Licenta Sisteme Cnc Taiere Materiale Moi 21.07.2014 [302143]

[anonimizat]:

Ș.l. dr.[anonimizat]: [anonimizat]

2014

[anonimizat]:

Ș.l. dr. [anonimizat]: [anonimizat]

2014

Sistem de CNC

de tăiere materiale moi cu fir cald

Capitolul 1. Introducere

Un echipament este cu comandă numerică dacă instrucțiunile care permit punerea în funcțiune a mașinii sunt implementate în formă codificată. [anonimizat] a fost mașina de țesut a lui Jacquard (1800) care avea drep program o bandă perforată.

Comanda numerică a mașinilor-unelte a apărut în anii 1950. Aceasta a fost dezvoltată în USA începând cu 1942 pentru a satisface necesitățile industriei aeronautice la realizarea suprafețelor complexe cum ar fi :

buzunarele de diverse forme în panouri mari de aluminiu.

paletele elicei elicopterelor

Inițial aceste echipamente dispuneau de unități de comandă acționate prin cablu iar implementarea datelor se făcea prin cartele perforate. [anonimizat] a scăzut până prin anul 1970, toate ofereau capacități pentru tratamentul informațiilor importante. [anonimizat]. Această evoluție a privilegiat tratamentul de date în timp real, a permis creșterea posibilităților oferite de acest tip de comandă și a favorizat integrarea acestora în construcția de echipamente automatizate.

Utilizarea comenzii numerice (CN) [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat] [1].

Mașinile CNC s-au dezvoltat de-a lungul a [anonimizat]:

[anonimizat]. Aceste mașini nu aveau o fiabilitate crescută.

la a [anonimizat], conducând astfel la o producere mai mică de căldură și la creșterea fiabilității etajului de control care ocupa un spațiu mai mic.

a treia generație s-a introdus memoria de stocare a programelor și utilizarea circuitelor integrate și modulare. [anonimizat], iar apoi electronice cu circuite integrate.

[anonimizat] a programelor.

[anonimizat]. Mașina primea o instrucțiune, o executa și apoi cerea următoarea instrucțiune.

Mașinile – unelte controlate numeric mai poartă și denumirea de mașini CNC. [anonimizat] ,,alimentare” continuă a [anonimizat] (formate din litere și cifre) astfel încât să poată fi controlate mișcările unei mașini – unealtă.

CNC este prescurtarea de la ,,Computer Numerically Controlled” (Control numeric cu Computer),aceasta referinduse întotdeuna la modul unic de operare al unei mașini, adică la metodă 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 primește, pentru a determină ce trebuie să miște, unde și cât de repede.

Cea mai importantă funcție a oricărei mașini CNC este controlul precis și riguros al mișcării. Toate echipamentele CNC au două sau mai multe 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.

Marea majoritate a mașinilor CNC sunt capabile să se miște în trei direcții simultan. Aceste direcții sunt numite axele mașinii, acestea având numele coordonatelor X, Y, Z. Axa X este întotdeauna aceea pe care mașina, sau o parte a mașinii, acoperă cea mai mare lungime.

De exemplu, axa X poate reprezinta mișcarea față – spate, iar axa Y, mișcarea stânga – dreapta. Axa Z reprezintă mișcarea verticală, sus – jos pe care de obicei este montată unealta de prelucrare.

Capitolul 2. Mașinile unelte cu comandă numerică

Mașina unealtă cu comandă numerică (MUCN) reprezinta mașina unealtă la care programarea comenzilor se realizează prin interfața unui calculator, folosind un cod numeric convențional, comandând aceleași lanțuri cinematice. Comanda numerică a unei mașini unelte este programul în care echipamntul de comandă lucrează în întregime sau parțial cu informații sub formă numerică [2].

Componența unei mașinii unealtă cu comandă numerică este următoarea: mașina unealtă propriu-zisă (1) și echipamentul de comandă numerică (2), legate între ele prin echipamentul electric (3).

MUCN sunt fabricate în colaborare de mai multe firme, unele realizând partea clasică, altele fiind specializate în partea de comandă numerică.

Fig. 1. Reprezentarea grafică a unei MUCN

Echipamentele de comandă numerică (ECN) se prezintă într-o gamă foarte largă, fiind concepute după principiul comenzilor numerice de poziționare sau de conturare.

Cele mai cunoscute echipamente CNC sunt :

Sinumerik, al firmei Siemens, Germania;

FANUC, Japonia;

Alcatel, Franta;

Mikromat, Germania.

Caracteristici ale echipamentului de comandă numerică [2]:

purtătorul de program;

numărul de axe;

memoria pentru stocarea programelor;

posibilitățile de adaptare pentru comunicarea cu o memorie externă;

modul de implementare a programelor

precizia obținută.

Funcțiile echipamentului de comandă numerică:

transmiterea informațiilor,

conversia mărimilor,

amplificarea mărimilor,

memorarea informațiilor,

efectuarea de calcule

Automatizarea după program a MUCN se realizează prin [19]:

circuite deschise de comandă numerică;

circuite închise de reglare numerică .

În funcție de capacitatea calculatorului utilizat, există două tipuri de sisteme de comandă prin calculator a mașinilor-unelte :

sisteme CNC (Computerized Numerical Control), care utilizează calculatoare de capacitate mică (minicalculatoare) pentru comanda unei singure mașini-unelte sau a mai multor mașini identice pe care se execută aceleași operații;

sisteme DNC (Direct Numerical Control ), care utilizează calculatoare de capacitate mare pentru comanda centralizată a unui grup de mașini-unelte cu comandă numerică.

Fig. 2. Clasificarea mașinilor unelte

2.1. Sisteme CNC

La sistemele CNC minicalculatorul preia o parte din funcțiile echipamentului de comandă numerică. În cazul comenzii numerice, funcțiile echipamentului se realizează printr-o logică cablată (hardware), pe când la sistemele CNC o parte din funcții se realizează prin logica cablată, iar o altă parte prin sistemul programelor pe calculator (software). Ca urmare sistemele CNC înlocuiesc sistemele de comandă numerică clasică acolo unde se cere o putere mai mare de calcul și o flexibilitate marită în programe [19].

Extinderea sistemelor CNC

Structura de bază a sistemelor CNC poate fi completată cu o serie de blocuri care să permită introducerea unor funcțiuni noi. Aceste blocuri sunt [1]:

blocul de cuplare a minicalculatorului la un calculator ierarhic superior în vederea integrării într-un sistem complex DNC ;

blocul de măsurare automată a erorilor cinematice ale mașinilor-unelte și de compensare a acestora.

