Conducător științific: Absolvent: Șl. dr. ing. Ioan-Dragoș DEACONU Mihai TUDORANCEA Mașină-unealt ă cu comand ă numeric ă (CNC) 2 Introducere. Mașini… [622605]

1

Conducător științific: Absolvent: [anonimizat]. Ioan-Dragoș DEACONU Mihai TUDORANCEA

Mașină-unealt ă cu
comand ă numeric ă
(CNC)

2
Introducere. Mașini unelte – stadiul actual ______________________________ 4
Capitolul 1: Descrierea și funcționarea CNC ______________________________ 5
Aparitia aparatelor cu control numeric ________________________________ ____________ 5
Tehnologia controlului numeric ________________________________ __________________ 5
Domeniile de aplicare ________________________________ __________________________ 6
Adva ntaje și dezavantaje ale masinii CNC ________________________________ __________ 6
Avantaje ________________________________ ________________________________ ________ 6
Dezavantaje ________________________________ ________________________________ ______ 7
Componente CNC generalități ________________________________ ___________________ 7
Caracteristici necesare ________________________________ _____________________________ 7
Cale de glisare ________________________________ ________________________________ ____ 7
Freza ________________________________ ________________________________ ___________ 7
Motoare pentru glisare ________________________________ _____________________________ 7
Sistemul de feed -back ________________________________ _____________________________ 8
Sistemul de schimb automat de capete ________________________________ ________________ 8
Sistemul automat de schimb a mesei ________________________________ _________________ 9
Sistemul de control al mișc ării ________________________________ ___________________ 9
Control punct la punct: ________________________________ _____________________________ 9
Control 2D: ________________________________ ________________________________ ______ 9
Control de tăiere dreaptă: ________________________________ __________________________ 9
Control 21/2D: ________________________________ ________________________________ ___ 9
Control de tăiere în contur: ________________________________ _________________________ 9
Control 3D ________________________________ ________________________________ _______ 9
Sistemul de glisare ________________________________ ____________________________ 10
Motoare ________________________________ ________________________________ _______ 10
Sistem de glisare cu șurub ________________________________ _________________________ 10
Sistemul de FEED -BACK ________________________________ ________________________ 11
Traductoare de viteză ________________________________ _____________________________ 11
Sistem feed -back de poziție ________________________________ ________________________ 11
Endstop ________________________________ ________________________________ ________ 12
Telecomandă ________________________________ ________________________________ ____ 12
Sistemul automat de curățare a mesei ________________________________ _______________ 12
Capitolul 2: Proiectare 3D CAD ________________________________ _______ 13
Programe de proiectare CAD ________________________________ ___________________ 13
Autodesk Inventor ________________________________ ____________________________ 14
Proiectarea pieselor ________________________________ ___________________________ 14
Freză ________________________________ ________________________________ __________ 14
Motoare pas cu pas ________________________________ ______________________________ 15
Șurub trapezoidal ________________________________ ________________________________ 15
Axe de ghidaj ________________________________ ________________________________ ____ 15

3
Încastrări cu și fără rulmeți ________________________________ _________________________ 16
Șurub cu bile ________________________________ ________________________________ ____ 16
Prindere mobilă pe axul de ghidaj ________________________________ ___________________ 16
Șuruburi ________________________________ ________________________________ ________ 17
Surse ________________________________ ________________________________ __________ 17
Ansamblare plus proiectare corp ________________________________ ________________ 18
Axă Z ________________________________ ________________________________ __________ 18
Axă Y ________________________________ ________________________________ __________ 18
Axa X ________________________________ ________________________________ __________ 18
Proiectare finală ________________________________ ______________________________ 19
Capitolul 3: Calculul și dimensionarea componentelor ____________________ 20
Stabilire condiții ________________________________ ______________________________ 20
Alegerea frezei ________________________________ _______________________________ 20
Dimensionare a axe ________________________________ ___________________________ 21
Dimensionare motoare ________________________________ ________________________ 26
Dimensionare carcasă ________________________________ _________________________ 28
Capitolu l 4: Achiziționarea pieselor și considerații economice _____________ 31
Piese achiziționate: ________________________________ ___________________________ 31
Capitolul 5: Ansamblare și reglajul fin al aparatului ______________________ 37
Ansamblare parte mecanică: ________________________________ ___________________ 37
Ansamblare parte electrică: ________________________________ ____________________ 39
Calibrare și relegajul fin al aparatului: ________________________________ ____________ 41
Capitolul 6: Prezentarea modului de funcționare. Teste de laborator. _______ 44
Proiectare Test: ________________________________ ______________________________ 45
Executare te st: ________________________________ _______________________________ 48
Capitolul 7: Concluzii și direcții de dezvoltare ulterioară __________________ 49
Introducerea unei a patra axă: ________________________________ _____________________ 50
Bibliografie: ________________________________ _______________________ 51

4
Mașină -unealt ă cu comandă nume rică
(CNC)

Introducere. Ma șini unelte – stadiul actual

Tema constă în proiectarea, construcția și programarea unei mașini -unealtă de frezat cu
comandă numerică în 4 axe. Acesta este controlat prin intermediul calculatorului utiliz ându-se un
program software specializat. Se dorește ca performanțele tehnice s ă fie ridicate astfel se
urmărește o precizie cât mai mare cu un cost cât mai mic pentr u o suprafată de lucru medie.
Un CNC sau " computer numeric al control ed" adică mașini -unelte controlate cu ajutorul
calculatorului. Mașini le de prelucrare a diferitelor materiale sunt mașini sofisticate, care pot crea
piese complicate impuse de tehnologia modern ă. Cu viteză rapidă, și avansuri mari. CNC -ul
poate să înlocuiasc ă ,în limita de putere a frezei și alți factori mecanici, aparate ca: strungul,
mașini de frezat, mașini de tăiat cu laser, cu jet de apă, prese, frâne de presă, și alte instrumente
industriale. Termenul de CNC se refer ă la un grup mare de mașini care folosesc logica de
calculator pentru a controla mișcările și de a efectua prelucrarea metalelor.
CNC -ul în 4 axe poate fi folosit pentru procedee de gravare, prelucrare, frezare, găurire și
așchiere pentru diferite tipuri de material, lemn, metale, materiale plastice, minerale . Prin
combinarea acestor procedee putem ob ține obiecte sau sec țiuni din obiecte pentu a fi asamblate
mai t ârziu, astfel aceast ă unealt ă se poate autoreplica cu exceptia a componentelor electronice
fine. Aparatul funcționeaz ă în 4 axe, astfel avem un grad mai mare de libertate și putem s ă
adăugăm mai multe detalii pieselor ce dorim s ă le realiz ăm.

Exist ă deja o serie de programe preconcepute în scopul comenzii aparatului , de exemplu
cu ajutorul programului de grafică SolidWorks se realizează piesa dorită , apoi cu programul
SolidCAM se alege tipul instrumentului de t ăiere, apoi se alege viteza și avansul și se g enerează
instrucțiunile (Gcode). Cu instrucțiunile (Gcode) realizate se introduce în programul care
comandă freza CNC
Sunt multe programe ; unele cu plată , altele gratuite.
Exemplu: Mach3 în Windows
Turbocnc în Dos
Emc2 în Linux Ubuntu , care este gratuit

5

Capitolul 1: Descrierea și func ționarea CNC

Apari ția aparatelor cu control numeric

Cuvăntul cheie este automatizare, aparatele cu control numeric se bazeaz ă pe un sistem
de control mec anic primitiv . Pe masură ce compa niile au început s ă investeasc ă în cercetare și
dezvoltare a mași nilor capabile s ă realizeze produse într-un timp mai scurt la o calitate mai mare
cu o implicare a omului câ t mai mic ă, se creaz ă mediul prielnic pentru a da na ștere tehnologiei
cu control nu meric. În 1948 oamenii de științ ă din Massachusetts încep constucția unui calculator
compact cu rol de sistem de control al mașinilor -unelte, proiect realizat pentru U.S Air Force.
Acest aparat, primul de acest gen, este o freză atașată de un braț hidrauli c poziționat pe verticală
construit de către compania Cincinnati in 1948, aceasta dă startul la un avans tehnologic rapid în
domeniul controlului numeric.
În anul 1960, la conveția internațională din Hanover își fac apariția primele mașini cu
control numeric realizate de către fir me germane. În anul 1965 sunt realizate prima serie de
mașini cu control numeric ce au încorporat un sistem de schimb de capete automat. În anul 1969
apar aparate cu sistem de schimb a patului de lucru încorporat.
Din anul 1978 se observ ă o creștere rapidă a tehnicilor precum c ele de mișcare grafică
asistată, inserare interactivă de program, factori de scalare, comandă de duplicare în oglindă , etc.
au fost încorporați în sistemul de memorie a mașinii și crescând odat ă cu int egrarea
calculatorului în procesul de fabricare și procesare.

Tehnologia controlului numeric

Controlul numeric poate fi definit că un ansamblu de mașini -unelte ce efectuează operații
speciale prin intermediul unui set de instrucțiuni codate provenite d e la sistemul de control al
mașinii. Setul de instrucțiuni reprezintă o combinație de caractere, numere și simboluri selectate.
Toate instrucțiunile sunt scrise într-o ordine logică cu o formă predeterminată. Întreaga colecție
de instrucțiuni necesare pent ru mașina -unealtă se numește programul NC, CNC sau programul
component. Acest program poate fi memorat și utilizat de câte ori ne dorim pentru a ob ține
rezultate identice în orice moment de timp.
Aparatul cu control numeric modern utilizează un microproce sor intern ; acesta con ține
registre de memorie ce stochează o varietate de instrucțiuni utilizate la manipularea funcțiilor
logice. Acestea facilitează ca un programator să poată schimba sau ajusta controlul mașinii.
Această flexibilitate este cel mai mare avantaj al sistemului CNC și elementul ce permite o gamă
atât de largă în procesul de fabricare modern.
Programul CNC și funcțiile logice sunt stocate pe cipuri speciale ca instucțiuni de
software.
Este inportant s ă facem distin cția dintre NC și CNC, NC reprezentând control numeric,
iar CNC reprezentând control numeric computerizat . Termenul de NC poate să se refere la CNC
dar nu invers.

6
Domeniile de aplicare

CNC poate fi aplicat la orice tip de mașin ă-uneltă, de la cea mai simplă la cea mai
complexă. Ariile de aplicați e majore sunt următoarele:

1. Mașini de t ăiat metal: Frezare CNC, strun gire CNC, CNC de foraj , unelte de tăiere, CNC
de rectificat, etc.
2. Mașini de turnare metal: Mașini -unelte de presă, mulaje prin injecție/suflare , etc.
3. Procese nonconven ționale precum:
 Mașini de tăiat cu arc, plasmă .
 Prelucrare cu fascicul de electroni.
 Prelucrare cu fascicul laser.
 Prelucrare cu fascicul de ioni.
 Prelucrare cu ultrasunete , etc.
4. Mașini de sudat: TIG, MIG, sudare cu arc imersat, etc.
5. Sisteme de inspecție și controlul calitații: CMM, LMM.
6. Sisteme de asamblare, testare și manipulare echipamente.
7. Unelte și sisteme de manipulare la locul de munc ă.

