PENTRU PRELUCRAREA PRIN FREZARE ȘI STRUNJIRE COMANDATE DE CALCULATOR [311325]

FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT

“IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA

UNIVERSITATEA “IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA

FACULTATEA DE INGINERIE

SPECIALIZAREA: CALCULATOARE

LUCRARE DE LICENȚĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:

Prof. Dr. Ing. Titus SLAVICI

ABSOLVENT: [anonimizat]

2009 –

FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT

“IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA

UNIVERSITATEA “IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA

FACULTATEA DE INGINERIE

SPECIALIZAREA: [anonimizat]:

Prof. Dr.Ing. Titus SLAVICI

ABSOLVENT: [anonimizat]

2009 –

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

Facultatea de Inginerie Electrică și Tehnologia Informației

Nr ……… din ………………………

Proiect de diplomă al student: [anonimizat] : Nicolae BOCÂNCĂ

Tema proiectului: SISTEME DE PROGRAMARE PENTRU PRELUCRAREA PRIN FREZARE ȘI STRUNJIRE COMANDATE DE CALCULATOR.

Termenul de predare a lucrării practice și a proiectului: 12.06.2009

Conținutul proiectului:

Capitolul I – [anonimizat] a [anonimizat] – Sistemul de comandă software

Capitolul V – Concluzii

Bibliografie

Lista figurilor

Anexe

Locul de documentare pentru elaborare și execuție a lucrării practice:

[anonimizat].

Data emiterii temei: ____________

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC: Prof. Dr.Ing. Titus SLAVICI

SEMNĂTURA DE PRIMIRE:

CUPRINS

1. Introducere

1.1. [anonimizat]

1.2. [anonimizat]

1.3. Obiectivele proiectului

1.4. Structura proiectului

2. Descrierea generală a proiectului

2.1. Sistemele utilizate

2.2. Modul de operare

3. Sistemul de mișcare

3.1. Motoarele pas cu pas

3.1.1. Descriere /generalități

3.1.2. Tipuri de motoare pas cu pas

4. Sistemul de comandă software

4.1. [anonimizat]

4.2. Sinumerik 810D – Siemens

4.3. EMC2

4.4. Programe CAD/CAM

4.5. Coduri ISO

5. Concluzii

6. Bibliografie

7. Lista figurilor

8. Anexe

1. Introducere

Importanța domeniului abordat nu mai trebuie subliniată; în ultimele două decenii microcalculatoarele au monopolizat domeniul conducerii (comandă și control) sistemelor tehnologice; astfel s-[anonimizat], electrice (contactoare) și hard (logica cablată) cu teribilul microprocesor (logica programată), [anonimizat].

Cu greu se mai poate imagina astăzi un utilaj care să nu aibă în componență un microprocesor sau un microcontroler; de la banalele celulare sau mașini de spălat până la sofisticatele echipamente militare sau tehnici spațiale toate sunt comandate cu ajutorul microprocesoarelor.

1.1. [anonimizat] a mașinilor-unelte s-a [anonimizat] a acestora, parcurgând mai multe etape de dezvoltare în strânsă legătură cu dezvoltarea impetuoasă a tehnicii de calcul. Astfel s-au impus în anumite perioade de timp următoarele sisteme de comandă numerică:

de poziționare și prelucrare liniară (NC) – cu posibilitatea executării unor prelucrări după direcții paralele cu axele de coordonate X și Y;

de conturare (NCC) – având posibilitatea executării oricărui tip de dreaptă sau cerc în unul dintre cele trei plane de coordonate XY, XZ sauYZ;

sisteme CNC cu calculator încorporat oferind facilități în exploatarea acestuia (corectări de programe, cicluri, etc.);

sisteme DNC – de interconectare a unui grup de mașini și conducerea directă a acestora prin intermediul unui calculator central (nu mai este necesară prezența unui dispozitiv intermediar de memorare a informațiilor geometrice și tehnologice);

1.2. Domeniile de aplicare

Prescurtarea CNC înseamnă comandă numerică de calculator și se referă în mod special la un calculator "conducător" care citește instrucțiunile G-code și conduce mașina – unealtă, un dispozitiv de putere mecanică caracteristică obișnuită să fabrice o componentă de metal cu îndepărtarea absorbției selective a unui cuțit de așchiere în plicul de muncă unui aparat. Parametrii de funcționare a CNC-lui pot fi schimbati prin soft.

NC a fost dezvoltat la sfârșitul anilor 1940 și începutul anilor 1950 cu John T. Parsons în colaborare cu MIT Servomechanisms Laboratory. CNC a fost precedată de mașinile NC ( Numerically Controlled), care au funcționat permanent și parametrii lor nu puteau fi schimbați. Sistemele de început CNC au folosit suportul fizic de stil NC și calculatorul s-a întrebuințat pentru calculele de compensație de unealtă și uneori pentru editare.

Banda perforată magnetică a continuat să se întrebuințeze ca și cale de transferare a codurilor G în controller pentru multe decenii după ce 1950, până când el a fost în cele din urmă înlocuit cu cablurile de RS232, discurile flexibile, și în cele din urmă cablurile de rețea de calculator standard. Fișierele conținând coduri – G pentru a fi interpretate cu controllerul sunt de obicei salvate sub extensia de NC. Majoritatea magazinelor posedă un format de salvare care se potrivește cerințelor de confirmare ISO.

Introducerea de mașinillor CNC au schimbat radical industria prelucrătoare. Curbele sunt la fel de ușoare la tăiere precum planurile de forme drepte, structuri complexe 3-D sunt relativ ușoare pentru a crea, și numărul de pași mașină care au necesitat acțiunea umană sunt dramatic reduse.

