de rotație a sculei se folosesc motoare asincrone sau de curent continuu deseori însoțite de angrenaje de tip “cutie de viteza” pentru schimbarea domeniului de viteze de rotație. Acționările electrice folosesc motoare electrice: a) pas-cu-pas, b) de curent continuu, c) servomotoare de curent alternativ. În orice mișcare de poziționare, controller-ul trebuie să cunoască locația precisă a sculei tăietoare. Acest lucru se poate realiza prin comandă (sistem în buclă deschisă) sau reglare (sistem în buclă închisă).

Mașina-unealtă are o construcție specială. Prima cerință în proiectarea unei mașini-unealtă de calitate este rigiditatea. Axele trebuie să aibe o deflexie minimă sub sarcină pentru a nu influența precizia de prelucrare. Axele sunt acționate de obicei cu ajutorul unui mecanism de tip șurub-piuliță cu bile recirculabile. Acest tip de cuplaj între axa fixă (șurub) și bacul mobil (piuliță) între care circulă bile de oțel, asigură rigiditate și o frecare mică. Bilele sunt alese să se potrivească exact (fără jocuri mecanice) cu dimensiunile filetului, care are la bază o formă rotunjită. O rotație completă a axului produce o mișcare a bacului cu distanța pasului filetului. În unele soluții constructive bacul este fix si axa este mobilă.

Frezele CNC universal au sisteme automate pentru schimabea sculei și sunt dotate cu o magazie de scule cu zeci sau chiar o sută de scule diferite. Deseori, axul de rotație a sculei este vertical. Unele mașini au câte patru sau cinci axe. Ultimele două sunt axe de rotație și permit mașinii să efectueze în piesă găuri și suprafețe sub unghiuri diferite. Pot realiza atât prelucrare de degroșare cât și de rectificare (finisare). O astfel de mașină cu 5 axe poate prelucra singură o elice de vapor.

Strungurile CNC universal, au de asemenea sistem automat de schimbare a sculei și sunt dotate cu turele port scule pe care pot fi montate zece până la douăzeci de scule diferite. Ele se pot folosi pentru operații de strunjit, filetat, găurit etc.

Comanda: se folosește în combinație cu motoarele electrice pas-cu-pas, La motoarele pas-cu-pas, pe stator există două, patru sau cinci înfășurări (bobine) distincte. Rotorul este format din magneți permanenți. Alimentând cu curent o bobină, rotorul se aliniază în direcție perpendiculară pe acea bobină, polul nord al magnetului permanent fiind orientat către polul sud al electromagnetului (bobină parcursă de curent într-un anumit sens). La un impuls provenit de la controller se comută curentul prin altă bobină a statorului, determinând astfel deplasarea rotorului cu un pas. La unele motoare, o rotație completă a rotorului se realizează în 500 de pași, adică de impulsuri. Controller-ul este capabil să genereze impulsuri cu frecvențe maxime de ordinul kilo-herților. Deoarece fiecare impuls este contorizat, controller-ul știe în permanență unde se află axa. Nu există posibilitatea de a verifica dacă motorul execută întradevăr un pas la fiecare impuls. În general nu se “pierd” pași decât dacă axa se blochează din cauze accidentale sau de avarie (coliziune). Precizia unui sistem cu motor pas-cu-pas și axă cu șurub poate atinge 0,01 mm – precizia unui pas. Cu reglare (sistem în buclă închisă) se poate obține o precizie cu un ordin de mărime mai mare, 0,001 mm. Sistemele de poziționare cu motoare pas-cu-pas se folosesc îndeosebi la construcția mașinilor CNC de mărime mică. Sunt simple și mai ieftin de întreținut.

5. Direcții de mișcare (axe).

Programatorul CNC trebuie să cunoască corespondența între direcțiile de mișcare în spațiul real și nominalizarea celor trei axe în programul CNC. Numele axelor pot varia de la o mașină unealtă la alta.

De obicei sunt notate cu litere: X, Y, Z, U, V, W pentru mișcări liniare și A, B, C pentru axe de rotație. Legătura dintre axele liniare și cele de rotație este următoarea: dacă axa X se rotește atunci se notează axa de rotație cu A, lui Y îi corespunde B iar lui Z axa C. Programatorul trebuie să aibe confirmarea alocării axelor și a direcțiilor (plus și minus) înainte de a realiza orice program CNC. Aceste date se obțin din manualul tehnic al mașinii.