În ziua de azi conceptul de CNC este aplicat în toate aspectele de producție și raza de
aplicabilitate se m ărește de la zi la zi. Evoluția rapidă a tehnologiei CNC a transformat întreg
procesul de producție și conduce către concepte moderne precum CIM – Computer Integrated
Manufacturing sau producție cu calculatoare integrate.

Advantaje și dezavantaje ale masinii CNC

Avantaje

 Creșterea eficienței, reducerea timpului mort:
Aceasta se datorează numărului redus de mișcări necesare, timpului relativ scurt de preparare,
schimbul automat de capete, etc.
 Consistența timpului de t ăiere:
Mașinile de CNC sunt sub controlul unui calculator . Beneficiul major este faptul c ă timpul în
care se produce o tăiere este acelaș i de fiecare dată. Procesele repetitive, mai ales pe o bandă de
producție, se pot a loca eficient astfel î ncât să știm exact un interval orar pentru fiecare proce s.
 Flexibilitatea în procesele de fabricație:
Aparatele de CNC se pot modifica și adapta pentru orice proces necesar producției.
 Creșterea calitații:
Pisele produse de c ătre un CNC sunt mult mai precise, se efectueză mai puține verificări pentru
controlul calității.
 Reducerea spațiului de depozitare pentru unelte.
Se datorează numărului mic de unelte necesare pentru instalație și punere a în funcțiune a unui
CNC . De asemenea , faptul că aceeași unealtă se poate utiliza pentru mai multe aparate reduc
conside rabil nevoia de spațiu de depozitare.

7
 Reducerea suprafeței de producție:
Din moment ce un CNC îndeplinește rolul a mai multe aparate conven ționale , acest fapt duce la
o suprafața de lucru considerabil mai mică.

Dezavantaje

 Costul ridicat de achiziție:
Costul ridicat se datorează a tuturor pieselor și al preprogramării aparatului.
 Costul ridicat de mentenanță:
Deoarece un CNC este un aparat destul de complex, defectele și erorile ce pot apărea sunt destul
de greu de rezolvat . Astfel costul de mentenanță cre ște considerabil.
 Necesarul de anga jați califica ți:
Pentru a opera aparatele de CNC avem nevoie de personal competent, aceasta necesit ând un cost
mai mare.

Componente CNC generalități

Caracteristici necesare
Aparatul final trebuie s ă îndeplineasc ă niște condiții prestabilite ce le vom adresa vag în
termeni de calit ăți, nu date concrete:

1. Rigiditate mare în raport cu greutatea
2. Stabilitate termic ă
3. Caracteristic ă bună de amortizare
4. Precizie de t ăiere mare
5. Timp de efectuare procese relativ mic

Cale de glisare
Pentru a opera pe axa x și y avem nevoie de piese și componente ce glisează liniar,
elemente purtătoare de antifricțiune, cum ar fi re circula ția cu bile /recirculare Bucș ă cu bile.
Moduri de alunecare hidrostatică sau aerostatică , garnituri din plastic sau nemetalice, cum ar fi
PTFE (Poli Tetra Fluro de etilena), t urcite B, etc.

Freza
O gamă largă de turații pentru freză în scopul satisface rii parametrilor de tăiere , se pot
folosi motoare de curent continuu cu redresor controlat de siliciu sau motoare de curent alternativ
cu o frecvență variabilă. Se dorește orientarea axului vertical pentru cazul în care dorim
schimbarea automată a sculelor și a aplicațiilor fine.

Motoare pentru g lisare
Patinele sunt acționate de un mecanism de precizie cu șurub cu bile de recirculare
condusă de servomotoare. Se pot folosi motoare de curent continuu cu redresor controlat de
siliciu sau motoare de curent alternativ cu o frecvență variabilă controla tă.

8
Sistemul de feed -back
Precizia pozițion ării a oricărui CNC este dată prin măsurarea poziției sau a deplasării
glisantei și compararea acesteia cu poziția comandată de program . Apoi sistemul servo pune în
mișcare sistemul glisant astfel înc ât diferența între poziția comandată și poziția reală este adusă
la valoarea m ăsurată de zero. Sistemul de m ăsură a poziției pote fi direct sau indirect .
Dispozitivele de măsurare sunt senzori inductivi liniari, senzori optici, encodere rotative, senzori
inductivi prin rotație, sistem de rezolvare fară perii, etc.

Sistem cu buclă deschisă
Într-un sistem cu buclă deschisă nu există o comparație între poziția frezei și comanda de
poziție. Acest sistem nu este folosit în cazurile în care avem nevoie de precizie foarte mare .

Sistem cu buclă închisă
Într-un sistem cu buclă închisă există dispozitive pentru detectarea și compararea poziției
dispozitivului de t ăiere cu comanda de poziție dat ă de calculator. Prezența unui encoder asigur ă
citirea continuă a distanței parcursă de dispozitivul de tăiere, compară cu semnalul de comandă ,
apoi trimite un semnal de feed -back c ătre sistemul de control, acesta trimite semnal de comandă
corectat pentru datele citite de encoder p ână când eroarea devine nulă.

Sistemul de schimb automat de capete
Schimb ătorul automat de capete este o componentă ce reduce considerabil timpul de
efectuare a unor operații . El crește productivitatea prin reducerea timpului de schimbare a
capetelor de freză . Această schimbare poate dura între 2 și 6 secunde iar compartimentul de
capete poate conține între 30 și 140 de capete și acesorii .

Fig. 1.2 Schema bloc a unui sistem cu buclă închisă Fig. 1.1 Schema bloc a unui sistem cu buclă deschisă

9

Sistemul automat de schimb a mesei
Similar sistemului de schimb automat de capete, ridică nivelul productivității prin
scăderea timpului de înlocuire a unui mese de lucru. Acest sistem este în principal utilizat la
aparatele ce au un produs terminat în lăcașul de lucru și trebuie înlocuit cu o component ă nouă
pentru a fi prelucrată. Dupa ce este înlocuită, masa este prinsă apoi de o forță considerabilă
printr -un sistem hidraulic sau mecanic. Acest sistem poate s ă fie cu 2 mese interschimbabile sau
mai multe.

Sistemul de control al mișc ării

Există 6 tipuri de control al mi șcării la sistemele cu control numeric:

Control punct la punct:

Sistemele cu control punct
la punct controlează o ax ă
în special în timp ce
celela lte 2 axe execută
numai mișcări rapide, de
exemplu forajul.

Control 2D:

Aparatele cu control 2D au
control special pe 2 sau 3
axe simultan, acestea pot
așchia doar la o adâncime
constantă înt -un singur
plan (X,Y).

Control de tăiere dreaptă :

Acest sistem controlează 2
axe în special, dar nu
simultan ; rezultă
executarea operațiilor pe
axa X și pe axa Y, aceasta
fiind limitată.

Control 21/2D:

Aparatele cu control 21/2D
pot avea control special pe
oricare 2 axe X -Y, X -Z,
Y-Z, astfel putem să
așchi ăm ori la o adâncime
constantă sau în contur.

Control de tăiere în contur:

Acest sistem are control
special în toate cele 3 axe
și poate să mențină acest
control în toate axele
simultan. Aparatele de
frezat cu acest tip de
control sunt capabile să
taie în linie dreaptă, cerc,
oval, etc.

Control 3D

Aparatele cu control 3D
pot avea control special în
toate cele 3 axe. Aceasta
poate s ă așchieze la
adâncimi variabile în orice
formă specială dori tă.

Fig. 1.3 Fig. 1.4 Fig. 1.5
Fig. 1.6 Fig. 1.7 Fig. 1.8
Fig. 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8 Exemple a diferitelor tipuri de mi șcare

10
Sistemul de glisare

Motoare
Motoarele pas cu pas sau servomotoarele controlează mișcarea pe axe a dispozitivului de
tăiere. Pentru a obține o precizie c ât mai mare în distanțele parcurse și a vitezei aplicate pe
acestea se folosesc motoarele pas cu pas. Principiul prin care acestea functionează este printr -un
impuls de la unitatea de control . Axul motorului se va roti cu un unghi specific numit pas.
Mărimea pasului de pinde de fiecare motor în parte . Acesta poate varia între 7.5 – 1.8 grade. Asta
înseamnă c ă o rota ție întreagă se poate diviza în pași, cuprinzând între 48 – 200 de pași. Dacă un
singur impuls este primit de către motor, acesta se va roti cu un singur pas . Astfel viteza de rotire
a axului și durata de rotire a motorului este controlată de c âte pulsuri primește acesta . Numărul
de pulsuri este dat de către sistemul de control . Astfel că nu este necesar un sistem de citire a
vitezei motorului sau a poziției di spozitivului de tăiere deoarece acestea pot fi calculate intern.
Utilizarea motoarelor pas cu pas simplifică mult sistemul deoarece nu mai este necesar un sistem
de feedback pentru poziție . Astfel diminuâm și costul total. Acest avantaj este prezent doar î n
aparatele de puteri joase deoarece motoarele pas cu pas nu furnizează o putere considerabilă .

Sistem de glisare cu șurub
Sistemul se folosește șuruburi trapezoidale ca mecanism de acționare liniară . Acestea
prezintă un număr mare de avantaje:
1. Eficiența mare : comparativ cu benzile elastic, acestea au un randament de peste 90% ; de
asemenea , puterea necesară e mai mică datorită frecării mici , 0.1 la șuruburile
trapezoidale și 0.01 la șuruburile cu bile.
2. Rotire inversă : sistemul este reversibil , astfel nu este necesar un sistem complex pentru a
mișca sistemul în sens opus.
3. Durata de viață lungă : deoarece frecarea este mica, acesta poate s ă fie utilizată pe o
durată mare de timp , până apare uzura.
4. În cazul șuruburilor cu bil ă, nu apare efectul de sudură la rece . Acest fenomen este
caracterizat prin lipirea a 2 componente lubrifiate ce se află în contact, astfel nu avem
momente sacadate.
Fig. 1.9 Șurub cu bile

11

Sistemul de FEED -BACK
Traductoare de viteză
De obicei măsurăm viteza cu un dispozitiv numit tachogenerator ; acesta generează la
borne o tensiune proporțională cu viteza. Acesta este încorporat în carcasa servomotorului pe
axul acestuia. Tensiunea generată este transmisă către calculator pentru a măsura în timp real
vitez a.

Sistem feed -back de poziție
Cea mai bună metodă de a m ăsura poziția dispozitivului de tăiere este de a avea o citire
continuă a poziției acesteia relativ față de punctul de referință . Obținem poziția dispozitivului de
tăiere prin măsurarea mișcării sistemului de glisare cu aparate precum traductoare rotative sau
liniare.