Prin introducerea acestor blocuri, se poate realiza o optimizare a procesului de prelucrare, având ca obiectiv productivitate maximă, cost minim, încărcarea optimă a mașinii et. De asemenea, se măreste precizia de prelucrare prin introducerea blocului de măsurare și compensare a erorilor cinematice.

Extinderea sistemelor CNC se poate realiza și prin dotarea acestora cu alte programe de bază, cum ar fi cele pentru diagnosticarea și localizarea defecțiunilor mașinii-unelte și a erorilor ce intervin în timpul lucrului.

2.2. Sisteme DNC

Sistemele DNC, în afară de conducerea centralizată a mașinilor-unelte, asigură distribuirea și evidența materialelor, elaborarea programelor de prelucrare a pieselor, planificarea producției, distribuirea sculelor etc.

La acest sistem, calculatorul preia cât mai mult posibil din funcțiile blocurilor echipamentului de comandă numerică al mașinii-unelte. In cazul limită echipamentul de comandă numerică NC este redus doar la funcțiile de comandă a acționărilor reglabile, de măsurare a deplasărilor, de comandă, a funcțiilor auxiliare ale mașinii și la logica necesară transmisiei de date [4].

Calculatorul închide buclele de reglare a poziției pentru toate mașinile-unelte, executând toate calculele de comparații între deplasările precise și cele reale (măsurate). El execută, de asemenea, interpolarea necesară la comenzile de conturare, furnizând în timp real comenzile de deplasare pentru toate mașinile-unelte din grup. Programele-piesă sunt stocate în memoria calculatorului, fiind posibil un acces simplu și rapid. Ca și la sistemele CNC, comunicarea cu mașina-unealtă se face direct prin calculator, în regim interactiv, conversațional, on line în timp real, în ambele sensuri [1].

Sistemele DNC, prin funcția de supraveghere a functionării mașinilor-unelte și prin celelalte funcții legate de organizarea și planificarea procesului de fabricație, realizează un coeficent ridicat de utilizare a mașinilor-unelte, cu până la 30% mai ridicat decât în cazul mașinilor-unelte cu comandă numerică clasică. Pentru a se implementa eficient un sistem DNC este necesară o cunoaștere aprofundată a întregului proces de fabricație.

În funcție de prelucrările ce le execută, mașinile unelte cu comandă numerică pot fi :

Fig. 3. Tipuri de mașini unelte

2.3. Sisteme de coordonate ale mașinilor unelte cu comandă numerică

Pentru unificarea și ușurarea interschimbabilității datelor de programare numerică s-a alcătuit și acceptat sistemul ISO-R 841 pentru standardizarea axelor de coordonate și a miscărilor la MUCN.

Orice masină unealtă execută mișcări în raport cu niște axe specifice fiecăreia. Stabilirea corectă a axelor este foarte importantă în cazul MUCN, deoarece programul ține cont de aceste axe. Există un sistem de axe de coordonate ale mașinii unelte când axele corespund deplasărilor sculei și un sistem de axe de coordonate al piesei ce se referă la deplasările executate de elementul pe care se fixează piesa [2].

In comanda numerică s-a introdus noțiunea de axă ca fiind o deplasare liniară. Aceste mișcări sunt executate de organele mobile ale mașinii unelte cu comandă numerică.

La toate mașinile unelte cu comandă numerică :

axa Z coincide cu axa arborelui principal;

axa X reprezintă axa principală de mișcare în planul în care se realizează poziționarea piesei față de sculă;

axa Y de mișcare e perpendiculară pe axele X si Z, formând cu acestea un triedru.

Axele de coordonate se stabilesc după anumite reguli, astfel :

Axa Z este paralelă cu axa arborelui principal al mașinii . Astfel, la o mașină de găurit sau de frezat, arborele principal antrenează scula, în timp ce la un strung, axa Z coincide cu axa piesei. Dacă mașina nu are arbore principal, axa Z se alege perpendicular pe suprafata de așezare a piesei. Sensul pozitiv al axei Z corespunde deplasării prin care se mărește distanta dintre piesă și scula.

Axa X este în general, orizontală și paralelă cu suprafața de așezare a piesei. Ea este axa principală de deplasare în planul în care se face poziționarea piesei față de sculă.

Axa Y se alege astfel încât să formeze împreună cu celelalte un sistem ortogonal drept, care se poate determina și cu regula mâinii drepte din fizică.

Pentru a identifica axele unei MUCN, acestora li se atribuie o anumită simbolizare precizată în recomandarea ISO R- 841/1968 sau în STAS 8902 – 71. Teoretic există cazul general, cu 3 axe de translație (X,Y,Z) și 3 axe de rotație (A, B,C) în jurul primelor 3. Se spune că avem în acest caz o mașina în 6 axe. Dacă tot ansamblul este montat pe un suport care la rândul lui poate executa mișcări, putem vorbi de mașini în 7, 8 sau 9 axe . Aceste mașini sunt de o mare complexitate și se proiectează de obicei pentru un scop foarte precis. Mașinile care se intâlnesc în practică au de obicei 2 – 5 axe, cele mai multe având 2 sau 3 axe [19].

Fig. 4. Sistenul de axe al mașinilor CNC

Mișcările de rotație se notează astfel :

A – rotație în jurul axei X

B – rotație în jurul axei Y

C – rotație în jurul axei Z

Obținerea mișcărilor se face fie prin deplasarea piesei, fie prin deplasarea sculei. Prin deplasare se înțelege atât translația cât și rotația . Astfel, deplasarea sculei pe axa +X corespunde cu o deplasare a mesei pe directia -X. Acest lucru produce de multe ori confuzie în rândul programatorilor MUCN și al operatorilor de la mașină. Se greșește la stabilirea sensului de parcurs. Pentru a stabili corect sensurile de deplasare pe direcția axelor se va respecta următoarea regula. Pentru stabilirea sensului mișcărilor se consideră piesa ca fiind fixă, iar mișcările sunt executate de sculă.

În afară de sistemul de coordonate al mașinii – unelte, în care are loc deplasarea sculei, trebuie luat în considerare și un sistem de coordonate solidar cu piesa, cu axele notate cu Xi , YI, ZI ce se referă la deplasările piesei, după fixarea ei pe masa mașinii. Aceste axe de coordonate au sensul pozitiv în sens opus celor ale mașinii unelte.