Cu automatizarea sporită de a fabrica procese cu mașina de CNC, îmbunătățind considerabil și calitatea pentru a avea realizări mai bune. Automatizarea de CNC a redus frecvența de erori și au furnizat CNC mașiniști cu timp pentru a executa sarcini adiționale. Automatizarea de CNC de asemenea ține seama mai mult de flexibilitatea în părțile de direcție care sunt stăpânite în procesul de fabricare și timpul necesar pentru a schimba mașina pentru a crea componentele diferite.

Într-o ambianța de producție, o serie de mașini de CNC există combinat într-o stație, obișnuita celulă chemată, în mod progresiv o parte de mașină necesitând câteva funcționări.

Mașinile de CNC astăzi sunt teleghidate direct de la fișiere create cu pachetele softwari de CAM, astfel încât o parte sau o asamblare să poată să meargă direct de la proiect la fabricare fără nevoia de a crea schița pe hârtie a componentei de fabricat. Într-o într-o anumită măsură, mașinile CNC reprezintă un segment special de sistemele de robot industriale, ei sunt programabili pentru a executa multe funcții de mașină( în limitele lor proiectate fizice). Mașinile de CNC pot funcționa noaptea și peste sfârșiturile de săptămână fără intervenția de mașinist. Detectarea erorilor este dezvoltată, dând capacitatea mașinii de CNC de a chema telefonul mobil al mașinistului dacă detectează că o unealtă este spartă sau defectă. În timp ce mașina așteaptă înlocuirea pe unealtă, se poate rula altceva ce este deja încărcat până la acea unealtă și apoi intră în așteptare pentru mașinist. Modificarea inteligenței de conducătorii de CNC a sporit dramatic producția.

1.3. Obiectivele proiectului

Scopul lucrării este de a prezenta câteva medii de programare și operare a mașinilor unelte CNC și variante constructive ale motoarelor pas cu pas. Pentru acționarea unor motoare pas cu pas este necesară generarea unei secvențe de comandă care produce activarea succesivă a bobinelor motorului. Acest lucru se poate realiza cu ajutorul unor circuite bistabile și a unor regiștri de deplasare, fie cu ajutorul unor circuite integrate specializate dedicate acționării motoarelor pas cu pas. Mult mai simplu – atât din punctual de vedere al generării impulsurilor de comandă cât și al circuitului electronic – este utilizarea portului paralel al unui PC.

Datorită faptului ca am avut posibilitatea de a lucra pe mașini unelte o să prezint medii de programare și operare pentru frezare și strunjire de ultimă generație.

1.4. Structura proiectului

Prezenta lucrare va descrie în capitolele următoare cateva metode de implementari practice de frezare și strunjire. Implementarea conține două modalitati diferite și anume una automata, generată de postprocesoare CAM și una scrisă manual în modul ISO. O să fie prezentată și o modalitate foarte simplă de “mașina” de frezare. Capitolul 4 descrie implementarea software precum și modalitatea de exploatare a acestuia.

2. Descrierea generală a proiectului

În cadrul acestei lucrări s-a dorit realizarea unei aplicații de frezare și a unei aplicatii de strunjire. Componența și intercomunicarea între diferitele componente vor fi prezentate pe scurt în cele ce urmează și în detaliu în capitolele aferente.

2.1. Sistemele utilizate

Centru de prelucrare cu 5 axe : DMU 80 – Deckel Maho Gildemeister

Fig.1 – Deckel – Maho DMU80

În imaginea de mai sus se poate observa un centru de prelucrare complex – DMU 80 de la Deckel Maho Gildemeister, o mașină unealtă CNC cu 5 axe : X, Y, Z, B, C, cu o performanța nelimitată. Sistemul de comandă este MillplusIT de la Haidenhain.

Caracteristici :

Deckel-Maho – centru comandat numeric;

MillplusIT – program de interpretare a codurilor G și M pentru a genera traiectorii și impulsuri pentru motoarele pas cu pas ce acționează axele, pe lângă interpretarea codurilor ISO acest software are implementate cateva programe generale pentru prelucrări de suprafețe, deschideri de cavități simple, găuriri pe un cerc, măsurarea razei unei găuri, etc;

Motorul principal are 24 KW;

Magazie pentru scule – 32 de locuri

Sistem de măsurare : Blumlaser

Touchprobe

Mașina unealtă dedicată strunjirii :

Fig.2 – EMCO E65

În imaginea de mai sus este EMCO E65, un strung comandat numeric cu 3 axe și cu posibilitate de a acționa și scule de frezare.

Caracteristici :

Sinumerik 810D – bine cunoscutul sistem de operare – programare implementat de Siemens;

Shopturn – varianta grafică a comenzii numerice și CNCISO este varianta cea mai des intalnita pe mașinile unelte – ISO;

Axul principal : max 4200 de rotatii pe minut;

Puterea motorului principal : 18 KW;

Cel mai simplu sistem de frezare comandat de calculator :

Fig.3 – Sistem comandat de PC

În figura de mai sus se poate observa în ansamblu întregul sistem necesar pentru a efectua frezări. Precum reiese din această figură sistemul este compus din mai multe subansamble, descrise pe scurt în ceea ce urmează, pentru ca apoi să fie puțin în capitolele ce urmează.