Traductoare de pozi ție liniare
Acest dispozitiv se bazează pe un principiu
fotoelectric ; acesta măsoară deplasarea dispozitivului de
tăiere de la un punct de referință fix. Traductorul liniar este
compus din tr-o serie alternantă de linii transparente și opace ,
paralele , așezate pe o linie , constituind un element, iar
celălalt este o diodă cu o celulă fotoelectrică. Primul element
este așezat pe calea de rulare a sistemului de glisare, iar
celălalt este așezat pe sistemul de glisare , fiind mobil. Celula
fotoelectrică generează un semnal de fiecare dată când este
expusă la lumină prin dung transparente, numărând aceste
pulsuri și știind distanța între 2 linii transparente consecutive
putem calcul a distanța pe care o parcurge un element.

Traductoare de poziție rotative
Există traductoare ce operează prin măsurarea vitezei unghiulare a unui element rotitor,
iar prin cunoa șterea pasului elementului rotitor , unitatea de procesare poate calcula poziția
dispozitivului de tăiere. Există și traductoare de poziție rotative ce funcționează pe principiul
fotoelectric, acestea fiind cele mai comune. Traductoru l ce se bazează pe principiul fotoelectric
este compus din tr-un element diodă cu celulă fotoelectrică și un element în formă de disc cu zone
transparente și opace uniforme. Când discul se rote ște, lumina de la diodă trece prin zona
transparentă și este citită ca un semnal de celula fotoelectrică . Știind p asul șurubului, num ărul de
zone transparente pe rotire, unitatea de procesare calculează distan ța parcursă de element. Pentru
a cunoaște direcția de rotire se mai introduce încă o celulă fotoelectrică.

Fig. 1.10 Ansamblul traductorului de poziție
Fig. 1.11 Ansamblul traductorului de viteză

12
Endstop
Un CNC ce funcționează într -un sistem cartesian necesită un punct de referință. Punctul
de referință este poziția preprogramată în calculator a dispozitivului de tăiere la care se începe
operația de frezare. Pentru a ajunge în acela și loc de fiecare dată se utilizează end stop-uri. Aceste
dispozitive în general sunt mini întrerupătoare . Când se atinge o poziție dorită ce se traduce mai
departe sub forma de semnal se opre ște sistemul de glisare. Endstop -urile se folosesc la
determinarea punctului de referință și oprirea sistemului în caz de depă șire a zonei de lucru.
Exist ă endstop -uri mecanice, optice, magnetice . Se pot înlocui cu un senzor de proximitate dar
acesta este r ar folosit din considerente economice. Endstop -ul mecanic este cel mai simplu și des
folosit . El este un întrerupător deschis ce odată acționat trimite un semnal și sistemul se oprește.

Telecomandă
Pentru a facilita controlul CNC -ului se folosește telec omanda ca interfață. Exist ă
telecomenzi wireless care se folosesc de ajutorul calculatorului . Dezavantajul lor este exist ența
unei întârzieri între comandă și rezultat. Telecomanda ce acționează direct pe placa de control
este mai favorabilă deoarece acest a se poate folosi și în abse nța calculatorului și nu exist ă
întârzieri considerabile între comandă și rezultat . Telecomanda este în principiu un accesoriu
pentru verificarea funcționalității aparatului și în gene ral, pentru a vedea deplasarea pe axe.
Telec omanda nu este concepută pentru tăieri sau alte operații complexe ; în cazuri excepționale
aceasta este folosită în perforarea unor puncte marcate direct pe materia l.

Sistemul automat de curățare a mesei
Pentru că CNC -ul este conceput pentru a funcționa timp îndelungat , rezultă un num ăr
mare de procese de tăiere . Cu fiecare tăiere exist ă material rezidual care , în cantitați mari , duce la
scăderea preciziei aparatului. Pentru a asigura funcționarea optim ă a aparatului pe timp
îndelungat și pentru a nu bloca alte dispozitive ce lucrează în interiorul CNC -ului avem nevoie
de un sistem ce îndep ărtează acest exces. Există 2 moduri de a îndepărta materialul rezidual.
Primul este dat de acțiunea de aspirare : existența unui dispozitiv ce aspiră atașat în vecinătatea
dispozitivului de tăiere asigur ă nivelul mic de material rezidual. Alternativ se poate efectua
procesul de îndepărtare a materialului nedorit manual. A doua modalitate de îndepartare a
rezidului este suflarea, cea mai des folosită , deoarece ra ndamentul este mai mare dec ât în cazul
aspirării . Se poate realiza cu un compresor ce conduce aer către o duză atașată de dispozitivul de
tăiere. Acesta este conceput s ă îndep ărteze rezidul din jurul frezei pentru ca a paratul să
funcționeze la parametri op timi.

13
Capitolul 2: Proiectare 3D CAD

Programe de proiectare CAD

Un program de proiectare CAD reprezint ă software -ul ce utiliz ează calculatorul sau
stația de lucru pentru a ajuta la creerea, modificarea, optimizarea și analizarea unui produs.
Acesta are ca scop să crească productivitatea inginerului proiectant precum și calitatea
produsului conceput. Termenul CAD, prescurtarea Computer Aided Design and Drafting tradus
Proiectarea și Redactarea Asistată de Calculator , este atașat de fiecare program de proiectare.
Programele CAD înlocuiesc în întregime desenul manual, automatizând -ul și facând posibil
modificarea lor fară a începe un desen nou de la început.

În jurul anilor 1970 costul comparativ dintre proiectarea tradițională și cea asistată de
calculator începe să se diferențieze în favoarea stațiilor de lucru și ca urmare proiectarea
tradițională începe să decline.

Proiectarea și redactarea asistată de calculator este o unealtă utilizată de ingineri și
proiectanți pentru o multitudine de utilizări în multe profesii. Acesta este de 2 tipuri, 2D și 3D,
iar multe programe conțin ambele tipuri. În cazul curent ne vom referi la cea 3D.

Programul CAD are capabilitatea de a construi un obiect în cele 3 dimensiuni, indiferent
de forma acestuia. Obiectul poate fi conceput și manipulat foarte precis, dar cu cât complexitatea
și precizia acestuia cresc cu atât este necesar ca stația de lucru să fie dotată cu co mponente
hardware suficient de bune pentru a susține operațiile efectuate la o viteză agreabilă. Obiectul ui
în sine i se p ot atribui diferite caracteristici precum : densitate a materialului , maleabilitatea
materialului, conductivitatea acestuia, duritatea m aterialulu i, structura materialului și în final
culoarea acestuia. Avantajul cel mai mare a programului CAD este abilitatea acestuia de a
modifica o piesă proiectată și reutilizarea acestuia în proiecte le viitoare ori de câte ori avem
nevoie. Programul est e capabil ulterior s ă analizeze piesa concepută din diferite aspecte:
aerodinamica piesei, eficiența mecanică, eficiența electrică, rezistența obiectului încadrat într -un
sistem și expus la forțele prezente în system, etc . Există posibilitatea ansamblării a mai multor
obiecte proiectate într -un sistem și analizarea sistemului ca întreg. Toate aceste funcții reprezintă
avantajul proiectării unui sistem sau obiect într -un program CAD față de proiecta rea pe h ârtie,
realizarea prototipului și testarea acestuia . Programul oferă mai puține iterații de realizare a
produsului ca prototip pâna la realizarea produsului final , astfel se reduce costul și crește
eficiența.

14
Autodesk Inventor

“Misiunea Autodesk este de a construi
instrumente so ftware ce permit oamenilor s ă își
experimenteze ideile înainte de a le transforma
în realitate.

Ca lider mondial î n dezvoltarea aplicaț iilor software CAD 3 D pentru proiectare
profesională în arhitectură, construcț ii, infra structur ă, mecanic ă, inginerie ș i divertisment,
Autodesk ofer ă cel mai larg portofoliu de produse, ajut ând peste 10 mi lioane de clien ți,
incluz ând toț i membrii Fortune 100, s ă inoveze continuu prin designul digital, vizualizarea și
simularea performan țelor în lumea real ă a proiectelor lor. ” (www.autodesk romania.ro)

Programul a fost ales în asistarea proiectării CNC -ului deoarece acesta oferă capabilitatea
proiectării pe piese și ulterior asamblarea lor, oferind o relație între acestea. Programul oferă o
componentă software de CAM care permite conversia unui model 3D în instrucțiuni și ulterior
aceste instrucțiuni s ă fie traduse în limbaj de G code, limbaj citit de softul de acționare a CNC –
ului. Toate aceste avantaje și o pțiuni sunt gratuite pe o perioadă de 3 ani pentru orice student ce
se înscrie pentr u o copie a sofwarului, acesta fiind motivul decisiv în utilizarea programului în
proiectarea CNC -ului și ulterior proiectarea pieselor ce urmează a fi prelucrate și produse de
CNC.

Proiectarea pieselor

Freză
Majoritatea frezelor cu o putere mai mic ă
de 0.8 kW ce pot fi achiziționate au o formă
relativ asemăn ătoare. Acestea sunt răcite forțat
cu aer ; prezintă un ventilator la capăt, marcat cu
roșu. De asemenea a fost proiectat ă și prinderea
acesteia.
Fig. 2.1 Prindere freză Fig. 2.2 Freză

15
Motoare pas cu pas
Am ales proiectarea unui
motor pas cu pas tip nema 23 ;
caracteristicile acestuia nu sunt
definite, deoarece forma este
comuna cu o gama larg ă de modele .
Am atasat 4 pini pentru leg ăturile de
înfășurare.

Șurub trapezoidal
Proiectarea a 3 șuruburi trapezoidale cu diametrul exterior de 16 mm:
 1 x 300 mm axa Z
 1 x 800 mm axa Y
 1 x 1200 mm axa X

Axe de ghidaj
Proiectarea a 3 axe de ghidaj cu diametrul de 16 mm:
 2 x 300 mm axa Z
 2 x 800 mm axa Y
 2 x 1200 mm axa X

Fig. 2.3 Motor nema 23
Fig. 2.4 Șurub trapezoidal
Fig. 2.5 Bară de oțel

16
Încastrări cu și fără rulmeți
Încastrarea cu rulment este necesară
pentru a permite șurubului să se învârtă, dar
poziția sa axială să rămână constantă. Acest
sistem împreună cu un șurub cu bile permite
mișcarea liniară.

Încastrarea f ăra rulment este
necesară pentru a menține cât mai fix axul
de ghidaj. Acesta trebuie s ă asigure o
rigiditate ridicată. Aceasta are lăcaș pentru
șurub pentru o rigiditate mai mare.

Șurub cu bile
Această piesă a fost reprezentată
fără bilele conductoare datori tă faptului c ă
acestea sunt în interiorul piesei . Decizia a
fost de a reprezenta doar prinderile piesei și
orificiul în care intră șurubul trapezoidal.

