Domeniul Inginerie INDUSTRIALĂ [311405]

Universitatea din Pitești

Facultatea de Mecanică și Tehnologie

Domeniul Inginerie INDUSTRIALĂ

Programul de masterat INGINERIA ȘI managementul fabricației produselor

LUCRARE de diSertaȚie

PROIECTAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC DE FABRICARE AL REPERULUI „MACHETĂ SUPORT FIRE” [anonimizat]: [anonimizat]. Prof. univ. dr. ing. [anonimizat]

2013-2014

CUPRINS

INTRODUCERE

Lucrarea de față reprezintă activitatea desfășurată în cadrul întreprinderi S.C. Ana Mep S.D.V. S.A.

[anonimizat], personal de înaltă calificare.

Întreprinderea S.C. Ana Mep S.D.V. S.A. ia naștere în anul 2001 [anonimizat] a societății ANA IMEP S.A, printr-o decizie strategică a Ana Holding.

Lucrarea iși propune să prezinte modul în care se face „ Proiectarea procesului tehnologic de fabricație al reperului „machetă suport fire” pe mașini CNC”.

Pentru realizarea lucrări de disertație am fost coordonat de către ing. Spiridon Bogdan din cadrul departamentului de producție al întreprinderi S.C. Ana Mep S.D.V. S.A. și de către Conf. Prof. univ. dr. ing. BANU Ilarion din cadrul Facultăți de Mecanică și Tehnologie.

Obiectivele lucrări sunt de a [anonimizat], eficacitatea mașinilor CNC.

Lucrarea elaborată este structurată în trei părți: [anonimizat].

[anonimizat], [anonimizat], structura unui program CNC.

[anonimizat], prezenatrea fluxului tehnologic de realizare a reperului, evidențierea calității produselor realizate pe mașini CNC.

În a treia parte sunt prezentate concluziile și contribuțiile personale.

[anonimizat] 1

Mașinile cu comandă numerică

Scurt istoric al Mașinilor cu Comandă Numerică

Între procedeele de prelucrare a [anonimizat], menținându-se ca procent la 70%, [anonimizat] “neconvenționale”, [anonimizat], [anonimizat]: economicitate și precizie.

[anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], anul 26 I.Ch. [anonimizat].

La început așchierea se făcea pe așa numitele strunguri cu “arcuș” (în engleză “lathe” de unde probabil și numele strungului în limba engleză), [anonimizat]-[anonimizat] principal cu ajutorul acestui “arcuș”

elastic.

Evoluția așchierii este legată pe toată durata sa de cea a sculelor așchietoare și de cea a mașinilor-unelte, o dezvoltare în unul din domenii ducând automat la progres în celelalte.

Prima mașină-unealtă apropiată de concepția actuală, având un lanț cinematic principal și unul de avans, a apărut de-abia în sec. al XVI-lea fiind o mașină de găurit țevi de tun din lemn (1540).

Odată cu prima revoluție industrială din Anglia (1640-1740), dezvoltarea așchierii și a mașinilor-unelte capătă un avânt deosebit, punându-se în această perioadă bazele teoriei actuale a așchierii, sculelor și a mașinilor-unelte. Astfel, în anul 1727, sunt realizate mașinile de alezat cilindrii pentru pompe de minerit (Thomas Newcome) perfecționate mai târziu (1767) de Smeaton și (1775) de Wilkinson. Apariția acestei mașini a făcut posibilă construirea primei mașini cu aburi, din 1769 aparținând lui James Watt, mașină care a servit omenirea pe parcursul a două secole.

Un salt calitativ este apariția șurubului-conducător la mașinile–unelte (Mandsle-1797), făcând posibil avansul mecanic de precizie ridicată și ducând la producerea în serie a acestor mașini. În continuare, are loc o dezvoltare intensă a mașinilor-unelte realizându-se:

– mașina de rabotat (1815);

– mașina de frezat (1820);

– mașina de rectificat (1880);

-mașina de broșat (1910).

Dezvoltare facilitată de progresele în tehnică (mecanică, electrotehnică, hidraulică și apoi în electronică) precum și progresele în domeniul așchierii. Astfel, în 1890 este introdus motorul asincron și acționarea hidraulică într-o primă formă și apoi în 1923 în forma perfecționată a dus la mărirea performantelor și îmbunătățirea sensibilă a mașinilor-unelte.

Faza următoare este apariția sistemelor de urmărire automată și a comenzilor numerice primele cercetări în acest domeniu fiind făcute la Massachusetts Institut of Technology of Cambridge (U.S.A.).

În ultimele decenii, în contextul celei de-a doua revoluții industriale, dezvoltarea calculatoarelor a făcut posibilă conducerea cu calculatorul a mașinilor-unelte în sisteme CAD/CAM/CIM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing/Computer Integrated Manufacturing). (http://www.mecanica.pub.ro/id62399/indrumare_62399/indrumar_frezor_imp.pdf)

Ideea de control numeric are rădăcini vechi. În anul 1720 s-a inventat un dispozitiv care folosea cartele găurite de hârtie pentru a broda pe țesături de pânza diverse modele simple. Originar din anul 1860, pianina automată (sau flanseta mecanică) utiliza o rolă de hârtie cu șiruri de găuri pentru a controla acționarea diverselor clape, adică note muzicale.

Controlul numeric, așa cum îl cunoastem azi, a apărut înainte de inventarea microprocesoarelor utilizate în computerele actuale. Un mare impuls pentru dezvoltarea acestuia a fost dat de US Air Force, care dispunea de suficiente resurse financiare pentru stimularea cercetarii. US Air Force avea nevoie de îmbunătățiri în construcția avioanelor cu motoare cu reactie. Datorită vitezelor mari de zbor ale acestora, structura mecanică și geometria trebuiau îmunătățite.Acest lucru cerea prelucrări mecanice complexe la un preț de cost foarte mare.

În 1952, Massachussetts Institute of Technology a construit și prezentat prima mașină fig.1 cu comandă numerică ce avea posibilitatea să controleze mișcarea unei freze pentru prelucrarea de suprafețe complexe. Finanțarea construcției și cercetării a fost facută de US Air Force. Mașina a avut succes, și în 1955, la târgul Național Machine Tool Show, au aparut spre comercializare mașini cu comenzi numerice.

Fig.1. Prima mașină cu comandă numerică

Prima generație de mașini CNC folosea lămpi electronice cu vacuum, care produceau multă caldură și ocupau un spațiu desul de mare. Mașinile nu ereau prea fiabile. La a doua generație, tuburile electronice au fost înlocuite cu tranzistori, ceea ce a condus la o încalzire mai mică și o fiabilitate mai mare a sistemului de control. De asemenea, controller-ul ocupa un spațiu mai mic.

Prima și a doua generație de mașini-unelte nu aveau memorie de stocare a programelor. Instrucțiunile erau stocate pe banda de hârtie perforată și erau transmise masinilor una câte una. Mașina primea o instrucțiune, o executa și apoi cerea urmatoarea instrucțiune.

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

Pe masura ce tehnologia a evoluat, s-au introdus si folosit placi imprimate cu cicuite electronice. Acestea erau proiectate pentru executarea unui program fix (pre-programate). Se foloseau la executia anumitor acțiuni uzuale și comune: gaurire, frezare, rectificare etc. Placile se introduceau în sloturi speciale și, când nu mai era nevoie de ele, se înlocuiau. Se mai numeau și canned cycles (programe la conservă).

Astazi, se poate vorbi despre o a patra generație de mașini cu comandă numerică în care controller-ul mașinii are la bază tehnologia microprocesoarelor și a calculatorelor actuale.

( http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Structura-unei-masini-cu-comen1152222151.php)

Ce reprezintă tehnologia CNC?

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 sa 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 abreviația de la ,,Computer Numerically Controlled'' (Control numeric cu Computer). Denumirea CNC se referă întotdeuna la modul unic 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 diverse sisteme de coordonate pentru a întelege și procesa informația pe care o primețte, pentru a determina ce trebuie să miște, unde și cât de repede.

Majoritatea centrelor de prelucrare derivă din mașini – unelte universale ca mașini de alezat și frezat, mașini de frezat, mașini de găurit, strunguri, conduse numeric, la care se adaugă elementele caracteristice centrului de prelucrare: magazia de scule și mecanismul de schimbare și transfer al sculei.

Dacă, în ceea ce privește mașina – unealtă din care provine centrul de prelucrare, nu intervin prea multe elemente particulare, acestea se întâlnesc la construcția și cinematica sistemului alimentare cu scule.