2.4. Sisteme de referință

Orice mișcare executată de MUCN se raportează la un sistem de referință ortogonal drept. Originea sistemului este punctul în care X=0, Y=0, Z=0 respectiv A=0, B=0, C=0. Alegerea originii este arbitrară, atât pentru axele de translație cât și pentru axele de rotație [7].

Originea sistemului de referință asociat mașinii unelte poartă denumirea de punct zero al mașinii sau nulul mașinii. Pe MUCN, punctul zero al mașinii reprezintă un punct fix și bine stabilit în spațiu, odată cu montarea traductoarelor și testarea mașinii, adică a tuturor reglajelor în regim de comandă numerică. Față de acest punct se poziționează piesă de prelucrat pe mașină. Mașină în șine, axele de coordonate și punctul zero sunt de fapt un sistem rigid din punct de vedere geometric, cu un sistem de axe bine stabilit.

Orice piesă care urmează a fi prelucrată trebuie mai întâi poziționată față de sitemul de coordonate rigid al mașinii (OmXmYmZm) sau sistem absolut și apoi identificat punctul de unde începe prelucrarea ( punctul de start). Programul se scrie însă, față de un sistem de referință al piesei (OpXpYpZp) numit și sistem relativ, care se alege de programator. Acest sistem este legat de sistemul absolut al MUCN printr-un vector de poziție. Această operațiune se numește poziționarea piesei. Programatorul va trebui să indice pe fișa tehnologică unde a ales sistemul d referință și unde este punctul de start. Poziționarea piesei are că efect transformarea coordonatelor piesei din sistemul (OpXpYpZp) în sistemul (OmXmYmZm) printr-o translație efectuată automat de MUCN.

În practica programării, primul pas care trebuie făcut este alegerea sistemului relativ al piesei (OpXpYpZp). Acest sistem se alege în așa fel încât exprimarea deplasărilor sculei să se facă cât mai comod după desenul piesei.

Un alt criteriu ar fi posibilitățile de poziționare a semifabricatului pe masa mașinii. Nu există reguli precise pentru alegerea acestui sistem. Cel mai bun ajutor în acest sens este experiența programatorului [8].

Pentru piesele spațiale trebuie să se stabilească cu atenție și planul Z=0. Această alegere este foarte importantă deoarece în planele paralele cu planul X0Y au loc deplasările de poziționare ale sculei, iar o greșeală de programare poate duce la atingerea accidentală a piesei de către sculă. Că o măsură de prevedere este indicat că planul Z=0 să se aleagă pe o suprafața plană cu altitudinea cea mai mare ( în cazul în care arborele principal este vertical [7]).

2.5. Programarea mașinilor unelte cu comandă numerică

Mașinile cu comandă numerică sunt echipamente complexe dotate cu sisteme de comandă și control numeric a deplasărilor. Sunt dotate cu memorie care permite păstrarea programului. Sistemele actuale utilizează calculatoare compatibile IBM-PC [5].

Programul constă într-o succesiune de instrucțiuni care sunt interpretate de un program din calculator destinat comenzii mașinii.

Mașinile pot fi conectate la alte calculatoare sau rețele de calculatoare.

Fig. 5. Ciclul de lucru cu o mașină cu CNC

Din punctul de vedere al tehnologului programator sunt importante următoarele caracteristici ale echipamentului CNC [19]:

numărul de axe;

purtătorul de program;

memoria pentru înmagazinarea programelor;

modul de introducere a programelor;

posibilitățile de adaptare pentru legătura cu o memorie externă;

precizia obținută.

Pe lângă sistemul de axe prezentat în capitolul anterior, în programarea mașinilor unelte cu comandă numerică se mai folosesc originile.

OM este originea sistemului de măsurare. Poziția sa este definită de constructor.

Om este originea mașinii. Poziția sa este definită de limitatori montați pe axele mașinii. La pornirea mașinii, prima deplasare trebuie executată în Om deoarece numai după atingerea acestui punct mașina consideră că este sincronizată. OM și Om pot fi confundate.

OP este originea programului și reprezintă un punct față de care sunt definite pozițiile din program

Op este originea piesei și reprezintă un punct de pe piesă care poate fi atins cu un taster (cală de reglare sau un alt sistem de măsurare) în vederea definirii punctului OP.

Fig. 6. Exemplificare origini în programare

Fig. 7. Decalare după axa Z

Fig. 8. Decalare după axa X

Programul se compune dintr-un program principal și eventual un număr de subprograme. Fiecare unitate de program se compune din blocuri sau fraze. Un bloc se compune dintr-o adresă și o valoare numerică. Exemple:

cuvânt care definește o dimensiune: X-12.5

cuvânt care definește o funcție pregătitoare: G01

cuvânt care definește o funcție auxiliară: M8

Numerotarea liniilor se face folosind adresa N și este de obicei facultativă dar utilă dacă sunt semnalate erori.

Funcțiile pot fi modale sau nemodale. Cele nemodale sunt active doar în cadrul blocului în care sunt definite. Cele modale sunt active începând de la blocul în care au fost definite și până la o funcție de anulare.

Exemplu :

N120 G0 X100 Y345

N130 G1 Z-4 F35 [16]

Funcția G1 (deplasare cu avans de lucru) anulează funcția G0 (deplasare cu avans rapid). X și Y sunt modale, deci deplasarea pe aza Z se realizează în punctul (100, 345, -4).

2.5.1. Limbajul comenzii numerice

Programele MUCN sunt formate dintr-o succesiune de coduri care definesc fazele de prelucrare ale unei piese. Un program este alcătuit în principal din fraze care sunt scise într-o suucesiune logică. Fiecare frază se compune din mai multe cuvinte NC. Un cuvânt este compus dintr-o adresă urmată de un grup de cifre. Adresă definește memoria sau circuitul de execuție din unitatea de comandă în care trebuie să ajungă comandă iar grupul de cifre definește comandă [6].

În cadrul frazelor fiecare comandă se transmite codificat printr-o succesiune de caractere. Un caracter reprezintă de fapt o combinație de găuri de pe un rând al benzii perforate sau o combinație de biți în cazul suporților magnetici. Totalitatea caracterelor utilizate în programarea MUCN alcătuiesc codul de programare.

Atât în cazul benzilor perforate cât și al memoriilor magnetice, frazele sunt separate prin niște caractere speciale (LF, CR).