Prindere mobilă pe axul de ghidaj
Această pies ă a fost concepută dup ă
modelul SC16UU componentă des utilizată
la axe de ghidaj de tip bara. Aceasta
prezină bile și ca urmare are un coeficient
de frecare mic. Piesa are rol de susținere a
componentelor atașate oferind rigiditate dar
păstrând mobilitate a de-a lungul unei axe.
Fig. 2.6 Încastrare cu rulment
Fig. 2.7 Încastrare simplă
Fig. 2.8 Șurub cu bile
Fig. 2.9 Patină cu bile

17

Șuruburi
Am folosit din libr ăria oferi tă de Autodesk Incentor șurubu l DIN 7984 M5 și
DIN 24032 M5. Primul a fost utilizat în num ăr de 42 de ori iar al 2 -lea de 4 ori.

Surse
Am proiectat 2 surse, una pentru freză, reglabilă , și una pentru întreg sistemul de
motoare, cea din urmă, necesitând o putere mai mare , prezintă un ventilator. Aceste surse nu sunt
detaliate ; au scop reprezentativ și es tetic.

Fig. 2.10 Șurub DIN 7984 M5 Fig. 2.11 Șurub DIN 24032 M5
Fig. 2.12 Sursă Freză Fig. 2.13 Sursă Sistem

18
Ansamblare / proiectare corp
După proiectarea tuturor componentelo r, ajungem la procesul de ansamblare . Acesta se
va face mai înt âi pe fiecare axă în parte cu șuruburile trapezoidale împreună cu încastr ări cu
rulment, șurubul cu bile , motorul pas cu pas , etc. Acestea for fi îmbinate cu piese nou proiectate
ce reprezintă corpul gândit. Aceste piese noi sunt realizate din lemn pentru a scădea costul de
producție. Construcția to tală va fi ulterior descompusă î n format .dwg pentru a fi tăiată la laser.

Axă Z
Axa Z susține și ghidează liniar freza,
aceasta fiind poziționat ă pe un corp de lemn.
Aceasta are rol de mișcare liniară de sus în jos
și invers menținând freza c ât mai fixă .

Axă Y
Axa Y susține și ghidează
ansamblul axei Z. Aceasta are rol ul de
a translata ansamblul axei Z de la
stânga la dreapta și invers, men ținând
ansamblul fix, reduc ând vibrațiile
transmise prin corp .

Axa X
Axa X susține și ghidează
ansamblul format din axa Z și axa Y.
Aceasta are rolul de a translata ansamblul
înainte, înapoi și viceversa, menținând
ansamblul fix, reduc ând vibrațiile
transmise prin corp. Acesta dublează cu
rol de pat, locul în care urmează s ă
prelucrăm materiale.

Fig. 2.14 Ansablu Axă Z
Fig. 2.15 Ansablu Axă Y
Fig. 2.14 Ansablu Axă X

19
Proiectare a finală

În cadrul ansamblării finale am compus cele 3 axe împreună cu freza și sursele aferente.
În programul Autodesk Inventor am randat aparatul final și am obținut imaginea de mai jos.

Acestă imagine va avea rol de ghid în dimensionarea, alegerea și achiziționarea
componentelor. Dimensiunile vor fi în mare parte respectate cu posibilitatea de modificare a
acestora pe parcurs. Componentele nu sunt neapărat cele ce vor fi utilizate în costrucția finală ;
aceasta pot fi înlocuite cu sisteme cu principii diferite, pe m ăsură ce optimizăm aparatul și ne
ajust ăm la produsele g ăsite pe piață , acesta va suferi modificări. De asemenea , m-am abținut din
introducerea legăturilor electronice prin cabluri pentru a păstra un aspect estetic plăcut . De aceea
prezența lor împreună cu lanțul portcablu nu se face remarcată în proiectare. Placa de acționare
lipsește deoarece există prea mul te modele și nu am decis în prealabil ce va fi folosit.

Fig. 2.15 Asamblare 3D a axelor x, y, z

20
Capitolul 3: Calculul și dimensionarea componentelor

Stabilire condiții
Pentru a calcula parametrii fiecărui componente în parte , trebuie mai înt âi să stabilim
caracteristici general e ale CNC -ului. Aceste condiții sunt impuse de creator și nu sunt stricte în
sensul în care se pune accent mai mare pe funcționalitatea aparatului dec ât dimensiunile cerute
de acesta. Dimensiunile de lucru sau spațiul în care putem efectua operația de tăier e va fi de
1.1m lungime 0.7m lățime și 0.3m înălțime. CNC -ul trebuie s ă fie capabil să extrudeze în diferite
materiale cu o densitate și duritate relativ mare , precum oțelul , la o viteză satisf ăcătoare. Aceste
condiții au rolul de a g hida dimensionările și alegerile componentelor.

Alegerea frezei
Este foarte important să alegem o freză în funcție de materialul în care lucrăm ; putem s ă
mergem pe o variantă foarte econo mică cum ar fi freze le încastrate în carcasă de plastic precum
unealta de tip dremel. Cele mai calitative freze sunt formate din motoare de curent continuu
“brushless” ce au motorul încastrat cu rulmenți de ceramică și carcasă de metal. Valorile
nominale de viteză ale frezei sunt 12000, 150 00, 18000, 24000, 40000 rotații pe minut dar
aceasta nu reprezintă valoarea la care acesta se poate înv ârti ci doar valoarea superioar ă,
deoarece aceasta se poate controla de un invertor. Nu există o frez ă pentru orice proces
tehnologic ; cu cât necesităm o putere mai mare cu at ât diametrul rulmenților crește, temperatura
crește, apare necesitate a măririi sistemului de r ăcire și implicit dimensiunile întregului corp se
modifică . Materiale precum lemnul de diverse densități, aluminiu, materiale compozite, etc.
necesită o viteză mare din partea frezei, iar materiale le precum fierul, oțelul, termoplastice, sau
alte materiale ce se pot deforma de la caldură , necesită o viteză redusă.

Fig. 3.1 Spațiul de lucru predimensionat

21
Caracteristicile frezei determină în principal viteza de extrudare a materialului ales.
Pentru o gamă largă de materiale este necesar s ă avem o freză cu turație variabilă, deoarece
trebuie s ă ajust ăm turația pentru fiecare tip de material. Freza trebuie să fie silențioasă și relativ
puternică pentru a tăia cu ușurință în material.
Luând în considerare materialele ce urmează să fie prelucrate cu o lamă de diametru
maxim de 7mm și cu considerentele economice vom alege o freză cu o putere de 0.4 kW până la
0.8 kW și o viteză reglabilă maximă d e la 12000 rpm până la 24000 rpm.
Dacă dorim să prelucrăm oțel, pe viitor va trebui să înlocuim freza achiziționată la una cu
urmatoarele specificații:
 Putere: 4 kW până la 6 kW
 Turație maximă: 18000 rpm până la 24000 rpm
Trebuie precizat faptul următor: dacă dorim s ă mărim diametrul maxim al lamei de tăiere, timpul
total de tăiere va crește considerabil . Pentru a compensa este necesar introducerea unei alte freze
cu o putere mai mare.

Dimensionarea axe

Sistemul de glisare diferă de la o mașină cu control numeric la alta, fiecare având
beneficile și dezavantajele sale. Decizia finală pentru a alege un anumit tip de sistem față de altul
este considerentul economic. Avem în ordine crescătoare a prețului următoarele tipuri de sistem:

Sistem pe curele: acest tip de sistem este prin cele mai ieftine și cel mai
utilizat în sistemele de dimensiuni mici. Fiind foarte fiabil ,
se poate utiliza în diferite moduri și amplasări. Eficiența
este de peste 80% și deoarece este și silențioasă e ste
alegerea multor personae. De asemenea, sistemul reduce
greutatea întregului sistem. Acest tip de sistem nu necesită
mentenanță ; în cazul unui defect piesa defectată se
înlocuiește. Sistemul prezintă dezavantaje considerabile
doar când mărim viteza moto arelor si temperatura de lucru .
Reducerea randamentului apare o dată cu creșterea puterii
motoarelor . Acest sistem are tendința să fie imprecis la
viteze mari, ocazionalele scăpări dintre curea și dinții rotiț ei
de acționare pot deregla foarte repede între g sistemul.
Acest sistem poate fi înlocuit cu lanț dar se pierd mult e
avantaje și astfel este mai rar înt âlnit.

Fig. 3.2 Motor montat pe sistem cu curele

22

Sistem cu șurub trapezoidal : Sistemul face conversia mișcării rotaționale în una liniară .
Aceasta este compusă din tr-un șurub conductor și o piuliță cu bile recirculante. Bilele ce se
regăsesc în număr ridicat la interiorul piuliței sunt singura suprafață de contact între șurub și
piuliță, rezultând un coeficient de frecare redus. Aces t tip de sistem este luat în considerare la
aplicațiile ce necesită precizie ridicată . Sitemul , fiind compus din șurub trapezoidal și o piuliță cu
bile, prezintă o eficien ță ridicată de peste 90% datorită coeficientului de frecare redus. S istemul
beneficia ză de o precizie mare cu o eroare de ordinul zecilor de microni la 300 metri parcurși.
Dezavantajul este dat de mișcarea liniară independentă nedorită dintre piuliță și șurub . Aceasta
este o problemă semnificatvă la viteze mari dar se poate rezolva prin in troducerea unei pante de
accelerație în multe cazuri sau preasamblarea cu încă o piuliță montată antiparalel. O altă
problemă este tendin ța de a intra în rezonanță la viteze mari . De exemplu , un șurub cu lungimea
de 2.5 metri și diametrul 2.5 centimetri are o frecvență de rezonan ță de 18 Hz, aceasta fiind
fixată la capete. Dac ă folosim prinderi ce absorb vibrațiile față de celelate fixe , frecvența de
rezonanță scad e la 8 Hz.

Sistemul va fi c alculat pentru 3 axe, cu șuruburile prinse în rulmenți la capete. Materialul
considerat va fi oțel C45, iar direc ția filetului înspre dreapta. Dimensiunile șuruburilor cu bile
vor fi predimensionate pentru fig 3.1 . Astfel avem axele:

 Axa X lungimea L 1150 mm cu diametrul exterior D 16 mm
 Axa Y lungimea L 750mm cu diametrul exterior D 16 mm
 Axa Z lungimea L 350mm cu diametrul exterior D 16 mm

Fig. 3.3 Desen tehnic șurub trapezoidal și piuliță cu bile

23

Odată dimensionat diametrul exterior al
șurubului, restul componentelor ce aparțin sistemului de
translație nu mai trebuie dimensionate. Acestea sunt
fabricate pentru a se uni de șurub într -o manieră cât mai
fixă și ușoară din punct de vedere al asamblării. Fiind
realizate în prealabil, trebuie s ă fim atenți la
achiziționarea pieselor corecte pentru diametrul nostru.
Astfel avem 3 piulițe cu bile recirculabile,
unul pentru fiecare axă, cu diametrul interior de 16mm.