Introducerea progresului tehnic în industrie face ca sa se producă din ce în ce mai rapid, mai eficient în condițiile ridicării calității în toate domeniile. Necesitatea obiectivă de a produce cat mai rapid, cu o productivitate cat mai ridicată, a condus la o evoluție vertiginoasă a concepției actuale de realizare structurală a mașinilor-unelte, care depinde în cea mai mare măsură de specificul tehnologic al diferitelor repere ce trebuie prelucrate și de volumul producției acestora. Pentru reperele care se produc în unicate sau serie mică, ultimii 15-20 de ani au marcat înlocuirea mașinilor-unelte universale cu mașini-unelte cu comandă numerică și centre de prelucrare.

Cea mai importantă funcție a oricărei mașini CNC este controlul precis și riguros al mișcării. Toate echipamentele CNC au două sau mai multe direcții 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 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. (http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Structura-unei-masini-cu-comen1152222151.php)

Între un nivel de control complet manual și unul complet automat pot fi enumerate următoarele etape:

nivelul zero, întâlnit la primele mașini pentru așchiere, controlate exclusiv manual;

nivelul unu, asociat mașinilor acționate cu ajutorul roții hidraulice /motor cu ardere internă / motor electric prevăzut cu comandă de tipul “pornit/oprit”;

nivelul doi include majoritatea mașinilor-unelte convenționale caracterizate prin posibilitatea sincronizării mișcării sculei cu a piesei. Din punctul de vedere al controlului mișcărilor, decisivă este performanța operatorului uman;

nivelul trei este specific mașinilor care operează în cadrul unor cicluri fixe de mișcări prestabilite, bazate pe sisteme de comandă prin came, copiere hidraulică și electrică, comandă secvențială de tipul matrice cu fișe, tamburi cu bile etc..

nivelul patru include sistemele de prelucrare care asigură măsurarea dimensiunilor piesei în timpul procesului;

nivelul cinci cuprinde gama largă a comenzii numerice

(http://forestierbistrita.wikispaces.com/file/view/ELEMENTE+DE+COMAND%C4%82+NUMERIC%C4%82.pdf)

1.3. Avantajele și dezavantajele mașinilor CNC

I. Avantanjele mașinilor CNC

Flexibilitatea

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

Masinile CNC pot face ceea ce o mașina-uneltă nu poate

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

Repetabilitatea

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

Reduce și elimină costurile aferente unei producții de stoc

Fabricantul 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 mașina CNC, se poate realiza o piesă de rezervă imediat ce s-a primit comanda de la client. Se încarcă în mașină programul, se realizeaza una sau mai multe piese și se livrează în aceeasi zi.

Reducerea costurilor pentru scule speciale și a timpilor de pregătire a mașinii

Uneltele și dispozitivele cu care se fixeaza piesele pe mașinile-unelte 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 înseamna mulți bani și mult timp pentru a începe producția.

Mașinile CNC necesită foarte puțin timp pentru fixarea pieselor. De obicei se folosesc dispozitive simple de prindere, de tip clește sau menghină. Din punct de vedere al sculei, 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 masinilor CNC permite acestora să parcurgă cu precizie traiectorii de tip contur, nemaifiind nevoie de unelte speciale pentru poziționare și ghidarea sculei taietoare. O schimbare de ultimă oră a proiectării piesei nu necesită decât modificarea câtorva linii de program. Acesta înseamna, pentru ingineri, posibilitatea de a îmbunătăți permenent calitatea produselor prin ajustări necostisitoare în proiectarea pieselor.

Reducerea timpului de calificare pentru operatorii

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 Oprire de Urgență dacă scula 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 mașinii CNC sunt mai mici decât salariile cerute de muncitorii calificați în prelucrări prin așchiere, ce lucrează pe mașini-unelte clasice.

Reducerea necesarului de forță de muncă

O mașină CNC poate elimina mai mulți pași de procesare (treceri de la un proces tehnologic la altul). Acolo unde, de exemplu, o bucată de tablă trebuie să fie mutată de la un post la altul, utilizând o mașină CNC, se pot realiza mai multe faze tehnologice la același post de lucru; prin acestea 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 a 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 este înglobată 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.

Creșterea calității produselor

Nici un om nu poate egala o mașină CNC în ceea ce privește precizia mișcărilor. Aceste mașini lucrează cu unități de masură foarte mici. O mașină poate face o gaură la capatul unei mese de lucru, după care se poate muta la celălalt capat al mesei și se întoarce la aceași 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 păr.

Creșterea productivității

Un operator uman nu se poate adapta ușor la schimbări rapide de regimuri de lucru (ca de exemplu, trecerea de la un tip la altul) în mod repetat, pentru perioade lungi de timp. Mașinile CNC pot lucra două sau trei schimburi pe zi, fară oprire. Singurii factori care limitează producția cu mașini  CNC sunt: alimentarea cu material și uzura sculei.

De obicei, masinile CNC erau asociate cu producția de serie mare deoarece programarea mașinii, mai ales pentru piese complexe, necesită 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.

Creșterea siguranței în exploatare

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

II) Dezavantajele mașinilor CNC

Investiții mari

Prețul unei mașini CNC de dimensiunii 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 înseamna 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 îsi permit un asemenea cost, îndeosebi în timpuri când dobânzile bancare sunt mari.

Mașinile CNC trebuiesc programate

Progamatorii 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.

Costuri marii de întreținere

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

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-unelte clasică. Pe masură ce complexitatea geometriilor și numărul de piese crește, mașina CNC devine mai economică.

(http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Structura-unei-masini-cu-comen1152222151.php)

1.4. Componentele unui CNC

I) Comanda numerică CN

Comanda numerică trebuie să genereze mișcarile pe axe. Aceste instrucțiuni provin de la un program piesă sau de la programator prin intermediul unui pupitru de programare manuală.

Aceste instrucțiuni comandă o poziție și o viteză de deplasare prin intermediul unui procesor fig.1.1 care deservește grupul amplificator-motor, care la rândul său, comandă deplasarea pe axa dorită. De asemenea, procesorul verifică și poziția elementului (o sanie) deplasat pe axă (grupul de deplasare pe axă)

Fig.1.1 Comanda numerică

Mașinile actuale sunt capabile să efectueze mișcări combinate simultanpe cele 3 axe X,Y;Z. Ele sunt apelate prin comandă numerică de conturare. În plus sunt capabile de a comanda mai mult de 3 axe simultan ( de exemplu, 5 axe simultan). De asemenea poate efectua interpolări pentru mai multe drepte sau curbe.

II. Grupul de amplificator de putere motor fig.1.2

Ele se compun din mai multe elemente care deservesc axele. Aceste subansambluri conține:

Amplificator și moto-variator;

Servomotor sau motor pas cu pas

Generator tahometric (tahogenerator) sau revolver;

Traductor de poziții.

Amplificatorul funcționează astfel: motorul este comandat să execute mișcarea de deplasare pe direcția axei ordonate de către comanda numeric. Acestea generează o rampă de accelerație respectiv de decelerație în funcție de mișcarea dorită, totodată, el controlează viteza de rotație. În timpul funcționării prin intermediul tahogeneratorului sau rezolverului fig 1.3

Fig.1.2 Amplificator de putere motor Fig. 1.3 Grupul motor – tahogenerator

Aceste aparate utilizează același principiu ca și în cazul captatorilor inductivi la care deplasarea este de fiecare dată unghiulară. Aceastea îl face ca să fie o mică mașină rotativă care îi dă aspectul de motor electric.

Rezolverele sunt construite din două bobine statice fig.1.4 dispuse la 90° și de o bobină rotitoare. Cele două bobine statice sunt alimentate de tensiuni alternative care crează un câmp electric H proporțonal cu valoarea unghiului θ.

Fig.1.4 Schema de principiu de generare a mișcării pentru rezolver

III) Bucla de reacție pentru viteze

Rolul acestei bucle este de a culege informațiile cu privire la viteză după grupul amplificator-motor-variator către comanda numerică care compară viteza reală cu cea impusă.

Elementele capabile să trasmită aceste informații sunt:

Generatorul tahometric fig1.3. Se generează, în el, o tensiune în funcție de turația motorului. Acesta este un curent continuu. Această formă de controlare a vitezei de rotație nu este foarte mult aplicată astăzi.

Rezolverul fig.1.4 Este cel mai folosit grup de informații. Funcționarea lui are la bază un generator de impulsuri ce sunt aplicate în funcție de turația motorului. Viteza poate fi astfel determinată cu precizie. Rezolverul poate controla și pozițiile prin numărul de impulsuri cu o precizie ridicată.

Aceste elemente sunt integrate în motorul electric.