Pentru comanda unei mișcări trebuie introdus numele axei și distanța de deplasare (ex. X200.5). În cazul axelor de rotație trebuie introdus numele axei și o valoare exprimată în grade unghiulare. De exemplu comanda de poziționare absolută B45 înseamnă rotirea axei B la 45◦ față de axa de origine.

Marea majoritate a mașinilor CNC utilizează o anumită poziție pentru fiecare axă pentru a o înregistra ca punct de referință. Punctul de referință poate coincide cu originea sistemului de coordonate dar nu este obligatoriu. Poziția de referință trebuie să fie foarte precis determinată și este necesară mașinilor CNC de fiecare dată când acestea sunt pornite. De obicei atingerea punctului de referință este semnalizată intern cu ajutorul unui senzor de proximitate sau al unui limitator cu contact electric. Precizia acestui senzor determină precizia de identificare a punctului de referință. La pornire, mașinile execută o secvență automată de mișcare a axelor până în poziția de referință, după care se opresc și înregistrează în memorie datele de la traductoarele de poziție. Dacă traductoarele sunt incrementale – adică transmit un anumit număr de impusuri la unitatea de distanță de deplasare – atunci mașina resetează la zero memoria în care se înregistrează impulsurile. Odată stabilită referința, controller-ul se va putea sincroniza cu poziția fizică a mașinii. Punctul de referință specific fiecărei axe este stabilit în mod diferit de la mașină la mașină, dar în general este atins la una din extremitățile axei. Marea majoritate a constructorilor de mașini unelte fixează acest punct la extremitatea pozitivă a fiecărei axe. Dacă pentru o axă traductorul de deplasare determină poziția absolută – adică pe o anumită distanță fiecare poziție este univoc determinată – atunci acea axă nu are nevoie de punct de referință. În memoria controller-ului se înregistrează un offset cu ajutorul căruia se va stabili ulterior originea axei.

Pentru orice mașină reală trebuie consultată cartea tehnică în scopul verificării dacă axele au nevoie sau nu de mișcare de referință și, dacă este cazul, unde este situat punctul de referință pe fiecare axă.

Nevoia de interschimbabilitate rapida

In foarte multe domenii nevoia de a schimba rapid a un obiect cu altul a aparut fie din nevoia de a il repara foarte repede fie pentru a indeplinii altor functii. Nevoia de interschimbabilitatea apare si la cele mai simple lucruri precum surubelnitele cu cap interschimbabil (Fig. 1.1) unde acest lucru ajuta nu numai la a avea un set complet de surubelnite ci si la spatial pe care acestea il ocupa, acesta fiind mult mai compact.

Un alt domeniu in care apare nevoia de interschimbabilitate este gatitul si anume mixerele de bucatarie, unde un singur mixer (Fig. 1.2) poate indeplinii functii multiple precum masina de tocat carne, malaxor pentru coca, masina pentru paste etc. Deoarece in esenta toate masinile enumerate nu sunt altceva decat motoare electrice cu diferite capete nevoia de simplificare a dus la realiarea unei singure masini ce permite conectarea si deconectarea diferitelor ustensile rapid si usor.

In mecanica/inginerie nevoia de a schimba sculele se regaseste pe multe masini precum: strungurile, flexurile, bormasinile etc. Toate acestea folosesc diferite scule pentru diferite domenii. Ex.: un flex (Fig. 1.3) cu un disc diamantat poate debita piatra-gresie-faianta, cu un disc de taiat poate debita metalul, cu un disct de polizat poate indeparta si nivela cordonul de sudura sau cu un disc de polisat poate readuce luciul vopselei pe masini. Patru tipuri de discuri, patru domenii de activitate insa o singura masina.

Toata aceasta interschimbabilitate este posibila numai cu ajutorul unei singure piulite ce preseaza discul de ax prin stranger. Piulita este una normal cu stranger in sensul acelor de ceasornic iar discul se invarte in sens contrat acelor de ceasornic pentru a impedica desfacerea desfacerea piulitei in timpul functionarii.

Solutii existente si Solutia propusa – modelul 3D

Pe piata masinilor CNC-all in one exista un numar limitat de prinderi, deseori realizate numei pe un anumit diametru sau mult prea flexibile introducand erori in piesa finala.

O astfel de masina CNC este ZMorph (Fig. 2.1) cu o constructive tip cadru ideala pentru o imprimanta 3D sau laser engraver dar o constructive total nepotrivita pentru un router CNC.