Avem nevoie de 3 lagăre cap prindere motor,
unul pentru fiecare axă. În fig. 3.3 se observă că șurubul
este debitat la mărimi diferite pentru zone diferite. Zona
lagărului cap prindere motor este din stânga spre
dreapta, zona numărul 2 cu diametrul de 12 m m. Astfel
rulmentrul interior al lagărului trebuie s ă aibă diametrul
de 12 mm. Acesta este un element de legătur ă și fixare
între șurub și carcasa aparatului.

Avem nevoie de 3 lagăre cap terminal, unul
pentru fiecar e axă. În fig. 3.3 se observă că șurubul este
debitat la mărimi diferite pentru zone diferite. Zona
lagărului cap terminal este din stânga spre dreapta, zona
numărul 4 cu diametrul de 10 mm. Astfel rulmentrul
interior al lagărului trebuie s ă aibă diametrul de 10 mm.
Acesta este un element de legătur ă și fixare între șurub
și carcasa aparatului.

Avem nevoie de 3 carcase de piuliță , una pentru
fiecare ax ă. Carcasa este un elem ent de legătur ă între
piulița cu bile și obiectul translatat, el se fixează pe
piulița cu bile și îi conferă pos ibilitatea de ata șare cu
obiectul translatat. În fig. 3.3 observăm că diametrul
exterior a piuliței cu bile este de 28 mm. Astfel trebuie
achiziț ionat e carcase cu diametrul interior de 28 mm.
Fig. 3.4 Piuliță cu bile recirculabile
Fig. 3.5 Lagăr cap prindere motor
Fig. 3.6 Lagăr cap terminal
Fig. 3.7 Carcasă piuliță cu bile

24
Acest sistem este însoțit de sistemul de ghidaj. Ghidajele au rol de a prelua greutatea de
pe o axa, permițând șurubului trapezoidal să nu flambeze. G hidajele , după denumirea lor , au ca
rol principal limitarea mișcării de-a lungul unei axe. Acestea pot fi de dou ă feluri:

Sistem de ghidaj pe patine: (ghidajele rectangulare)

Ghidajele lineare sunt elemente de suspensie pentru mi șcări de transla ție. Cerin țele
impuse componentelor lineare sunt la fel de diverse ca și aplica țiile în care acestea sunt utilizate.
Astfel, la sistemele de transport și de alimentare se solicit ă în principal vitez ă și exactitate de
poziționare, în timp ce la ma șinile de m ăsurat se cere precizie și rigiditate.
Ghidajele rectangulare sunt mai costisitoare (datorit ă cheltuielilor mai ridicate de
produc ție); acestea dep ășesc în performan ță ghidajele cilindrice în aplica ții care necesit ă
rigiditate și precizie ridicat ă, precum și un raport dimensiune – sarcin ă mai bun. De asemenea,
aceste ghidaje suport ă sarcini ridicate și ofer ă precizie și rigiditate superioare și o durat ă de via ță
îndelungat ă.
Este necesar ă acordarea unei aten ții mari a modului de instalare a ghidajelor rectangular e,
deoarece acestea suport ă abateri maxime la paralelism egale cu clasa de toleran ță în care au fost
produse, respectiv 5, 20, 33 microni. Se recomand ă ca suprafe țele pe care ele sunt montate s ă fie
prelucrate cu un utilaj car e să asigure clasa de precizie .
La momentul instal ării patinei (c ăruciorului) pe ghidaj trebuie acordat ă atenție ridicat ă,
acestea fiind prev ăzute cu o pies ă de plastic care preseaz ă bilele pentru a evita dispersarea lor.
Piesa de plastic va fi înlăturată de pe ghidaj la momentul instal ării.

Fig. 3.8 Ghidaj liniar patină cu role Fig. 3.9 Ghidaj liniar patină cu bile

25

Sistem de ghidaj cilindric

Ghidajul liniar cilindric are aceeași utilizare pentru mi șcări de trasnlație, diferența fiind
faptul că forma șinei este cilindrică. A cestea se folose sc de bilele recirculabile pentru o alunecare
cât mai ușoar ă și pierderi prin frecare cât mai mici. Acestea sunt din nou de dou ă tipuri cele
simple și cele cu talpă.
Diferența dintre cele dou ă sunt pur const ructive, iar caracteristica cea mai semnificativă
este că cea cu talpă este lipsită de flambaj când aceasta este supusă la aceeași sarcină mecanică.
Acestea sunt compuse din tr-o tijă metalică ce este rectificată și călită , un rulment liniar ce se află
într-o carcasă și, după caz , talpă sau suporți axiali de capăt pentru ghidajul liniar cilindric simplu.

Alegem sistemul de ghidaj liniar cilindric cu talpă ca cel din fig. 3. 10 pentru rigidatea
acestuia, rezistența acest uia la flambaj și pe motiv de întărire a construției totale. Axele cilindrice
cu talpă se vor dimensiona în funcție de șuruburile trape zoidale. Deoarece piulița se deplasează
pe lungimea zonei 3 a șurubului , axele cilindrice cu talpă vor avea aceeași lungime cu această
zonă. Astfel , după desenul proiect at în fig. 2.15 și desenul tehnic al șurubului din fig 3.3
dimensionăm:

 Pentru axa x avem două axe de lungimea L 110 0mm cu diametrul exterior D 16
mm; acestea sunt însoțite de 4 rulmenți liniari.
 Pentru axa y avem două axe de lungime L 70 0mm cu diametrul exterior D 16
mm; acestea sunt însoțite de 4 rulmenți liniari.
 Pentru axa z avem o singură axă de lungime L 30 0mm cu diametrul exterior D 16
mm deoarece aceasta asi gură rigiditatea necesară de una singură ; sistemul dispune
de 2 rulmenți liniari.

Fig. 3.10 Ghidaj liniar cilindric cu talpă

26

Dimensionare motoare

Motoarele cele mai folosite ce pot acționa mișcarea de translație pentru fiecare axă sunt
servomotoarele și motoarele pas cu pas. Vom alege s ă lucrăm cu motoare pas cu pas deoaree
acestea sunt relativ mai ieftine, mai versatile, nu necesit ă decodificator ca la servomotoare, sunt
mult mai răspândite pe pia ță cu o durat ă de via ță mai lungă. Acestea trebuie ales e după tip ,
puterea și numărul de pași.
Din fericire există un site http://www.jvl.dk/cal/spindel.asp ce facilitează acest proces,
care poate fi utilizat în mod gratuit . Introducem datele noastre aproximate pentru tipul nostru de
aplicație în fiecare câmp necesar. Tipul nostru de aplicație este motor cu șurub trapezoidal
conducător ; astfel pagina următoare , ce necesită datele nominale pentru sistemul de transmisie ,
nu este necesar ă și va rămâne completat ă din oficiu.

Fig. 3.11 Tabel de intrare date

27

Fig. 3.12 Tabel de intrare date accelerații
Fig. 3.13 Tabel de date pentru motor

28

Site-ul ne oferă valorile finale ale motorului ce trebuie sa îndeplinească cerințele impuse.
Desigur că nu putem s ă achiziționăm un motor ce prezintă astf el de valori , așadar căutăm un
motor sa prezinte caracteristicile imediat superioare. Din fericire site -ul ne oferă la dispoziție și
un comparator ce compară valorile motorarelor din baza acestuia de date și astfel putem s ă
alegem un motor ce ne satisface nevoile. Motorul pas cu pas prezentat în fig. 3.13 se numește
MST231B02 și va fi motorul ce îl vom căuta pentu achiziționare.

Cupla elastică
Cupla elastică se alege în funcție de diametrul șurubului
trapezoidal și diametrul axului motorului ales . Diametrul
șurubului trapezoidal la cap ăt de motor este 10 mm iar
diametrul axului motorului este de 6.3 mm, astfel cupla elastica
va fi OD14L25 6.35x10mm .

Dimensionare Carcasă

Carcasa va respecta desenul din fig. 2. 15, astfel vom sparge desenul din nou în cele 3 axe
pentru a avea o ordine și coeerență în dimensionarea pieselor. Materialul ales va fi lemn tip mdf
cu o grosime de 8 mm și în cazul unor părți ce necesită o rezistenț ă mai mare vom dubla pereții.

Axa Z prezintă 4 piese de
dimensiuni diferite. Prima piesă
reprezintă suprafața de care se unește
freza (100 mm cu 100 mm). A doua
suprafață susține motorul și prezintă o
cavitate rezervată axului motorului ( 100
mm cu 1 00 mm cu diametrul de 24 mm).
A treia suprafață este opusă celei de -a
doua suprafețe (100 mm cu 100 mm), iar
a patra suprafață susține restul
suprafețelor și face legătura cu axa Y
(100 mm cu 380 mm)
Fig. 3.14 Exemplu cuplă elastică
Fig. 3.15 Ansamblu axa Z
Fig. 3.16 Desene DWG Z

29

Fișierele DWG au fost create de compania Autodesk și conțin date asupra desenelor 2D
sau 3D create într -un program de proiectare . Fișierele sunt scrise în limbaj binar ; în esență dețin
informații asupra vectorilor ce constituie desenul final. Acest tip de fișier este larg înt âlnit în
desenele de tip CAD unde este necesară precizia și exactitat ea fiecărei piese concepute. Aceste
piese sunt necesare în formatul DWG pentru a putea fi tăiate la laser și a obține astfel
dimensiunile lor exacte.

Axa Y prezintă la rândul ei tot 4
piese, dar luând în considerare mărimea
chenarului format de axa Y, am luat
decizia de a dubla pereții exteriori și
baza, astfel obținem un număr de 8
piese. Avem un set de piese în formă
de trapez dreptunghic (baza mică 45
mm, baza mare 120 mm, iar înălțimea
de 400 mm), două dintre acestea
prezintă o cavitate în care se poate
introduce axul motorului. Următoarea
suprafață are rol de bază și are aceeași
dimensiune cu partea superioară (800
mm cu 120 mm). Ultima piesă
reprezintă suportul pentru placa de
control TB6560 (180 mm cu 140 mm).