Componența:

calculator personal;

sistem de operare – linux;

program de interpretare coduri G și generare traiectorii și impulsuri pentru motoare pas cu pas;

port paralel;

sursă de alimentare driver motoare;

drivere comandă motoare

motoare pas-cu-pas (câte un motor pe fiecare axă de mișcare: X,Y,Z).

Prezenta lucrare nu va descrie în detaliu toate componentele de mai sus, deoarece acest lucru ar depăși scopul prezentei lucrări și datorită faptului că aceste componente au o documentație extinsă, suficientă pentru a putea fi folosită ca atare.

2.2. Modul de operare

Sistemul simplu de frezare. De mai multe concepte nu s-a ținut cont pentru că nu există pericolul de coliziune sau accidentare (ca de exemplu un circuit de urgență, limitarea zonei de lucru, etc). Partea de software conține suport și pentru aceste funcții.

Precum am menționat în subcapitolul precedent sistemul constă din mai multe subsisteme care trebuie alimentate / pornite individual.

Pașii necesari de urmat pentru a asigura o funcționare corectă a sistemului sunt:

alimentarea PC-ului;

pornirea softului;

alimentarea driverelor pentru motoarele pas cu pas.

După acești pași sistemul este pregătit de funcționare. Înainte de a putea freza după program, în modul de lucru automat se vor mai urma următorii pași de operare a sistemului EMC2 (descriși în capitolul 4):

se comută pe modul de lucru manual;

se trece la starea "ESTOP RESET" (această stare poate fi atinsă doar dacă toate condițiile externe sunt îndeplinite);

se trece la starea "Mașină pornită";

se execută operația de referință pe fiecare axă (punerea pe zero a axelor X, Y și Z);

se încarcă un program;

se trece la modul de lucru automat;

se execută programul.

În timpul execuției programului operatorul are posibilitatea să modifice procentual vitezele de proces (și viteza de frezare și vitezele absolute de poziționare) conform cu limitele impuse de către integrator (cel care a construit mașina și a elaborat configurația sistemului).

3. Sistemul de mișcare

3.1. Motoarele pas cu pas

3.1.1. Descriere / generalități

Un motor pas cu pas este un traductor cu o ieșire constantă, unde puterea este definită ca un moment înmulțit cu viteza. Acest lucru înseamnă că momentul motorului reprezintă inversul vitezei motorului. Pentru a înțelege mai bine de ce puterea unui motor pas cu pas este independentă de viteză, trebuie să construim (la figurat) un motor pas cu pas ideal.

Un motor pas cu pas ideal ar avea frecare mecanică zero, momentul acestuia ar fi proporțional cu amperi-rotire și unica caracteristică electrică ar fi inductanța. Amperi-rotire înseamnă doar că momentul este proporțional cu numărul de rotiri al unei înfășurări din statorul motorului înmulțit cu curentul care trece prin acele înfășurări care se rotesc.

De fiecare dată când înfășurările care înconjoară un material magnetic ca și fierul în statorul motorului se rotesc, acestea vor avea o proprietate numită inductanță. Inductanța descrie energia stocată în câmpul magnetic de fiecare dată când curentul trece prin această bobină de sârmă.

Inductanța (L) are o proprietate numită reactanță inductivă, care pentru scopul acestei descrieri poate fi considerată ca o rezistență proporțională cu frecvența și prin urmare cu viteza motorului.

Conform Legii lui Ohm, curentul este egal cu tensiunea împărțită la rezistență. În acest caz vom substitui reactanța inductivă cu rezistență în legea lui Ohm și ajungem la concluzia că curentul este inversul vitezei motorului.

Deoarece momentul este proporțional cu amperi-rotiri (curentul înmulțit cu numărul de înfășurări) și curentul este inversul vitezei, momentul trebuie să fie inversul vitezei.

Într-un motor pas cu pas ideal, deoarece viteza se apropie de zero, momentul acestuia ar trebui să se apropie de infinit în timp ce la infinit momentul va fi zero. Deoarece curentul este proporțional cu momentul, curentul motorului va fi de asemenea zero la infinit.

Din punct de vedere electric, un motor real diferă de unul ideal în primul rând prin faptul că are o rezistență a înfășurării diferită de zero. De asemenea fierul din motor este supus saturației magnetice, dar are și un curent de rotire și pierderi de histereză. Saturația magnetică setează o limită la curent proporțional cu momentul, în timp ce curentul de rotire și histeresa (pierderi de fier) împreună cu rezistența înfășurării (pierderi de cupru) provoacă încălzirea motorului.

Noțiunii de bază despre curba viteză-moment

În secțiunea anterioară s-a arătat că momentul motorului variază invers proporțional cu viteza. Așa arată și curba viteză-moment naturală a motorului. Sub o anumită viteză, numită colțul vitezei, curentul va crește peste curentul nominal al motorului, și în ultimă instanță până la nivelele distructive în timp ce viteza motorului se reduce ulterior.

Fig.4 – Ideal vs Practic

Pentru a preveni acest lucru, amplificatorul trebuie setat pentru a limita curentul motorului la valoarea nominală. Deoarece momentul este proporțional cu curentul, momentul motorului este constant de la viteza zero la viteza de colț. Deasupra vitezei de colț, curentul motorului este limitat de reactanța inductivă a motorului.

Fig.5 – Cuplu motor

Rezultatul este o curbă viteza-moment împărțită în două care are un moment constant de la viteza zero până când intersectează linia de încărcare naturală a motorului, numită viteză de colț, sub care motorul este în regiunea de putere constantă.