IV) Codificatoare de poziție fig.1.5

Cu ajutorul lui se stabilesc pozițiile absolute și relative ale săniei. Aceste informații permit comenzii numerice de a corija deplasarea până la valoarea cerută prin programul piesă. El face parte din bucla de închidere denumită și „Bucla de reacție pentru poziții”. La nivel de formă, sunt utilizate două tipuri de codificatoare. Aceste codificatoare pot fi rotative sau liniare. Din punct de vedere funcțional acestea sunt codificatoare optice.

Pentru că, ele reprezintă un mecanism foarte important pentru strunguri comandate numeric, traductorul rotativ va fi mai bine dezvoltat, pentru ca cititorul, să înțeleagă mai bine rolul acestuia în sistemul de prelucrare pe MUCN.

Fig. 1.5. Codificatoare de poziție

Pentru ce sunt utilizate codificatoarele?

Pentru a crește productivitatea a devenit un imperativ în producția industrială ca informația cotinuă pentru:

deplasări ale unor elemente mobile;

pozițiile acestora;

rapiditatea de prelucrare a informațiilor

Sistemele convenționale, ce furnizează informațiile prin totul sau nimic nu mai pot raspunde, nici măcar parțial, condițiilor impuse de precizie și flexibilitate. În cazul traductorului, pozițiile mobile sunt în întregime conduse prin sistemul de tratare a informațiilor, iar fizic nu se realizează doar o poziție precum un întrerupător de poziție al mașinii clasice.

Ce este un codificator optic?

Este un captor de poziții unghiulare:

Legat mecanic de un arbore de antrenare, care rotește un disc solidar cu el. Discul este compus din zone opace și transparente.

O lumină generată de diode cu electroluminiscență (LED), traversează zonele transparente de pe disc apoi este recepționată de elementele fotoelectrice și transformată în semnale analogice.

Acest semnal este amplificat electronic și convertit în semnal pătrat care este transmis sistemului de prelucrare a datelor fig1.6. Un codificator optic este un dispozitiv electromecanic a cărui mărimi de ieșire sunt electrice ce reprezintă sub formă numerică funcția matematică a pozițiilor unghiulare a axei de intrare.

Fig.1.6. Schema de principiu a unui codificator optic „Incremental”

Câte tipuri de codificatoare rotative se folosesc?

Sunt concepute două tipuri de codificatoare optice, codificatoare optice incrementale și absolute.

Ce este codificatorul incremental?

Cunoscut și sub numele de generator de impulsuri are două discuri unul mecanic fix cu fante prin care trece lumina de la LED și un disc rotitor (mobil) prin care trece lumina la elementele fotovoltaice și apoi prelucrate electronic fig.1.6

Ce este codificatorul „Absolut” fig.1.7?

Conceptul este dezvoltat pe baza unui palier de constrângeri (restricții) generate de codificatorul incremental:

Sensibilitatea la gravarea rețelelor: toate segmentele sunt egale ca lungime și trebuie să reprezinte același dimensiuni pentru pistele de semnal A și B fără a pierde pozițiile reale în timpul deplasării mecanismelor mobile.

Dacă se întămplă acest lucru el trebuie reinițializat.

Timpul de reinițializare penalizează, în timp, fiecare aplicație.

Sensibilitatea la paraziți în linie. Un parazit în linie poate să afecteze precizia de măsurare a dispozitivului.

Frecvența semnalelor A și B este ridicată, dar dacă, apare o neconcordanță pentru o periodă (a semnalului electric), atunci se introduc erori de poziționare ce nu pot fi corijate prin citirea impulsului din pista Z.

Imposibilitatea de reglare la „Top zero” în cazul mișcărilor oscilante înainte de a face un tur complet.

Fig.1.7 Disc codificator optic în „absolut”

Codificatorii liniari

Codificatorii numerici liniari (codul binar, codul Gray…) funcționează pe același principiu ca și codificatorii rotativi, numai că, pistele sunt aranjate rectiliniu, sectoarele nu mai sunt arce de cerc ci segmente de dreaptă.

Principalul avantaj al acestui codificator constă în faptul că, este mai precis în măsurători decât cel rotativ, deoarece captatorul de poziție este fixat, de obicei, pe partea fixă a mașinii-unelte (batiu), iar rigla pe partea mobilă (pe sanie) fig.1.8. Prin aceasta se elimină jocurile din mecanismul șurub-piuliță.

Fig.1.8 Schema de montaj a codificatorului liniar

De altfel, codificatoarele sunt rotative și liniare, numerice (pe baza de coduri binare, codul Gray etc.) și analogice, fară contacte fig.1.9 cum este de exemplu, traductorul liniar inductosyn. Funcționarea este comparabilă cu a unui reyolver, în care rotorul este transformat într-o riglă fixă ajustabilă lungă de 200mm. Pe stator este amplasat cursorul care are două bobine, decalate la 90° electrice, ce se deplasează la 0,2 mm deasupra riglei.

Fig.1.9 Schema de montaj a codificatorului liniar fără contacte

V) Motorul de deplasare pe axă fig. 1.10

Se folosesc pentru deplasări trei tipuri de motoare pe axele unui CNC:

Motoare pas cu pas,

Motoare de curent continuu,

Motoare de curent alternativ (incluzând motoarele sincrone și asincrone).

Motoarele pas cu pas nu sunt foarte mult utilizate pentru deplasări pe axe. Dinamismul scăzut și cuplu scăzut nu permite să răspundă condițiilor impuse mașinilor-unelte cu comandă numerică.

Motoarele de curent continu dovetesc o robustețe scăzută. Pe de altă parte, mentenanța se axează foarte mult pe elementele de contact. Turația arborelui este limitată în jurul valorii de 4000 rot/min.

Motoarele cele mai folosite la momentul actual sunt cele de curent alternativ. Ele sunt mai scumpe, dar nu necesită aproape nici o întreținere. În plus, cuplu motor este foarte mare și poate atinge turații de ordinul a 10000 rot/min.

Motoarele sincrone sunt foarte utilizate. Ele permit o deplasare precisă, dar sunt multe cauze care limitează cuplu față de motoarele asincrone. Acestea din urmă, necesită un sistem de reglare eficace pentru combaterea alunecării dintre rotor și stator.

În concluzie:

Pentru puteri mari și viteze reduse se utilizează un motor de curent alternativ în locul unui motor de curent continuu la care se variază frecvența curentului de alimentare

Pentru PVM (prelucrarea cu viteză mare) unde este necesară un răspuns de deservire foarte rapidă și foarte precisă se folosesc captatori de viteză de tip codificator rotativ în locul generatoarelor tahometrice rotative, cu buclă de reacție de tip numeric ( convertor numeric analogic)

Pentru puteri mici, este posibil să se utilizeze motoare pas cu pas fără buclă de reacție inversă, controlul efectuându-se prin numărul de impulsuri în funcție de numărul de rotații dα.

Fig.1.10 Motorul de deplasare pe axă

VI) Mecanisme folosite la transformarea miscării de rotație în mișcare de translație

Mecanismele șurub-piuliță este cel mai utilizat la transformarea mișcării de rotație a motoarelor rotative în mișcarea de translație a săniilor.

Precizia mecanismului șurub-piuliță determină precizia deplasărilor pe axe. În cazul folosirii codificatoarelor rotative precizia mecanismului șurub-piuliță este esențială pentru obținerea unei precizii ridicate în procesul de prelucrare, mai ales în cazul strungurilor.

Cel mai des întâlnite mecanisme folosite la ora actuală sunt:

Șurubul cu bile fig.1.11

Fig.1.11 Șurub cu bile

Șurubul cu galeți fig.1.12

Fig.1.12 Șurub cu galeți

Șurubul cu bile este construit folosind ca elemente de intermediare de rostogolire bilele lucrează în circuit închis în interiorul unei carcase numită „piuliță”. Precizia mecanismului depinde de eroarea de pas a șurubului de uzura bilelor și a celorlalte elemente aflate în contact în timpul mișcării relative.

Un dezavantaj al șurubului cu bile constă în faptul că, el are o portanță mică datorită bilelor, care au o suprafață de contact mică cu canalele elicoidale ale șurubului și piuliței. Acest montaj nu suportă turații foarte mari la sarcini mari. Din aceste motive, acest montaj, este din ce în ce mai puțin folosit.

Șurubul cu galeți are o portanță mai mare decât șurubul cu bile. Jocul dintre flancurile șurubului sunt preluate de cele două piulițe montate față în față care preiau jocurile pe flancurile opuse ale filetului. Numărul de galeți depinde de mărimea șurubului, dar nu pot fi mai puțin de 3. Mecanismul poate prelua turațiii de până la 10.000 rot/min.