Fig. 3.17 Ansamblu axa Y
Fig. 3.18 Desene DWG Y

30

Toate aceste piese se vor uni în mare parte cu sistemul de glisare prin holșuruburi
destinate lemnului, pentru a permite mișcarea de translație. Piesele ce sunt menite a fi lipite între
ele for fi unite mecanic cu holșuruburi pentru lemn și întărituri de fier . În locuri le unde este
necesară ansamblarea și dezansamblarea vor fi folosi te șuruburi și piulițe. Pentru a întări
suprafața pe care se sprijină aparatul au fost tăiate 14 piese de lemn de marime 20 mm cu 40 mm
și grosimea 20 mm . Aceste piese vor fi ulterior montate sub sistemul de glisare pentru a oferi o
stabilitat e mai mare.
Axa X prezintă la rândul ei tot 4
piese, luând în considerare mărimea cutiei
formată de axa X, am luat decizia de a
dubla pereții exteriori, astfel obținem un
numar de 6 piese. Avem un set de 4 piese
în forma de dreptunghi (800 mm cu 60
mm) dintre care dou ă din acestea prezintă o
cavitate în care se poate introduce axul
motorului. Următoarea suprafață are rol de
bază pe care stau suporții și menține tot
aparatul la nivel (800 mm cu 1200 mm).
Ultima suprafață are aceeași dimensiune cu
partea inferioară (800 mm cu 120 mm) și
reprezintă masa aparatului, această
suprafață are rol de fixare și susținere a
materialului ce urmează a fi prelucrat.

Fig. 3.20 Desene DWG X Fig. 3.19 Ansamblu axa X

31
Capitolul 4: Achiziționarea pieselor și c onsiderații economice

Piese achiziționate:
Primele obiecte achiziționate au fost motoarele și partea electronică achiziționate de pe
siteul Aliexpress https://m.aliexpress.com/item/32684451255 .html .

Fig. 4.1 Primul pachet totalitatea pieselor

32
Pachetul conține:
 1 X Placă de control TB6560 4 axe
 1 X Telecomandă control pentru TB6560
 1 X Display extern universa l
 4 X 57BYGH633B 3A motoare pas cu pas
 1 X 24V/10A surs ă de alimentare
 1 X Cablu paralel
 1 X CD Mach 3

Avantajul achiziționării unui astfel de pachet sunt numeroase, deoarece vânzătorul oferă
o reducere de preț și expedierea unui singur pachet. Piesele individual e costă mai mult cumpărate
separat față de achiziționarea lor în forma unui pachet . Compatibilitatea lor este un mare plus
deoarece nu este necesar să investim timp în analiza acestui aspect .

Al doilea pachet reprezentând sistemul de glisare a fost comandat de pe siteul aliexpress
la un atelier particular ce lucrează piese la comandă. Astfel am obținut pachetul:
https://www.aliexpress.com/item/2 -X-SBR16 -300mm -700mm -1100mm -linear -rail-3pcs –
SFU16 05-350mm -750mm -1150mm -ballscrew -3sets –
BK12/32329443592.html?spm=2114.10010108.1000013.7.jL2WOG&scm=1007.13339.33317
.0&pvid=6cf8a3a2 -115d -44f1 -80ad -1d3feb32e06c&tpp=1

Fig. 4.2 Al doilea pachet totalitatea pieselor

33

Pachetul conține:

 2 X SBR16 – 300mm ghidaj liniar cu talpă
 2 X SBR16 – 700mm ghidaj liniar cu talpă
 2 X SBR16 – 1100mm ghidaj liniar cu talpă
 12 X SBR16UU patină
 1 X RM1605 – 350mm șurub trapezoidal
 1 X RM1605 – 750mm șurub trapezoidal
 1 X RM1605 – 1150mm șurub trapezoidal
 3 X piuliță cu bile
 3 X BK12/BF12 suporți
 3 X 6.35mm * 10mm cuplaj elastic
 3 X carcas ă de piuliță

Avantajul acestui set se rezumă la piese exacte cu cele dimensionate și compatibilita tea
pieselor.
Următorul set de piese reprezentând freza, capete de freză, prinderea ei și sursa de
alimentare a ei a fost achiziționată tot de pe siteul aliexpress .

Fig. 4.3 Al treilea pachet totalitatea pieselor

34
Adresa online a pachetului : https://www.aliexpress.com/item/NEW -Spindle -the-CNC –
Spindle -Motor -ER11 -500W -52mm -mounting -bracket -spindle -clamp -for-PCB –
engraving/32341330193.html?spm=2114.search0104.3.44.2013708flgX8gi&ws_ab_test=sear
chweb0_0,searchweb201602_5_10152_10151_10065_10344_100 68_5722815_10342_10343_1
0340_5722915_10341_5722615_10697_10696_10084_10083_10618_10304_10307_10301_572
2715_10059_10534_308_100031_10103_441_10624_10623_10622_5722515_10621_10620,se
archweb201603_1,ppcSwitch_5&algo_expid=8f640b6c -3c3b -4853 -a772 -49160251b610 –
9&algo_pvid=8f640b6c -3c3b -4853 -a772 –
49160251b610&transAbTest=ae803_1&priceBeautifyAB=0

Pachetul conține:
 1 X freză 500 W
 1 X surs ă de tensiune reglabilă AC220V±10% 50 HZ
 1 X 52 mm prindere freză
 4 X șuruburi
 13 X ER11 capete freză

Restul de piese au fost achiziționate separat:

3 X Endstop
https://magazin.unda.tech/limitator –
mecanic/827 -comutator -lamela -on-off-kw7-03-
3.html

3 X Lanț portcablu 7mm cu 7 mm
https://magazin.unda.tech/lant –
portcablu/391 -lant-portcablu –
7×7.html?search_query=lant&results=2

Fig. 4.4 endstop
Fig. 4.5 Lanț portcablu

35

Deoarece placa de control TB6560 este
controlată print -un port paralel și opțiunea de a
achiziționa un adaptor usb port paralel nu este
viabilă datorită programului mach 3 ce nu e
compatibil, am decis să achiziționez un laptop ce
este dotat cu un port paralel. Hp compaq nc6000
a fost soluția nevoilor mele, datorită vechimii
dispozitivului și faptul că un anumit domn a dorit
să se despartă de el. Am achiziționat “stația de
control” la un cost foarte redus.
Fig. 4.6 Laptop Hp compaq nc6000
Pereții pentru aparat
au fost comandați de la
http://www.theplot.ro ,
aceștia au o mulțime de tipuri
de lemn în care pot să taie,
iar după o analiză de
structură am decis să utilizez
mdf deoarece acesta este cel
mai dur. Toate piesele au fost
tăiate după desenele tip
DWG din fig 3.16, 3.18, 3.20
Fig. 4.7 Prețuri pentru tăiere
Fig. 4.8 MDF

36
Piese Preț [Ron]
Străinătate Rom ânia
Pe bucată Pachet Pe bucată
1 X Placă de control TB6560 4 axe 330

1228 470
1 X Telecomandă control pentru TB6560 175 240
1 X Display extern universa l 260 300
4 X 57BYGH633B 3A motoare pas cu pas 300 440
1 X 24V/10A sursă de alimentare 190 280
1 X Cablu paralel 50 30
1 X CD Mach 3 20 25
2 X SBR16 – 300mm ghidaj liniar cu talpă 37

1456 60
2 X SBR16 – 700mm ghidaj liniar cu talpă 78 140
2 X SBR16 – 1100mm ghidaj liniar cu talpă 125 220
12 X SBR16UU patină 310 592
1 X RM1605 – 350mm șurub trapezoidal 53 46
1 X RM1605 – 750mm șurub trapezoidal 91 97
1 X RM1605 – 1150mm șurub trapezoidal 134 173
3 X piuliță cu bile 297 576
3 X BK12/BF12 suporți 389 807
3 X 6.35mm * 10mm cuplaj elastic 30 54
3 X carcasă de piuliță 42 140
1 X freză 500 W 245

413 350
1 X surs ă de tensiune reglabilă AC220V±10% 50HZ 179 230
1 X 52 mm prindere freză 30 40
4 X șuruburi 25 10
13 X ER11 capete freză 15 13
3 X Endstop 9 – 9
3 X Lanț portcablu 7mm cu 7mm 45 – 45
1X Laptop Hp compaq nc6000 – – 200
Mdf prelucrat – – 150
Total :
3809
3501
5737

37
Din cauza prețului fiecărei piese din România fiind mai mare fața de cel importat din
străinătate, decizia de a achiziționa de pe site -ul Aliexpress a fost una u șoară. Prețurile e xprimate
în RON a produselor din străinătate includ costurile de transport și tva -ul datorat unei țări non –
europeană. Costurile totale pentru achiziționarea fiecărei pies e individual e este mai mare față de
achiziționarea lor sub formă de pachet și mai eficientă din punct de vedere al timpului de studiu
al pieței și de comandă a pieselor.
Decizia finală a fost de a alege o combinație de produse din străinătate cu restul de
produse din Rom ânia pentru un raport cost/eficiență cât mai mare.

Capitolul 5: Asamblare și reglajul fin al aparatului

Asamblare parte mecanică:

Pentru asamblarea
mecanică am folosit ș uruburi
pentru lemn autofiletant din
oțel, 3.5 x 16 mm , șurub
pentru lemn autofi letant din
oțel 3 x 14 mm , șurub pentru
lemn autofiletant din o țel
Friulsider VBU -PRO 3 x 25
mm împreun ă cu col țare din
oțel 45 x 45 mm de 3 mm
grosime.
Am început prin unirea
pieselor duble în locurile în
care este necesar un perete de
16 mm în loc de 8 mm. Apoi
am folosit bormașina pentru a
prestabili locațiile șuruburilor
și a ușura strângerea lor.

Fig. 5.1 Stâlp de susținere axa Y

38
Asamblarea propriu -zisă a început cu axa
X fix ând ghidaj ele liniare cu talpă SBR16 –
1100mm și șurubul trapezoidal RM1605 –
1150mm cu lag ărele BK12/BF12 , acestea fiind
paralele.
Fixarea pereților exteriori dubli pentru a
închide axa X într -o cutie , a fost realizata cu
ajutorul colțarelor. De peretele ce a fost tăiat în
prealabil a fost atașat motorul pas cu pas și a fost
făcut ă legătura cu șurubul trapezoidal prin cupla
elastică, iar pe lagarul BK12 a fost montat un
endstop.
Plasăm câte 2 patine p e fiecare ghidaj
liniar cu talpă. Înainte de a închide axa X lucr ăm
la axa Y pentru a fi atașată de sistemul de
translație și ghidaj liniar al axei X.
Pentru axa Y ansamblăm mai întâi
chenarul cu ajutorul colțarelor având grijă ca
structura s ă fie cât mai rigidă. Acum putem s ă
punem ghidajele liniare cu talpă SBR16 – 700mm
și șurubul trapezoidal RM1605 – 750mm cu
lagărele BK12/BF12, acestea fiind paralele.
Plasăm câte 2 patine pe fiecare
ghidaj liniar cu talpă. Pe partea stângă a chenarului axei Y , unde peretele prezintă alezaj , atașăm
motorul pas cu pas și făc em legătura cu șurubul trapezoidal prin cupla elastică, iar pe lag ărul
BK12 a fost montat un
endstop.
Pe chenarul axei Y
atașăm piesa ce are rol de
suport pentru plac a de
control TB6560 4 axe, cu
ajutorul șuruburilor.

