Masini Unelte Si Roboti Industriali

Introducere. Definirea Mașinilor Unelte.

M.U. se definește ca fiind o mașină de lucru având ca scop formarea pieselor, pe procese bazate pe îndepărtarea adaosului de prelucrare sub formă de așchii sau particule în anumite condiții economice, precizie dimensională și de formă și calitate a suprafeței.

Mașina – în sensul larg al cuvântului, este construcția care transformă forma energiei din mecanică în altă formă sau, în sens invers, din alta formă în energie mecanică.

Mașinile se clasifică în : – mașini de forță (energetice)

– mașini de lucru

Mașina de forță furnizează energie sub diferite forme, inclusiv mecanică.

Mașina de lucru primește energie sub diferite forme, o transformă și execută anumite obiecte sau produse.

Grupurile de mașini se numesc agregate.

Mașina de lucru este construcția ce efectuează lucrări de execuție parțiala sau produse, prin mișcări cu diferiți parametri și transformări de energie.

Domeniul mașinilor de lucru: industria: extractivă, metalurgică, chimică, prelucrătoare, ușoara, alimentara, etc.

Mașina unealta este o mașina de lucru având rolul de a modifica forma și dimensiunile unor corpuri, în general metalice, prin procesul de așchiere, cu o anumită capacitate de producție, precizie dimensională și calitatea suprafeței. Mașinile unelte se pot utiliza independent sau în grupuri de mașini-unelte cu funcționare corelata succesiv prin o parte a procesului de producție rezultând liniile tehnologice.

Clasificarea Mașinilor Unelte.

Enumerarea tuturor genurilor și tipurilor de M.U. este dificila datorită numărului mare ale acestora cât și creări de genuri și tipuri noi, în concordanță cu evoluția continuă a științei și tehnicii.

În vederea ușurării studierii și analizei construcției funcționale a M.U. se utilizează următoarele criterii de clasificare :

după procesul de prelucrare

după gradul de specializare

după precizie

după mărime

după greutate

Clasificarea după procedeul de prelucrare se apreciază ca fiind cea mai completă deoarece se bazează după criteriul tehnologic.

După aceste criterii este făcută clasificarea M.U. în țările industriale Germania, Rusia, Franța Anglia.

După procedeul de prelucrare M.U. se împart în mai multe grupe denumirea grupei provenind în majoritatea cazurilor din denumirea procedeului. Fiecare grupă conține la rândul său mai multe subgrupe, în plus unt prezentate și codul numeric.

Clasificarea de mai sus poate fi completată pentru fiecare mașină prin precizarea unor caracteristici importante ca și natura mișcărilor existate nr de sănii și direcțiile lor de deplasare nr de cărucioare și modul lor de antrenare, dimensiunile externe ale pieselor ce pot fi executate pe mașina, domenii de reglare a vitezelor mișcărilor etc.

După gradul de specializare :

– M.U. universale

M.U. specializate

M.U. speciale

M.U. universale : se caracterizează prin posibilitățile tehnologice largi, putând asigura prelucrarea pieselor cu o mare cu o mare varietate de tipodimensiuni și din materiale diferite. Acest lucru impune la M.U. a unor domenii largi de reglare a turațiilor și a avansurilor. Aici se încadrează strungurile normale, M.F. universale, Mașini de alezat și frezat, Mașini de rectificat universale.

M.U. specializate : prelucreazaă piese de aceeași tip dar dimensiuni diferite, de exemplu M. frezat arbori cotiți, M. rectificat arbori cotiți.

M.U. speciale : execută o anumită operație pentru o anumită piesă sau pentru o gamă extrem de redusă de dimensiuni.

Exemplu :

După precizie : – M.U. de precizie normală

– M.U. de precizie ridicată

– M.U. foarte precise

După mărimea M.U. : – foarte mari

– mari

– mijlocii

– mici

– foarte mici

Simbolizarea Mașinilor Unelte.

– se face plecând de la clasificarea făcută după primul criteriu cu un grup de cifre sau un grup de litere și cifre din care rezulta denumirea mașinii și caracteristica tehnică cea mai importantă a acesteia. La noi în țară se utilizează următoarele grupuri de litere:

SN – strung normal

NC – strung carusel

G – mașină de găurit

AF – mașină de alezat și frezat

Ș – șeping

FD – mașină de frezat danturi

RE – mașina de rectificat rotund exterior

RI – mașina de rectificat rotund interior

RP – mașina de rectificat plan

FU – mașina de frezat universală

FU – mașină de frezat de sculărie

FC – ferăstrău circular

FA – ferăstrău alternativ

Exemple de simbolizare:

SN 400 – S.N. cu diametru maxim de prelucrat de 400 de mm

S 425 – șeping cu cursă maximă de 425 mm

SC 2500 – strung carusel cu diametru platou de 2500 mm

FU 350 – mașină universală de frezat cu lățimea mesei de 350 mm

Mișcările Mașinilor Unelte.

Prelucrarea completă a unei piese pe MU impune realizarea unui număr minim de mișcări, ce se succed într-o anumită ordine și care se repetă ciclic la prelucrarea oricărei alte piese de același tip.

Mișcările necesare sunt: – mișcări de generare

– mișcări auxiliare

Mișcările de generare sunt executate de MU și se execută în timpul procesului de prelucrare.

Mișcările auxiliare sunt executate în afara procesului de prelucra și sunt executate la MU neautomate de către operatorul uman. Ele se mai numesc și mișcări ajutătoare, sau în gol. Ele sunt: alimentate cu piese, alimentarea cu scule, transportul semifabricatelor, reglarea lanțurilor cinematice, poziționarea reciprocă piesă-sculă, comutări (comenzi) și protecția MU și a operatorului uman. Ele se pot repeta o singură dată în ciclu sau de mai multe ori.

Mișcările de generare sau de executare după rolul lor în diferitele faze ale ciclului de lucru se denumesc astfel:

pentru formarea suprafețelor

de pătrundere

de divizare sau periodice

ajutătoare

și sunt realizate de către scule, piese sau ambele.

Mișcarea executantă poate fi:

liberă sau independentă – când viteza sa este dictată de parametrii tehnologici sau de funcționare. Poate fi liniară (L) sau rotativă (R). Ex: mișcarea L la broșare.

elementară sau componentă , când valorile vitezei sale sunt corelate cu vitezele altei mișcări, dependență dictată de condițiile tehnologice sau de funcționare. Ex: MP+MAv la găurire.

compusă – când rezultă din compunerea a două, trei sau patru mișcări elementare. Traiectoriile relative ale mișcării compuse sunt curbe complexe în spațiu.

Mișcările executate sunt efectuate de către anumite subansamble sau subsisteme denumite generic verigi executante. (port cuțite, arbori principali, mese, sănii, suporți).

Ciclul de lucru reprezintă totalitatea mișcărilor de generare necesare prelucrării unei piese pe MU sau un sistem de MU.

Ciclul de funcționare reprezintă ansamblul mișcărilor de generare și mișcărilor auxiliare necesare pentru prelucrarea unei piese pe o MU.

Scula așchietoare

cu un dinte (cuțit)

Fγ

Fα

– cu mai mulți dinți (freze)

A = corpul cuțitului – fațete, muchii care alcătuiesc geometria cuțitului

B = coada cuțitului – partea de prindere în port sculă

Fγ = față degajare (așchii)

Fα = față de așezare – principală (Fα) – față care atinge prima materialul

– secundară (Fα’)

Fγ∩ Fα = Tp – tăiș principal

Fγ ∩Fα’ = Ts – tăiș secundar

Tp∩Ts = Vc – vărf cuțit – ascuțit a)

– teșit b)

– rotunjit c)

Unghiurile cuțitului

Alcătuiesc geometria cuțitului.

Ή1 – unghi de atac principal

Ή1’ – unghi de atac secundar

ε – unghiul la vârful cuțitului

γ – unghiul de degajare

α – unghiul de așezare

β – unghiul de ascuțire a sculei așchietoare

Uzura

Uzura este fenomenul de deteriorare a tăișului sculei așchietoare în timpul procesului de prelucrare, deteriorarea care conduce la căderea preciziei de prelucrare și respectiv a calității suprafeței..

Uzura : – pe fața de așchiere – a

pe fața de degajare – b

pe ambele – c

– văzută pe fața de așezare (a)

Apariția uzurii determină modificarea unghiiului alfa (α):

– văzută pe fața de degajare (b)

Apariția unor cratere care modifică valoarea unghiului de degajare γ măsurând-ul:

– (c)

Conduc la modificarea geometriei unghiului alfa și beta. Uzura în general este influențată de următorii factori :

de materialul de prelucrare

de materialul sculei așchietoare

de parametri reg. de așchiere

de forțele de așchiere

de geometrica sculei așchietoare

de condițiile în care se efectuiaza prelucrarea

Durabilitatea

Durabilitatea sculelor așchietoare T, reprezintă intervalul de timp în minute între două reascuțiri succesive ale sculei.

De regulă durabilitatea este în strânsă legătură cu viteza sculei așchietoare.

Durabilitatea s.a. se determină cu formula lui Taylor :

C

T = –––

Vn

c – ct. care depinde de cele două materiale aflate în contact

v – viteza cu care se execută prelucrarea

Durabilitatea este influențată de o serie de factori:

De obicei se ia în considerare durabilitatea economică.

Compunerea generală a Mașinilor Unelte

MU sunt construcții complexe specifice procedeelor de prelucrare care se execută. Cu toate acestea MU sunt compuse din următoarele părți, având funcții specifice, deosebite, după cum urmează:

Acționările, grupează mecanismele și componentele ce asigură realizarea mișcării executate și transmiterea puterii.

Părțile portante, care cuprind piesele de bază și sistemele de preluare a forțelor și momentelor necesare efectuării procesului de prelucrarecrare (batiuri, sănii, mese, verigi executante).

Parți de comandă prin care se stabilesc parametrii de funcționare și se conduce total sau parțial ciclul de lucru.

Sisteme auxiliare care asigură realizarea și menținerea condițiilor de funcționare optime ale MU. Acestea cuprind sistemul de ungere-răcire a sculei și eventual de spălare a acesteia, de termostatare a zonei de lucru sau a MU, de indepărtare a așchiilor și rezidurilor sau de spălare a MU.

Sistemul de alimentare și evacuare cu ajutorul căruia se asigură introducerea pieselor în pozițiile de prelucrare și apoi eliberarea lor de pe MU la sfârșitul ciclului de lucru.

2.1.Acționările.

Acestea grupează componentele optice, electrice, hidrostatice și sistemele de transformare a mișcărilor utilizate în construcția MU.

Transmiterea și transformarea mișcărilor de la sursele respective la verigile executante VE se fac printr-o serie de componente, subansamble specifice care se numesc în general “verigi”. Șirul “verigilor” care servesc la transmiterea, transformarea, reglarea mișcărilor între sursele de mișcare și VE sau numai între VE se numesc lanțuri cinematice.

Construcțiile VE pot fi mecanice, hidraulice, pneumatice sau combinate.

Construcția VE se bazează pe mișcările relative dintre sculă și piesă, caracteristicile procesului de prelucrare necesare pentru generarea suprafețelor.