Vazand de aproape sania ce gliseaza pe axa X ne putem da seama ca nu este conceputa pentru un router CNC ci mai de graba este o idee ulterioara pentru marketing. Sania gliseaza pe tije de precizie de 8mm cu ajutorul unor lagare de alunecare. Inaltimea mult prea mare a motorului si pozitionarea acestuia pe axa X nu este tocmai ideala se poate vedea foarte clar ca acest mecanism (Fig. 2.2) nu o sa reziste la forte foarte mari. De asemenea “manunchiul” de cabluri si mufe ce conecteaza capul este foarte mare si induce in eroare utilizatorul.

Metoda clasica (Fig 2.3) de prindere, desi foarte rezistenta si fiabila din punct de vedere mechanic are un mare dezavantaj si anume prinderea sculei de axa. Pe langa faptul ca sunt patru suruburi ce trebuiesc desfacute si stranse de fiecre data, aluminiul moale ce in timp pierde filetul si duce la schimbarea intregii prinderi, necesitatea si calibrarea perpendicularitatii sculei pe masa de lucru la fiecare schimbare a capului. De asemenea pentru schimbarea capului este nevoie de o scula aditionala pentru a desface suruburile ce poate fii ratacita foarte usor.

Modelul ce urmeaza a fii prezentat rezolva problemele mentionate mai sus cu un design inovator, simplist, rapid, usor de realizat ce nu poate fii asamblat gresit. Ca orice idee totul incepe cu o schita rapida (Fig 2.4) initial conceputa din doua bucati este inspirata din metoda de asamblare a mobile cu coada de randunica.

La o scurta analiza se poate vedea ca din punct de vedere tehnologic nu este posibila realizarea piesei din dreapta (Fig 2.4), tocmai de aceea e ava fii realizata din doua bucati urmand a fii asamblate ulterior. Piesa gandita initial va ajunge sa fie rotita la 180˚. Ideea initiala a fosc de a se sprijinii capul introdus pe placa inferioara insa atunci apare necesitatea unei blocari suplimentare in partea superioara pentru a putea compensa fortele aparute pe directia Z. O inovatie adusa la acest design este aceea ca utilizatorul nu trebuie sa conecteze nici un fel de mufa sau cablu in functie de capul folosit. Capul este prevazut cu un conector rapid pe pini ce va face contat in partea superioara cu alt conector. Acest conector nu are numai scopul de a oferii tensiune capului atasatci tot o data el ofera imformatii masinii CNC cu privier la tipul capului introdus si paramentrii pe care trebuie sa ii foloseasca in continuare.

Produsul final este compus din patru piese (Fig. 2.5) ce vor constituii doua subansamble. Piesele 1 si 2 vor consituii subansamblul ce va fi prins permanent de CNC iar piesele 3 si 4 vor constituii ansamblu unui cap interschimbabil. Din imagine se poate observa ca piesele 1 si 2 vor fii prinse cu noua suruburi iar piesele 3 si 4 vor fii prinse cu 3 suruburi. Conectarea intrece cele doua subansamble va fii facuta de un surub aflat in partea superioara a piesei 1 ce se va infileta in partea superioara a piesei 3.

Ansamblu 2 (Fig 2.7) va glisa in ansamblul 1 (Fig. 2.6) si apoi vor fii prinse cu un singur surub in partea superioara.

Cablurile ce transporta tensiunea si informatia se vor oprii in ansamblul 1 intr-o mufa rapida ce va avea pini tensionati prin arcuri (Fig. 2.8) pentru a face contact cu cea de a doua mufa find reprezentata prin contacte solide pe un circuit integrat (Fig 2.9).

Modelul astfel ales este simulat in Ansys pentu a vedea punctele slabe ale acestuia. Pentru a se vedea mai bine rezistenta modelului forta aplicata este una exagerata de 10 MPa

Capetele alese

Cap de frezare

Capul de frezat foloseste un motor de curent continuu. Un motor de curent continuu (Fig 3.1.1) se compune din trei parti principale: inductorul, indusul si colectorul.

• Inductorul este partea din motor care produce campul magnetic(campul inductor). El este realizat sub forma unor poli magnetici din otel electrotehnic, pe care sunt infasurate bobinele de curent continuu(excitatie). Inductorul este introdus intr-o carcasa circulara de otel cu care costituie, impreuna, statorul („care sta”) motorului. Carcasa este prevazuta la partea superioara cu inel (ochi) de ridicare.