Sub ghidajele
liniare cu talpă, în dreptul
lăcașelor de șuruburi ,
plasăm piesele de lemn
20x30x20 mm drept suporți
pentru înălțarea și nivelarea
aparatului.

Fig. 5.4 Ansamblare axă Y și Z

39

Pe axa Z montăm ghidajul linar cu talpă SBR16 – 300mm și se montează șurubul
trapezoidal RM1605 – 350mm cu lagării BK12/BF12. În capătul superior al axei mont ăm piesa ce
prezintă locaș pentru axul motorului, iar pentru fixarea acestuia folosim un colțar din oțel. Pe
lagărul BK12 se monteaz ă un endstop, pe partea superioară a axei Z se fixează motorul pas cu
pas și se conectează la cupla elastică. Punem 2 patine cu bile recirculabile pe axă, iar împreună
cu carcasa piuliței cu bile se monteaz ă placa ce susține freza . Mai apoi suportul frezei se unește
de placă și se introduce freza propriu -zisă înăuntru.

Asamblare parte electrică:

Fig. 5.2, 5.3 Ansamblare
Fig. 5.5 Exemple de cablaje Pentru a face conexiunile electrice a fiecărei piese
vom folosi cabluri dimensionate pentru fiecare utilizare în
parte. Mot oarele pas cu pas își vor păstra dimensiunile
cablurilor dar acestea vor fi extinse pentru a asigura
conectarea cu placa TB6560. Endstopurile vor avea
același tip de cablu ca la motoarele pas cu pas.
Toate cablurile se vor curăța
în prealabil cu soluție specială, apoi
se vor lipi cu ajutorul pistolului de
lipit și a fludorului, iar apoi se vor
izola cu furtun contractil pentru
fixarea sigură și cu protecție
împotriva degradării.

40

Fig. 5.6 Schema generală a conexiunilor
Fig. 5.7 Cone xiunile din placa TB6560 Pentru conexiunile
generale vom respecta fig 5.6 .
Placa de control TB6560
primește comenzile de la
calculator ce rulează
programul mach 3, iar
tensiunea primită de la sursă o
gestionează sub forma de
semnale ce sunt trimise către
motoarele pas cu pas pentru a
se învârte cu o a numită turație
și distanță precisă. Placa
primește semnalele primite de
la endstopuri si le dă mai
departe către calculator.
Aceasta este controlată de
telecomană pentru ajustări
manuale.

41
Calibrare și relegajul fin al aparatului:

Mașina -unealtă de frezat odată ansamblată trebuie calibrată pentru a se asigura acuratețea
mișcărilor efectuate de acesta. În general vom introduce în programul MACH 3 datele fizice ale
aparatului cum ar fi : utilitatea fiecărui pin în parte, viteza fiecărui motor, numărul de pași
efectuat de șurubul trapezoidal, dimensiunea zonei de lucru, etc. De asemenea , placa de control
TB6560 are comutatoare DIP pentru fiecare axă c e trebuie seta te pentru motoarele și activitatea
întreținută de aparat.

Setările de curent reprezintă c ăt la sută prim ește un motor curent, setările de Decay
reprezintă viteza de trecere prin zero a curentului și reducerea interferenței cu restul sistemului
din fiecare motor . Acesta foate fi rapid, încet sau mixt, în cazul TB6560 25% sau 50% cazul
mixt. Setările de Microstep reprezint ă viteza și acuratețea de rotire a a xului motorului rezultând
mai pușine vibrații intoduse în sistem și reducerea zgomotului . Un micros tep mare 1/16
reprezintă necesitatea un ui număr mai mare de pulsuri necesare pentru efectuarea unei rotații
complete față de un microstep de 1.
Setările alese pentru DIP pentru fiecare axă sunt:
 Axa X 1-ON 2 -ON 3 -ON 4 -ON 5 -OFF 6 -On,
acestea reprezentănd curent 100%, modul de Decay
rapid și un microstep de 1/ 16
 Axa Y 1 -ON 2 -ON 3 -ON 4 -ON 5 -OFF 6 -On,
acestea reprezentănd curent 100%, modul de Decay
rapid și un microstep de 1/ 16
 Axa Z1 -ON 2 -ON 3 -ON 4 -ON 5 -OFF 6 -On, acestea
reprezentănd curent 100%, modul de Decay rapid și un
microstep de 1/ 16

Aceste setări fac aparatul să utilizeze potențialul motoarelor pas cu pas într -un mod pe cât
se poate de silențios și neperturbat de interferențe. De asemenea setările de microstep fac ca
mororul pas cu pas să se rotească cu o șaisprezecime din 1.8 grade cât se rotește normal la
primirea unui semnal, reprezentând o rotație de 0. 1125 grade pentru fiecare semnal primit.
Acestă setare asigură o mișcare de translație foarte fină dac ă este necesar.

Fig. 5.8 Tabel setări DIP

42
În programul MACH 3 permit utilizarea a axelor X,Y și Z, apoi introdu cem următoarele
setări pentru fiecare axă . Pentru axa X pinul pentru Step este 2 iar pentru Dir fiind 3, axa Y pinul
de Step este 4 iar pentru Dir este 5, axa Z pinul de Step este 6 iar de Dir este 7 și în acest caz
inversăm direcția de rotație prin selectarea Dir LowActive. Toate acestea trec prin portul 1.

Următorul tabel reprezintă interpretarea semnalelor primite de la aparat către program.
Avem cele 3 endstopuri pe axa X pinul 10, axa Y pinul 15, iar axa Z pinul 12. Acestea sunt
setate pe un circuit deschis astfel nu activăm Active Low . În momentul închiderii circuitului de
la endstop programul Mach 3 recunoa ște semnalul și oprește aparatul.

Fig. 5.9 Tabel setări motoare
Fig. 5.9 Tabel setări interpretare semnale

43
Urmează setările pentru fiecare motor în parte, programul Mach 3 ca lculează la fiecare
rotație a fiecărui motor distanța parcurs ă pe fiecare axă cunosc ând pasul șurubului trapezoidal.
Astfel pentru axa X avem șurubul trapezoidal ce efectuează o deplasare de 5mm pentru fiecare
rotație completă . Motorul efectuează o rotație de 1.8 grade pe pas rezultând la 200 de pași pe
rotație completă cu un microstep de 1/ 16, astfel calculăm Steps per unit ca fii nd
(200* 16)/5 = 640. Pentru viteză și accelerație potrivim pe placul prop riu și obținem tabelul de
mai jos:

Astfel pentru axa Y avem șurubul trapezoidal ce efectuează o deplasare de 5mm pentru
fiecare rotație completă, motorul efectuează o rotație de 1.8 grade pe pas rezultând la 200 de pași
pe rotație completă cu un micros tep de 1/16, astfel calculăm Steps per unit ca fiid
(200*16)/5 = 640. Pentru viteză și accelerație potrivim pe placul prop riu, viteza se dublează față
de vite za pe axa X, iar accelerația se dore ște una foarte mare pentru mi șcări rapide:

Astfel pentru axa Z avem șurubul trapezoidal ce efectuează o deplasare de 5mm pentru
fiecare rotație completă, motorul efectuează o rotație de 1.8 grade pe pas rezultând la 200 de pași
pe rotație completă cu un microstep de 1/16, astfel calculăm Steps per unit ca fiid
(200*16)/5 = 640. Pentru viteză aceasta va fi cea mai mică în cazul unei posibile erori să poată fi
oprit sistemul înainte de distrugerea aparatului. Accelerația se pastreaza foarte mare , 5000 ,
pentru ca aparatul să efectueze mi șcări rapide și precise:

Fig. 5.10 Tabel viteze axa X
Fig. 5.11 Tabel viteze axa Y
Fig. 5.12 Tabel viteze axa Z

44
După setările introduse în programul Mach 3 vom efectua teste pentru a asigura o bună
funcționare a aparatului. Pentru început vom testa dacă fiecare axă răspunde oricărei comenzi
prin comanda de JOG ce ne permite să mișcăm orice axă în ce sens dorim. După efectuarea
acestui test observăm că totul decurge normal și trecem la testul de acuratețe. Testul de acuratețe
consta în verificarea preciziei aparatului . Aici ne dăm seama dac ă toate reglările ce au fost
implementate anterior au fost bine stabilite. Pentru această operație utilizăm o riglă ce are
originea 0 ( începutul riglei) în dreptul centrului frezei și este dispusă paralel cu axa pe care o
testăm. Ast fel începem cu axa X, orientăm rigla cu 0 în centrul frezei, acesta fiind foarte aproape
de riglă din punct de vedere al înălțimii. În Mach 3 introducem comanda G0 X11 astfel
programul mișcă axa X cu un mm din moment ce freza era in punctul X=10. Observăm faptul că
freza se mișcă cu un mm, introducem comanda G0 X21 pentru ca X să se miște cu 10 mm in
plus. Se observă că parcurge această
distanță și ca nu sunt erori așa că
introducem comanda G0 X121 pentr u a
face aparatul să se miște cu 10 cm. Se
observă c ă freza parcurge 10 cm și se
oprește deasupra liniei la semnul de 11.1
mm. Putem conclude că eroarea pe care
aparatul o prezintă nu este sesizabilă și
prin urmare este nesemnificativă. Trecem
mai apoi la axa Y și Z urmănd aceeași
pași obținem rezultate foarte
asemănatoare. În final putem să spunem
că aparatul este bine calibrat iar erorile ce
se regăsesc în operarea acestuia sunt
nesemnificative.
Capitolul 6: Prezentarea modului de funcționare. Teste de la borator.

Pentru a prezenta modul de funcționare trebuie mai întâi să avem codul g pentru obiectul
pe care dorim să îl prelucrăm. Pentru a obține gcode -ul trebuie să proiectăm obi ectul într -un
program de CAD apoi trebuie procesat printr -un program de CAM. Alegem programul
Autodesk Fusion 360 datorită faptului că acesta ar e modul de CAM și CAD pentru a obține
fișierul gcode în post -producție. Deschidem programul, începem un proiect n ou și desenăm o
inimă tridimensională ce are baza plată. Am ales modelul inimii fiindc ă aceasta
se poate desena relativ ușor, necesitând un pătrat și două cercuri.

Fig. 5.13 Test de accuratețe

45
Proiectare Test:
După ce terminăm desenul , cu comanda extrude creăm corpul în formă de inimă cu o
înălțime de 15 mm. Aceasta va fi baza de la care pornim . Cu comanda fillet rotunjim marginile
până la 13 mm. Pentru a reprezenta faptul că ace sta este un test, introducem un text pe suprafața
superioară a corpului, apoi cu comanda extrude pe modul de tăiere decupăm 3 mm. Corpul din
figura 6.2 este forma finală la care dorim să ajungem ca produs tangibil.
După faza de proiectare a obiectului pe care dorim să îl obținem dintr -un bloc solid de
lemn, trecem la faza de CAM. Aici vom alege fiecare operație pe care o dorim efectua tă asupra
materialului de prelucrat și în ce ordine dorim să fie efectuată operația.