La MU aceste mișcări sunt:

mișcarea principală în timpul căreia are loc așchierea

mișcarea de avans în timpul căreia scula așchietoare pătrunde în straturi noi de material.

Mișcarea principală funcție de tipul mașinii poate fi de rotație sau de translație.

Acționarea MU se face, în general, cu motoare electrice, care asigură la intrarea schemei cinematice o mișcare de rotație, a cărei mărime va fi variată în limite foarte restrânse.

Sarcina de reglare și transmitere a mișcării, de la motor la arborele principal, este realizată de două grupe de verigi reglabile. Acestea pot transmite mișcarea și, în același timp, pot să asigure o variație continuă sau discontinuă a mișcării la elementul final al lanțului cinematic.

Schemele unor lanțuri cinematice de acționare sunt prezentate în figură:

CPO = cuplaj de pornire-oprire

CSI = cuplaj de siguranță

VR = verigă reglabilă a mișcării finale R sau L

Linia întreruptă = transmisii constante

Mecanismele de reglare în trepte numite cutii de viteză sau cutii de avansuri sunt formate din mai multe mecanisme elementare legate între ele în diferite moduri, determinând obținerea de rapoarte de transmisie diferite, de principală în timpul căreia are loc așchierea

mișcarea de avans în timpul căreia scula așchietoare pătrunde în straturi noi de material.

Mișcarea principală funcție de tipul mașinii poate fi de rotație sau de translație.

Acționarea MU se face, în general, cu motoare electrice, care asigură la intrarea schemei cinematice o mișcare de rotație, a cărei mărime va fi variată în limite foarte restrânse.

Sarcina de reglare și transmitere a mișcării, de la motor la arborele principal, este realizată de două grupe de verigi reglabile. Acestea pot transmite mișcarea și, în același timp, pot să asigure o variație continuă sau discontinuă a mișcării la elementul final al lanțului cinematic.

Schemele unor lanțuri cinematice de acționare sunt prezentate în figură:

CPO = cuplaj de pornire-oprire

CSI = cuplaj de siguranță

VR = verigă reglabilă a mișcării finale R sau L

Linia întreruptă = transmisii constante

Mecanismele de reglare în trepte numite cutii de viteză sau cutii de avansuri sunt formate din mai multe mecanisme elementare legate între ele în diferite moduri, determinând obținerea de rapoarte de transmisie diferite, deci viteze sau avansuri diferite la ieșire.

Mișcarea se poate transmite prin angrenaje sau prin unele conuri în trepte.

Acționarea lanțurilor cinematice se poate realiza cu:

partea de reglare și electromotor trifazat (EMT)

EMCC cu magneți permanenți de cuplu mare cu rotor disc și întrefier axial și a tiristoarelor (convertizor static de tensiune)

În construcția părții de reglare – la MU care prelucrează suprafețe complexe prin compunerea avansurilor (Mu cu NC și CNC sau la sisteme prin copiere).

La MU moderne, tip MU cu CNC și CP, se utilizează lanțuri cinematice care au în structură elemente cu un înalt grad de precizie cinematică și o fiabilitate ridicată, sunt lanțuri cinematice scurte (cu puține elemente) și astfel dimensionate încât să nu constituie surse de căldură sau surse de vibrații.

Analiza diferitelor soluții constructive și cinematice a MU moderne conduce la următoarele concluzii:

acționarea lanțului cinematic principal se realizează cu motor electric asincron, cu motor de curent continuu sau cu motor hidraulic

mecanismele de reglare a lanțului cinematic principal, în afara reglării prin motor (de curent continuu sau hidraulic), este o cutie de viteză relativ simplă cu un număr mic de trepte.

comutarea turațiilor, pentru a putea fi automatizată, se face cu mecanisme tip baladori hidraulici, cuplaje hidraulice sau electromagnetice.

lanțurile cinematice sunt scurte, conțin puține elemente, iar arborele principal, este separat , pe cât posibil de motorul de acționare și de celelalte mecanisme ale lanțului cinematic, pentru ca mișcarea de așchiere să nu fie influențată de vibrațiile și căldura pe care le produc.

Ex:

Fig. 4.2 Fig. 4.3

CP -> strung paralel cu CN ->CV este complet separată de păpușa fixă și conține cuplaje electromagnetice STROMAG.

Fig 4.4 Fig. 4.6

CP ->Construcții de lanț cinematic principal acționat de un motor de curent continuu și reglat printr-o cutie de viteză CV cu baladori acționați hidraulic.

Fig. 4.7, CP-> Lanțuri cinematice principale cu EMT de curent alternativ cu CV cu cuplaje electomagnetice

Pentru lanțuri cinematice de avans, la MU moderne se utilizează următoarele acționării:

electrice

electrohidraulice

hidraulice

Pentru MU moderne, lanțul cinematic LC de avans trebuie să fie un LC independent, acționat separat. LC de avans cuprind în general următoarele:

motorul de acționare – MCC – clasic cu rotor de Mi mic

– cu rotor disc și întrefier axial (AXEM)

– cu magneții permanenți cu mecanică redusă

– MPP – pentru cupluri mici

– pentru cupluri mari (amplificatoare hidraulice de cuplu), elimină utilizarea traductoarelor de poziție, dar pentru MU de precizie se folosesc traductoare de deplasare care micșorează avantajele soluției.

– reductor, o transmisie cu RD sau mai rar curele dințate,

– șurubul- piuliță cu bile.

Ex:

Fig. 4.14, CP Exemple de LC de avans la CINCINNATI acționat de MCC prin tiristori.

Un alt mod de acționare este un MCC cu întrefier axial, AXEM sau un moror electrohidraulic pas cu pas SIEMENS sau FUJITSU cu distribuție liniară, FOREST sau DANFOSS cu distribuție rotativă.

Ex:

Fig. 4.16

Fig. 4.17

MCC cu magmeții permanenți funcționează la turație joasă și nu necesită introducerea de reductor de turație. Soluția permite amplasarea și cuplarea directă pe arborele motorului a traductorului de deplasare rotativ.

2.2.Piesele corpolente sau portante

În această grupă sunt cuprinse piesele mari ale MU care îndeplinesc următoarele funcții:

susține alte subansambluri ale MU

preiau și transmit forțe rezultate din procesul de așchiere și din greutăți proprii

asigură precizia deplasărilor

Condițiile pe care trebuie să le îndeplinească sunt:

să aibă rigiditate cât mai mare

să aibă rezistență la vibrații

să aibă greutate minimă

În funcție de mobilitatea lor se deosebesc: – piese corpolente – fixe

– mobile

2.2.1.Piese corpolente fixe

Din această grupă fac parte : batiurile, coloanele, traversele fixe, carcasele, plăcile de bază, picioarele, etc.

Dintre acestea cea mai importantă piesă este batiul.

În batiu se închid toate solicitările mașinii și determină în cea mai mare măsură forma MU.

El poate fi realizat monobloc sau din părți montate rigid.

Forma constructivă a batiului este determinată de mărimea, configurația și greutatea pieselor de prelucrat, de solicitările produse de F de așchiere, de greutățile pieselor și subansamblurile pe care le susțin, de structura cinematică a MU, de cerințele de ordin funcțional, constructiv și estetic, de tehnologia de fabricație, de gradul de tipizare, etc.

Batiurile au forme constructive foarte variate astfel încât clasificarea lor este făcută pe următoarele criterii:

după forma constructivă:

orizontale

verticale

înclinate

de tip grindă

cadru.

după soluția constructivă:

turnat

sudat.

după profilul secțiunii transversale:

dreptunghi (sau formă de cadru)

cu pereți interiori de rigidizare

cu secțiune trapezoidală

cu rigidizare circulară

Necesitatea eliminării așchiilor impune ca batiul să fie prevăzut cu spații care să asigure conducerea acestora în colectorul sau în transportorul cu bandă sau cu rolă.

Batiul trebuie prevăzut cu jgheaburi și caneluri care asigură colectarea lichidului de răcire și ungere.

În unele MU în interiorul batiului sunt prevăzute spații pentru : sistemele de ungere-răcire, motoare electrice de antrenare, amplasare de aparataj electric și hidraulic.

Batiul se dimensionează prin calcul și încercări pe model.

Etapele proiectării:

stabilirea schemei încărcării cu F

calculată la vibrații

calcularea deformărilor termice

calculul eforturilor unitare

calculele de rigiditate.

2.2.2. Piese corpolente mobile – mese

planșaibe

console

suporți

berbeci

traverse mobile

păpuși mobile

2.2.3.Ghidaje și sisteme de ghidare

sunt alcătuite din forțele care sunt suprafețe de contact între partea fixă (batiu) al MU și partea mobilă (sanie, unitate avans).

Rolul sistemului de ghidare e de a materializa traiectoriile generatoarelor rectilinii sau circulare necesare generării suprafețelor pieselor de prelucrat.

Se clasifică după:

forma traiectoriei: rectilinii sau circulare

după profilul perpendicular pe direcția de mișcare:

în A:

în V:

coadă de rândunică:

în profil dreptunghic:

în profil cilindric:

după forma constructivă

Între fațetele ghidajelor, acestea se pot împărți în grupe și subgrupe:

grupa A = ghidaje cu frecare de alunecare

grupa B = ghidaje de rostogolire

grupa C = ghidaje mixte

– grupa A – frecare lichidă

– frecare gazoasă

– frecare mixtă

În general, sistemele de ghidare pot prelua sarcini verticale, orizontale, înclinate

Ghidarea trebuie să asigure precizia descrisă inițial, să fie rigidă, să aibă rezistență la uzură și să permită deplasarea subansamblelor mobile cu viteză mare

La MU cu comandă numerică, sistemele de ghidare sunt sisteme hidrostatice și de rostogolire.

Sistemele de ghidare cu rostogolire se caracterizează prin faptul că între fațetele de ghidare există corpuri intermediare: role, bile, ace; care pot fi închise sau deschise.

În funcșie de tipul corpurilor de rostogolire avem diferite construcții (fig.11).

Acest tip de ghidaje pot fi cu prestrângere sau fără prestrângere (înălțimea jocului existent între elemente).

Dacă MU utilizează elemente de tipul săniilor, se vor folosi construcții cu recircularea corpurilor rostogolitoare de tipul: tanchete cu role, patine, seturi de role și patine (fig.4.24).

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Fig 12.31 – Tanchete cu role Fig 12.33 – Colivii pentru corpuri intermediare

Ghidajele hidrostatice folosesc drept lichid uleiul, apa, lichidul de răcire.

Acest tip de ghidaje pot fi cu curgere liberă sau cu cădere de lichid.

Sunt utilizate pentru preluarea forțelor ce conduc la perturbații ale preciziei de prelucrare prin compensarea deplasărilor ce apar datorită forțelor de încărcare cu lichid.

2.2.4.Construcția lagărelor arborelui principal al Mașinilor Unelte.

De regulă are o suprafață de revoluție și suportă toate ce intervin.

Lagărele pot fi ovalizate cu elementele de rostogolire -> cu rulmenții sau cu elementele hidrostatice.

Rulmenții = lagăre cu corpuri de rostogolire ce se montează pe arborele principal în punctele de rezemare ale acestora și au rolul de a prelua forțele ce apar în timpul procesului de prelucrare sau în repaus.