VII) Automatele programabile (AP)

Sunt legate de comandă numerică cu rolul de activarea mărimilor de ieșire binare; închiderea ușilor, cuplarea grupurilor hidraulice,etc.

Ele permit, în aceeași măsură, să se recepționeze informațiile la declanșarea butonului de comandă, butonul de oprire de urgență, detectarea sfârșitului de cursă, etc.

Ele funcționează conform unui program autonom. În timp ce, intrările-ieșirile pot interacționa cu programul CN și invers.

Datorită formelor foarte compacte se permite realizarea unui singur bloc cu comandă numerică.

Pe aceste tipuri de module de intrare-ieșire se conectează:

perifericele de intrare: pornire, oprire de urgență, coptorii, detectorii de uși, etc.;

perifericele de ieșire: grupul motor, șuruburile de la ușile de protecție, coloanele luminoase, etc. (Ilarion Banu, Daniel-Constantin Anghel, 2011)

1.5. Pozițiile relative ale originii de programare (W) în raport cu originea de măsurare (R=Om)

La mașinile CNC deplasările sculelor sunt controlate de sisteme de generare a mișcărilor în sistemul de coordonate.

Poziționarea lor precisă pe mașina-unealtă este stabilită în raport cu punctul de zero, în plus față de punctele de zero mașinile-unellte CNC au un număr de puncte de referință care susțin operarea și programarea.

Principale sisteme de origini și puncte a MUCN sunt următoarele:

originea mașinii;

originea de măsurare;

originea piesei;

originea dispozitivului de instalare;

punctul de reglare a sculei;

punctul de referință;

punctul de referință al săniei portsculă;

originea programului.

Originea mașinii „OM/M”

Este specificat de producător pe mașină. El este punctul de zero pentru sistemul de coordonate al mașinii, este punctul de start pentru toate celelalte sisteme de coordonate și puncte de referință de pe mașină.

La strunguri, punctul de zero al mașinii este în general în centrul feței capului arborelui principal. Axa principală a arborelui este reprezentată cu Z. Partea frontală a arborelui principal determină axa X. Direcțiile pozitive ale lui X și Z sunt înspre aria de lucru privind din centru, când scula se deplasează în direcția pozitivă îndepărtându-se de semifabricat.

La mașinile de frezat, poziția punctului de zero al mașinii variază de la producător. Poziția prescrisă a punctuluide zero al mașinii ca și direcția axelor trebuie luate din instrucțiunile de operare prevăzute petru fiecare mașină în parte.

La mașinile-unelte care au echipamente de măsurare absolută a deplasărilor nu necesită punct de referință, deoarece se precizează valoarea coordonatelor de deplasare pe axe. Când limitatorii deschid contactul la punctul de referință, sistemul de măsurare a deplasărilor este reglat la zero sau la o valoare predeterminată. Pentru obținerea precizie dorite, când calibrăm sistemul de măsurare, punctul de referință este abordat la o viteză scăzută , după ultima secvență de deplasare și întotdeauna în aceeași direcție. La unele tipuri de mașini, sistemul de măsurare poate fi calibrat prin programe la punctul de zero al mașinii..

Originea de măsurare „R/OM”

Este un punct arbitrar în spațiul mașinii, el servește la calibrarea și controlul sistemului de măsurare al deplasărilor sculelor și săniilor. Poziția punctului de referință al măsurătorilor este predeterminată precis pentru orice deplasare de-a lungul axelor de limitatorii de cursă și contactele limitatoare. Din această cauză, originea de măsurare are totdeauna aceeași valoare numerică precis calculată în relație cu punctul de zero al mașini. Ea se situează la interfața dintre portsculă și mașină, este un „Punct de Referință de la care pleacă.

Originea piesei „W/OP”

Este situată la intersecția elementelor geometrice ce asociază legăturile complete dintre elementele de instalare ale dispozitivului de lucru cu semifabricat/piesă. Acest punct diferă de la o operație/fază la alta. Este un punct de referință pentru măsurători pe fiecare axă, cu ajutorul căreia se stabilește originea de măsurare Om. Acesta este aleasă de către programator sau de către operator, prin introducerea de la calculator a distanței față de punctul de zero al mașinii. (Ilarion Banu, Daniel-Constantin Anghel, 2011)

1.6. Sistemul de coordonate al mașinilor CNC

Sistemul de coordonate al mașinii este format din toate axele fizice ale mașini. În sistemul de coordonate ale mașinii sunt definite punctele de referință pentru schimbarea sculelor și a suporturilor portsculă.

Axele mașinilor-unelte se împart în trei categorii de utilizare:

axele primare X,Y,Z;

axele secundare U,V,W;

axele terțiare P,Q,R.

În cazul centrelor de prelucrat pot folosii toate cele nouă axe sau numai o parte dintre ele sunt folosite în funcție de destinația centrului de prelucrare. Alegerea sensurilor pozitive se face în funcție de modul de prelucrare, după cum se îndepărtează, semifabricatul de sculă sau scula de semifabricat.

Exemple de sisteme de coordonate pentru centre de prelucrare

Centru de prelucrat în 3 axe fig1.13

Fig.1.13 Centru de prelucrare în 3 axe

Sisteme de prelucrare cu cinci axe cu cap de prelucrare rotativ fig.1.14

două axe de rotație executate de capul de frezat (+A,+C)

cu mișcare de nutație a capului de frezt (+B,+C)

Fig.1.14 Sisteme de prelucrare cu cinci axe cu cap de prelucrare rotati

Sisteme de prelucrare cu cinci axe cu masă rotativă fig.1.15

două axe de rotație executate de masă (+A,+C)

cu mișcare de nutație a mesei (+B,+C)

Fig.1.15 Sisteme de prelucrare cu cinci axe cu masă rotativă

Sisteme de prelucrare cu cinci axe de rotație cu o axă de rotație executată de capul de frezat (+B), iar cealaltă executată de masa mașinii (+C) fig1.16. (Ilarion Banu, Daniel-Constantin Anghel, 2011)

Fig.1.16 Sisteme de prelucrare cu cinci axe

CAPITOLUL 2

2PROGRAMELE CNC

2. 1.Structura unui program CNC

Programul piesă poate să conțină un număr oarecare de programe individuale, care împreună descriu toate operațiile care trebuie efectuate pentru a prelucra o piesă.

Programul principal este programul care deține controlul tuturor acțiunilor. El este primul citit și încarcat în memorie când este rulat tot programul piesă. Programul principal poate apela un număr oarecare de programe mai mici. Aceste programe se mai numesc subprograme, și sunt utilizate pentru a realiza sarcini care se repetă. După rularea unui astfel de subprogram, controlul revine programului principal.

Bineînțeles, controlerul (calculatorul mașinii) funcționează după un program, care în acest caz este chiar programul principal. Programele principale, ca și subprogramele de altfel, sunt scrise utilizând codurile ISO prezentate mai jos:

N – indică numărul frazei;

G – face trimitere la codurile G (funcții pregătitoare);

X – Indică distanța care trebuie parcursă de sanie de-a lungul axei X;

Y – Indică distanța care trebuie parcursă de sanie de-a lungul axei Y;

Z – Indică distanța care trebuie parcursă de capul mașinii de-a lungul axei Z;

F – Indică viteza de avans;

M – apelează funcții diverse (care de obicei se adresează direct mașinii unelte pentru a stabili condițiile de prelucrare);

S – Indică turația arborelui principal;

T – se referă la gestionarea sculelor.

Fiecare bloc, sau linie a programului, contine adrese care trebuie plasate în ordinea: N, G, X, Y, Z, F, M, S, T.

Aceasta ordine trebuie respectată în orice frază. Cu toate acestea, nu fiecare frază va conține toate adresele menționate mai sus, adică dintr-o frază pot să lipsească unele adrese, daca nu sunt necesare.

Organizarea blocurilor de date intr-un program respectă următorul șablon. Este esențial ca structura de mai jos sa fie respectată, pentru a asigura corectitudinea atât a prelucrării, cât și a simulării (fig.2.1).

Fig2.1 Structura unui progam CNC

2.2 Numerotarea blocurilor (linilor) dintr-un program

Un program este alcătuit din mai multe comenzi, fiecare comunicând mașinii instrucțiuni pentru rezolvarea unei anumite sarcini sau operații.

Fiecare comandă este o linie separată în cadrul programului. Vom mai numi o astfel de linie din program, bloc. Fiecare bloc este separat de următorul printr-un caracter special, care indică sfârșitul de linie.

La începutul blocului poate fi specificată o valoare numerică (cuprinsă între 0001 și 9999) ca și conținut al adresei N. Pot fi numerotate toate liniile unui program, sau doar cele care necesită așa ceva.