• Indusul motorului este format dintr-un miez de otel confectionat din tole-tablesuprapuse izolate intre ele si prevazut cu crestaturi longitudinale. In aceste crestaturi sunt introduse spirele in care se induc tensiunile electromotoare. Intre inductor si indus este prevazut un spatiu mic(cativa milimetri), numit intrefier(„intre” cele doua parti de „fier”).

• Colectorul este acea parte a masinii formata din lame colectoare(confectionate din cupru), la care se leaga capatele bobinajelor indusului si prin care se „colecteaza” tensiunea continua. Indusul impreuna cu colectorul sunt plasati pe un ax, constituind impreuna rotorul(„care se roteste”) motorului. Pe rotor, in afara indusului si colectorului se afla si ventilatorul, care are rolul de a sufla aer in intrefier in scopul racirii motorului. Rotorul este montat centrat fata de stator cu ajutorul scutului din spate si al scutului din fata plasat spre colector. Pe scutul din fata este montat suportul port periilor cu ajutorul buloanelor, periile fiind apasate cu resoarte pe colector.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentraten care creează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.

Înfășurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenți. Rotorul se deplasează în câmpul magnetic de excitație până când polii rotorici se aliniază în dreptul polilor statorici opuși. În același moment, colectorul schimbă sensul curenților rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează și rotorul va continua deplasarea până la următoarea aliniere a polilor magnetici.

Controlul turatiei se face cu ajutorul pulsului cu modulatie, un termen pompos ce descrie un tip de semnal digital. Pulsul cu modulatie este folosit adesea in aplicatii sophisticate pentru controlul circuitelor. Un exemplu este folosirea pulsului cu modulatie in reglarea intensitatii luminoase a ledurilor sau controlarea servomotarelor. Putem astfel genera o serie de valori deoarece pulsul cu modulatie regleaza timpul in care un semnal analog este active. Deoarece un semnal analog nu poate sa fie decat active si inactive la un moment dat putem schimba timpul in care semnalul este active comparative cu timpul cand semnalul este inactive.

Vom numi perioada cand semnalul este active “on time”. Pentru a descrie perioada “on time” vom folosii notiunea de ciclu. Ciclul este masurat in procente. Procentajul ciclului descrie perioada semnalului active intr-un interval de timp. Aceasta perioada este inversa graficului frecventei.

Daca un semnal este active jumtate de timp si inactive cealalta jumatate putem spune ca avem un ciclu de 50% si avem un grafic perfect patrat (Fig. 3.1.2).

Cap printare 3D

Tehnologia pe care o abordeaza capul de printare 3D este FDM (Fused Deposition Modelling) in traducere Modelare prin Extrudare Termoplastica (depunere de material topit) este cea mai utilizata tehnologie de fabricare aditivata datorita simplitatii si a accesibilitatii acesteia. Este utilizata in modelare, prototipare dar si in aplicatii de productie. Alte denumiri utilizate sunt: MEM (Melting Extrusion Modeling), extrudare termoplastica TPE (Thermoplastic Extrusion), FFF (Fused Filament Fabrication).

Cu ajutorul unei aplicatii software dedicate, modelul 3D dorit este feliat initial in sectiuni transversale numite straturi (layere). Tehnologia de printare (Fig 3.2.1) consta in trecerea unui filament din material plastic printr-un extrudor ce il incalzeste pana la punctul de topire, aplicandu-l apoi uniform (prin extrudare) strat peste strat, cu mare acuratete pentru a printa fizic modelul 3D conform fisierului CAD.

Capul extruder (Fig. 3.2.2) este incalzit pentru a topi filamentul plastic, deplasandu-se atat pe orizontala cat si pe verticala sub coordonarea unui mecanism de comanda numerica, controlat direct de aplicatia CAM a imprimantei. In deplasare, capul depune un sir subțire de plastic extrudat care la racire se intareste imediat, lipindu-se de stratul precedent pentru a forma modelul 3D dorit.

Avantaje tehnologie FDM :

Tehnologie office-friendly, silentioasa si sigura; pot fi produse obiecte si piese utilizabile, paleta destul de larga de materile. Pret extrem de accesibil al printerelor 3D (kituri si modele asamblate) precum si al consumabilelor (role cu filamente plastic). Tehnologie simpla de productie care inseamna si usurinta in utilizare.