Rulmenții trebuie suspendați și să aibe o mare rigiditate, asigurând o precizie ridicată la arborele principal.

La mașinile moderne, lagărele trebuie să asigure o mișcare de rotație arborele principal de precizie ridicată, o bună stabilitate la vibrații și o bună stabilitate termică.

Lagărele hidrostatice se folosesc la mesele rotative și la cele care execută deplasări liniare ce intră în componența centrelor de prelucrare.

Lagărele hidrostatice pot fi cu cădere liberă(Fig. 12.36) de presiune sau cu curgere liberă de presiune.

Fig. 12.36

Fig. 12.37

Fig. 12.38

2.3.Părțile de comandă.

Stabilesc parametrii de funcționare în ciclu parțial sau total de lucru.

În cadrul acestor părți de acționare, cu ajutorul manetelor, butoanelor se realizează instalarea parametrilor de așchiere ce determină regimul de așchiere.

Regimul de așchiere e caracterizat din punct de vedere al calcului parametrilor de așchiere specifici fiecărei așchieri.

Parametrii de așchiere:

t – adâncimea de așchiere = mărimea stratului de material îndepărtat la o singură trecere a sculei pe suprafața de prelucrare.

S – avansul de așchiere Ap

V – viteza de așchiere t = ––– * i

2

unde Ap = adaus prelucrare

t = viteza în funcție de material Ap > t

i = numărul de treceri

s = mărimea stratului de pătrundere a sculei așchietoare la o rotație sau cursă dublă.

– se măsoară în mm/rot sau mm /cursă dublă

La frezare se folosesc : avansul pe dinte : s2 măsurat în mm/dinte

v =Π*dn/1000 măsurat în mm/min

d= diametrul piesei de prelucrare

n= turația

v

t

s

Regimul de așchiere = alegerea și calculul parametrilor în funcție de procedeul de prelucrare folosit.

2.3.1. Mecanisme de transformare a mișcărilor.

Pentru realizarea de câtre verigile executante astfel ca parametrii cinematici să corespunda procesului de lucru sunt necesare variații ale vitezei, însumarea vitezelor a doua mișcări, transformarea unei mișcări din R în L, din continua în periodica.

Sunt utilizate îndeosebi la obținerea mișcării rectilinii alternative, având mișcare R reversibilă.

Pot fi : – pinion-cremaliera P-C

-melc-cremaliera M-C

-șurub-piuliță

-biela-manivelă – mai puțin utilizat

Mecanismul Pinion-Cremaliera P-C

Este folosit pentru transformarea – directă R-L

– inversă L-R

Transformarea directă R-L este corespunzătoare la mișcări fără condiții deosebite de precizie și uniformitate, cu forțe mici și viteze mari (M.E ajutătoare) fără cerințe de autofrânare și cu un randament bun.

Solicitarea preponderența a danturii este la încovoiere și strivire=>forța de tragere.

Schema constructivă a mecanismului P-C cuprinde în mod obișnuit și transmisii prealabile reducătoare iar la MU moderne și elemente pentru scoaterea jocului și chiar de pretensionare pentru a putea executa deplasările VE cu precizie corespunzătoare.

Se utilizează două pinioane Pi1 și Pi2 antrenate prin roțile melcate RM1 și RM2.

b) Mecanismul Melc-Cremaliera cu alunecare M-C

Este utilizat pentru un mers liniștit și uniform la curse lungi și forte mari, permițând reducții puternice și precizie a deplasărilor dar are însă un raționament redus.

Melcul-oțel, cremalieră-material antifricțiune: bronz, fontă.

Au execuție pretențioasă.

Având alunecare și forțe mari necesită ungere abundentă.

Cremaliera se fixează pe o piesă rigidă, deci mărimea cursei nu afectează deformațiile în cazul S-P.

Necesitatea de creștere a randamentului a impus construirea unor mecanisme M-C cu rostogolire care pot fi acționate cu pierderi minime.

Prestrăngerea se realizează prin deplasarea radială a melcului câtre cremaliera în planul radial al acesteia.

2.3.2. Mecanisme șurub-piuliță

Mecanismul Șurub – Piuliță S-P

Avantaje:

raport mare de reducție deci moment de rotație mic

posibilitatea sau nu de autofrânare

poate servi ca mecanism de însumare

se obțin mișcări precise, liniștite, sigure, măsurabile cu exactitate

în anumite condiții au randament destul de ridicat

De regula servește transformării directe R-L în care se poate roti fie șurubul fie piulița. Varianta cu piulița rotitoare reduce torsiunea șurubului, permite încastrarea rigida și cu pretensionare a acestuia, deci rigiditate mai mare deci o precizie și uniformitate a mișcării.

Pentru transformarea inversă L-R sunt foarte rar utilizate și numai modelele fără autofrânare și cu rostogolire.

După felul frecărilor deosebim S-P –cu frecare de alunecare (mixtă sau lichidă)

cu rostogolire

c1) S-P cu alunecare și frecare mixta

costuri scăzute

sunt practic toate cu autofrânare

au randament scăzut (0,2…0,45%)

au uzura care le schimbă precizia în timp – piulițe din materiale antifricțiune-bronz

Pentru limitarea vitezei de uzura pe flancuri presiunea p<padm=3÷12MPa.

Existența alunecării presupune totuși un joc funcțional minim care se instalează mai ușor prin reglaj, el crescând oricum în timp datorită frecărilor.

Apare deci în timp necesitatea reinstalării jocului minim funcțional așa numita “scoatere a jocului”. Se asigură astfel o funcționare mai liniștita, precizie cinematică și rapiditate la instalarea la cotă.

Dar scoaterea jocului este însoțita de mărimea intensității uzurii 120x și a frecărilor.

Pentru a reduce uzura și frecările se recurge la scoaterea jocului numai la cursele sau fazele la care este necesara pentru precizie eliberând șurubul în restul fazelor, la mers în gol, când viteza trebuie să fie mare. Aceasta înseamnă o scoatere automatizată a jocului, deci construcție complexă și costuri suplimentare.

Scoaterea jocului manuală și periodică sau automată impune construcția piuliței din două parti: partea de bază și cea reglabilă.

Partea reglabilă este acționata în diverse moduri astfel încât la scoaterea jocului să execute deplasări mici axiale, asigurând contactul pe flancuri opuse ale spirei filetului.

Este foarte important ca prin aceasta să nu se ajungă la blocarea piuliței pe șurub ceea ce poate avea la forțe de scoatere a jocului prea mari. La reglarea manuală (fig. 2.116) aceasta impune calificare ridicată. Partea de reglare se deblochează întâi din corp cu ajutorul știftului, apoi se deplasează axial (0,05÷0,08mm) acționându-se piulița de reglaj după care se reblochează cu știftul. Rotirea parții de bază este împiedicata de pană.

Contactul dintre flancuri are loc invers ca la fig. 2.115

c2) S-P cu alunecare și frecare lichida

Se realizează cu sustentație hidrostatica, deci un strat de ulei sub presiune, între flancuri, care elimina contactul dintre materialul șurubului și cel al piuliței.

Fiind numai frecare lichida nu mai există uzură, deci nu trebuiesc scoase jocuri, nu sunt necesare materiale deosebite nici tratamente termice pretențioase dar are precizie geometrică ridicată.

Apare însă instalația de alimentare hidrostatică care complică construcția.

Randamentul numai la S-P este ridicat, pe ansamblu însă puterea necesară instalației hidrostatice (0,1-0,2 W) scade randamentul total, de aceea S-P cu sustentație are utilizare la mașini mari.

c3) S-P cu frecare de rostogolire

Permit realizarea de precizii mari, cu viteze foarte mici fără pericol de sacadare, au un randament ridicat și pot fi cu sau fără autofrânare însă necesită materiale, tratamente termice, prelucrări și condiții de precizie analoage rulmenților, fiind deci scumpe.

Ele permit nu numai o scoatere a jocului ci și o anumită pretensionare ceea ce constituie un avantaj.

Sunt utilizate în special la MU cu comenzi numerice și precizii ridicate.

Pretensionarea se obține prin microdeplasări axiale 1-4 microni.

2.3.3. Șuruburi conducătoare cu elemente intermediare.

Șuruburile conducătoare cu elemente intermediare pot fi cu bile sau cu role.

Șuruburile conducătoare cu bielă înlocuiesc frecarea de alunecare, din șurubul clasic, prin frecare de rostogolire, ceea ce micșorează uzura și îmbunătățește randamentul mecanismului. Între șurubul 1 și piulița sa 2 din fig 5.1, există un număr de bile 3, grupate pe unu sau mai multe circuite separate pe o lungime axială de 2.5 pași.. Recircularea bilelor se realizează printr-o țeavă incorporată în piuliță prin care bila revine la poziția inițială după ce după ce au străbătut lungimea piuliței.

Fig. 5.1

Robustețea piuliței permite să se cupleze șurubul direct la un motor electric dar fiabilitatea sa crește substanțial dacă turația șurubului nu depășește 1 000 rot/min, iar frecvența de inversare a sensului de rotație nu este prea ridicată.

Principalele dimensiuni (fig 5.2), ca și ca și sarcina nominală – statică și dinamică – cu care poate fi încărcată șurubul , rezultă din tabelul 5.1.

TABEL 5.1

Fig. 5.2

Frecvent utilizate în construcția mașinilor – unelte cu comandă numerică sunt șuruburile conducătoare cu bile (fig 5.4) la care reducerea bilelor se face printr-un canal de secțiune circulară,paralel axei șurubului, practicat la periferie piuliței și prin pana paralelă cu care piulița se fixează pe batiu.

Rigiditatea și randamentul acestora sunt deosebit de bune, ceea ce permite adaptrarea lor la motoare pas cu pas, motoare de curent continuu, ca și la motoare hidraulice roative.

Turația șurubului poate atinge valoarea de 1200 rot/min, ceea ce este mai mult decât necesar în acționare lanțurilor cinematice de avans.

Fig. 5.3

Fig. 5.4

Șuruburi cu role (fig 5.7), mai recente decât șuruburile conducătoare cu bile, au ca principal avantaj contactul liniar dintre șurub, piuliță și elementele intermediare față de contactul punctiform dintre șurub , piuliță și bile. Din această cauza capacitatea de încărcare și durabilitatea sunt mult mai mari și, de asemenea, turația până la care ele pot fi folosite, atinge 3 000 rot/min.

Toate aceste avantaje le recomandă pentru a fi folosite în special la mașininile-unelte grele.

Fig. 5.7

Constructiv se deosebesc șuruburi conducătoare : – cu role filetate

cu role prevăzute cu canal

circulare

La șuruburile conducător cu role filetate (fig 5.8) lipsește sistemul de recirculare. Rolele satelit 3 sunt prevăzute la cele două capete cu fusurile cilindrice 4 și zonele danturate 8. Fusurile cilindrice 4 pătrunde în alezajele cilindrice din inelele 5, constituind in acest fel lagăre de alunecare, ce permit rotirea rolelor satelit față de piuliță în timp ce poziția axială a rolelor rămâne neschimbată, paralel axei șurubului conducător. Zonele danturate 8 angrenează cu dantura interioară a inelelor 9.