Se recomandă numerotarea cu valori alcătuite din patru cifre, dar care să nu fie consecutive, ci crescătoare din 10 în 10. În acest mod este posibilă în orice moment inserarea de noi linii într-un program.

Ordinea în care apar adresele într-un bloc este bine stabilită și trebuie respectată întocmai.  Aceasta ordine este prezentată mai jos.

N0000                      G00          X00  Y00  Z00           F0000           M00           S0000         T00;

Observatie: Din orice bloc pot lipsi una sau mai multe adrese.

(http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Masina-de-frezat-NovaMill-CNC-23681.php)

2.3 Funcțile pregătitoare ale unui program

Funcțiile pregătitoare, numite și funcții G sunt utilizate pentru a descrie traiectoria sculei sau pentru a activa/dezactiva anumite funcții ale mașinii. Funcțiile G sunt utilizate pentru indicarea tipului de interpolare utilizat, pentru controlul operațiilor de găurire, specificarea unităților de măsură, activarea corecțiilor de sculă, etc.

O funcție G este invocată prin caracterul G care desemnează adresa și o valoare numerică de două cifre, conținutul adresei.

Aceste funcții sunt următoarele:

G00 – avans rapid

G01 – avans linear cu viteză de așchiere

G02 – interpolare circulară în sens orar

G03 – interpolare circulară în sens antiorar

G04 – temporizare la sfârșitul cursei de prelucrare

G07.1 – interpolare cilindrică

G09/G61 – oprire precisă

G64 – avans continu

G10 – intrarea în datele programabile

G11 – anularea modului de intrare în datele programabile

G15 – anularea programării în coordonate polare

G16 – programarea în coordonate polare

G17 – selectarea planului X/Y

G18 – selectarea planului X/Z

G19 – selectarea planului Y/Z

G20/G21 – inrtroducerea cotelor în inch/metric

G33 – filetarea cu pas constat

G40 – anularea compensării sculelor

G41 – compensarea razei sculei la dreapta

G42 – compensarea razei sculei la stânga

G43, G44 – corectarea la lungime a sculei

G52 – sistem de coordonate locale

G53 – anularea decalajului de origine a programului, sistemul de coordonate al mașinii

G44….G59 – decalaje de originea programului

G70 – programare în țoli

G71 – programare în sistemul metric

G90 – programarea în coordonate absolute

G91 – programare în coordonate relative

G92 – sistemul de coordonate al piesie

G94 – avansul în mm/minut

G95 – avansul în mm/rotație

G96 – viteza de așchiere constantă în m/minut

G97 – viteza de rotație a arborelui principal în rot/minut (Ilarion Banu, Daniel-Constantin Anghel, 2011)

2.4 Funcțiile auxiliare ale unui program

Funcțiile de tip M sunt funcții auxiliare pentru transmiterea unor comenzi de tipul "pornit – oprit" unor componente ale mașinii unelte (pornirea turației M04, etc).  Funcțiile al căror conținut este reprezentat prin valori mici sunt în general comune unui număr mare de echipamente de conducere numerică, în timp ce valorile mari ale funcțiilor se adresează unor trăsături specifice câte unui echipament.

Aceste funcții sunt:

M00 – oprirea progranului

M01 – oprirea opțională a programului

M02 – sfârșit de program

M03 – rotirea orară a arborelui principal

M04 – rotirea antiorar a arborelui principal

M05 – oprirea rotirii arborelui principal

M06 – schimbarea sculei

M07, M08 – deschiderea lichidului de răcire

M17 – sfărșit de subprogram

M30 – oprirea mașinii și blocarea tuturor motoarelor

M98 – apelarea de subprogram

M99 – reîntoarcerea în programul principal. (Ilarion Banu, Daniel-Constantin Anghel, 2011)

PARTEA A DOUA – STUDIU DE CAZ

CAPITOLUL 3

3 Prezentarea companiei în cadrul cărei se desfășoară activitatea

ANA MEP SDV dispune la ora actuală de o dotare tehnică modernă, personal cu înaltă calificare și o bogată experiență în domeniu SDV-urilor.

Activitatea de producție este structurată în ateliere de lucru care execută matrițe si instrumente de mare precizie.

ANA MEP SDV produce:

cochile pentru injectat mase plastice;

cochile de turnat sub presiune;

ștanțe;

dispozitive specifice bobinării automate a motoarelor electrice;

dispozitive de masură și control;

dispozitive de precizie;

calibre speciale;

broșe, tarozi speciali;

role de rulat filete și melci.

ANA MEP SDV pune la dispoziția clienților săi angajati bine pregătiți și o vastă experiență în domeniul său de activitate. De asemenea, dispune de un atelier de tratament termic, atât de suprafață, cât și de adâncime, și un atelier de inspecție dotat cu mijloace și aparatură de verificare de precizie, controlat metrologic la intervale regulate. (http://www.ana.ro/despre-ana-mep-sdv)

3.1. Prezentarea centrului de prelucrare MAZAK VJF – 60/80 II

Centru de prelucrare Mazak VJF – 60/80 II (Fig.3.1) este proiectat pentru o prelucrare de înaltă precizie și o prelucrare eficientă a componentelor de mari dimensiuni. Este un centru de prelucrare de mare regiditate caracterizat de construcția sa cu două coloane.

Caracteristicile centrului de prelucrare sunt următoarele:

dimensiunile mesei: 2240 X 1250

curse (X/Y/Z): 2000/1400/585

viteza deplasării rapide: 40000 mm/min

viteza maximă în avans de lucru: 8000 mm/min

turația maximă a arborelui principal: 8000 rot/min

capacitatea magaziei de scule: 30 de scule + 3 adaptoare pt frezări laterale

Acestea sunt dotate cu sisteme automate de măsurare a sculelor și luarea originii piesei.

Fig.3.1 Centru de prelucrare Mazak VJF – 60/80 II

Pe centrele de prelucrare Mazak se pot programa tehnologii de prelucrare prin conducere numerică direct pe mașină acestea având un sistem de operare ușor, interfață modernă și usoară de utilizat, viteză mare de generare a traiectoriilor de frezare.

Prin progamarea manuală se pot executa:

frezare frontală;

frezare cilindro – frontală;

găurire;

alezare;

filetare;

teșire.

Programarea manuală se realizează după o documentație 2D și nu se pot executa piese care necesită copiere 3D.

Exemplu de programare manuală:

documentația 2D fig.3.2

Fig.3.2 Documentația 2D

programul realizat în ciclu mașină fig 3.3

Fig.3.3 Programul în ciclu mașină

piesa rezultată fig 3.4

Fig.3.4 Piesa rezultată

CAPITOLUL 4

4.1 PROIECTAREA PROCESULUI TEHHNOLOGIC DE REALIZARE A REPERULUI „MACHETĂ SUPORT FIRE” PRIN INTERMEDIUL FABRICĂRII

ASISTATE DE CALCULATOR

Fabricația asistată de calculator presupune un ansamblu de activități informatizate privind pregătirea lansarea și urmărirea fabricației. Dintre aceste activități amintim:

– gestionarea sculelor

– gestionarea materialelor (semifabricate, piese finite)

– gestionarea fluxurilor de fabricație

– gestionarea sistemelor flexibile de fabricație

– gestionarea proceselor de fabricație conduse numeric

În cadrul sistemelor de fabricație conduse numeric se disting două etape importante și anume:

– proiectarea / programarea tehnologiei de prelucrare prin conducere numerică

– implementarea tehnologiei în sistemele conduse numeric

Proiectarea / programarea tehnologiei de prelucrare prin conducere numerică pe centre de prelucrare presupune determinarea traiectoriilor de prelucrare prin frezare.

În principiu, generarea eficientă a traiectoriei de prelucrare (traiectoria sculei) pentru prelucrarea prin frezare pe MUCN-uri presupune parcurgerea într-o succesiune logică a unor etape cum ar fi:

– stabilirea sistemului de coordonate al prelucrării;

– stabilirea semifabricatului piesei;

– alegerea sculei optime;

– alegerea strategiei de prelucrare;

– stabilirea modurilor de angajare si retragere în și din așchie a sculei.

– simularea virtuală și validarea traiectoriei;

Generarea virtuală a traiectoriei este urmată de generarea fișierului de conducere numerică și transmiterea acestuia la mașină împreună cu documentația tehnologică necesară operatorului uman ce deservește MUCN-ul.

Pentru proiectarea / programarea tehnologiilor de prelucrare pe MUCN-uri s-au dezvoltat de-a lungul timpului diverse produse software dintre care amintim:

– APT

– DUCT

– CATIA

– ProEgineer

– SurfCAM, EdgeCAM, SolidCAM, MasterCAM

– PowerMILL

– etc.