Un motor pas cu pas real are pierderi care modifică curba viteză-moment. Cel mai important efect îl reprezintă contribuția momentului de reținere. Momentul de reținere este în mod normal specificat în fișa tehnică a motorului. Întotdeauna există o pierdere când motorul se rotește și puterea consumată pentru a compensa această pierdere este proporțională cu viteza.

Cu alte cuvinte, cu cât motorul se rotește mai rapid cu atât momentul de reținere contribuie mai mult la pierderea de putere la axul motorului. Această pierdere de putere este proporțională cu viteza și trebuie scăzută din curba ideală, constantă după viteza de colț. Aceasta reprezintă o curbă viteză-moment practică.

Fig.6 – Comparatie ideal vs practic

Observați cum ieșirea de putere scade cu viteza din cauza pierderii constante de moment datorită momentului de reținere sau a altor pierderi. Același efect cauzează o mică scădere a momentului cu viteza și în regiunea de moment constant. În final, există o rotunjire a curbei momentului la viteza de colț deoarece amplificatorul se transformă gradual dintr-o sursă de curent într-o sursă de tensiune. Amplificatorul limitează curentul la motor sub viteza de colț și de aceea este o sursă de curent. Deasupra vitezei de colț, reactanța inductivă a motorului limitează curentul și amplificatorul devine o sursă de tensiune deoarece aplică toată tensiunea de alimentare la motor.

Instabilitatea de banda mediana

Un motor pas cu pas este foarte rezonant deoarece reprezintă un sistem de masă elastică. Porțiunea „masă” este rotorul și momentul de încărcare al inerției în timp ce porțiunea „elastică” este reprezentată de refacerea momentului câmpului magnetic care trage rotorul după sine. Din cauza acestui lucru viteza întârzie momentul cu 90 de grade.

Amplificatorul este o sursă de curent în regiunea de moment constant și nu mai adaugă nici o întârziere a fazei. Cu toate acestea amplificatorul este o sursă de tensiune în regiunea de putere constantă, introducând astfel o întârziere suplimentară de 90 de grade. Întârzierea totală de fază se apropie acum de 180 de grade, reprezentând fundație pentru susținerea și crearea oscilației motorului. Această oscilație este numită instabilitate de bandă mediană sau rezonanță de bandă mediană.

Amplificatorul remediază această instabilitate prin adunarea unei amortizări vâscoase. Această amortizare scade întârzierea totală de fază astfel încât motorul nu poate susține oscilația, foarte asemănător cu amortizarea șocurilor în suspensia unui automobil.

Figura de mai jos indică efectul unei rezonanțe de bandă mediană necompensată. Totuși este posibilă accelerarea prin intermediul regiunii de rezonanță, nu este posibilă utilizarea motorului continuu în acea bandă de viteză. Acest lucru are loc deoarece oscilației, care cauzează oprirea motorului, îi ia între jumătate de secundă și 10 secunde pentru a ajunge la o amplitudine suficientă pentru a opri motorul.

Fig.7 – Banda mediana

Notiuni de baza despre puterea motorului

Puterea de ieșire a motorului (viteză x timp x moment) este determinată de tensiunea de alimentare și de inductanța motorului. Puterea de ieșire a motorului este proporțională cu tensiunea de alimentare împărțită la radical de ordinul doi al inductanței motorului.

Dacă una din mărimile de mai sus modifică tensiunea de alimentare, rezultă o nouă familie de curbe viteză-moment. Ca de exemplu, dacă tensiunea de alimentare s-a dublat este generată o nouă curbă; acum curba are de două ori momentul la fiecare valoare a vitezei din regiunea 2. Deoarece puterea este egală cu moment x timp x viteză, amplificatorul generează acum de două ori mai multă putere.

Fig.8 – Puterea motorului

Următoarea figură arată efectul setării curentului motorului la dublul valorii nominale. Acest lucru solicită motorul deoarece va disipa de 4 ori mai multă căldură decât setarea curentului la valoarea lui nominală. Creșterea reală în viteză scăzută – moment este în mod considerabil mai mică decât dublu din cauza saturației magnetice a fierului din motor.

Fig.9 – Putere motor – 2X curent nominal

Ceea ce poate fi observat este faptul că nu există o creștere a puterii de ieșire; motorul doar atinge puterea maximă la o viteză mai mică, toate pe socoteala creșterii de patru ori a căldurii disipate de motor. Se recomandă ca curentul motorului să fie întotdeauna setat la valoarea nominală pentru a obține cea mai lină mișcare în micropași. Setarea curentului la o valoare mai mare degradează linearitatea motorului și generează o aglomerare de micropași și este însoțită de o vibrație la viteză joasă. Rezultatul creșterii puterii motorului cu creșterea tensiunii de alimentare este încălzirea motorului; această căldură crește mai rapid decât puterea de ieșire și în final setează puterea maximă a motorului de la motor. Cu alte cuvinte, factorul de limitare a puterii unui motor este determinat în ultimă instanță de câtă căldură poate disipa în condiții de siguranță.