Fig. 5.8

Piulița este perfect simetrică, ceea ce simetrizează ăi distribuția eforturilor pe care ea le suportă.

La șuruburile conducătoare cu role cu canale circulare (fig 5.9), perpendiculare pe axa șurubului 1, rolele 3 se deplasează axial in raport cu piulița 2, cea ce face necesară prezența unui sistem de recirculare pentru a readuce rolele în poziția inițială.

Fig. 5.9

Mașinile unelte cu comandă numerică și centrele de prelucrare

Utilizarea programelor numerice permite instalarea unei noi piese. Se realizează piesa cu formă complexă cu prețuri de cost reduse.

Părțile componente ale unui centru de prelucrare, o mașină unealtă, o magazie de scule, mișcarea de translație, două mese, sistem de manipulare a sculelor așchietoare.

Pe fiecare element mobil există niște sisteme de axe .

Pentru eficiența acestui sistem a fost nevoie de introducerea unor elemente suplimentare.

Scule așchietoare care să reducă auxiliari.

Măsurarea vitezei de poziționare se face cu ajutorul lanțurilor cinematice reușite.

Reglare sculei așchietoare se realizează cu ajutorul unei scule de prereglare.

Caracteristicile materialului – scula așchietoare trebuie să aibă o durabilitate foarte bună (plăcuțe dure – care sunt executate sub formă pătrată).

Scule cu eborită (durabilitate foarte mare) – se folosește timp îndelungat fără a prezenta uzuri.

D.P.D.V. al construcțiilor – sculele așchietoare sunt montate în așa numitul: port scule.

Codificare se face cu mai multe cifre care indică locul în care se află o anumită piesă in magazia de scule.

În figura de mai jos se prezintă o mașină unealtă cu comandă numerică :

Mașinile unelte cu comandă numerică.

Au apărut ca o evoluție firească în sensul automatizării proceselor de producție fiind mașinile cele mai produse.

Evoluția în timp:

automatul programabil, este un sistem de comandă simplă care execută pas cu pas fiecare instrucțiune.

N.C., comanda numerică, este un sistem electronic de realizare a cotelor sau deplasărilor având controlul acestora.

C.N.C., comanda numerica asistată de calculator, este sistemul cel mai performant care din punct de vedere al principiului atașează controlul numeric cu calculatorul capabil de o logică geometrică și tehnologică (fig. 2).

Limbajul comenzii numerice:

Acest limbaj folosește cuvinte, cifre sau litere cheie(Fig. 2, 3, 4, 5).

Cuvintele fac parte dintr-un cod specific și se clasifică după cum urmează:

N – urmat de un grup de cifre reprezintă numărul programului.

G – este o funcție pregătitoare

x, y, z – adrese geometrice pentru mișcării liniare

a, b, c – adrese geometrice pentru mișcării circulare în jurul axelor x, y,z

F, S, T – adrese tehnologice pentru avans, turația sau scula

M – funcții auxiliare

Informațiile geometrice reprezintă descrierea dimensională a piesei și cu x, y și z urmate de grupuri de cifre care reprezintă deplasarea într-un anumit sisteme de coordonate pe o anumită direcție.

Părți componente: Turela cu mai multe cuțite, păpușa mobilă (fig.1) și calculatorul (fig.2 )

Centrul de prelucrare (CP) este o mașină unealtă care are posibilități tehnologice de prelucrare multiple, este echipată cu comandă numerică, dispune de un dispozitiv de înmagazinare a mai multor scule așchietoare și efectuează schimbarea automată a acestora.

Principalul avantaj al CP este micșorarea timpului efectiv de prelucrare care este mai mic cu cca 35% față de timpul efectiv de prelucrare al unei MU convenționale, realizat mai ales prin micșorarea timpilor auxiliari (timpul de schimbare și reglare a sculelor în arborele principal, timpul de schimbare a poziției piesei de prelucrat, timpul de deservire tehnologic).

Micșorarea primelor două componente se realizează prin concentrarea operațiilor ce se pot efectua pe aceeași MU folosindu-se un număr mare de scule aferente fazelor de prelucrare și utilizarea de mese rotative indexate de prelucrări de direcții diferite ale piesei.

Micșorarea timpului consumat cu schimbarea piesei se realizează cu mese suplimentare.

Nr. mare de scule de prelucrare și schimbare automată a acestora la CP este rezolvată prin magazinul de scule. Automatizare ciclului de schimbare a sculelor din magazin în arborele principal al CP necesită mecanisme specifice pentru căutarea sculei, pentru extragerea acesteia din magazin și alimentarea arborelui principal, iar la alimentarea fazei de prelucrare extragerea sculei din arborele principal și introducerea și fixare acesteia în locașul aferent din magazie. Spre deosebire de MU cu CN cu cap revolver, CP au mecanisme de transfer între magazin și arborele principal, iar magazinul de scule nu suportă reacțiunile forțelor de așchiere.

Construcția modulară generală a unui CP este prezentată în fig. 1.2.

FIG 1.2

CP derivă din MU universale conduse cu CN și echipate cu mecanisme specifice și se clasifica după mai multe criterii astfel :

după operația tehnologică realizată și tipul MU din care provine :

CP prin strunjire

CP prin găurire

CP prin găurire frezare și alezare

CP combinate

după poziția arborelui principal :

CP cu arbore principal orizontal

CP cu arbore principal vertical

după forma și tipul magazinului de scule :

magazin de tip disc (cu axă orizontală,verticală și înclinată)

magazin de tip transportor cu lanț (dreptunghiular sau oval)

după tipul unități de transfere :

CP cu mână mecanică simplă

CP cu mână mecanică dublă

CP cu un complex de mâini mecanice simple și duble

CP fără unitate de transfer

CP cu mâini mecanice și unitate de transfer

după modul de identificare a sculei :

CP cu codificarea sculei

CP cu codificarea locașului sculei din magazin

CP sunt foarte variate și de acea grupare lor este mai puțin riguroasă și de aceia același CP se poate regăsi în diferitele grupuri prezentate anterior.

Dispozitive pentru fixarea pieselor pe mașinile unelte cu comandă după program.

Se caracterizează : – precizie

rigiditate mare pentru a putea obține precizia de prelucrare ridicată în cazul folosirii puteri maxime a mașinii unelte

fixare rigidă a SF pt. a înlătura apariția vibrațiilor

La montarea dispozitivelor pe MU trebuie să asigure orientarea integrală a SF în raport cu SA și cu originea sistemelor de coordonate a MU cu comandă numerică și să asigure montarea și reglarea rapidă a acestuia pe MU în cazul schimbării lotului de fabricație. Elementele de – bazare

– strunjire – acționare – hidraulică

– mecanică

– pneumatică

pentru a asigura prinderea SF cât mai scurt.

În cazul MU de – frezat

alezat

găurit

cu comandă numerică se folosesc frecvent dispozitive universale ce constau din plăci de bazare pe care se dispun elemente de strângere și bazare. Ele prezintă o rețea de canale sau găuri foarte precis executate în diverse variante.

Fig 4.23.

Plăcile cu canale sunt mai groase decât plăcile cu găuri pentru asigurarea rigidității.

Plăcile cu găuri trebuie ferite de impurități și de distrugerea filetelor.

Avantajele dispozitivelor cu rețea de – canale

– orificii

– asigură o poziționare rapidă și precisă a SF sau elementului de strângere centru în raport cu sistemul de referință al MU cu comandă numerică

– elaborarea rapidă a schemei de poziționare a dispozitivului după care reglorul va realiza într-un timp foarte scurt dispozitivul de prindere al piesei.

Analiza formei și dimensiunii piesei de prelucrare pe mașina unealtă cu comandă numerică a permis crearea unui complet minim de elemente de reglare și fixare care să conțină un număr de dispozitive unificate.

Fig. 4.25.

Pe placa de bază 8 a dispozitivului se montează doi montanți înșurubați 1 și 5 care auj pe ambele laturi canale trapezoidale frezate transversal. În aceste canale se montează consola 2.

În axul 4 al consolei este fixată brida 3. prin însurumarea bolțului 6 capul sferic al acestuia se reazemă pe consola 2 apoi rotește brida 3 și va fixa piesa de prelucrat. Pentru Forța de strângere bolțul 6 se înlocuiește cu un cilindru hidraulic. Deplasarea rapidă a bridei 3 în înălțime se realizează astfel : furca 7 se rotește în primul șurub prin intermediul căruia e fixată pe consola 2. Acesta va putea fi scoasă de pe montanții 1 și 5 și montată la înălțimea necesară strângerii. Pentru împiedicarea deplasării consolei 2 în raport cu montanții furca 7 se rotește în poziția inițială și se fixează cu o bilă cu arc .

Fig. 4.26.

Brida 1 a dispozitivului are 3 orificii :

1. prin care trece bolțul 8 care se înșurubează în placa de bază de pe MU

2. trece reazemul 5

3. este orizontal și prin el se introduce fixatorul 2 cu arcul 3

Reazemul 5 se fixează pe col.6 în el fiind introdus fixatorul 2 cu arcul 3. Reazemul 5 se fixează pe col 6 sau direct pe placa 7 prin intermediul bilei cu arc 4. Pe reazem sunt executate două șiruri de canale segmentate și o teșitură longitudinală (secțiunea A-A).

La rotirea reazemului în raport cu coloana, ex. 120 grade fixatorul 2 iese din canal, se reazemă pe teșitură și brida 1 se va ridica sau coboară în funcție de înălțimea SF. Ea se va fixa la cota dorită după rotirea segmentului în poziția inițială.

Firma Romheld (RFG) și Premax (FRA) fabrică seturi de dispozitive pentrut MU cu CN aceste seturi conținând plăci de bază și plăci de schimb cu rețele de canale, elemente de reglare și de strângere cu acțiune manuală sau hidraulică.

Firma Marsland Engineering (SUA) folosește la prelucrarea unor loturi de SF în plus un sistem de dispozitive universale simplificate. Astefel pt. reglarea și fixarea a 87 de SF de diferite tipodimensiuni sunt necesare doar menghine universale cu 3 bacuri autocentrate, prisme în formă de V și colțar. Aceste elemente (cu excepția universalului) au 2 orifici de reglare pt orientarea pe placa de bază și orificiu pt fixarea acestora. Universalul se fixează prin intermediul unei plăci intermediare în care sunt prevăzute găuri similare. La montarea SF în dispozitiv nu e necesar o nouă orientare a ultimelor două în raport cu originea sistemului de referință al MU. SF plane se dispun direct pe placa de bază cu ajutorul elementelor de reglare și se fixează cu elementele de strângere cu acționare rapidă. Pe placa de bază pot fi montate câteva menghine sau universale pt prelucrarea ulterioară a SF, iar schimbarea aceastora se poate realiza în timp ce MU lucrează. Pentru schimbarea dispozitivului pe placa de bază se consumă 1-2 minute.

Pentru că majoritatea pieselor ce se prelucrează pe SN, mașina de frezat, mașina de găurit au dimensiuni mijlocii acestea s-au împărțit în 3 grupe :

cu formă paralelipipedică (plăci, capace, corpuri simple, panouri);

corpuri de rotație (flanșe, capace cilindrice, bucșe, discuri );

cu contur curbiliniu (pârghii, came, piese cu canale curbilinii).