4.2. PREZENTAREA GENERALĂ A SOFTULUI POWERMILL

PowerMILL este un mediu independent de proiectare asistată de calculator, destinat generării traiectoriilor de prelucrare prin frezare pe centre de prelucrare cu conducere numerică (CNC-uri de frezat) cu 2½, 3, 4 și 5 axe.

Generarea traseelor de frezare are la bază un model importat:

fie în stare nativă din diverse sisteme CAD: CATIA, SOLIDWORKS, PROENGINEER, UNIGRAFICS, etc;

fie prin intermediul formatelor standard de import-export de date: IGES, VDA, STEP, STL, etc.

Avantajele mediului PowerMILL

numeroase strategii de frezare (3 pentru degroșare, 19 pentru finisare)

viteza mare de generare a traiectoriilor de frezare;

siguranța și acuratețea rezultatelor obținute;

interfața modernă și ușor de utilizat;

compatibilitate totală cu sistemul de modelare geometrică PowerSHAPE;

O sesiune de lucru PowerMILL poartă denumirea de proiect și este salvată pe disc intr-un director ce poartă numele proiectului, director care conține în fișiere separate fiecare entitate din cadrul sesiunii de lucru: modelul, traseele sculelor, sculele, programele de conducere numerica, planele de lucru etc.

Lucrul cu PowerMILL este simplu și se realizează în principal prin intermediul comenzilor lansate prin intermediul pictogramelor de pe barele de instrumente și din meniurile pop-up asociate entităților (accesate prin apăsarea butonului dreapta al mouse-ului pe entitate) și mai puțin cu comenzi accesate din meniul principal.

4.3 Documentația necesară mașinării reperului „Machetă suport fire”

În scopul realizări programului de mașinare a unei piese trebuie să avem următoarea documentație:

modelul 3D a piesei de mașinat fig.4.1;

desenul de execuție 2D fig.4.2 unde sunt precizate cotele piesei, bazele de orientare, toleranțele piesei, materialul din care este executată piesa, tratamentele termice aplicate, etc.

Fig.4.1 Modelul 3D

Fig4.2 Modelul 2D

Reperul „Machetă suport fire” este parte componentă din asamblu unei machete de asamblare a unui cablaj electric auto. Acesta are rolul de susținere și orientare a cablajului electric, fiind realizat din poliamidă.

Poliamidele  sunt folosite pentru o gamă largă de componente industriale, atât pentru producerea de echipamente originale cât și pentru întreținere. 
Câteva exemple: lagăre monobloc cu bucsă și lagăre de alunecare, plăci de uzură, 
roți de ghidare și roți de sprijin, role transportor, role de întindere , manșoane pentru roți 
și role, scripeți și cuzineți, came, tocuri de tampon, capete ciocane, raclete, roți dințate, pinioane, garnituri, șuruburi de avans, roți de lanț, plăci tăiere și tocare, izolatori, etc.

Caracteristicile principale ale poliamidelor:

rezistență mecanică, rigiditate și duritate;

rezistență bună la oboseală;

proprietăți bune de amortizare mecanică;

proprietăți bune de alunecare;

rezistență la uzură, excelentă;

proprietăți bune de izolator electric;

rezistență foarte bună la radiații de energie înaltă;

prelucrabilitate excelentă prin așchiere.

4.3. Proiectarea tehnologiei de prelucrare prin așchiere cu ajutorul softului POWERMILL

Pentru proiectarea tehnologiei de prelucrare a reperului prin intermediul softului sunt necesari parcurgerea următorilor pași:

I) Realizarea programului pentru prima operație.

a) Definirea semifabricatului, care definește zona de generare a traiectoriei sculei. Semifabricatul fig. 4.3 este reprezentat automat cu un grad de opaciate mai redus.

Fig.4.3 Definirea semifabricatului

b) Setarea originii piesei fig.4.4. Originea va fi setată în centru piesă în planu XOY și Z-tul la suprață. Acest punct diferă de la caz la caz în funcție de piesă și de toleranțele impuse de proiectant, poate fi translatată și rotită pe direcțile X,Y,Z.

Fig.4.4 Setarea originii

c) Definirea sculelor necesare prelucrări piesei. Pentru definirea sculelor se execută măsurători pe modelu 3D pentru a determina tipul și dimensiunnile acestora.

Sculele necesare prelucrări piesei sunt următoarele:

freză cilindro – frontală

freză cilindro – frontală

freză cilindro – frontală

freză cilindro – frontală

freză cilindro –frontală

burghiu centruitor

burghiu

burghiu 7,5

burghiu 4,5

burghiu 6

Programul ne oferă posibilitatea să folosim următoarele tipuri de scule: freze cilindro – frontale, freze sferice, capete de frezat cu pastile, ambori, burghie, freze disc, bara de alezat, tarozi.

Setările necesare sculei se face în fereastra din fig.4.5 unde stabilim: tipul sculei, lungimea, diametru, poziția sculei în magazia mașini, număru de dinți.

Fig.4.6 Setarea sculei

Alegerea tipurilor de strategii de frezare pentru prelucrea repereului.

Programul ne oferă posibilitatea de a alege diferite srategii de prelucrare în funcție de tipul suprafeței de prelucrat.

Acestea sunt împărțite în trei categorii:

degroșare care la rându ei este împărțită în:

– Offset AreaClear Model;

– Plunge Milling;

– Profile AreaClear Model;

– Raster AreaClear Model;

finisare care este împărțită în:

– 3D Offset Finishing;

– Constat Z Finishing;

– Corner Along Finishing;

– Corner Automatic Finishing;

– Corner MultiPencil Finishing;

– Corner Pencil Finishing;

– Optimised Constant Z Finishing;

– Raster Finishing etc.;

găurire care este împărțită în:

– Bushes;

– Cooling;

– Counterbored Tapped;

– Counterbored

– Driling

– Ejectors etc.

Penru prelucrarea reperului „Machetă suport fire” vom folosi următoarele strategii:

I) Degroșare este utilizată în fazele incipiente ale prelucrării unei piese. Ea are rolul de a îndepărta marea majoritate a surplusului de material dintre semifabricat și piesa finită. Se caracterizează prin volum mare de îndepărtare al așchiilor, forțe de așchiere mari și în consecință parametrii scăzuți din punct de vedere ai preciziei obținute. Definirea traiectoriilor de degroșare se realizează prin intermediul casetei de dialog Offset AreaClear Model fig.4.7.

În această casetă de dialog vom seta: scula necesară, toleranța suprafeței de prelucrat, adaosul de material, pasul de frezare pe Z și în planul OXY, modul de atac al sculei în timpul așchieri.

În cazul nostru vom avea nevoie să folosim de două ori funcția de degroșare Offset AreaClear Model pentru următoarele operații.

Prelucrarea exteriorului piesei fig.4.8, prin această operație se reduce timpul de prelucrare al piesei eliminând din procesul de fabricație vinclarea semifabricatului. La această operțaie vom seta:

freza cilindrico – frontală de 16

adaosul de material egal cu 0, deeoarece vom executa exteriorul piesei acesta nefiind tolerat, îl vom executa direct fără să mai folosim o funcție de finiție astfel reducând timpi de execuție;

pasul pe Z egal cu 0,5mm;

pasul în planul OXY egal cu 10mm, acesta nu trebuie să depășească 1/3 din freză;

setarea limitei de frezare.

Fig. 4.7 Casetă de dialog Fig.4.8 Frezarea exteriorului

Prelucrarea interiorului fig.4.9 unde vom lasă un ados de prelucrare de 0,3mm pentru finiție.

Fig.4.9 Frezarea interiorului

II) Finisarea este utilizată în fazele finale ale prelucrării unei piese. Ea are rolul de a îndepărta un surplus mic de material dintre semifabricat și piesa finită după realizarea operației de degroșare. Se caracterizează prin volum mic de îndepărtare al așchiilor, forțe de așchiere mici și în consecință parametrii ridicați din punct de vedere ai preciziei obținute. Definirea traiectoriilor de finisare se realizează prin intermediul casetei de dialog Constant Z Finishing fig.4.10

În această casetă de dialog vom seta: scula necesară, toleranța suprafeței de prelucrat, adaosul de material, pasul de frezare pe Z , modul de atac al sculei în timpul așchieri.