3.1.2. Tipuri de motoare pas cu pas

Se întâlnesc 2 variante constructive de MPP:

cu reluctanță variabilă (reactive);

cu magneți permanenți (active).

a) MPP cu reluctanță variabilă poate fi cu o singură unitate stator-rotor sau cu mai multe unități stator-rotor. in figură se observă că statorul are l=8 poli aparenți iar rotorul are z=6 dinți. Înfășurările polilor diametral opuși sunt legate în serie, rezultând m=4 faze. rotorul este figurat in poziția de echilibru, rezultată după aplicarea unui impuls de curent pe faza AA'. la aplicarea unui al doilea impuls pe faza BB’ polii respectivi atrag dinții rotorici 2 și 5 care sunt cei mai apropiați și rotorul efectuează o rotație în sens antiorar până când dinții respectivi se aliniază cu polii B și B’ (fig. 14). decalajul spațial unghiular al dinților rotorici fiind Δr=360ș/6 = 60ș iar cel al polilor aparenți Δp=360ș/8 = 45ș rezultă că pasul unghiular al MPP este Δαmpp= 45ș-30ș = 15ș iar numărul de pași pe rotație este 360ș/15ș = 24. aplicând în continuare un impuls de curent pe faza CC’, vor fi atrași dinții 3 și 6 s.a.m.d. pentru inversarea sensului de rotație ordinea alimentării fazelor va fi AA', BB', CC', DD'.

a) b)

fig.10 – Constructia motorului pas cu pas reactiv

b) MPP cu magnet permanent (în stator sau în rotor) este caracterizat prin prezența unui flux de excitație constant, datorat magneților permanenți ceea ce îi conferă proprietatea de a memora poziția chiar și în absenta alimentarii fazelor. In fig.15 este prezentată construcția unui MPP de mică putere cu magneți permanenți în rotor, cu 2 înfășurări (bifazat). Alimentând fazele statorice cu impulsuri bipolare cu amplitudini egale se execută pașii rotorului.

Dacă amplitudinile curenților în cele 2 înfășurări sunt diferite (dar intr-un raport care să asigure o intensitate constantă a câmpului magnetic rezultant), motorul va funcționa in regim de “micropășire”, deci cu divizarea electrică a pasului unghiular constructiv. Datorită constantelor de timp electro-mecanice ale MPP (și in adiție ale elementelor acționate), comanda pentru reglarea vitezei/poziției (respectiv a frecvenței pașilor) trebuie realizată după un anumit profil a dependentei FTACT= f(Timp), contrar există pericolul pierderii de pași sau chiar al blocării MPP.

4. Sistemul de comandă software

4.1. Millplus IT – Haidenhain

Millplus IT este un program “adaptat” pentru aplicațiile de frezare, găurire și alezare. Cunoscând de foarte multă vreme acest mediu de comandă numerică vă pot spune că este într-o continuă upgradare. Poate oferi comandă mașinilor foarte variate : mai simple, cu 2, 3 axe dar și centrelor de prelucrare complexe în 5 axe.

Un pas important în reducerea pierderilor pentru marii fabricanți ce folosesc aceste mașini unelte comandate de Millplus IT îl reprezintă simularea. Haidenhain a creat simularea și pentru a evita coliziunea sculelor de materialele pregatite pentru uzinare. Pe lângă simulare mai există o variantă de comandă Haidenhain ce poate monitoriza pericolul de coliziune.

Caracteristici :

Codul are extensia PM și poate fi stocat pe un hard-disk normal de calculator

Millplus IT poate rula sub Windows sau sub DOS

Interpolare : poate efectua un cerc în 2 axe, un cerc în 3 axe cu plan inclinat, interpolare elicoidală

Timpul de procesare pe un bloc din cod este de 0.7 ms

Suport la programare : oferă ajutor pentru a evita erorile de sintaxă

Cicluri predefinite

Interfețe de date : DNC prin TCP/IP sau Windows COM Standard Network, RS 232 prin USB, LSV 2 – este un protocol pentru operația de remote.

Oferă suport pentru măsurarea lungimilor și razelor sculele așchietoare

Simulare grafică : în mod solid și în mod “wire” : 2D, 3D

Millplus IT e împărțit în 4 mari moduri software : Manual, Automatic, Editare și Tabela de scule

Modul manual

Fig.12 – Mod Manual

Aici se pot face tot felul de operații și anume : mișcarea axelor (toate cele 5 axe), introducerea de cod MDI, măsurarea cu TouchProbe-ul (raza unei găuri, înălțimea materialului, poziția unui anumit punct, etc).

Fig.13 – Touch Probe Fig.14 – Manual – Sub meniu

Tot în Manual sunt cicluri predefinite pentru măsurători foarte variate, creare de cavități, frezări plane, etc.

Fig15. – Cicluri predefinite

Modul automat

Fig 16 – Mod automat

În acest mod se rulează codul mașină și există mai multe sub-opțiuni și anume : programul se poate rula linie cu linie (Single block), se poate rula și simula în același timp, etc.

Modul editare :

Fig.17 – Mod editare fără suport

Fig.18 – Mod editare cu suport

Modul : Tabela Uneltelor

Fig.19 – Tables : Tool

În acest tabel (fig. 19) apar toate datele specifice sculelor din magazie (fond negru) și pe fond albastru sunt sculele ce se pot pune pe mașină manual. Atunci cand se folosește cod de genul : G41 sau G42 (compensarea razei sculei la stânga sau dreapta) se ține cont de valorile înscrise în acest tabel.

Simularea

Simularea cred că este una dintre cele mai importante operații pe care le poate realiza un soft performant. Millplus IT beneficiază de această importantă operație și de aceea numărul rebuturilor sau coliziunilor a scăzut aproape de 0. Cu ajutorul a două funcții G și anume G98 și G99 se definesc mărimea ferestrei în care să aibe loc simularea și mărimea materialului în această fereastră. Pentru o bună simulare e normal ca dimensiunile ferestrei de simulare să fie definite mai mari cu foarte puțin, astfel se obține o magnificare maximă a produsului de prelucrat.