Acestea au unu sau mai multe orificii executate în clasa 2÷3 de precizie a căror distanțe între axe trebuie să fie realizate cu o precizie de 0.03 ÷ 0.2 mm.

Din aceste piese:

95% au cel puțin 2 suprafețe frontale;

98% au canale străpunse sau orificii;

65% se prelucrează pe două suprafețe opuse cu întoarcerea dispozitivului de prindere.

Suprafața de bazare care rămân atât și la întoarcerea în dispozitivul de lucru – menghine cu fălci cu schimbare rapidă 3 și reazeme laterale 2

Fig. 4.27.

Pragul de pe fălci asigură orientarea precisă a piesei și evirtarea lovirii menghinei de către scula așchietoare la ieșirea din așchiere.

Pe MU cu CN

frezat

alezat

găurit

CP se folosesc mese divizionare cu comandă după program

Fig.4.29.

Scule folosite la MU cu comandă după program

– red. taux

– măririi vitezei de poziționare

automatizarea LC auxiliare

program CL

reglarea SA în afara mașinilor

prereglarea

Unele din particularitățile MU cu CN (autonomia CL, schema automată a SA, componente uzuale a SA, utilizarea SA prereglate) => crearea unui sistem de SA și dispozitive de prindere a acestora pe MU cu CN -> MU se face cu un număr minim de elemente

In afara caracteristicilor :

– an

– geometrice pentru SA cu schimb automat trebuie sa se prevada modul de codificare si de reglare ( axiala sau radiala) a lor.

Fig.4.1.- sistem de SA generalizat care reflecta particularitățile SA folosite pe MU cu CN.

SA folosite pe MU cu comanda programata trebuie sa îndeplinească următoarele cerințe

rigiditate mare

capacitate de așchiere ridicată la viteze de așchiere mari

să asigure eliminarea ușoară a așchiilor

ascuțire si control cu mijloace precise

simplitate constructiva

să permită prereglarea pe și în afara MU în timp cât mai scurt

interschimbabilitatea și posibilitate de schimb rapida

La MU cu CN se pot folosi SA:

– standardizate

– speciale

SA standardizate trebuie sa îndeplinească condiții tehnice ridicate (prop. așchiere, precizia dimensiunii și a formei, rugozitate).

SA. Ca elemente componente ale STE joacă un rol deosebit de important în mărirea productivității și preciziei de prelucrare.

Productivitatea și economia prelucrării cresc dacă se folosesc

noi mat. de SA

îmbunătățirea – construcției SA

– geometria SA

Din analiza gamei de SA cu plăcuțe din aliaje dure sau mineralo-ceramice fixate mecanic rezultă: creșterea vitezei de așchiere, micșorarea puterii consumate cu creșterea preciziei de prelucrare și a calități suprafeței.

Perfecționările aduse au fost:

îmbunătățirea

bazării plăcuței în corpul SA

fixării plăcuței în corpul SA

montării plăcuței în corpul SA

optimizarea geometriei

folosirea de noi mărci de materiale SA

îmbunătățirea construirii și măririi rigidității corpului SA

La MU cu CN se recomandă folosirea SA cu plăcuțe sch. din:

aliaje dure

mineralo-ceramice, care după uzură nu se mai ascut.

Problemele care apar la strungurile cu CN – fragmentarea așchiilor.

GL fiind programată, așchia trebuie să fie fracționată pe măsură ce este degajată rezultă folosirea construcțiilor speciale de plăcuțe sau a sfărâmătoarelor de așchii și a geometriei speciale.

Pentru că MU cu CN se caracterizează prin reducerea considerabilă a timpului de reglare, lucru care conduce la necesitatea alcătuirii unui set limitat de SA (de preferat din plăcuțe de CM), care să fie folosite indiferent de forma suprafețelor și natura materialului de prelucrat, cu condiția ca această restrângere să nu afecteze condițiile de așchiere.

Alcătuirea setului de SA se face pe baza unor criterii:

selectarea unui număr minim de SA care să genereze prin așchiere un număr maxim de suprafețe fără ale mai schimba pe altă MU cu CN.

Adaptarea alegerii funcție de

Tipul MU cu CN folosit

Capacitatea acesteia în ceea ce privește numărul de SA care se pot monta simultan.

Exemplu: Pe SN cu CN analizarea CU cu plăcuțe se diferențiază 3 categorii de SA.

CU cu care se lucrează sistematic

CU frecvent utilizate dar a căror folosire este intermitentă

CU de filetat, canelat etc.

– cuțit pentru strunjire longitudinală și frontală (plăcuță rombică cu ungh. vârf = 75O).

cuțit lateral pentru strunjire de degroșare a suprafeței

cilindrice

frontale

canale circulare laterale

cuțit cu plăcuță circulară pentru

degroșare

semifinisarea suprafețelor complexe

finisare

cuțit armat cu plăcuță rombică cu ungh. la vârf = 55O pt strunjirea suprafețelor profilate

cuțit cu plăcuță triunghiulară pt generarea diverselor suprafețe profilate la care nu are acces muchia ascuțită a cuțitului armat cu plăcuță circulară.

SA utilizate intermitent din care fac parte în general CU pentru prelucrarea suprafețelor cilindrice interioare.

CU (de canelat, de filetat), este dificilă enumerarea SA uzuale dată fiind natura foarte diversă a suprafețelor pe care le prelucrează.

Avantajele folosirii unui set alcătuit dintr-un număr limitat de SA sunt:

micșorarea numărului de SA din stoc și deci o raționalizare a investițiilor în ceea ce privește SA

fabricarea în serie mare a SA care intră în componența seturilor, ceea ce face ca prețul lor să scadă și să fie ușor de achiziționat

crearea unei bănci de date tehnice ceea ce oferă avantaje la programarea asistată de calculator.

Exemplu: Rentabilitate a MU cu CN impune folosirea SA de mare productivitate din care fac parte și SA din diamant natural, sintetic sau din bor de formă cubică.

Se folosesc SA din elementul bor pe SN

copiat

carusel

CR, pe MAF, MF cu CN

Se folosesc pentru metale neferoase si aliaje ac., SA diamantate cu T>(30-80) * TSA din aliaje .

SA cu diamant se folosesc la prelucrarea materialelor dure și extradure (pistoane din aliaje de Al. cu conținut ridicat de Si.,colectoarele de cupru cu miez de poliamida ,piese din aliaje de Cu. si Al.,țevile și flanșele din sticlo-textolit, presele din ceramica, carburile metalice, P.si K. sau aliaje dure.

Din punct de vedere al durabilități SA pe MU cu CN, datele existente în literatură sunt relativ puține și departe de cazurile practice.

Tabloul durabilității efective a SA folosite la CP cu magazie de SA și la MU cu CR (orient).

Ele se schimbă indiferent dacă s-au uzat sau nu după un timp de TN minute.

Sunt rare cazurile în care timpii efectivi de prelucrare a tuturor SA din magazie sunt egali având în vedere forma și dimensiunea suprafețelor prelucrate.

Există o gamă largă de bare de alezat pentru prelucrarea de degroșare și de finisare prevăzute cu locașuri drepte sau înclinate pentru reglarea micrometrică a cuțitelor.

De asemenea există capete de alezat cu plăcuțe amovibile din aliaje dure care permit realizarea la o singură trecere a frezelor de degroșare și finisare. Dacă în timpul așchierii una din plăcuțe se uzează sau se fărâmițează aceasta e rotită sau înlocuită în locașul ei fără scoaterea capului multi-cuțit de pe MU micșorând timpul de staționare.

Pentru prinderea cuțitelor pe SN cu comandă după program sunt folosite port SA cu suprafețe poliedrice

Fig.4.17.- 6 tipuri de portscule

( b –d )- frecvent întrebuințate la MU cu CN.

pentru – SR cu CN

– MU cu CN pentru fixarea SA de precizie

ghidaj prismatic pentru bazarea în suportul de prindere de pe strung.

ghidaje “coada de rândunică”

– strunguri sovietice RT 70,72F3, SN cu CN tip VDF, RFG.

SN cu CN cu CR – sovietice 1P71F3

– RDG –DF 200L-NC

-DF 315L-NC

Suprafețe de bazare pentru port SA in CR este o RD care angrenează cu un sector al port SA. Fixat cu bolțuri și excentric.

SN model ATPr M12 cu MSA și … mecanică pentru schimbarea automată a SA, SN Heineman, Max Muller ( RFG)

Port SA are două ghidaje prismatice pentru bazare.

port SA reglabilă care are o parte deplasabilă pe ghidaje “coadă de rândunică”

Pre reglarea SA

– condiția de bază pentru exploatarea economică a MU cu comandă după program.

– se realizează cu dispozitive adecvate care trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

a) precizia suprafeței de bazare pentru fixarea SA fie o clasă de precizie …decât suprafața de bazare corespunzătoare pe MU.

b) Forța de strângere a SA să fie constantă.

c) Dispunerea suprafețelor ce vin în contact cu muchiile și vârfurile așchietoare ale SA de reglare trebuie să corespundă cu poziția dintre suprafața piesei și muchiile așchietoare ale SA în timpul prelucrării.

Dispozitivul de pre reglare este definit ca fiind funcție de tipul operației de așchiere și funcție de metoda de măsurare și de evaluare a preciziei reglării:

fără scală (rigide)

cu scală

Dispozitive de pre reglare rigide folosesc diferite șabloane sau opritori, iar precizia reglării se apreciază după mărimea fantei de lumină.

asigură o precizie de maxim 0.3 mm

Dispozitive de pre reglare în lungime a SA asigurând o precizie de 0,15 – 0,2.

Fig. 4.18 – (DPR) Dispozitivul de pre reglare pentru burghie de centrare.

1 – placa de bază

2 – placa verticală – bucșa 3

\ tija 4.

În bucșa 3 se introduce partea SA 5 în care se găsește burghiul 6.

Pe tija 4 se fixează opritorul 7 față de care se reglează mărimea L. Pt reglare se slăbește șurubul 8 de strângere al burghiului în port SA 5 și se va roti șurubul 9. Ceea ce imprimă piesei 10 filetată la interior o deplasare rectilinie, toate acestea având ca rezultat deplasarea burghiului 6 până la opritorul 7. Când burghiul nu mai poate fi deplasat se strânge șurubul 8, cu aceasta operația de pre reglare fiind încheiată.

Dispozitivul de pre reglare cu scală tip riglă, micrometru sau șubler se folosește pentru reglarea în afara MU a SA cu coadă.

Dispozitivul de pre reglare cu scală măsoară cota de reglare cu comparatoare.

Fig. 4.19 – pentru CU de strunjire

cu 2 comparatoare

cu un comparator și un șurub micrometric.

Fig. 4.22 – Dispozitivul de pre reglare citire optică.

Pentru strungurile cu CN nu au importanță mărimile a, b, Xi, Yi (Fig. 4.22) ci eliminarea reciprocă a dispunerii SA față de prima care intră în așchiere.