Primul pas este să stabilim forma de
unde extragem corpul denumită în program ca
setup ; aici stabilim unde se a flă obiectul în
Corpul masiv de lemn. Poziționăm axa Z
orientată în sus pentru ca aparatul să știe de
unde se poate a șchia materialul, apoi avem
opțiunea de a orienta sensul axelor X și Y, dar
pentru testul nostru această ori entare precisă
nu este neces ară.
Decidem că suprafața superioară nu
necesită prelucrată, de aceea fața lemnului va
coincide cu cea a obiectului întrucât nu
necesită prelucrarea unei noi fețe. Apoi pentru
ca să prelucrăm fațadele exterioare adăugăm
1 mm în părți.

Fig. 6.1 Corp extrudat Fig. 6.2 Corp prelucrat
Fig. 6.3 Faza de setup

46
După ce am setat parametii de lucru
putem să trecem la fiecare acțiune necesară
prelucrării obiectului. Deoarece cuv ântul
TEST este orientat la suprafața obiectului
începem cu o comand ă numită adaptive
utilizată în general pentru înlăturarea
materialului grosier. Gravarea textului nu
necesită acțiuni fine, ceea ce înseamnă că o
decupare adaptivă este suficientă pentru a
opține textul. Similar putem să folosim
operația specială de gravare implementată
în Fusion 360, dar aceasta necesită o freză
triunghiulară.

Urmează să descoperim obiectul prin
operația de Pocket ce îndepărtează
majo ritatea materialului în plus. Ace astă
operație este setată s ă păstreze 0.5 mm
material pentru a fi prelucrat ulterior de
următoarele operații. Operația este una
rapidă ca viteză de deplasare pe planul XoY
și înceată pe verticală, cobor ând doar un mm
în adăncime pentru fiecare trecere. De
asemenea este necesar ca ope rația să se
oprească cu câțiva mm înainte de a separa
obiectul de restul materialului. Din fericire
materialul folosit are o grosime d e 20 mm iar
cei 15 mm ne asigură că obiectul nu se va
deplasa , astfel restul de operații pentru
finisare sunt posibile .

Pentru ca obiectul să răm ână fin și să
se păstreze curbura exterioar ă exactă, utilizăm
operația Parallel . Această operație va fi
limitată doar la fețele curbate ale obiectului și
va avea o distanță dintre fiecare trecere de 0.5
mm. Operația efectuază tr eceri paralele și
pentru a o pține o suprafață și mai fină putem
dubla operația și schimba unghiul la care se
efectuează trecerile cu 90 de grade.

Fig. 6.4 Adaptive 1
Fig. 6.5 Pocket 1
Fig. 6.6 Parallel 1

47
Obiectul , după aceste treceri , este terminat,
dar baza acestuia este înc ă lipită de materialul de
bază, astfel cu comanda Pocket înlăturăm materialul
în plus, dar controlăm ca spațiul de lucru să fie baz a
de care obiectul este lipit. Orientăm freza să
decupeze cu 0.1 mm în exterior pe plan radial pentru
a prezerva obiectul prelucrat. De asemenea viteza de
tăiere va fi micșorată pentru a micșora șansele de a
tăia în patul pe care este așezat materialul solid.

După ce terminăm toate operațiile, trecem mai
întâi prin simularea fiecărei operații pentru a observa
eventualele erori de program. Apoi trecem în post
proces , unde ordonăm operațiile , selectăm programul
ce va citi fi șierul și denumim fișierul. Toate opera țiile
sunt însumate și traduse în limbaj Gcode . Ca exemplu
avem Fig 6.9 începutul fișierului obținut pentru test.

Fișierul este introdus în programul Mach 3, se
pornește aparatul, se pregătește materialul de prelucrat,
se stabil ește punctul de origine real, apoi se apasă
butonul de start pentru a începe rularea programului.
De asemenea , înainte de a porni programul se asigură
că bitul este fixat în freză și că freza este pornită din
potențiometru.

Fig. 6.7 Pocket 2
Fig. 6.8 Total operații
Fig. 6.9 Fișier Gcode

48
Executare test:

După pregătirea CNC -ului pentru
operația de tăiere se rulează programul și
astfel avem fotografii din procesul de
prelucrare:
În timpul funcționării folosim un
aspirator pentru a curăța excesul de material.

Fig. 6.10 Gravare și decupare strat grosier
Fig. 6.11 Finisare margini
Fig. 6.12 Decupare obiect din material de baza
Fig. 6.9 Produs final

49
Capitolul 7: Concluzii și direcții de dezvoltare ulterioară

Aparatul se rulează în stare perfectă,
obținând rezultate cu o repetivitate și precizie
regulată. Posibile probleme pot apărea datorită
erorii umane, datorită pregătirii neadecvate a
aparatului, nefixarii bitului în freză sau pot
apărea erori de program deoarece obiectului
proiectat nu au fost bine stabilite operațiile de
decupare . Alte probleme ce pot apărea sunt
probabilitatea de a strica freza sau obiectul
prelucrat datorită butonului de stop aflat în
programul Mach 3 și neavând un corespondent
fizic când necesităm încetarea programului în
curs de rulare.
Cnc-ul are capacitatea d e a prelucra materiale de bază dure în trei dimensiuni cu condiția
ca pe axa Z prelucrarea se face doar dintr -o singură direcție. Finețea obiectelor realizate este
datorată în mare parte de biturile folosite, cu cât acestea sunt mai subțiri și mai lungi cu atât
putem s ă lăsăm în urmă forme mai precise și ascuțite. De asemenea tipul de execuție este unul
mediu deoarece puterea frezei limitează cantitatea de material înlăturată. Putem scădea timpul de
execuție prin stabilirea operațiilor CAM mai eficiente sau folosirea biturilor mai mari pentru
anumite operații, dar schimbarea biturilor necesită timp și recalibrare . De aceea utilizarea
schimb ărilor de capete se folosește la proiectele considerate mari și care prezintă detalii fine.
Aparatul realizat este unul ce necesită familiarizare în termeni de utilizare a acestuia, nu
este foarte prietenos cu utilizatorii ce nu cunosc programul Mach 3 sau proiectare și operare
CAM. De aceea ca dezvoltare ulterioare se poate concepe un program de operare ce încorporeaz ă
aceste aspecte . Pentru a ușura și mai departe munca utilizatorul putem face ca programul s ă
monitorizeze starea aparatului și să îl gestion eze când este nevoie, de exemplu oprirea operațiilor
cănd aparatul înt âlnește o problemă. Monitorizarea aparatului de c ătre programul software va fi
posibilă cu implementarea diferitelor tipuri de senzori . Putem pune senzori de nivel al patului,
putem pune senzori care citesc forța care o întâmpină freza la înaintare și astfel putând s ă
ajusteze viteza de tăiere. Putem ave a senzori care citesc prezența unui bit în freză și posibilitatea
reajust ării automate la schimbarea capetelor de freză. Putem avea senzori care citesc poziția
exact ă a deplas ării frezei și cu ajutorul programului , corectarea unei posibile erori de deplasare,
dar acest caz este foarte rar.
Posibilă dezvoltare ulteri oară ar fi înlocuirea patului de mdf cu unul de aluminiu în formă
de X, dar dacă facem această înlocuire pierdem posibilitatea de a fixa materialul de b ază rapid cu
holșuruburi. Pe deoparte câștigăm stabilitate deoarece flexibilitatea aluminiului e mult mai mic ă
față de mdf și posibilitatea utili zării clemelor pentru fixare materialului de bază.

50

Introducerea unei a patra axă:

Datorită limitării realizării obiectelor tridimensionale, putem să introducem o a patra axă.
Această axă are rolul de a roti corpul pe părțile ce nu sunt accesibile bitului de frezare.
Placa TB6560 suportă
introducera acestei componente având
un slot d e rezervă pentru comanda unui
motor suplimentar. Programul Mach 3
permite gestionarea până în cinci axe,
rezultând compatibilitatea acestei
achiziții. Această componentă este
formată în principal de o mandrin ă, un
motor pas cu pas și un sistem de
angrenaj. Mandrina ține materialul de
bază și astfel înlocuiește și masa de
lucru și nevoia de a fixa obiectele de
masă. Pentru materiale mari putem
folosi și o papusă pentru a fixa și
menține materilale de dimensiuni mari.

Cea de a patra axă este extrem de utilă pentru obi ecte tridimensionale complexe, deși în
acest format dimensiunile pieselor ce se po t realiza scade considerabil, dar se compensează prin
complexitatea ridicată a acestora. Tipuri de piese ce se pot realiza la un s item în patru axe față de
unul cu trei axe sunt: elice, statui în miniatură, arbori, inele, sfere, piese cilindrice, roți dințate,
etc.

Acest sistem nu constă în o modificare majoră a aparatului , de aceea este simplu de
implementat. Costul de achizițion are al sistemului este între 1000 de ron și 1500 de ron. Sistemul
pentru a fi complet are nevoie și de o sondă pentru a măsura punctul de zero al axei Z ce aduce
un cost suplimentar de 100 ron. Sistemul poate fi implementat odată cu livrarea pieselor,
instalarea putând fi încheiată în aceași zi.

Fig. 7.2 Sistem a patra axă

51
Bibliografie:

 Nguyen, Van Khai; Stark, John ; STEP -compliant CNC Systems, Present and Future
Directions (2009) ;
 Nechifor Mariana, Dorin Roșu, Ivan Mykytyn; MODULUL: Masini unelte cu comandă
numerică (2008);
 Peter Smid; CNC Programing Handbook Third edition (2007);
 Elena -Maria Mărginean; Programarea și operarea mașinilor -unelte cu comandă numerică.
Teste și aplicații (2015)
 Liviu Morar, Emilia Câmpean; Programearea Echipamentelor CNC (2015)
 Patrick Hoo d-Daniel, James Floyd Kelly; Build Your Own CNC Machine (2009)
 MME1103Workshop Technology Manual CNC MACHINING
 http://www.instructables.com/id/Modular -DIY-CNC -Machine
 http://www.instructables.com/id/How -to-Make -a-Three -Axis -CNC -Machine -Cheaply –
and-
 http://www.instructables.com/id/3 -Axis -CNC -Router –60x60x5 –JunkBot/
 https://www.autodesk.com/products/fusion -360/students -teachers -educators
 https://www.aliexpress.com
 http://www.nichelina -cnc.ro/
 https://www.pro -cnc.ro/
 https://unda.tech/
 http://www.jv l.dk/cal/spindel.asp
 https://allmetech.com/ce -este-si-ce-face-un-strung -cnc/
 https://ro.wikipedia.org/wiki/Programarea_mașinilor -unelte_cu_comandă_numerică
 http://www.scritub.com/tehnica -mecanica/Masina -de-frezat -NovaMill -CNC -23681.php