Fig.20 – Simulare plană

Aceasta este cea mai simplă metodă de simulare, dar pentru uzinarea reperelor de un grad de dificultate redusă este cea mai bună. Și simularea ca și rularea efectivă a programului se poate efectua bloc cu bloc.

Fig.21 – Simulare 3D – wire

Fig.22 – Simulare 3D – solid

4.2. Sinumerik 810 D – Siemens

Sinumerik a evoluat extraordinar de mult în ultima perioadă. Începând acum mulți ani, prima mare versiune de succes a fost Sinumerik 810D, varianta apărută în decembrie 2001. În prezent Siemens a developat deja versiunea 840D, o versiune cu o interfață pentru operator foarte simplă și cu un suport extraordinar de mare. La fel ca mai toate softurile specializate în comandarea mașinilor unelte, la fel ca și Millplus IT (prezentat mai sus), Sinumerik 810D are mai multe moduri de operare și rulare a programelor sau pur și simplu a uneia sau a câtorva linii de cod.

În prezenta lucrare o să prezint Sinumerik 810D – doar partea de strunjire. Această parte de strunjire conține și elemente de frezare specială, cu așa numitele unelte acționate (driven tools). La fel ca și la Millplus, Siemens a implementat modul de operare Manual, Automatic, MDI, JOG.

Ultimul mare upgrade pe care l-au implementat cei de la Siemens este acela de a efectua simulare chiar în timpul mașinării.

Sinumerik 810D poate fi programat de orice persoană care cunoaște codificația ISO specifică CNC-urilor dar pe lângă aceasta au mai creat o interfață extrem de simplă pentru operatorii care nu au cunoștințe prea mari de programare CNC. Această interfață se numește ShopTurn. ShopTurn are la rândul lui două posibilități de progamare și anume : standard și pe contur.

Programarea comenzii numerice se realizează în ferestre predefinite, doar completând valorile dorite de fiecare. Sinumerik Shopturn are toate operațiile clasice care se pot efectua pe un strung CNC. De exemplu implementarea unui program ce conține operații de filetare, canelare, găurire centrală, găurire radială, frezare cu scule acționate, deschidere de cavități prin frezare, etc. poate fi efectuată de orice persoană care știe elemente de bază ale strunjirii și care nu știe nici măcar cele două coduri G de bază ISO : G01 (interpolare liniară) și G02 (mișcarea pe un arc de cerc).

Caracteristici Sinumerik 810 D:

interpolare elicoidală

frezare cu scule speciale – pentru mașini multitask și operații simple pe strunguri normale

mașinare în 5 axe

interpolare în multi-axe – chiar și mai mult de 4 axe concomitent

În această lucrare eu o să prezint un program realizat în ShopTurn. O să realizez un contur grafic cu ajutorul elementelor : creare linie dreaptă, crearea linie sub un unghi, crearea unui cerc. Celelate funcții folosite vor fi exact operațiile aplicate la acest contur și anume : crearea unui canal, găurire centrală, crearea unui hexagon, filetare, strunjire interioară, strunjire exterioară.

Un alt mare avantaj creat de Sinumerik este acela că în cazul în care se dorește mașinarea unei piese turnate cu o formă neregulată, se poate defini forma acesteia, uzinarea făcându-se pe conturul creat.

Așa arată un program creat în ShopTurn (fig. 23).

Fig.23 – Program ShopTurn

Un alt avantaj este acela că în Sinumerik 810D se poate introduce și cod ISO, în figura de mai sus : liniile N10 până la N45.

La linia N5 se realizează o operație de strunjire normală, după care sunt liniile N10 – N45 cu cod ISO, apoi la TAPER_SHAFT_CONTUR este definit conturul pe care se vor adăuga mai multe operații. Linia N55 este operația de degroșare, linia N60 reprezintă operația de finisare, linia N65 reprezintă un canal de o formă specială prezentat în figura imediat următoare, N70 este filetare exterioară și ultima linie N75 reprezintă crearea unui canal.

Fiecare din operațiile predefinite se introduc într-un timp foarte scăzut, ceea ce face ca beneficiarul să caștige foarte mult timp. Orice modificare se realizează într-un timp la fel de scăzut ca și implementarea operațiilor pe conturul definit.

În figura următoare (fig. 24) este prezentat un canal special, numit “undercut”. Se vede foarte clar că orice element al acestei forme poate fi modificat cu ușurință. O interfață grafică bine implementată reduce astfel și riscul de a face greșeli și binențeles reduce timpul de programare. Forma prezentată în figura de mai jos poate fi realizată atât la exterior cât și în interiorul materialului. Elementele de construcție sunt :

T – aici se alege scula pentru operația respectivă

F – reprezintă avansul pe rotație

V – viteza de așchiere

Machining – acolo un triunghi înseamnă degroșare și celelalte 3 înseamnă finisare

Position – poziția – poate fii internă sau externă

X0, Z0 – punctul de reper pentru toate celelalte cote

R1, R2 – raze

X1 – adâncimea formei

α – înclinația peretului

D – adîncimea la care o să meargă cuțitul de așchiat într-o singură trecere

Fig.24 – Programare canal special

O operație se poate pur și simplu implementa, chiar dacă forma respectivă nu este definită pe contur. La simulare va apărea conturul și forma ce a fost implementată separat, care nu a fost construită grafic.

Să luăm o altă operație. De exemplu un canal exterior. Din meniul Shopturn – Groove se pot alege mai multe tipuri de canale și anume : canale cu pereți drepți, canale cu pereți înclinați, canale cu pereți înclinați pe suprafețe înclinate. Am ales un canal cu pereți înclinați. În figura următoare (fig. 25) se vede interfața de care dispune programatorul pentru a crea acest canal fără cod ISO.