Aranjarea cuvintelor în frază definește un format care asigură interschimbabilitatea benzilor suport-program pentru diferite sisteme de comandă numerică. În principiu, cuvintele pot fi codificate pe bandă în orice ordine, dar considerente de ordin practic și logic impun o anumită ordine, cum ar fi :

N- numărul blocului ( frazei);

G – funcții pregătitoare;

X,Y, Z – adrese geometrice

F,S,T – adrese tehnologice

M- funcții auxiliare

Informațiile pe care le conține un program provenite din desenul piesei și fișa tehnologică se pot clasifica în informații geometrice, tehnologice și auxiliare [9].

Limbajul folosit este standardizat (ISO – International Standard Organisation sau EIA – Electronic Industries Association).

Exemplu:

%100

N10

N20

N… cuvânt

N… bloc sau frază

N…

N320 M29 M30

2.5.2. Informații geometrice

Informațiile geometrice transmit MUCN date referitoare la direcția și sensul de deplasare, precum și mărimea acestor deplasări. Toate echipamentele au posibilitatea de deplasare în coordonate absolute sau relative. Orice deplasare relativă după o anumită direcție, este pozitivă dacă mișcarea se face în sensul pozitiv al axei respective și negativă dacă se face în sens contrar [14].

Structura cuvintelor prin care se transmit informații geometrice cuprinde o adresă, prin care se definește axă după care are loc deplasarea, urmată de un grup de cifre reprezentând coordonată unui punct. Semnul coordonatei se plasează imediat după adresă, prin el se precizează sensul de deplasare pe axa respectivă.

Există și o serie de echipamente numerice la care semnul "+" nu este obligatoriu de specificat. La astfel de echipamente lipsa oricărui semn de după adresă va fi interpretată ca fiind semnul "+" [6].

În scriere formală, pentru un anumit echipament, un format cu cuvinte de adresă se poate indica (DIN 66025) astfel :

N20 G02 X-243.75 Y+32.05 I+245.70 J-16.05 F40 S450 T02 M3

în care : N20 – numărul frazei, G02 – adresa pentru tipul traiectoriei ( aici arc de cerc) X,Y- punctul de la capătul arcului, I,J- centrul arcului de cerc, F40- avansul, S450 – turația, T02- numărul de ordine al sculei, M03 – pornirea arborelui principal.

Pe echipamentele moderne se pot programa, în afară de coordonate, și alte informații geometrice referitoare la compensarea lungimii și a diametrelor sculelor. Cu aceste informații se pot "corecta" din exteriorul programelor, coordonatele de pe banda perforată (magnetică) în funcție de lungimea sau diametrul sculei.

Acest lucru este foarte important deoarece permie scrierea programelor fără a cunoaște lungimea și diametrul sculei. Ambele corecții se introduc de pe consola echipamentului de comandă numerică printr-o adresă specifică, urmată de un grup de cifre care reprezintă valoarea corecției.

2.6. Avantajele și dezavanjatele utilizării CNC

Un robot industrial este o formă de mașină cu control numeric, prin aceea că mișcările robotului sunt comandate cu același tip de controller cu care sunt echipate și mașinile – unelte. Diferența rezidă în limbajul de programare utilizat. Un robot constă, în esență dintr-un braț mecanic articulat, care are la capăt un dispozitiv mecanic numit end – efector, cu ajutorul căruia robotul poate apuca diverse obiecte sau sau poate mânui un aparat de sudură, în diverse puncte de pe caroseria unui automobil, sau un aparat de vopsit pe care îl deplasează de-a lungul unei traiectorii complexe, în vederea unei vopsiri uniforme [12].

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

Primul beneficiu oferit de toate tipurile de mașini CNC este îmbunătățirea automatizării.

Intervetia operatorului în producerea pieselor poate fi redusă sau eliminată. Multe mașini CNC pot funcționa nesupravegheate pe parcursul întregului ciclu de prelucrare. Acest aspect oferă utilizatorului mai multe beneficii, cum ar fi: reducerea gradului de oboseală, reducerea greșelilor provocate din eroare umană, un timp de ciclu constant, deci o producție previzibilă. Deoarece mașina rulează un program de control, nivelul de cunoștințe necesar majorității operatorilor CNC este, de asemenea, redus în comparație cu cea a unui prelucrător prin așchiere care lucrează pe mașini clasice [3].

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

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

Făcând o comparație între mașinile CNC și mașinile – unelte clasice se pot identifica o serie întreagă de avantaje și dezavantaje.

2.6.1. Avantaje ale utilizării mașinilor CNC

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

Mașinile CNC pot face ceea ce o mașină – unealtă nu poate – o mașină CNC poate face conturarea în spațiu 3D (în trei dimensiuni), lucru imposibil cu o mașină – unealtă clasică. Acest lucru permite inginerilor să proiecteze piese cu geometrii care erau prohibitive înainte, datorită costurilor foarte mari de fabricație [10].

Repetabilitatea – o mașină CNC va face 10, 100, 1.000 sau mai multe piese exact la fel, fără abateri (cu excepția uzurii mașinii și a sculei). Un strungar nu poate executa două piese exact la fel. Probabil 10% din piese vor trebui să fie reajustate sau vor fi 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 mașină CNC, se poate realiza o piesă de rezervă imediat ce s-a primit comanda de la client. Se încarcă în mașină programul, se realizează una sau mai multe piese și se livrează în aceeași zi.

Reducerea costurilor pentru scule speciale și a timpilor de pregătire a mașinii – uneltele și dispozitivele cu care se fixează 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 înseamnă mulți bani și mult timp pentru a începe producția. Mașinile CNC nu necesită decât foarte puțin (sau deloc) timp pentru fixarea pieselor. De obicei se folosesc dispozitive simple de prindere, de tip clește ssau 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 mașinilor CNC permite acestora să parcurgă cu precizie traiectorii de tip contur, nemaifiind nevoie de unelte speciale pentru poziționarea și ghidarea sculei tăietoare. O schimbare de ultima oră a proiectării piesei nu necesită decât modificarea câtorva linii de program. Acesta înseamnă, pentru ingineri, posibilitatea de a îmbunătăți permenent calitatea produselor prin ajustări necostisitoare în proiectarea pieselor [3].

Reducerea timpului de calificare pentru operatori – operatorii de pe mașinile CNC nu controlează operațiile.