∆x = xi – x1

∆y = yi – y1

Aceste eliminări au drept consecință extragerea dimensiunilor pieselor prelucrate a căror eliminare necesită introducerea de corecții în programe.

Mărimile corecției se determină în urma măsurării dimensiunilor în timpul prelucrării piesei de probă sau după prelucrarea acesteia.

Roboți Industriali.

Robotica în istoria omenirii

Domeniul de știință Robotică și fenomenul “robot”, au apărut în cea de a doua jumătate a secolului XX. Apariția lor se încadrează în linia de evoluție a vieții și în acest cadru, a omenirii. Acest lucru se datorează creșterii productivității.

La începutul omenirii acționarea asupra mediului se făcea folosind energie biologică

Mai târziu omul acționează cu ajutorul uneltelor asupra mediului folosind propria sa energie biologică.

O dată cu evoluția omenirii și creșterii productivității pe plan local a dus la perfecționarea uneltelor și la necesitatea utilizării unor energii suplimentare, această energie sa găsit la animalele domestice.

Dezvoltarea societății, creșterea complexității și volumului interacțiunii cu mediu duce la un consum mare de energie, care împinge civilizația umană spre etapa ”mașinismului".

Etapa “mașinismului" este cunoscuta și sub denumirea de prima revoluție tehnico – științifică, este cea în care tehnica începe tot mai mult să se dezvolte pe baza științei, deci a cunoștințelor omenirii despre mediu, având pe lângă aspecte concrete o pondere din ce în ce mai mare de aspecte abstracte.

Mecanizarea a condus la o accelerată “creștere a productivității“, la dezvoltarea societății umane, la creșterea bunăstării acesteia, ceea ce a permis la rândul ei dezvoltarea tehnicii.

Etapa “automatizării” se realizează ca urmare a unui aport crescut al cercetării științifice în dezvoltarea tehnică, a doua revoluție științifico – tehnică.

Se caracterizează prin dezvoltarea domeniilor de vârf ale tehnicii prin pătrunderea masivă a utilizării calculatoarelor iar în mod paralel are loc și etapa “mecanizării” activităților umane, mai ales a acelora care nu au fost suficient de afectate de acest proces.

Etapa “automatizării” prezintă două faze distincte, diferențiate prin natura proceselor asupra cărora se aplică.

Procesele pot fi:

naturale

artificiale:sunt cauzate de intervenții ale omului. “Procesele automate” sunt procese artificiale

Procesele artificiale pot fi:

Continue sunt acelea care o dată declanșate se desfășoară în mod continuu, până când condițiile de mediu necesare sunt asigurate. Continuitatea este asigurată de operatorul uman în soluțiile clasice iar prin diferitele mecanisme, termostate, regulatoare, presostate, etc., la cele automatizate.

Discontinue sunt acelea care prin compunerea lor din mai multe secvențe cu început și sfârșit, ale căror derulare se intercondiționează reciproc și a căror conținut este de complexitate mai mare decât în cazul proceselor continue. Secvență este o parte distinctă din proces, având acțiuni caracteristici proprii. Discontinuitatea este asigurată de operatorul uman, când intervine în secvențele procesului cu mâna sa. Pentru a asigura automatizarea proceselor discontinue este necesar să se realizeze sisteme tehnice, care să poată realiza automat operații inteligente de manipulare similare omului. Asemenea sisteme sunt roboții.

Introducere. Clasificarea roboților industriali conform I.S.O.

Robotul poate fi definit ca o instalație pentru automatizarea operațiilor pe care în condiții “clasice” le realizează omul, cu mâna sa, sub supravegherea ochiului, coordonarea ochi-mână realizându-se de către creier. Pe lângă roboți, operații de manipulare execută și manipulatoarele.

Din cele de mai sus putem realiza următoarele definiții:

Robotul are o structură mecanică mai complexă (mai multe grade de mobilitate) și este condus după un program flexibil.

Manipulatoarele au o structură mecanică mai simplă (mai puține grade de mobilitate) și este condus după un program rigid (greu modificabil).

Avem două mari categorii de roboți :

Ficși, cei care sunt imobili față de anumite componente ale mediului în care evoluează

Mobili, cei care se pot deplasa, folosind în acest scop:

roți

șenile

prin pășire

târâre.

Vehiculele ghidate automat sunt roboți mobili, cu deplasare pe roți / șenile.

Familia roboților este compusă din:

roboții

manipulatoarele

instalațiile de teleoperare

protezele

ortezele

manipulatoarele medicale

exoscheletele amplificatoare

vehiculele ghidate automat

mașinile pășitoare și târâtoare

Toate care se aseamănă structural (au un sistem de conducere, unul de acționare și unul mecanic) și constructiv (au ca bază mecanisme cu cuple cinematice inferioare), realizează familia roboți.

“Inteligență” este capacitatea mai mare sau mai mică a sistemelor naturale sau artificiale de a se adapta cerințelor mediului.

Inteligența artificială este aplicația majoră a calculatoarelor.

În tabelul de mai jos este dat componența “familiei roboților” din punctul de vedere al “inteligenței” artificiale.

Roboții industriali se încadrează în procesul automatizărilor industriale.

Evoluția în timp de la simplu la complex a automatizărilor industriale este dată în tabelul de mai jos, începând de la treapta 1, în care mașina de lucru este mâna umană, și ajungând la treapta 10, în care mașina de lucru este mașină care se autoperfecționează.

Istoria tehnicii arată că oamenii realizează sisteme tehnice atunci când practica -evoluția societății cere rezolvarea unor anumite probleme. Necesitatea automatizării operațiilor de manipulare a materialelor radioactive a apărut după încheierea celui de-al doilea război mondial.

Dezvoltarea sistemelor robotizate în istorie:

La începutul anilor 1950, în laboratoarele nucleare din Franța și apoi, în Statele Unite ale Americii se construiesc primele instalații de teleoperare, folosite pentru manipularea materialelor radioactive în spații expuse radiațiilor. Tehnica mecanismelor spațiale articulate din aceste instalații este dezvoltată mai departe, prin înlocuirea comenzii și acționării de către om, cu utilizarea calculatoarelor și a acționării hidraulice.

George Devol proiectează în 1954 un robot programabil, îl brevetează în SUA în 1956 și îl realizează, împreună cu Joseph Engelberger, creatorul primului robot UNIMATE a firmei UNIMATION (cu acționare hidraulică). Robotul UNIMATE este instalat în prima sa aplicație de către concernul FORD pentru servirea unei mașini de turnat sub presiune în anul 1961.

În anul 1966, inginerul Ole Molaug proiectează un automat de vopsire pentru fabrica de mașini agricole TRALLFA din Bryne (Norvegia).

În 1973, Richard Hohn dezvoltă pentru corporația Cincinnati Milacron un robot comandat de un minicalculator. Robotul este denumit “The Tomorow Tool” (T3).

În 1974 firma suedeză ASEA produce primul robot industrial acționat electric sub denumirea Irb 6, urmat în 1975 de robotul Irb 60. În 1977, roboții ASEA sunt comandați de microcomputere. În 1990, concernul Brown-Bovery Robotics cumpără diviziunea de robotică a lui Cincinnati Milacron, toți roboții fabricați în continuare fiind denumiți ABB.

În 1978, firma UNIMATE construiește cu ajutorul comparației GENERAL MOTORS, robotul PUMA (“Programable Universal Machine for Assembly”, ”mașină universală programabilă pentru operații de asamblare”), versiunea industrială a lui VICARM.

În deceniul anilor '90 se remarcă o oarecare stagnare a sporirii aplicațiilor robotizate – datorită unor circumstanțe economice, mai ales în Japonia – cât și “saturarea” din punct de vedere științific al roboticii industriale, determinată de soluționarea tehnică, practic a tuturor problemelor specifice posibile.

În anii 1990 – 1996 apar tot mai multe construcții și aplicații în domeniile serviciilor și a medicinei recuperatorii.

Raportul dintre numărul de roboți instalați și numărul persoanelor angajate în industrie în diferite țări (a) și numărul și destinația roboților instalați pentru prestări de servicii (b), sunt date în tabelele de mai jos:

Noțiunea de robot este codificată în mod diferit în diverse standarde sau formulări ale unor instituții de specialitate:

Normele franceze (Normalisation française, NF) :

norma E61 – 005 definește manipulatorul:“Structura mecanică constituită dintr-o serie de elemente articulate sau alunecătoare unul față de celălalt, utilizat pentru a prinde, deplasa, poziționa și orienta obiecte (piese, scule, etc), urmărind în general mai multe grade de libertate. El poate fi comandat de un operator, de un automat programabil electric sau prin orice sistem logic (dispozitiv cu came, logică cablată, logică programată, etc.) independent sau asociat”.

norma franceză NF61-100 dă următoarea definiție:“Robotul este un mecanism de manipulare automată, aservit în poziție, reprogramabil, polivalent, capabil să poziționeze și să orienteze materiale, unelte sau dispozitive specializate, în timpul unor mișcări variabile și programate, destinate executării unor sarcini variate”.

Standardul german DIN 2801 definește:

“Roboții industriali sunt automate mobile cu aplicații universale, cu mai multe axe, ale căror mișcări sunt liber programate pe traiectorii sau unghiuri într-o anumită succesiune a mișcărilor și în anumite cazuri, comandate prin senzori. Ei sunt echipați cu dispozitive de prehensiune, scule sau alte mijloace de fabricație și pot îndeplinii activități de manipulare și de fabricație. Robotul industrial poate fi montat fix, într-un anumit loc sau poate fi deplasat ca un ansamblu.”

Standarde japoneze::

“Robotul este un sistem mecanic, dotat cu funcțiile motoare flexibile analoage cu cele ale organismelor vii sau imitații ale acestora, cu funcții inteligente, sisteme care acționează corespunzător voinței omului”.

Standarde rusești:

“Robotul industrial este o mașină automată staționară sau deplasabilă, constând din dispozitivul de execuție, având mai multe grade de libertate și din dispozitivul reprogramabil de comandă după program pentru îndeplinirea în procesul de producție a funcțiilor motoare și de comandă”.

Institutul de Robotică din America (RIA):

"Robotul este un manipulator reprogramabil multifuncțional, destinat să deplaseze materiale, piese, scule sau aparate, prin mișcări programate variabil, în scopul îndeplinirii unor sarcini diferite. Robotul este un echipament cu funcționare automată, adaptabil condițiilor unui mediu complex – în care el evoluează – prin reprogramare, reușind să prelungească, să amplifice și să înlocuiască una sau mai multe din funcțiile umane în acțiunile acestuia asupra mediului înconjurător."

Asociației Britanice de Robotică (British Robot Association):

„robotul este un dispozitiv reprogramabil, realizat pentru manipularea pieselor, sculelor și altor mijloace de producție, prin mișcări variabile programate, pentru a îndeplinii sarcini specifice de fabricație”.

Denumirea de robot se aplică unei familii mai largi, din care fac parte:

manipulatorul;

instalația de teleoperare;

proteze / orteze;

manipulatoare medicale;

exoschelete amplificatoare;

mașini pășitoare;

mașini târâtoare.