Fig.25 – Progamare canal exterior

Cred că toți parametrii caracteristici acestui canal pot fi foarte bine înțeleși de orice persoană care a lucrat cel mult pe un strung manual. Este evident, de exemplu, ca α1 și α2 reprezintă unghiurile pereților canalului iar T1 adâncimea lui. În colțul din dreapta sus este butonul “Alternate” cu care se pot modifica de exemplu cotele astfel : valorile absolute devin valori incrementale sau mașinarea să se facă doar la nivel de degroșare nu și de finisare.

Punctul de reper după care sunt notate totalitatea cotelor pentru oricare din formele prezentate în această lucrare și pentru celelalte forme implementate de către Siemens este cercul galben din figură, acesta putînd fi mutat din stânga în dreapta cu același buton “Alternate”.

Următoarea figură (fig. 26) prezintă frezarea unei cavități circulare pe un strung. Acest lucru nu a fost posibil pînă acum cațiva ani, dar datorită evoluției la care asistăm în zilele noastre, această operație foarte utila este și foarte simplu de programat.

Fig.26 – Programarea unei cavități circulare

Figurile următoare (fig. 27 și 28) reprezintă un exemplu concret de contur programat și simularea aferentă acestuia. Dupa ce s-au adăugat operațiile dorite la acest contur, se apasă butonul “Simulare”.

Simularea oferă de asemenea un meniu cu câteva opțiuni ca :

mărirea unei porțiuni selectate

se poate face o secțiune într-o zonă dorită

simularea tuturor operațiilor bloc cu bloc prin activarea butonului “single bloc”

se poate afla timpul total de uzinare a reperului respectiv

piesa astfel simulată se poate roti după toate axele mașinii

se poate alege ca simularea să aibe loc în 3 ferestre diferite cu 3 vederi diferite :

vedere axială

vedere radială

vedere isometrică

Fig.27 – Programare contur strunjire

Fig.28 – Simulare axială, radială, isometrică

Fig.29 – Simulare hexagon, gravare

Imaginea de mai sus (fig. 29) reprezintă o simulare realizată de Sinumerik 810D în care se poate observa că este posibilă realizarea unui hexagon pe un strung și mai mult de atât, gravarea este posibilă și este reprezentată de o interfață grafică asemănătoare canalelor prezentate mai sus.

4.3. EMC 2

EMC2 este un sistem software pentru controlul cu calculator de mașini unelte ca de exemplu mașini de frezat, aparate de tăiat, roboți, hexapozii, etc. EMC2 este program liber licențiat sub termenele GNU GPL (General Public License).

EMC2 este softului descendent original din EMC, care este în Public Domain. Emc2 posedă o mulțime de caracteristici noi și aduce o mulțime de funcționalități noi (flexibilă și puternică Hardware Abstraction Layer care ne permite să îl adaptăm la multe mecanisme, un conducător de soft PLC, un planificator nou de traiectorie, și multe altele).

EMC furnizează:

o interfață utilizator grafică

un interpret pentru" G-code"( RS-274 mașina – unealtă limbaj de programare)

mișcare în timp real plănuind un sistem cu înfățișare înainte

electronica de mașină ca de exemplu dispozitivele pentru generarea semnalelor și antrenările mecanice

ușor de folosit" bancul de lucru " pentru o configurație unică nouă pentru mașina

un soft PLC programabil cu diagramele de scară

instalarea ușoară cu ajutorul Pachetelor de debutant sau Live-cd

El nu furnizează funcții de desene (CAD Computer Aided Design) sau generarea G-code dupa desene (CAM Computer Automated Manufacturing). El poate simultan să opereze până la 6 axe și sprijină o varietate de interfețe.

Controlul poate să funcționeze servomecanismele adevărate( analogice sau PWM) cu bucla unui sistem informațional în apropiere softul EMC la calculator, sau ciclu deschis cu "păși-servomecanisme” sau motoarele pas cu pas. Mișcarea să controleze caracteristicile care să includă: Razele de cerc de tăietor și compensația de lungime, deviația de cale limitat la o toleranță specifică, sincronizat mișcarea de axă, avans adaptabil, suprascrierea de avans mecanic, și viteza constantă a controlului.

Sprijiniți pentru sistemele de mișcare ne-cartesiene sunt prevăzute de obicei prin modulele de cinematică. Arhitecturile disponibile să include hexapozii (peroanele Stewart și conceptele asemănătoare) și sistemele cu articulațiile rotative pentru a furniza mișcarea ca de exemplu PUMA sau roboții SCARA. EMC continuă folosirea extensiilor în timp real.

Linuxcnc și EMC sunt eforturile non-comerciale a multor persoane care au contribuit în amploare de timp și efort pentru a ajuta ca acest proiect EMC să avanseze.

Interfețe cu Utilizatorul

În figura imediat urmatoare (fig. 30) în partea de sus este indicată interfața cu utilizatorul, cea de-a 4-a componentă a EMC. Așa cum este realizat EMC în acea poziție pot fi diverse componente software, cum ar fi: o interfață grafică, una în mod text, o interfață hardware (controlată de butoane și comutatoare fizice), o interfață la distanță, respectiv o combinație a celor anterioare. Componenta conectată în locul respectiv are controlul total asupra EMC. Comunicarea se realizează prin mesaje NML, care sunt trimise de interfață și recepționate de către executiv.