Ei doar încarcă și descarcă piesele din mașină, întretin 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 mașini CNC sunt mai mici decât salariile cerute de muncitorii calificați în prelucrări prin așchiere care 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; astfel se elimină timpul de demontare, transport și fixare a piesei de prelucrat între două posturi de lucru. Cu alte cuvinte, un singur operator pe o mașină CNC poate face munca mai multor oameni.

Pentru a lucra în mod corespunzător, mașinile CNC au nevoie de operatori calificați. Dar de imediat 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 măsură foarte mici. O mașină poate face o gaură la capătul unei mese de lucru, după care se poate muta la celălalt capăt al mesei și se întoarce la 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 – o mașină CNC poate fi programată să lucreze piese din lemn, cu scule speciale lemnului. Un operator uman nu se poate adapta ușor la schimbări rapide de regimuri de lucru (că 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, fără oprire. Singurii factori care limitează producția cu mașini CNC sunt: alimentarea cu material și uzura sculei.

De obicei, mașinile CNC erau asociate cu producția 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 [3].

Creșterea siguranței în explotare – o mașină CNC nu necesită poziționarea manuală a sculei și, deci, nu necesită prezența operatorului lângă zona de prelucrat. Principala preocupare a operatorului este de a monitoriza activitatea mașinii și de a realiza corecții. Majoritatea mașinilor sunt prevăzute cu un buton de Oprire de Urgență pentru oprirea completă a mașinii în cazul unei erori de funcționare [15].

2.6.2. Dezavantaje ale utilizării 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 înseamnă că mașină achiziționată trebuie să lucreze cât mai mult timp, uneori în două sau trei schimburi, pentru a amortiza valoarea investită. Multe firme mici nu își permit un asemenea cost, îndeosebi în timpuri când dobânzile bancare sunt mari.

Mașinile CNC trebuie 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 mari 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 să fie realizată cât mai repede deoarece, 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 măsură ce complexitatea geometriilor și numărul de piese crește, mașina CNC devine mai economică.

Capitolul 3. Sistem de CNC de tăiere materiale moi cu fir cald , varianta industrială

3.1. Plotterul de tăiat polistiren cu fir incandescent CONER ThermoCut

3.1.1. Detalii produs

Fig.9. Plotterul Corner thermoCut

„Thermoplotterul este o mașină de tăiat, comandată prin calculator, care poate încălzi o sârmă de rezistență întinsă până la 800°C.”[20] Tăierea are loc în momentul în care căldura degajată de firul cald evaporă în avans materialul cu acare vine în contact. Posibiliatatea unei tăieri foarte precise este posibilă datorită comenzii digitale cât și posiibilitatii de a stabilii parametrii materialului de bază.

ThermoCut foam cutter este un tăietor de spumă cu fir cald, comandat prin calculator, cu care se poate tăia orice formă tridimensională din aproape oricare placă de spumă spongioasă, expandată sau extrudată de pe piață, ca de ex.:

Polistiren expandat (EPS Expanded polystyrene foam , hungarocell, stiropor)

Polistiren extrudat (XPS Extruded polystyrene foam, stirodur)

Poliuretan

Polietilenă

Polipropilenă.

Realizarea tăierii se face cu fir de nichelină încalzid, acesta fiind acționat de un motor pas cu pas care este comandat de pe un calculator. Prin această metodă plăcile de spumă pot fi tăiate rapid și foarte precis. Cu o proiectare potrivită – tăieri din mai multe laturi – se pot efectua chiar forme spațiale mai dificile.” În mașina mai mică pot încăpea blocuri de max. 130x60x35, iar în mașina mai mare de până la 300x130x300.”[20]

Numărul aflat în denumirea mașinilor de tăiat spumă ThermoCut Pro reprezintă grosimea materialului de tăiat, și este proporțional cu lungimea filamentului întins. Unele tipuri se deosebesc în primul rând prin mărimea lor. Mașinele cu semnul A, fără masă rotativă sunt recomandate celor care doresc în primul rând aplicații în arhitectură. Modelele de 60 și 130 cm sunt construite cu lungimi de mese diferite (BABY, MINI, MIDI, MAX).

3.1.2. Materiale de bază

Mașinile de tăiat se folosesc la tăierea materialului din spumă de polistiren expandat și spumă de polistiren extrudat. Se poate găsi în plăci și blocuri. De obicei are culoare albă.

Polisterenul extrudat se poate găsi în plăci și este un material mai solid decât polisterenul expandat, având structura mai uniformă.

Formele tăiate din spumă de obicei nu sunt încă produse finite,acestea necesitâand și alte prelucrări în scopuri estetice și pentru creșterea rezistenței în timp. Se recomandă folosirea diferitelor materiale de acoperire la folosirea diferitelor decoruri de reclamă și strat de protecție în cazul întrebuințării în arhitectura exterioară

Mașinile de tăiat spumă au fost proiectate pentru a tăia material extrudat și spumă expandată . Pentru a tăia alte materiale vă sugerăm să faceți înainte o tăiere de probă. De exemplu cu mașinile noastre pentru tăiat plăci de spumă se taie și material polifoam, dar polifoamul obținut prin lipirea mai multor straturi nu se taie frumos din cauza cantității de adeziv. Tăierea buretelui se face mai ieftin cu mașina de tăiat polistiren CNC cu fir vibrator dar poate sa nu arate frumos din cauza posibilității arderii suprafeței buretelui.

Mașina de tăiat polistiren cu fir cald întins nu este concepută pentru tăierea rozetelor, ornamente decorative, baghete cu ornamente. Nu se pot tăia suprafețe concave. Pentru proiectarea unor statuiete 3D mai complicate sunt necesare cunoștințe corespunzătoare de utilizare a unui soft 3D.

3.1.” Detalii tehnice [20]

3.1.4. Domenii de utilizare

Mașina de tăiat polistiren cu fir cald poate fi utilizata pentru tăierea textelor tridimensionale, obiectelor de reclamă, machetelor, decorurilor pentru teatru sau film, creațiilor artistice, pentru confecționarea obiectelor decorative hobby. Acestea sunt doar câteva idei din multitudinea de posibilități pe le oferă echipamentul : inscripții 3D, logo-uri pentru firme, litere volumetrice.

Cu opțiunea '/P' utilajul ThermoCut, face posibilă tăierea în perspectivă și tăierea literelor mai deosebite cum ar fi inscripții 3D, logo-uri pentru firme, litere volumetrice.