În cazul nostru vom avea nevoie să folosim de 6 ori funcția de finisare, fiind necesar să ajungem la cotele din documentația tehnică unde avem o raza de 1.5 la colțuri. Se va folosi pentru următorele scule, de la diametru cel mai mare la cel mai mic necesar :

freză cilindro – frontală fig4.11;

freză cilindro – frontală fig.4.12;

freză cilindro – frontală fig.4.13;

freză cilindo – frontală fig.4.14;

freză cilindro – frontală fig.4.15;

freză cilindro – frontală fig. 4.16.

Fig.4.11 Casetă de dialog

Prezentarea celor 6 strategii de finisare:

Fig.4.11 Frezare CF 12 Fig.4.12 Frezare CF 8

Fig.4.12 Frezare CF 6 Fig.4.13 Frezare Cf 4

III) Amborarea fig.4.15 este utilizată înaintea operației de gaurire, are rolul de a ghida burghiu. Definirea traiectoriilor de amborare se realizează prin intermediul casetei Driling de dialog din fig.4.16

În această casetă de dialog vom seta: scula necesară, tipul găuri, adâncimea de pătrundere, selectarea găurilor care trebuiesc amborate.

Fig.4.15 Amborarea Fig. 4.16 Casetă de dialog

IV) Găurirea se va utiliza pentru realizarea găurilor de: fig.4.18; fig.4.19; fig.4.20; fig.4.21; prin intermediul burgiilor de dimensiunile necesare.

Definirea traiectoriilor de găurire se realizează prin intermediul casetei de dialog Driling din fig.4.17

În această casetă de dialog vom seta: scula necesară, tipul găuri, adâncimea de pătrundere, selectarea găurilor.

Fig.4.17 Caseta de dialog

Fig.4.18 Găurire burghiu 4,5 Fig.4.19 Găurire burghiu 7.5

Fig.4.20 Găurire burghiu 9 Fig.4.21 Găurire burghiu

f) Setarea turației, avansului rapid , avansului de lucru și a avansului de apropriere de semifabricat se face prin intermediul casetei de dialog „Feeds and Speeds” fig.4.22.

Fig.4.22 Caseta de dialog

Calculul regimurilor de așchiere tabelul.4.1

Viteza de așchiere și turația

V=[rot/min], unde:

N – turația;

D – diametru frezei [mm];

V – viteza de așchiere [m/min].

Alegerea regimului de așchiere este un parametru foarte important acesta influențând:

productivitatea;

durata de utilizare a sculelor;

prețul de cost al pieselor;

calitatea pieselor.

Tabelul 4.1Regimuri de așchiere

g) Setarea planului de siguranță se va face prin intermediul casetei de dialog Rapid Move Heights fig.4.23 , unde vom seta:

distanța la care se oprește avansul rapid al sculei față de semifabricat, respectiv distanța de început al avansului de apropiere a sculei față de semifabricat fig.4.24;

distanța la care se oprește avansul de apropriere a sculei, respectiv distanța de început al avasului de lucru a sculei față de semifabricat fig.2.24;

sitemul de coordonate ales la punctul “b”, față de care se ia în considerare distanțele alese.

Fig.4.23 Caseta de dialog Fig.4.24 Prezentarea planului de siguranță

h) Setarea punctului de plecare și oprire a programului se face prin intermediul casetei de dialog Start and End Point fig.4.25. Acesta este stabilit în centru piesei în planu XOY, la o distanță de 50 mm pe axa Z față de piesă fig.4.26.

Fig.4.25 Caseta de dialog Fig. 4.26 Prezentarea punctului de siguranță

i) Setarea modului de angajare al frezei se face prin intermediul casetei de dialog Leads and Links fig.4.27. Modul în care se face angajarea sculei în semifabricat fig.4.28 este foarte importantă astfel nu este recomandată o angajare directă în material pentru a evita, deteriorarea frezei, apariția vibraților, deplasarea semifabricatului. Am ales o angajare a sculei în rampă, cu o mișcare circulară, cu un unghi de pătrundere de 2, la o distanță de 2 mm fața de semifabricat pe axa Z.

Fig.4.27 Caseta de dialog Fig. 4.28 Anagajarea sculei

Documentația tehnică necesară operatorului cuprinde:

modul în care se face orientarea și fixarea semifabricatului fig.4.29 pentru a putea fi mașinat, astfel operatorul trebuie să cunoască unde este setată originea piesei de către programator (în centru piesă în planu XOY și Z-tul la suprață) dimensiunile necesare prelucrării pe axele X,Y,Z.

Fig. 4.29 Fixarea și orientarea semifabricatului

Foia de program fig.4.30 unde sunt specificate tipul sculelor, lungimile de scule, tipul operațiilor, adaosul de material, avansul de lucru, turația, timpul de lucru.

Fig.4.30 Foaia de program

procesarea programului se realizeaza cu ajutorul uni procesor destinat mașini CNC pe care se va realiza piesa, astfel vom volosi un procesor pentru mașini CNC Mazak.

În urma procesării va rezulta programul (fig.4.31) pe care mașina îl poate citi, pentru a efectua operațiile necesare realizării piesei. Programul oferă informații despre pachetul software, informații despre tipul sculelor necesare prelucrării și programu în sine.

Fig.4.31 Programu de mașinare

II) Realizarea programului pentru a doua operație.

a) Vom seta o nouă origine a piesei fig.4.32 astfel încât să pastrăm lanțul de cote impuse. Pentru aceasta vom roti vechea origine cu 180 în jurul lui Y, astfel originea va fi setată în centru pieisei în planu XOY, iar Z-tul la baza piesi.

Fig.4.32 Poziționarea origine

Se va recalcula semifabricatu.

c) Definirea sculeor necesare prelucrări. Pentru această operație avem nevoie de următoarele scule:

freză cilindro – frontală ;

freză cilindro – frontală ;

burghiu centruitor ;

burghiu

burghiu 4.5;

burghiu 2.5;

e) Alegerea tipurilor de strategii de frezare pentru cea dea doua operație:

vom folosi de două ori strategia de finisare Constant Z Finishing pentru freza cilindro -frontală fig.4.33 și freza cilindro – frontală fig.4.34;

Fig. 4.33 Frezare CF 8 Fig.4.34 Frezare CF 4

amborarea fig.4.35

Fig.4.35 Amborarea

găurirea se va utila pentru realizarea găurilor de 4.5 fig.4.37 și de 2.5 fig.4.38;

Fig.4.36 Găurire burghiu 3.3 Fig.4.37 Găurire burghiu 4.5

Fig. 4.38 Găurire burghiu 2.5

f) Setarea turației, avansului rapid , avansului de lucru și a avansului de apropriere de semifabricat se face prin intermediul casetei de dialog „Feeds and Speeds”.

Regimurile de așchiere sunt prezentate în tabelul 4.2

Tabelul 4.2 Regimuri de așchiere

g) Setarea planului de siguranță se va face prin intermediul casetei de dialog Rapid Move Heights.

h) Setarea punctului de plecare și oprire a programului se face prin intermediul casetei de dialog Start and End Point.

i) Setarea modului de angajare al frezei se face prin intermediul casetei de dialog Leads and Links.

j) Documentația tehnică necesară operatorului:

modul în care se face orientarea și fixarea semifabricatului fig.4.39 pentru a putea fi mașinat, astfel operatorul trebuie să rotească piesa 180 în jurul lui Y

Fig.4.39 Fixarea și orientarea semifabricatului

Foia de program fig.4.40 unde sunt specificate tipul sculelor, lungimile de scule, tipul operațiilor, adaosul de material, avansul de lucru, turația, timpul de lucru.

Fig.4.40 Foaia de program

k) procesarea programului (fig4.41)

Fig.4.41 Programul de mașinare

CAPITOLUL 5

5. Prezentarea operațiilor și modului de lucru al procesului tehnologic de realizare a reperului suport fire

Operația 10. Debitarea semifabricat

La această oprație are loc debitarea semifabricatului dintr-o placă de poliamidă cu dimensiunea de 1000mm X500mmX65mm.

Semifabricatu va fi debitat la uramatoarele dimensini: 180mmX160mmX65mm, cu aproximativ 10mm adaos pe fiecare latură.

Operația se va executa pe un ferăstrău mecanic fig.5.1.

Fig.5.1 Ferăstrău mecanic

Fazele necesare acestei operații sunt:

Orientare și fixare dispozitiv;

Debitare;

Desprindere semifabricat.

Operția 20. Prelucrare prindere I

Fazele pregătioare necesare operației

fixarea sculelor în portscule fig5.2

așezarea sculelor necesare, în magazia de scule (fig.5.3) a mașini unelte la pozițiile corespunzătoare din capul de tabel al programului de mașinare

Fig.5.3 Magazia de scule

măsurarea sculelor se face în mod automat prin intermediul sistemului de măsurare fig.5.4, la atingerea sculei de dispozitiv se memorează automat lungimea sculei de care mașina va ține cont în timpul prelucrări.