Dezavantaje tehnologie FDM :

Viteza mica de constructie in cazul unor geometrii mai complexe, posibilitatea existentei unor zone neuniform printate (layere nelipite), impermeabilitate redusa, rezolutie si acuratete slaba pentru piese mici si detalii fine (microni).

Motorul folosit la impingerea filamentului in capul de extrudare este un motor pas cu pas. Motorul pas cu pas (Fig. 3.2.3) este un tip de motor sincron cu poli aparenti pe ambele armături. La aparitia unui semnal de comanda pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa până când polii săi se vor alinia în dreptul polilor opusi statorici. Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol in pol, de unde și denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda motorului se face electronic si se pot obține deplasari ale motorului bine cunoscute în funcție de programul de comanda. Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesară precizie ridicata.

În comparație cu alte tipuri de motoare (motoarele de curent continuu sau motoarele de curent alternativ asincrone si sincrone) motorul pas cu pas are o serie de avantaje:

Rotația unghiulară a motorului este proporțională cu pulsul electric aplicat;

Motorul are moment maxim în poziția oprit dacă bobinele sunt alimentate;

Poziționare precisă, cu o eroare de 3-5% la un pas, care nu se cumuleaza de la un pas la altul;

Răspunsuri excelente la pornit/oprit/schimbarea direcției de rotație;

Fiabilitate excelentă deoarece nu există perii de contact la motor, deci durata de functionare depinde de rulment;

Posibilitatea de a obține viteze foarte mici cu sarcina legată direct pe axul motorului;

O gamă foarte largă de viteze de rotație; dar există și unele dezavantaje:

Rezonanța poate apărea în cazul unui control deficitar;

Controlul greoi la viteze foarte mari.

Fiecare revoluție a axului motorului este alcătuită dintr-o serie de pași discreți. Un pas este definit ca fiind rotația unghiulară a axului motorului la aplicarea unui impuls de comandă. Fiecare impuls face ca axul să se rotească cu un anumit număr de grade caracteristic fiecărui tip de motor. Un „pas unghiular” reprezintă rotația axului motorului la fiecare pas, și se măsoară în grade.

Cap laser engraver

La gravarea cu laser (Fig 3.3.1) suprafața piesei prelucrate este topită și vaporizată cu ajutorul căldurii produse de raza de laser. Se vorbește în acest context despre "material îndepărtat". Gravura produce astfel o adâncitură pe suprafața piesei prelucrate. Gravura cu laser este o metodă de prelucrare foarte versatilă. Cu ajutorul efectului căldurii pot fi prelucrate multe materiale diferite. Lemn, hârtie, carton, textile, materiale plastice șamd. pot fi gravate sau tăiate cu ajutorul unui aparat cu laser.

Materialul grafic pentru gravare este transmis de regulă cu ajutorul unui software gravură cu laser direct din programul grafic către gravorul cu laser. Rezultă astfel o procesare simplă a datelor, care permite efectuarea de modificări rapide pe ecran. În plus, funcția de poziționare a laser software ajută la reducerea pierderii de material la decupare. Consultați pagina software-ului nostru pentru laser, pentru mai multe detalii.

Materialul grafic pentru gravare este transmis de regulă cu ajutorul unui software gravură cu laser direct din programul grafic către gravorul cu laser. Rezultă astfel o procesare simplă a datelor, care permite efectuarea de modificări rapide pe ecran. În plus, funcția de poziționare a laser software ajută (cuvânt cheie "Nesting") la reducerea pierderii de material la decupare. Consultați pagina software-ului nostru pentru laser, pentru mai multe detalii.

Cu ajutorul efectului căldurii pot fi prelucrate multe materiale diferite.Gravura laser este una dintre cele mai precise metode de prelucrare din domeniul gravării. Cu până la 1000ppi (= 39 pixel per mm) pot fi gravate cu precizie lucrări grafice detaliate chiar și pe cea mai mică suprafață a materialului.

Inscripționarea cu laser se face complet fără contact. Nu intervine astfel o uzură mecanică a aparatului, ceea ce asigură o durată lungă de viață a gravorului cu laser. Trebuie doar să curățați regulat lentila de focalizare a aparatului , altminteri nu survin costuri de întreținere.