Schema de mai jos definește familia de roboți:

Clasificarea robotilor industriali conform I.S.O.

sursa principala de putere pentru actionare

pneumatica

hidraulica

electrica

comanda miscarii

punct cu punct sau fara comanda de viteza : continua sau discontinua

comanda pe traiectorie continua

modele de programare

prin invatare directa

prin generare de traiectorie

off-line

tipuri de senzori folositi

detectori de pozitie

logica liniara simpla

senzori de semnale proportionale cu abaterea

Asociatia Franceza de Robotica Industriala (A.F.R.I.) propune urmatoarea clasificare a robotilor industriali:

Manipulatoare cu :

comanda sau telemanipulatoare

automate cu cicluri prereglate: pneumatice, electrice sau electronice

Roboti :

programabili controlati in bucla de pozitie, cu traiectorie continua sau deplasare punct cu punct

inteligenti, avind senzori care exclud logica binara simpla si indeplinesc diferite sarcini cu ajutorul sistemelor de recunoastere a formelor

4.3.STRUCTURA ROBOTULUI

Structura unui robot este, defapat, un sistem compus din mai multe subsisteme. Sistem este un ansamblu de părți componente, elemente, și legăturile dintre acestea. Elementele care compun acest sistem se numesc subsisteme. La rândul lor subsistemele pot avea și ele subsisteme, din acest motiv există o ierarhizare și anume sistemul principal se numește sistem de rangul 1, subsistemele se numesc sisteme de rangul 2, etc.

Modul cum se compune un sistem din subsisteme și legăturile dintre aceste subsisteme definesc structura unui sistem. Aceasta compunere a sistemelor din subsisteme se evidențiază prin scheme bloc, iar legăturile dintre subsisteme, prin matrici de cuplare (care definesc legăturile dintre "intrările" și "ieșirile") și matrici de structură (care ne arată care subsisteme sunt în legătură).

Robotul este un sistem de rangul 1, și se aseamănă, constructiv, cu sistemul unui om, la fel si subsistemele robotului.

Schema bloc al structuri unui robot este:

Sistemul unui robot comunică cu mediul și este compus din următoarele:

Sistemul mecanic al robotului care are rolul scheletului uman, astfel definește natura și amplitudinea mișcărilor ce se pot realiza.

Sistemul de acționare realizează mișcarea relativă a elementelor mecanismelor din sistemul mecanic, și are rolul sistemului mușchiular al omului.

Sistemul de comandă emite comenzi către sistemul de acționare și prelucrează informații preluate de la sistemul mecanic, de acționare și de la mediu, are rolul sistemului nervos uman.

Traductorii și aparatele de măsură preia informații despre starea internă a robotului, adică deplasări, viteze, accelerații relative, debite, presiuni, temperaturi.

Senzorii preia informații despre starea „externă" a robotului, caracterizată prin parametrii mediului (temperatură, presiune, compoziție, etc.) și acțiunea acestuia asupra robotului (forțe, cupluri, etc.).

Traductorii și senzori au rolul organelor de simț.

Platformei mobile are rolul de a realiza deplasarea roboților mobili și face parte din componența sistemului mecanic, cu rolul aparatului locomotor al omului.

Sistemul de conducere este un sistem de rang superior al sistemului mecanic și este compus din sistemul de comandă și cel de acționare.

Roboții acționați hidraulic conțin un grup hidraulic pentru prepararea și realizarea circulației fluidului purtător de energie (ulei). Acest grup joacă rolul aparatului digestiv și a celui respirator / circulator al omului.

Se înțelege prin "mediu" al robotului spațiul în care acesta evoluează, cu obiectele conținute și fenomenele care au loc în acest spațiu. Totalitatea obiectelor cu care robotul interacționează constituie "periferia" acestuia.

Legăturile dintre componentele robotului și a componentelor care realizează legăturile cu mediu sunt :

directe

inverse ("feed back").

Legături directe avem la sistemul de comandă atunci când transmite comenzi la sistemul de acționare, iar acesta acționează asupra cuplelor cinematice conducătoare, axele, sistemului mecanic, care la rândul său, acționează asupra mediului cu efectorul final.

Legături inverse sunt informațiile furnizate sistemului de comandă de către traductoare, senzori și aparate de măsură.

Se mai consideră legături și fluxul de energie dat de mediu sistemului de acționare al robotului, și fluxul de energie disipat de la robot la mediu.

Sistemul mecanic al robotului

În cazul general un robot industrial trebuie să realizeze:

acțiuni asupra mediului înconjurător, cu efectori finali;

percepție, pentru a culege informații din mediul de lucru, cu senzori și traductori;

comunicare, pentru schimb de informații;

decizie, în scopul realizării unor sarcini.

Pentru realizarea acestor funcții, structura unui robot este alcătuită din:

sistemul mecanic;

sistemul de acționare;

sistemul de programare și comandă;

sistemul senzorial.

Sistemul mecanic este constituit din mai multe elemente legate între ele prin cuple cinematice.

Sistemul de acționare servește la transformarea unei anumite energii în energie mecanică și transmiterea ei la cuplele cinematice conducătoare.

Sistemul de comandă și programare este un ansamblu de echipamente și de programe care realizează mișcarea robotului.

Sistemul senzorial reprezintă un ansamblu de elemente specializate transpunerea proprietăților ale diferitelor obiecte în informații.

Sistemul mecanic al robotului are rolul să asigure realizarea mișcărilor acestuia și transmiterea energiei mecanice necesare interacțiunii cu mediul. Adică are sarcina de a deplasa un obiect. Partea din sistemul mecanic care realizează această deplasare se numește dispozitiv de ghidare sau manipulator.

Se înțelege prin manipulare modificarea situării în spațiu a unui obiect. Utilizarea mâinii de către om a determinat formarea cuvântului de manipulare. Manipularea obiectului se realizează prin modificarea situării bazei efectorului final, cu care obiectul este solidarizat. În acest scop, baza efectorului final este solidarizată cu un element al dispozitivului de ghidare.

Dispozitivul de ghidare are rolul de a da efectorului final mișcările și energia mecanică necesară mișcări în conformitate cu acțiunea necesitată asupra mediului.

Subsistemul din cadrul sistemului mecanic dedicat acestei interacțiuni este efectorul final.

Efectorul final al robotului care manipulează obiecte se numește dispozitiv de prehensiune. Din punct de vedere al teoriei mecanismelor, obiectul și partea de bază a dispozitivului de prehensiune formează o cuplă cinematică de clasa a VI-a, închisă deobicei prin forță.

Dispozitivele de ghidare pot fi cu:

topologie serială,

paralelă

mixtă.

Structura sistemului mecanic al unui robot este :

Situarea, adică poziția – orientarea, unui corp în spațiul tridimensional este definită cu ajutorul poziției punctului caracteristic, și orientărilor dreptei caracteristice, respectiv a dreptei auxiliare.

Punctul caracteristic și dreapta caracteristică / auxiliară la un obiect cilindric se reprezintă astfel :

Se înțelege prin:

"Punct caracteristic", un punct al obiectului, folosit pentru definirea poziției acestuia.

"Dreapta caracteristică" este o dreaptă care trece prin punctul caracteristic.

"Dreapta auxiliară" o dreaptă perpendiculară în punctul caracteristic pe dreapta caracteristică.

Cu ajutorul dreptelor caracteristice și auxiliare se definește orientarea obiectului, de care aparțin ambele drepte.

În modelul matematic al sistemului mecanic al robotului, punctul caracteristic este originea, iar dreptele caracteristică și auxiliară reprezintă axe ale unui sistem de referință cartezian drept legat de obiect.

În variantele cu topologie serială, un mecanism component al acestuia, numit mecanism generator de traiectorie (mecanism de poziționare), realizează modificarea poziției punctului caracteristic și altul, numit mecanism de orientare, realizează orientarea dreptelor caracteristic și auxiliar.

Se poate defini:

mecanismul generator de traiectorie ca fiind "brațul" al robotului;

mecanismul de orientare ca fiind "articulație carpiană", sau "mecanismul carpian" ("wrist") al robotului.

Efectorul final are mai multe variante constructive:

Efectorul final al robotului care prelucrează obiecte este o sculă.

Efectorul final al robotului care mișcă obiecte este manipulatorul.

Energia necesară pentru prelucrare este comunicată sculei prin intermediul robotului sau a unei surse suplimentare de energie, în acest caz efectorul final este un cap de forță cu sculă. Capul de forță conține un motor și eventual o transmisie mecanică.

Platforma mobilă este o parte componentă a sistemului mecanic care asigură modificarea situării întregului ansamblu în mediu.

Platforma mobilă definește tipul robotului:

Robot staționar atunci când nu este înzestrat cu platformă mobilă;

Robot mobil când este înzestrat cu platformă mobilă, în acest caz dispozitivul de ghidare modifică situarea obiectului în raport cu platforma mobilă.

Construcția modulară a roboților

Construcția modulară este caracterizată prin:

Structură sistematică care este compusă dintr-un grup de sisteme și dispozitive care formează cuple cinematice conducătoare. Structura sistemică prezintă avantajul că furnizează informațiile necesare pentru analiza cinematică și dinamică a sistemelor de acționare și mecanic ale robotului. Ea prezintă dezavantajul, că nu reflectă decât parțial funcțiile sistemelor de rang inferior robotului și particularitățile constructive ale acestora.

Structura funcțional-constructivă sau structură modulară este cu dispozitive de ghidare cu topologie serială pentru a evidenția proprietățile funcționale și constructive ale roboților (modul de robot).

Modul al unui robot, este un subansamblu care este corelat cu una sau mai multe cuple cinematice ale dispozitivului de ghidare și cu efectorul final.

Modulul de robot corelat cu cupla cinematică conducătoare are părțile "fixe" ale sistemului de acționare aferent cuplei cinematice conducătoare și traductoarelor / senzorilor, solidarizate cu structura de rezistență a unuia dintre elemente (i sau i+1). Legătura dintre două module vecine se realizează prin intermediul structurii de rezistență a elementului i. În acest mod, întregul robot cu dispozitivul de ghidare în topologie serială este de fapt constituit din "legarea în serie" a unui număr de module.

Modulul de robot corelat cu o singură cuplă cinematică poartă o denumire care este definită după funcția lui în cadrul robotului.

Astfel, există module de:

translații de bază;

de pivotare de bază;

de ridicare a brațului;

de basculare a brațului;

de extensie a brațului;

de pronație – supinație;

de flexie – extensie;

de aducție – abducție.

Ele sunt reprezentabile schematic după normele ISO .

Modulul de orientare al unui robot se corelează cu toate cuplele cinematice ale mecanismului de orientare, conținând de atâtea ori componentele enumerate pentru modulul corelat cu o singură cuplă cinematică conducătoare, câte cuple cinematice conducătoare are mecanismul de orientare.

În figura de mai jos se prezintă corelația dintre structura sistemică și cea modulară (funcțional – constructivă) a unui robot având un dispozitiv de ghidare serial cu M = 3.

În care:

T/S – Traductoare/Senzori;

SSA – Subsistem de acționare;

CCC – Cuplă cinematică conducătoare;

A/B/C – Modulul;

EF – Efector final;

ELi Elementul i (i = 0, 1, 2, 3)

Efectorul final se consideră de regulă un modul al robotului ca și sistemul de comandă (cu excepția traductoarelor / senzorilor înglobați în alte module).