Fig.5.4 Masurarea sculei

fixarea și orientarea dispozivului (fig.5.5) de prindere a semifabricatului se va face cu ajutorul unor șuruburi „T” pe masa mașinii și se va orienta cu ajutorul ceasului comparator.

Fig.5.5 Fixarea și orientarea dispozitivului

încărcarea programului în mașina-unealtă se face prin intermediul unei mufe USB (fig.5 6)

fig.5.6. Mufa USB

Fazele operației:

orientarea și fixarea semifabricatului se face cu ajutorul unei menghine (fig.5.7). La prima operație piesa va fi prelucrată pe exerior, astfel semifabricatul nostru va trebui scos deasupra menghinei minim 51,2 mm. Pentru acest lucru vom avea nevoie de 2 cale de 20mm pe care le poziționăm pe baza menghinei, astfel încat semifabricatul să poată fi prelucrat.

Fig.5.7 Orientarea și fixarea semifabricatului

Originea piesei (fig.5.8) se ia în mod automat prin intermediul renishowlui , pentru acest lucru va fi creat un program de măsurare cu ajutorul sitemului de operare al mașini unelte. Originea piesei se va lua conform indicaților din documentația tehnică oferită de programator, în centrul piesi în planul XOY și Z-tul la suprafața.

Fig.5.8 Originea piesei

frezare exterioara cu frezea cilindro-frontală de (fig.5.9)

Fig.5.9 Frezare exterioară Cf 6

degroșare interioară cu freza cilindro-frontală de (fig.5.10)

Fig.5.10 Degroșare interioară CF 16

degroșare interioară cu freza cilindro-frontală de (fig.5.11)

Fig.5.11 Degroșare interioară

degroșare interioară cu freza cilindro-frontală de (fig.5.12)

Fig.5.12 Degroșare interioară CF

degroșare interioară cu freza cilindro-frontală de 6 (fig.5.13)

Fig.5.13 Degroșare interioară CF6

degroșare interioară cu freza cilindro-frontală de (fig.5.14)

Fig.5.14 Degroșare interioară CF

finisare interioară cu freza cilindro-frontală de (fig.5.15)

Fig.5.15 Finisarea interioară CF

amborarea se face cu ajutorul burghiului centruitor de (fig.5.16)

Fig.5.16 Amborarea

găurire cu burghiu de 4.5 (fig.5.17)

Fig.5.17 Găurire burghiu 4.5

găurire cu burghiu de 6 (fig.5.18)

Fig.5.18 Găurire burghiu 6

găurire cu burghiu de 7,5 (fig.5.19)

Fig.5.19 Găurire burghiu 7,5

găurire cu burghiu de 9 (fig.5.20)

Fig.5.20 Găurire cu burghiu de 9

desprindere piesă din menghină

Operația 30. Prelucrare prindere II

Fazele pregatitoare operației

fixarea sculelor în port scule;

poziționarea sculelor în port scule;

măsurarea sculelor;

încărcarea programului în mașina-unealtă se face prin intermediul unei mufe USB;

Fazele operației

orientarea și fixarea piesei se face conform indicaților din documentația tehnică, astfel se va roti piesa 180 în jurul axei y față de prima prindere.

originea piesei se va lua conform indicaților din documentația tehnică oferită de programator, în centrul piesi în planul XOY și Z-tul a bază.

degroșarea exeterioară a piesei (fig.5.21) se realizează cu ajutorul unui program creat în sistemul de operare al mașinii cu o funcție de frezarea plană (5.22). Pentru această frezare vom folosi o freză cilndro – frontală de 125 cu plăcute sferice cu o rază de 6 mm.

Fig. 5.21 Degroșare exterioară Fig.5.22 Program în ciclu mașină

degroșare interioară cu freză cilindro – frontală de8 (fig.5.23)

Fig.5.23 Degroșare interioară CF 8

finisare interioară cu freză cilindro – frontală de 4 (fig.5.24)

Fig.5.24 Finisare interioară CF 4

amborarea se face cu ajutorul burghiului centruitor de 3 (fig.5.25)

Fig.5.25 Amborarea

găurire cu burghiu de (fig.5.26)

Fig.5.26 Găurire burghiu

găurire cu burghiu de 4,5 (fig.5.27)

Fig.5.27 Găurire cu burghiu de 4,5

.găurire cu burghiu de 2,5 (fig.5.28)

Fig.5.28 Găurire cu burghiu de 2,5

desprindere piesă din menghină

Operația 40. Control dimensional

Controlul dimensional se relizează cu ajutorul unei mașini de măsurat 3D manuală fig5.29, cu următoarele caracteristici:

precizia de măsurare este de 0.001mm

intervale de măsurare: – X=700mm

– Y=400mm

– Z=300mm

Fazele operației:

Orietarea și fixarea piesei se face cu ajutorul unei bride pe masa mașinei (fig.5.29);

Măsurarea piesei (fig.5.29.)

Fig.5.29 Măsurare piesă

desprindere piesă

În urma măsurătorilor conform raportului de control (tab.4.1) rezultă că piesa se află în câmpul de toleranțe impuse de beneficiar.

Tabelul 4.1

CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE

În concluzie introducerea comenzii numerice în industrie este o necesitate pentru a fi compatibil la cerințele actuale de calitate și eficacitate pe piața munci, mașinile CNC oferind o productivitate mare și o precizie ridicată de mașinare.

Cu ajutorul mașinilor cu comandă numerică se pot realiza piese cu o complexitate ridicată imposibil de realizat pe mașini clasice.

Reducerea necesarului de forță de muncă prin eliminarea diferitelor operații de executare a piesei (exemplu: se pot face diferite prelucrări (găurire, frezare, alezare, filetare) pe același CNC fără a fi nevoie de alte mașini și operații pentru realizarea piesei).

Utilizarea softului POWERMILL în proiectarea asistată de calulator, destinat generări traiectorilor de frezare pe centre de prelucrare cu conducere numerică prezintă următoarele avantaje:

numeroase strategii de frezare;

viteza mare de generare a traiectoriilor de frezare;

siguranța și acuratețea rezultatelor obținute;

interfață modernă și ușor de utilizat.

Contribuțiile personale realizate în procesul de fabricație al reperului „ Machetă suport fiere” sunt următoarele:

realizarea programului de mașinare;

alegerea strategiilor de frezare optime care să asigure un timp de prelucrare cât mai mic și precizia piesei cerută de către benificiar;

alegerea modului de atac al frezei în material astfel încât să fie elminat riscul deteriorări acesteia;

alegerea sculelor necesare prelucrării piesei;

micșorarea timpului de prelucare;

realizarea fluxului tehnologic;

documentația tehnică necesară;

urmărirea fluxului tehnologic.

Bibliografie

Ilarion Banu, Danile- Constantin Anghel (2011) – „Fabricarea asistată de calculator”- Editura Universității din Pitești, 2011

Documentație tehnică SC. Ana MEP S.D.V. SA. (2014)

http://ro.scribd.com/doc/79840674/Centre-de-Prelucrare

http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Structura-unei-masini-cu-comen1152222151.php

http://www.mecanica.pub.ro/id62399/indrumare_62399/indrumar_frezor_imp.pdf

http://www.mec.ugal.ro/Resurse/MENUS/Facultate/IFR/UEPM_curs.pdf

http://ro.scribd.com/doc/90129343/Freza-CNC

http://test.mrxl.ro/joomla/images/Cursuri/uem/Cap3_7-8.pdf

http://ro.scribd.com/doc/47379345/Structura-unei-masini-cu-comenzi-numerice-Atestarea-Competentelor-Profesionale-proiect

http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Masina-de-frezat-NovaMill-CNC-23681.php

http://www2.unitbv.ro/LinkClick.aspx?fileticket=s7zzua6eTbk%3D&tabid=4579

http://www.islavici.ro/spihttp://ebookbrowsee.net/pr/prelucrare-cnc#.Ut0CTBCYuUkn-off/BROSURASPINN-OFF.pdf

http://www.creeaza.com/tehnologie/tehnica-mecanica/STRUNJIREA-PE-MASINI-UNELTE-CU629.php

http://catia.3x.ro/index_files/text/Notiuni.htm

http://www.icms.ro/sff/sff.html

http://forestierbistrita.wikispaces.com/file/view/ELEMENTE+DE+COMAND%C4%82+NUMERIC%C4%82.pdf

http://www.sscnc.ro/despre-cnc

http://www.ceproinv.ro/poliamida_PA.php

http://www.ana.ro/despre-ana-mep-sdv