1. Componente electronice

1.1 Sursa de alimentare

O sursa de alimentare în comutație (Fig.1.1) sau un comutator (en. switching-mode power supply, SMPS sau switcher) este o sursă electronică de alimentare care include un regulator de comutare pentru a converti energia electrică în mod eficient. Ca și alte surse de alimentare, un SMPS transferă curent de la o sursă, cum ar fi rețeaua de alimentare, la o sarcină, cum ar fi un calculator personal, în timp ce convertește caracteristicile tensiunii și ale curentului. Spre deosebire de o sursă de alimentare liniară, sursa în comutație are un tranzistor de trecere care comută în mod continuu între starile disipare-redusă, saturat (en. full-on) și blocat (en. full-off) și se află foarte puțin timp în tranzițiile de disipare crescută, minimizând astfel energia irosită. În mod ideal, o sursă de alimentare în comutație nu disipă nicio putere. Reglarea tensiunii se realizează prin varierea raportului de timp între saturatie și blocare. Prin contrast, o sursă de alimentare liniară reglează tensiunea de ieșire disipând continuu curent în tranzistorul de trecere. Această eficiență mai mare de conversie a curentului este un avantaj important al unei surse de alimentare în comutație. Sursele de alimentare în comutație pot fi, de asemenea, semnificativ mai mici și mai ușoare decât o sursă de alimentare liniară, datorită dimensiunii și greutății mai mici a transformatorului. Regulatoarele de comutare sunt utilizate ca înlocuitori pentru regulatoarele liniare, atunci când este necesară o mai mare eficiență, dimensiune sau greutate mai mică. Ele sunt, totuși, mult mai complicate; curentul poate cauza probleme de zgomot electric în timpul comutării, dacă acesta nu este suprimat cu atenție, iar modele simple pot avea un factor de putere slabă.

Un regulator liniar furnizează tensiunea de ieșire dorită prin disiparea excesului de putere în pierderi ohmice (de exemplu, într-un rezistor sau în regiunea colector-emițător a unui tranzistor de trecere aflat în modul activ). Un regulator liniar reglează fie tensiunea de ieșire, fie curentul disipând energia electrică în exces sub formă de căldură și deci eficiența sa la putere maximă este „tensiune de ieșire/tensiune de intrare” din moment ce diferența de tensiune este irosită. Prin contrast, o sursă de alimentare în comutație reglează fie tensiunea de ieșire, fie curentul comutând elemente ideale de stocare, precum inductoarele și condensatorii, în și din diferite configurații electrice. Elementele ideal de comutare (de exemplu, tranzistorii care operează în afara modului lor activ) nu au nicio rezistență atunci când sunt "închise" și nu transporta niciun curent, atunci când sunt "deschise" și astfel convertoarele pot funcționa, teoretic, cu o eficiență de 100% (de exemplu, tot curentul de intrare este livrat sarcinii; niciun curent nu este irosit sub formă de căldură disipată). Spre exemplu, dacă o sursă de curent continuu, un inductor, un comutator și corespunzătoarea împamantare electrică sunt plasate în serie, iar comutatorul este acționat de un semnal dreptunghiular, tensiunea vârf-la-vârf a undei măsurată peste comutator poate depăși tensiune de intrare de la sursa de curent continuu. Acest lucru se datorează faptului că inductorul răspunde evoluțiilor curentului inducându-și propria tensiune pentru a contracara variația curentului, iar această tensiune se adaugă la tensiunea de alimentare cat timp întrerupătorul este deschis. Dacă o combinație diodă-condensator este plasată în paralel cu comutatorul, tensiunea de vârf poate fi stocată în condensator, iar acesta poate fi folosit ca o sursă de curent continuu cu o tensiune de ieșire mai mare decât a tensiunii din circuitul de curent continuu. Acest convertor accelerator acționează ca un transformator de amplificare pentru semnale de curent continuu. Un convertor decelerator funcționează într-un mod similar, dar produce o tensiune de ieșire care este opusă în polaritate față de tensiunea de intrare. Alte astfel de circuite exista pentru a acceleta curentul de ieșire mediu reducând tensiunea.

1.2. Controller (placa de baza)

Controlerul, componenta care controleaza tot ansamblu, monitorizeaza constant pozitia in care este endefectorul.

Aceasta componenta este un microcontroler, un tip de circuit integrat care inglobeaza sub carcasa unui singur CIP un procesor, memoria de date si memoria de program dar si alte interfete de intrare si iesire.

Microprocesorul ales este un Atmel Atmega328 atasat pe platforma de dezvoltare Arduino (fig 1.2).