Este un utilaj folositor pentru confecționarea decorurilor pentru expoziții, teatru sau film. De asemenea cu mașina ThermoCut se pot crea elemente și baghete decorative pentru amenajări exterioare sau interioare: decorații din spumă pentru clădirii (decorații pentru fațade, baghete decorative, decorații pentru tavan, măști pentru garnișe, balustrade, decorații pentru parapet, stâlpi, profile pentru fațade). Acestea vin să înlocuiască vechile ornamente din gips, fiind mai ușoare și ușor fixabile cu adezivi.

ThermoCut oferă posibiliatea confecționării lăcașului de izolare a țevilor la dimensiuni speciale , chiar și pentru producerea în serie, dar și fabricarea izolatorilor fonici pentru izolatori de mărime specială.

Mașina de tăiat polistiren este ideală pentru confecționarea materialor unice promoționale, obiectelor de cadou, decorațiilor ușoare de dimensiune mare destinate atragerii clienților.

Domeniul cel mai interesant de utilizare al ThermoCut este pentru obținerea de matrițe. Acestea obținute astfel sunt mult mai ieftine și mai precise decât cele obținute cu metoda tradițională.

Se folosește pentru fabricarea în serie mica a ambalajelor din spumă destinate transportului în siguranță a anumitor produse cum ar fi: sisteme electronice, obiecte de muzeu sau destinate expozițiilor. De asemenea este de neînlocuit pentru ambalarea obiectelor fragile, pentru fabricarea unor elemente care să împiedice mișcarea obiectelor în timpul transportului.

Se pot confecționa modele de creații hobby, machete. Tipurile care au opțiunea '/P' și care pot mișca independent cele două capete ale firului incandescent sunt indicate pentru aceste creații.

3.1.5. Softul utilizat

Softul poate să proiecteze automat traseul taierii desenelor încarcate, apoi să taie forma dorită.

Proprietățile cele mai importante ale softului sunt:

Prelucrarea fișierelor în format HPGL și DXF;

Proiectarea automată a traseului tăierii;

Înșirarea automată a obiectelor în așa fel încât să se elimine tăierile care nu sunt necesare;

Conducerea manuală a mașinii pe coordonatele X și Y;

Ghidarea manuală a mesei rotative;

Posibilitatea definirii și salvării a 10 configurații de tăiere;

Atenționează în cazul deteriorării firului incandescent ;

Simularea tăierii și preview (pe monitor puteți vedea dinainte traseul tăierii);

Corpul de tăiat se poate dimensiona;

Tăierea obiectelor cu mai multe fețe, rotirea în timpul tăierii, tăierea corpurilor elicoidale;

Proiect de tăiere: construirea corpurilor de rotație neregulate din mai multe desenel, dând unghiul de rotire între anumite tăieri;

Continuarea procesului tăierii din același punct în cazul unei opriri neașteptate (de ex. în cazul ruperii firului incandescent);

Vizualizarea corpurilor 3D pe monitor. Aceasta este importantă în cazul tăierii corpurilor de rotație neregulate;

Cele 2 capete ale firului incandescent se pot ghida independent unul de celălalt: ele pot tăia două forme diferite sau același desen în două dimensiuni și diferite;

Softul nu necesită un calculator deosebit. Resurse minime: un PC Pentium, 16 MB RAM, Windows 95.

3.1.6. Opționale

Cu ajutorul mesei rotative care poate roti materialul în plan orizontal cât și vertical se pot obține corpuri de rotație. Folosirea ei este necesară pentru obținerea coloanelor, balustradelor, corpurilor de rotație simetrice și asimetrice. Modelul S10 se poate încărca până la 10 kg, iar S150 chiar și până la 150 kg.[20] Cu ajutorul softului materia primă poate fi rotită fărăr oprire în timpul tăierii și/sau se poate face tăiere pe mai multe fețe.

"Funcția de strunjire": Motorul montat în poziție orizontală împreună cu sârma fasonabilă face posibilă funcționarea asemănătoare cu a unui strung.

Proprietate unică a mașinilor de tăiat polistiren ThermoCut PRO este tehnologia "sârmei fasonabile",care ajută la tăieri și forme cu totul deosebite altfel imposibil de realizat. Sârma de 0,9 mm grosime se poate îndoi cu mâna la forma dorită. Sârma lungă de 10 – 30 cm îndoită, fixată în adaptorul alăturat poate fi montată în locul firului incandescent întins. [20

]Sârma fasonabilă manual se poate combina cu posibilitatea rotirii multiple și a rotirii în timpul tăierii astfel putanduse extinde utilizarea în domeniul 3D.

Fig.10. Adaptor și sârmă fasonabilă pentru tăiat

Perspectiva (tăiere 2D+2D) cele două capete ale firului incandescent se pot ghida independent unul de celălalt. Datorită softului special care poate coordona diferit capetele se pot obține corpuri ale căror capete diferă ca formă și dimensiune. Cu o singură tăiere se pot obține litere cu efect de perspectivă și corpuri conice. Această facilitate este absolut necesară pentru creatorii de modele de avioane (confecționarea aripilor).

Noul accesoriu opțional al mașinilor tăiat polistiren Coner este panoul de comanda LCD (telecomandă). Aflat în carcasa compactă și robustă, softul de control permite utilizarea mașinii de tăiat polistiren și la distanță față de computerul de birou. Panoul face posibilă setarea parametrilor de tăiere ai mașinii de tăiat polistiren, reglarea ei, coordonarea precisă a firului de tăiere și a mesei rotative în modul de lucru manual. Într-un mod unic pe panoul LCD se poate vizualiza un "Preview" al traseului decupării. Astfel este posibilă verificarea de către operator a operațiunii de tăiere înainte ca aceasta să aibă efectiv loc.

Un alt avantaj al panoului de comandă este că nu necesită ținerea calculatorului în atelierul prăfuit lângă mașina de gravat, PC-ul poate fi așezat la distanță într-un birou separat.

MultiWire – Mașină de tăiat polistiren cu mai multe fire incandescente: concepută pentru confecționarea în serie a baghetelor decorative folosite în amenajări interioare și exterioare. În afară de firele incandescente standard se pot primi suplimentar 1-4 fire. Firele dețin fiecare, independent unul de celălalt, întăritor și încălzire separată. Distanța dintre fire este reglabilă, aprox. 12 cm. Cele 5 fire incandescente dau o productivitate de cinci ori mai mare.