În următoarele figuri (a,b,c,d) se prezintă desenele de subansamblu ale unor module de roboți.

În cazul roboților având dispozitive de ghidare cu topologie paralelă sau mixtă, un modul al structurii funcțional – constructive este constituit din două platforme legate între ele prin conexiuni . în figura de mai jos se prezintă un modul de orientare cu două grade de libertate acționat electric, având pe axa de supinație o transmisie armonică

Structura funcțional – constructivă cu module tipizate a roboților constituie o dezvoltate mai departe a concepției constructive cu module tipice ale acestora.

Prin modul tipizat al unui robot se înțelege un modul din cadrul unei structuri constructiv – funcționale, care constituie un subansamblu de sine stătător, interschimbabil cu alte module, făcând parte dintr-o serie de module tipizate și care poate fi asamblat cu alte module tipizate, în conformitate cu cerințele utilizatorului.

În următoarea figură se prezintă module tipizate din cadrul unor structuri funcțional-constructive de robot constituit din module. Ele pot fi asamblate în structuri diferite într-o concepție "baukasten", formând o familie de roboți compuși din module tipizate.

În care:

1 – Modul de translație de bază

2 – Batiu

3 – Modul de ridicare braț

4 – Modul de rotație de bază

5 – Modul de basculare braț

6, 7 – Module de extensie braț

8, 9 – Module de orientare

10 – Robot cu mecanism generator de TTT, obținut prin combinarea modulelor 1+3+7

11 – Robot cu mecanism generator de traiectorie TRRT, obținut prin combinarea modulelor 1+4+5+6

12 – Robot RTT obținut din modulele 4+3+7

Ideea dezvoltării unor familii de roboți construiți din module interschimbabile a fost apreciată de constructorii de roboți în deosebi la începutul anilor 1980. Datorită înmulțirii numărului aplicațiilor industriale ale roboților și a concentrării fabricației de roboți la un număr mai redus de firme care fabrică mai mulți roboți pe an, s-a ajuns după 1990 la diminuării construcției roboților din module tipizate.

Utilizarea roboților industriali.

Roboții se utilizează în toate domeniile activității umane. Ele urmăresc satisfacerea unor necesități individuale, de grup sau sociale, realizând economia. Economia se împarte în sectoare și domenii.

Tab. 1

Producția apare în toate sectoarele economiei și anume în sectoarele primare și secundare, producția materială, iar în sectoarele terțiare preponderentă devine producția nematerială și anume a serviciilor.

Robotul industrial poate manipula:

obiecte de lucru

scule

În tabelul de mai jos se prezintă domeniile de aplicație ale roboților industriali.

În figurile de mai jos se prezintă diferiți roboți industzriali:

Definiții utilizate la roboți industriali sunt:

Prin “paletizare / depaletizare” se înțelege operația de așezare / scoatere a obiectelor din locașurile depozitelor tip paletă.

Prin “montaj” (“asamblare”) se înțelege operația de construcție a unui ansamblu prin îmbinarea mai multor obiecte de lucru componente.

Prin “fază de operație” se înțelege secvența componentă a operației aferentă unui obiect de lucru din mulțimea obiectelor de lucru manipulate

În timpul fazei de montaj propriu-zis, robotul industrial trebuie să fie condus după un program de traiectorie continuă.

Prin “servire” se înțelege operația de introducere a obiectului de lucru în mașina / utilajul / instalația / dispozitivul în care se produce operația de prelucrare și extragerea lui după terminarea prelucrării.

În timpul operațiilor robotizate de prelucrare cu scule purtate se necesită reglarea / ascuțirea / curățirea periodică a sculelor. De acestă, în componența sistemului de fabricație robotizat se vor prevede posturi de lucru automate care permit executarea operațiilor amintite, cuprinse în ciclogramele de lucru ale sistemului și în programele de comandă aferente.

Flexibilitatea robotului în aplicațiile în care acesta manipulează scule este asigurată prin reprogramare, respectiv prin posibilitatea schimbării efectorului final, inclusiv automat, robotul conlucrând în acest caz cu un depozit automat de scule / capete de forță cu scule.

Sistemele de fabricație în care robotul execută operații tehnologice cu scule purtate pot cuprinde și instalații aducătoare / de evacuare cu dispozitive de transfer și roboți de manipulare a obiectelor și dispozitivelor de lucru în operații de “servire”.

Domenile de aplicație în care robotul manipulează scule, sunt:

Destuparea manuală a canalului de turnare la furnale este o operație cu un înalt grad de dificultate fizică și periculoasă pentru integritatea operatorului uman care execută operația. El poate fi înlocuit de o instalație de teleoperare, care manipulează un ciocan de perforat acționat pneumatic (un cap de forță), cu care operația de destupare se realizează prin lovituri mecanice.

confecționarea formelor de turnătorie, unele dintre ele nu se pot executa prin vibrare și necesită îndesarea pământului de turnare prin batere. Această operație poate fi executată de robot (instalații de teleoperare), care manipulează un cap de forță cu sculă de îndesare (de “batere”) acționată pneumatic.

Demaselotarea și curățirea pieselor turnate, debavurarea și polizarea pieselor turnate, forjate sau prelucrate prin așchiere se realizează folosind scule adecvate, acționate prin capete de forță manipulate de roboți. Dificultatea operației constă în geometria neregulată, imprevizibilă a obiectelor de lucru supuse prelucrării. Se folosesc instalații de teleoperare cu reacție de forță / moment sau roboți industriali conduși adaptiv, pe baza informațiilor furnizate de senzori de forță / moment.

Sudarea prin presiune în puncte utilizează ca efector final al robotului un clește de sudare, al cărui electrozi sunt presați pe componentele de tablă care urmează a fi asamblate.Robotul trebuie să poziționeze electrozii în punctul de sudură de executat și să orienteze axa comună a acestora, normală pe suprafețele componentelor de tablă. Transferul cleștilor de la un punct de sudură la altul poate fi realizat după un program punct cu punct (PTP).Dispozitivul de ghidare al robotului de sudare prin presiune în puncte trebuie să aibă cel puțin 5 grade de mobilitate, să asigure accelerații mari la trecerea de la un punct la altul iar mecanismul generator de traiectorie trebuie să asigure realizarea unui spațiu de lucru mare. Sistemul de fabricație în care există un post de sudare prin presiune în puncte trebuie să conțină și un post de corectare (prin frezare) a formei geometrice a electrodului.

Repetabilitatea roboților utilizați pentru sudare prin presiune în puncte este cuprinsă între 0,5 1 mm.

Roboții industriali utilizați în operații de acoperire a suprafețelor prin vopsire, manipulează scule de tip “pistol”. Acestea conțin o duză prin care realizează pulverizarea vopselei lichide sau împrăștierea vopselei sub formă de pulbere. Pulverizarea se realizează fie sub acțiunea unui jet de aer comprimat, fie sub presiunea care se exercită asupra suprafeței lichidului aflat într-un rezervor din care se alimentează pistolul (procedeul “airless”). În același rezervor se realizează la nevoie și preîncălzirea vopselei.

Mai jos se prezintă diferiți roboți care manipulează scule:

Sistemul robotizat de vopsire trebuie să conțină un dispozitiv automat de curățire a pistolului, cu funcționarea inclusă în ciclul de funcționare al robotului. În cazul în care robotul trebuie să vopsească cu vopsele de diferite culori / calități, el va fi prevăzut cu un dispozitiv de schimbare automată a efectorului final, care va conlucra cu un depozit de scule (pistoale) amplasate în periferia robotului. Comanda roboților de vopsire se face prin programe multipunct (MP) sau de traiectorie continuă (CP).

În componența sistemului de acoperire robotizată mai intră o instalație aducătoare / de evacuare, cu mișcările dispozitivelor față de care robotul își sincronizează propriile mișcări.

Prelucrarea prin așchiere a unor obiecte cu ajutorul unor scule purtate de robot se utilizează în cazul obiectelor de dimensiuni mari, care nu pot fi montate în dispozitivele de lucru ale mașinilor unelte. Senzori de forță – moment controlează desfășurarea procesului de așchiere. Robotul trebuie să aibă o exactitate de repetabilitate de 0,01 0,05 mm.

Eficiențe tehnico-economice deosebite prezintă robotizarea proceselor de prelucrare prin tehnologii neconvenționale: cu fascicul laser sau cu jet de apă de înaltă presiune.

Cu ajutorul fasciculului laser se pot efectua operații de sudare, de tăiere și de tratament termic superficial de precizie, cu influențarea minimală a structurii metalului din zona de prelucrat. Scula manipulată de robot este în acest caz un cap laser (Fig. 16), conținând un sistem optic, care asigură concentrarea puterii fasciculului pe o suprafață mică a obiectului.

În figura de mai jos se prezintă principiul de funcționare al robotului manipulând un “instrument de zero”, în cadrul operației de măsurare a unei caroserii de automobil.

Deseori, operațiile de control de calitate și inspecție se realizează cu ajutorul unor capete de lucru echipate cu senzori video (metode “ochi în mână”). Roboții utilizați în operații de măsurare, control de calitate, testare și inspecție, manipulează ca și scule capete de lucru, care realizează operațiile respective în diferite zone ale obiectului de lucru. Construcția capetelor de lucru în cauză este adecvată tipului de operație de realizat.

În figura alăturată se prezintă un cap de inspecție cu senzori video, purtat de robot pentru controlul calității suprafeței, pe care un alt cap purtat de același robot depune un strat de etanșare sub formă de fluid vâscos (care se autolipește).

Comanda roboților utilizați în operații de măsurare, control de calitate, testare și inspecție se realizează după programe “punct cu punct” (PTP) în cazul în care zonele de măsurat / controlat / testat / inspectat sunt amplasate izolat sau pe ”traiectorie continuă“ (CP) dacă aceste zone prezintă o continuitate în lungul unei linii. Exactitatea de repetabilitate a roboților utilizați în asemenea aplicații trebuie să fie corelată cu exactitatea măsurătorilor care urmează a fi efectuate.

Conceperea și realizarea aplicațiilor industriale ale roboților prezintă unele particularități:

1. roboții trebuie să continue înlocuirea oamenilor în munci periculoase (de aceasta beneficiază toți);

2. roboții trebuie să continue înlocuirea oamenilor în munci pe care ei nu vor să le execute (și de aceasta beneficiază toți);

3. roboții ar trebui să înlocuiască oamenii în munci pe care le pot executa mai economicos (aceasta la început va dezavantaja pe unii, dar în final va fi în avantajul tuturor, ca și în cazul primelor două legi).

Pentru succesul robotizării sunt necesare următoarele condiții:

1. să existe o necesitate clar percepută;

2. să fie disponibile tehnologii adecvate și practicieni competenți;

3. să existe un suport financiar adecvat.

Activitățile de fabricație s-au automatizat – robotizat atunci când:

1. energia necesară sau mediul înconjurător depășește posibilitățile de suportare ale operatorului uman;

2. priceperea necesară pentru a produce ceva util depășește capacitățile operatorului uman;

3. cererea pentru produs este atât de mare încât există o motivație pentru căutarea unor modalități de fabricație mai bune.