Arduino este una din cele mai simple de utilizat platforme cu microcontroler, te poti gandi la el ca un minicalculator fiindca are puterea de calcul a unui calculator obisnuit de acum 15 ani, fiind capabil sa culeaga informatii din mediu si sa reactioneze la acestea.

In jurul platformei de dezvoltare Arduino exista un ecosistem de dispozitive foarte bine dezvoltate. Orice fel de informatie ti-ai dorii sa culegi din mediu, orice alta conexiuni cu alte sisteme ai avea nevoie, exista o sansa foarte mare sa gasesti un dispozitiv pentru Arduino capabil sa iti ofere ceea ce ai nevoie. De asemenea comunitatea Arduino este una foarte mare, o comunitate unde daca ai probleme sigur gasesti pe cineva sa te ajute, sa iti explice si sa iti duca ideea la un alt nivel. Arduino are propiul lui limba de programare, limbaj pe care si companiile mari precum Intel cu platforma Galileo (fig 1.3) incepe sa il adopte tocmai datorita ecosistemului puternic dezvoltat si al comunitatii.

Tensiunea de operare la nivel logic al microprocesorului este de 5V insa tensiunea recomandata de intrare este intre 7V si 12V. Pentru ca folosim un modul de incarcare vom tensiunea de intrare va fi egala cu tensiunea logica de operare a microprocesorului, acest lucru nu va fi o problema deoarece modulul de incarcare reuseste sa scoata la bornele de iesire un aperaj destul de mare, astfel nevoia de o tensiune mai mare se compenseaza cu un amperaj mai puternic eliminandu-se posibilitatea unei resetari din cauza unei scaderi bruste de tensiune la pornirea motorului.

Motoare pas cu pas si drivere de motoare

O definiție simplă a motorului pas cu pas (Fig 1.4) este: „un dispozitiv electromecanic care convertește impulsurile electrice în mișcări mecanice discrete”. Axul motorului pas cu pas execută o mișcare de rotație în pași incrementali discreți când este aplicată în secvența corectă o comandă electrică în pulsuri. Rotația motorului este strâns legată de caracteristicile acestor impulsuri electrice.

Astfel direcția de rotație a motorului este direct legată de secvența în care sunt aplicate pulsurile electrice, de asemenea și viteza de rotație este direct dependentă de frecvența impulsurilor electrice iar deplasarea unghiulară este direct dependentă de numărul de pulsuri electrice aplicateÎn comparație cu alte tipuri de motoare (motoarele de curent continuu sau motoarele de curent alternativ asincrone și sincrone) motorul pas cu pas are o serie de avantaje:

Rotația unghiulară a motorului este proporțională cu pulsul electric aplicat;

Motorul are moment maxim în poziția oprit dacă bobinele sunt alimentate;

Poziționare precisă, cu o eroare de 3-5% la un pas, care nu se cumulează de la un pas la altul;

Răspunsuri excelente la pornit/oprit/schimbarea direcției de rotație;

Fiabilitate excelentă deoarece nu există perii de contact la motor, deci durata de funcționare depinde de rulment;

Posibilitatea de a obține viteze foarte mici cu sarcina legată direct pe axul motorului;

gamă foarte largă de viteze de rotație;

Fiecare revoluție a axului motorului este alcătuită dintr-o serie de pași discreți. Un pas este definit ca fiind rotația unghiulară a axului motorului la aplicarea unui impuls de comandă. Fiecare impuls face ca axul să se rotească cu un anumit număr de grade caracteristic fiecărui tip de motor. Un „pas unghiular” reprezintă rotația axului motorului la fiecare pas, și se măsoară în grade

Modul de funcționare al motorului pas cu pas este simplu. În momentul când o bobină este alimentată apare un flux magnetic în stator. Direcția fluxului poate fi determinată folosind „regula mâinii drepte”. Prin „energizarea” în secvența corectă a bobinelor statorului, motorul va efectua rotația dorită. De obicei motoarele pas cu pas au două faze, dar există și motoare cu trei sau cinci faze. Un motor bipolar cu două faze are o bobină/fază iar un motor unipolar are o bobină cu priză centrală/fază. De multe ori motorul unipolar este catalogat ca fiind un motor cu patru faze deși el are numai două faze. Există și motoare care au două bobine separate/fază – acestea pot fi conduse fie ca un motor bipolar sau ca un motor unipolar.

Rezoluția unghiulară sau pasul unghiular al unui motor pas cu pas este dat de relația dintre numărul de poli pe rotor și numărul de poli pe stator, și numărul de faze.