Fig.11. Suport cu mai multe fire incandescente.

Firul incandescent dinTitan – are durata de viață de cinci – zece ori mai mare decât a firului clasic din NiCr. În afară de asta cu ajutorul acestuia se poate obține o viteză de tăiere mult mai mare. Desigur perioada de viață a acestuia depinde de temperatura de tăiere. Softul de tăiere SoftCut măsoară durata de folosință a firelor și lungimea tăiată și sugerează schimbarea acestora în caz că devine necesar. [20]

Capitolul 4. Sistem de CNC de tăiere cu fir cald machetă experimentală

4.1. Structura sistemului de acționare al sistemului de CNC de tăiere cu fir cald

Acest sistem are rolul de a tăia polistiren în diferite forme. Pentru a-și îndeplini rolul sunt necesare următoarele elemente:

bare de ghidaj pentru a asigura deplasarea liniară pe axe;

bare filetate pentru a realiza efectiv deplasarea pe barele de ghidaj;

panoul electric de comandă;

unitatea logică programabilă (PLC Mitsubishi);

fir tăietor.

Fig.12. Macheta experimentală

4.2. Proiectarea machetei experimentale in CATIA

Pentru realizarea desenului tehnic în 2D, cât și pentru realizarea machetei în 3D, am folosit software-ul Catia V5R19 dezvoltată de compania Dessault Systemes.

CATIA este prescurtarea denumirii complete a programului: Computer Aided Three Dimensional Interactive Application.

Desene tehnice ale părților componente :

Desen tehnic pentru partea culisabila pe orizontala:

Desen tehnic pentru picioarele de sprijin a părții orizontale:

Picior dreapta

Picior stânga

Desen tehnic pentru partea mobilă pe verticală

Desen tehnic pentru placa de susținere a barelor pe verticală

Desen tehnic pentru tijele de ghidaj

Desen tehnic pentru tija filetata care ajuta la punerea in miscare a partilor mobile

Desen tehnic pentru întreg ansamblul:

Desen 3D al machetei experimentale :

4.3. Descrierea sistemului

Sistemul este compus din patru părți principale, din care două orizontale și două verticale. Fiecare parte este construită din trei bare metalice din oțel dispuse paralel, bara din mijloc fiind filetată, aceasta având rolul de acționare a celor patru cărucioare culisabile antrenate de patru motoare de curent continuu de 12V. Aceste motoare sunt prevăzute cu un reductctor cu factorul de reducere i=60.

Pe cărucioarele culisabile sunt montate cele două părți mobile vertical paralele între care este dispus firul de tăietor. Acesta fiind prins de doi suporți izolatori din textolit. Cele patru motoare electrice de curent continuu sunt alimentate prin intermediul unui panou electric de comandă.

Fig.13. Suport de prindere pentru firul taietor

Firul tăietor este realizat din nichelină , iar alimentarea sa se face de la sursa de alimentare cu ajutorul unui cablu compus din două fire multifilare care are la capete două clipsuri crocodil.

.

Fig.14. Alimentarea firului tăietor

4 .4. Caracteristicile moroarelor de acționare

4.4.1. Principiul de funcționare al motorului de curent continuu.

În stator se afla înfășurarea de excitație care va produce un câmp magnetic constant produs de niste electromagneți alimentați în curent continuu sau de niște magneți permanenți.

Înfășurarea rotorică este alimentată la o sursă de curent continuu, prin urmare, prin spirele rotorice va debita un curent electric. Asupra laturii spirei aflate sub polul nord va acționa o forță elctromagnetica (F = B ∙Ia ∙l) iar asupra laturii spirei de sub polul sud va acționa o forța egala dar de sens contrar. Ca urmare asupra spirei va acționa un cuplu electromagnetic M care va roti spira.

M =kM ϕ

Înfășurarea rotorică este conectată la un colector format din lamele, prin contactul perii-colector se face alimentarea înfășurării. Polaritățile de pe stator atrag polaritățile opuse din rotor create de înfășurarea rotorică până când se va alinia, dar exact inainte de aliniere periile se muta pe lamele următoarece alimentează următoarele spire care vor susține mișcarea rotorului.

Fig.15 Caracteristicile natural ale motorului de current continuu

4.4.2. Motoare de acționare a părților mobile

Un = 12V cc

In = 4.5 [A]

n1 = 3000rpm

Puterea nominală [W]

P = Un ∙ In = 12 ∙ 4.5 = 54 [W]

Turația la ieșire a reductorului

n2 = = = 50rpm

Fig. 16. Motor electric și reductor

4.5. Alegerea releelor de actionare a motoarelor.

Datorită faptului că motorul absoarbe un curent mic nu este necesară pornirea sa în trepte, iar alegerea elementului de comutare (releu) trebuie să îndepinească următoarele:

curentul de pornire al motoarelor în geneal curentul de pornire al motoarelor este de Ip=5A

numărul de cicluri cât mai mare.

4.6. Panoul electric de comandă

Acesta are rolul de a comanda motoarele electrice de curent continuu de 12V și firul de nichelină. În figura următoare este prezentat tabloul electric de comandă.

Fig.17. Panoul de comandă

Pentru realizarea acestui panou am folosit următoarele tipuri de echipamente:

sursă de alimentare de 12V cc, 29A. Am ales aceasta sursă deoarece sistemul este acționat de patru motoare electrice de 12 V cc, 5 A;

relee de acționare cu contact normal deschis și cu bobină de acționare de 12V;

cablu de cupru unifilar de diametru de:

1,5 mm;

2,5 mm;

automat programabil Mitsubishi;

riglete electrice;

buton electric.

4.7 Alegerea firului conductor pentru panoul de comandă

4.7.1 Alegerea firului conductor pentru partea de forță

Deoarece motoarele de actionare au un curent nominal In=4.5A pe fiecare motor, iar curentul de pornire Ip=5A , pentru alegerea cablului de legatură dintre relee și motor am ales un fir conductor din Cu cu secțiunea de 2,5 mm rezultată din calculul de mai jos:

Se alege din STAS un fir de cupru unifilar (FY) cu diametru D=2.5 mmm

4.7.2 Alegerea firului conductor pentru partea de comanda

Deoarece bobina releului necesită un curent destul de mic pentru alimentarea sa am ales ca legăturile dintre bornele bobinei releului și rigleta care face legătura cu automatul programabil sa fie dintr-un conductor de cupru unifilar (FY) de diametru D=1.5 mm .