Pas unghiular = 360 / (NPh x Ph) = 360/N [1.1] ,unde

NPh – numărul de poli echivalenți /fază= numărul de poli pe rotor,

Ph – numărul de faze,

N – numărul total de poli pentru toate fazele. În cazul în care numărul de poli de pe rotor și stator nu este egal, această relație nu mai este valabilă.

Comanda cu micropași (micropășire) Acest mod de comandă se bazează pe controlul curentului în înfășurările motorului, astfel încât se divide numărul pozițiilor între poli. Astfel, pentru un motor cu un pas unghiular de 1,8, se pot obține deplasări de 1/256 dintr-un pas, deci un număr de 51200 de pași la o rotație completă a rotorului motorului. Micropășirea se utilizează în aplicațiile care necesită o poziționare foarte precisă și o rezoluție ridicată, într-un domeniu mare de viteze.

Controlerul este un microprocesor care generează impulsuri de pași și semnale de direcție către driver (Fig1.5). Driverul (amplificatorul) convertește semnalele de comandă de la controler în puterea necesară pentru alimentarea înfășurărilor motorului.

Performanțele în viteză și cuplu ale motorului pas cu pas se bazează pe trecerea curentului de la driver la înfășurările motorului. Valoarea curentulului și timpul în care curentul ajunge la înfășurări sunt limitate de valoarea inductanței înfășurărilor. Pentru reducerea efectului inductanței, circuitele driverelor sunt proiectate astfel încât să se alimenteze la o tensiune mai mare decât tensiunea nominală.

Limitatoare de cursa

Limitatorul de cursa (Fig1.6) este un comutator actionat de deplasarea unei componente a unui utilaj. Limitatorii se pot utiliza ca mecanisme de siguranta sau, impreuna cu un numarator de impulsuri, pentru a numara de cate ori se deplaseaza un obiect. Limitatorul este un dispozitiv electromecanic ce este compus dintr-un actuator conectat la un set de contacte. Atunci cand un obiect actioneaza actuatorul, acesta actioneaza la randul lui contactele pentru a deschide sau inchide o conexiune electrica. Actuatorul poate avea forme diferite, in functie de aplicatie: rola, arc, brat reglabil, s.a.

2. Componente mecanice

2.1 Tabla aluminiu

Materialul semifabricat din care se va produce piesele masinii CNC este DIN EN AW-5083 Al Mg4.5 Mn0.7 (Anexa 1), proiectul are nevoie de doua grosim de tabla respectiv 10mm si 15mm. Materialul este ales pentru prelucrabilitatea lui buna cu scule uzuale.

2.2 Profile aluminiu

Acelasi material este folosit si pentru profilele 20X60.

2.3. Curele si fulii GT2

Fulia (Fig 2.1) este realizata din aluminiu si are 20 de dinti. Cureaua (Fig 2.2) este din cauciuc ramforsat cu fibra de sticla.

2.4 Tije filetate si piulite anti backlash

Tija filetata (Fig 2.4) aleasa are diametrul de 8mm, filet trapezoidal cu pasul de 2mm si un sngur inceput din otel inoxidabil. Piulita (Fig 2.3) este formata din 3 parti – doua piulite mai mici din alama interconectate si un arc ce se afla intre ele ceea ce le face sa se tensioneze una pe alta si sa atinga tot timpul tija filetata. Acest tip de piulita este folosit pentru o mai buna precizie de revenire.

2.5 Sisteme de ghidaje liniare si lagare in carcasa

3. Modelul 3D

Masina CNC prezina o usa de acces ce previne utilizatorul sa introduca mana in interiorul masinii in timpul programului de lucru. Tot o data sistemul inchis ajuta la mentinerea unui spatiu de lucru curat si la reducerea nivelului de zgomot.

Bibliografie

Motoare de curent continuu – Jun 02, 2013 by Zobu Daniel

Pulse-width Modulation – JORDANDEE

https://learn.sparkfun.com/tutorials/pulse-width-modulation

Motor electric de curent continuu

https://ro.wikipedia.org/wiki/Motor_electric_de_curent_continuu

ZMorph Launches 3 New Tool Heads for Their All-in-One 3D Printer – By Doris – Oct 1, 2015

https://www.3printr.com/zmorph-launches-3-new-tool-heads-for-their-all-in-one-3d-printer-5531156/