4.8. Schema de forță

În schema de forță sunt reprezentate 4 motoare care antrenează atât părțile culisabile pe orizontală cât și pârțile culisabile pe verticlă, acestea funcționând în ambele senseuri de rotație. Astfel se realizează miscarea sus – jos și respectiv înainte – înapoi.

Fig.18. Schema electrică de forță

4.9 Schema de comandă

În schema electrică de comandă sunt prezentate bobinele releelor care alimentează cele patru motoare ale sistemului, un buton de pornire/oprire a alimentării cu energie electrică și un automa programabil Mitsubishi AL 10MR-D care asigura funcționarea automată a sistemului.

Fig. 18. Schema electrică de comandă

4.10 Descrierea principiului de comandă

La acționarea butonului de alimentare cu energie electrică se alimentează automatul Mitsubishi AL 10MR-D ,iar apoi se apasa butonul Run de pe interfața automatului acesta urmând a executa programul implementat si salvat în memoria acestuia.

În momestul când automatu închide contatctul normal deschis OUT1 se alimentează bobinele releelor KA1 și KA2 ,iar ca urmare se închide contatcul normal deschis al releelor KA1 și KA2 realizându-se astfel pornirea motoarelor M1 și M2 în sensul de rotație spre dreapta și punându-se în mișcare spre înainte parțile mobile pe orizontală.

Când automatul închide contactul normal deschis OUT2 se alimenteaza bobinele releelor KA3 și KA4, iar ca urmare se închide contatcul normal deschis al releelor KA3 și KA4 realizându-se astfel pornirea motoarelor M1 și M2 în sensul invers de rotație (spre stânga) și punându-se în mișcare spre înapoi parțile mobile pe orizontală.

Când automatul închide contactul normal deschis OUT3 se alimenteaza bobinele releelor KA5 și KA6, iar ca urmare se închide contatcul normal deschis al releelor KA5 și KA6 realizându-se astfel pornirea motoarelor M3 și M4 în sensul normal de rotație (spre dreapta) și punându-se în mișcare (în urcare) parțile mobile pe verticală .

Când automatul închide contactul normal deschis OUT4 se alimenteaza bobinele releelor KA7 și KA8, iar ca urmare se închide contatcul normal deschis al releelor KA7 și KA8 realizându-se astfel pornirea motoarelor M3 și M4 în sensul invers de rotație (spre stânga) și punându-se în mișcare (în coborâre) parțile mobile pe verticală .

În momentul când automatul deschide contatele OUT1,OUT2,OUT3 și OUT4, bobinele releelor pierd alimentarea, iar ca urmare toate contactele revin în starea lor inițială, adică se deschid, rezultând astfel oprirea tuturor motoarelor.

4.11. PLC pentru controlul sistemului

Pentru implementarea, executarea programului și pentru comandarea releelor am ales sa folosesc automatul programabil Mitsubishi AL 10MR-D, acesta fiind alimentat de la sursa proprie de 24V.

4.12 Mediul de programare

Programarea este realizată pentru modurile manual și automat.

Se notează:

Se dorește tăierea formei geometrice indicate:

Mod automat:

Faza 1:

Faza 2:

Faza 3:

Repaus:

Mod manual:

Faza 1:

Faza 2:

Faza 3:

Reapaus:

Concluzii

În prezenta lucrare mi-am propus să exemplific principiile funcționării unei mașini cu comandă numerică de tăiere materiale moi cu fir cald.

Redactarea acestei lucrări mi-a adus oportunitatea de a studia mai în amănunt realizarea mașinilor unelte de tip CNC, utilizarea motoarelor de acționare de curent continuu și realizarea unui program de comandă pentru un automat programabil (PLC).

Rezultatele acestei lucrări constitue baza programării unui sistem CNC de tăiere materiale moi cu fir cald și evidențiază procesul de conversie a unei piese din stadiul de proiectare în stadiul de realizare practică.

Bibliografie

Botez, E., Tehnologia programării numerice a mașinilor – unelte, Editura Tehnică, București, 1973;

Călin, S., Aparate și echipamente de automatizare, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1996;

Cătuneanu, V., Bacivarof A., Structuri electronice de înaltă fiabilitate. Toleranța la defectări, Editura Militară, București, 1989;

Frandos S., Robe, M., Mecatronica, Editura Economică Preuniversitaria, 2006;

Fratiloiu, G, Țugulea, A., Electrotehnică și Electronică aplicată, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1995;

Lazăr, C., Păstrăvanu, O., Poli E., Schönberger, F., Conducerea asistată de calculator a proceselor tehnice. Proiectarea și implementarea algoritmilor de reglare numerică, Editura MatrixRom, București, 1996;

Mareș, F. și colectivul, Elemente de comandă și control, Editura Negro, Galați, 2001;

Mărgineanu, I., Automate programabile, Editura Albastră, Cluj-Napoca, 2005;

Moise, A., Automate programabile. Proiectare. Aplicații, Editura MatrixRom, București, 2004;

Moraru, V., Centre de prelucrare, Editura Tehnică, București, 1980;

Poanta, A., Pătrășcoiu, N., Circuite și echipamente electronice în industria minieră, Editura Didactică și Pedagocică R.A., București, 1997;

Pop, E., Leba, M., Microcontrolere și automate programabile, Editura Didactică și Pedagogică, București, 2003;

Popa, G., Popa, I., Deaconu, S., Automate programabile în aplicații, Editura Mirton, Timișoara, 2006;

Popescu, D., Automate programabile. Construcție, funcționare, programare și aplicații, Editura MatrixRom, București, 2005;

Szekely, I., Sandu, F., Circuite electronice de conversie a semnalelor analogice și digitale, Editura MatrixRom, București, 2001;

Toma, L., Sisteme de achiziție și prelucrare numerică a semnalelor, Editura de Vest, Timișoara, 1997;

Trifu, A., Electronica digitală, Editura Economică Preuniversitaria, București, 2000;

Țopa, I., Dănilă, A., Diaconu, L., Elemente de execuție electrice, Editura MatrixRom, București, 2005;

Zetu, D., Mașini – unelte automate și cu comandă numerică, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1982;

http://www.nagyformatumu.hu/en/habvago/thermocut-pro-masina-de-taiat-polistiren;

Anexa 1 – Releu

Anexa 2 – Automat programabil Mitsubishi AL 10MR-D