Exemple de mesaje trimise:

pornește alimentare;

comută în modul de lucru automat;

execută un program;

oprește alimentare;

mișcare axe în modul manual;

execută operație de referință axă;

etc.

Pentru EMC există diverse interfețe utilizator:

un program interactiv de testare în mod text: emcpanel;

o interfață utilizator în mod text: keystick;

interfețe mod grafic (X Windows): xemc, yemc;

interfață implementată în Java: emcgui;

interfețe implementate în Tcl/Tk: TkEmc și mini;

interfață 3D implementată în Python: AXIS.

Fig.30 – Interfață grafică AXIS

Fig.31 – Interfață mod text keystick

Fig.32 – Interfață în Tcl/Tk : mini

Interfața utilizatorului

Elementele ferestrei AXIS :

Fereastra AXIS conține următoarele elementele:

O suprafață care arată o vizionare a fișierului încărcat( de ex, ''axis. Ngc''), la fel ca și amplasarea curentă mașinii CNC ''controlled point''. Mai tîrziu, această suprafață va afișa calea mașinii CNC ca mișcat prin plan, denumit ''backplot''

“Controlul manual”, care ne permite punem mașina să mișcați, învârtind fusul.

“Introducere code”( de asemenea chemat MDI), unde prin codul G se poate programa o intrare manuală, o linie dintr-o dată.

“Suprascrierea vitezei”, care ne permite să sporim sau să scădem viteza la care EMC execută programul selectat.

O suprafață de text care arată sursa codului G a fișierului încărcat.

4.4. Programe CAD/CAM

Aceste inițiale au ajuns să se strecoare în viața noastră tot mai mult, fie că vrem fie că nu. Ele vin din engleză (CAD – Computer Aided Design; CAM – Computer Aided Manufacturing) și descriu o activitate de proiectare cu ajutorul calculatorului (in românește ar fi : PAC – PROIECTARE ASISTATĂ DE CALCULATOR) respectiv folosirea unor sisteme computerizate în scopul de a controla roboți și mașini în timpul producție.

CAD/CAM oferă foarte multe avantaje, printre acestea fiind mărirea acurateții programării, păstrarea parametrilor geometrici conform desenelor, abilitatea de a face schimbări majore sau minore la întregul proces de frabricație în doar câteva minute după prima postprocesare.

O caracteristică foarte importantă de care trebuie ținut cont este aceea că softurile CAD/CAM nu vor genera prin postprocesare niciodata programe “NC” care să conțină cicluri sau compensări de scule. O dată ce s-au stabilit sculele pentru operații, de anumite diametre, doar acestea pot fi folosite. Practic, codul generat de CAD/CAM reprezintă exact locul pe unde se va deplasa centrul sculei ci nu conturul din desen.

De exemplu pentru frezarea exterioară a unui cerc de rază 10mm cu o freză de diametru 20 sistemele CAD/CAM vor genera un program unde în codul pentru mișcare pe un arc de cerc în loc de raza 10 va apărea o rază de 20 mm. Aici este diferența, dacă operatorul rupe freza de 20 și nu mai are alta, programatorul va trebui să genereze un alt program pentru o sculă de un alt diametru. În programarea manuală acest lucru nu este valabil deoarece se folosesc funcții de compensare a razei sculelor (G41, G42), deci, pentru cazul nostru, se poate înlocui freza de 20 cu oricare alta fără a face vreo modificare în program în afara schimbării datelor în tabela de scule.

Am ales pentru proiectul meu softul Camtek PEPS, și în figurile următoare voi sublinia modul de generare automat și modul de programare manual al unui cod “NC”.

Fig.33 – Piesa finală în PEPS

Figura de mai sus (fig. 33) reprezintă desenul. După ce s-au aplicat operațiile corespunzătoare cu anumite scule de anumite diametre voi face o simulare să mă conving că totul este așa cum doresc și apoi cu un singur click voi genera programul în mai puțin de 10 secunde. Modelarea unui material brut la forma de mai sus cu un program făcut manual nu este imposibilă, dar programatorul va avea nevoie de câteva zile pentru a realiza acest proces și nu va fi sigur de corectitudinea uzinării.

Pe pagina următoare se găsesc figurile 34 și 35. Figura 34 reprezintă fereastra simulare, simularea nu este pornită. Figura 35 reprezintă produsul final, simularea este terminată.

Fig.34 – Fereastră simulare

Fig.35 – Simulare terminată

Pentru realizarea unui program manual este nevoie de foarte mult timp și de foarte mare atenție. Schimbarea unui singur semn “+” cu “–”poate duce la un dezastru. În figura următoare (fig.36) este o stea. Pentru a putea implementa programul pentru acest desen am nevoie de toate punctele de intersecție dintre toate arcele de cerc (arce de cerc generate de centrul sculei nu cele din desenul inițial).

Programarea acestui model presupune :

alegerea unei origini

alegerea sculelor

programarea de regimuri de așchiere corespunzătoare

PEPS ușurează foarte mult munca, datorită funcției OFFSET pot să desenez traseul sculei în mai puțin de 1 minut (fig. 37)

aflarea coordonatelor tuturor punctelor de intersecție (PEPS)

scrierea de cod

Fig.36 – Desenul inițial

Fig.37 – Aflarea punctelor pe care se deplasează centrul sculei

4.5. Coduri ISO

Introducere. Programul piesă

Programul piesă este un set de instrucțiuni care pot fi interpretate de către comanda numerică pentru a putea controla operarea mașinii. Programul piesă constă din blocuri, care sunt compuse din cuvinte. Cuvânt: Adresă și Dată

Fiecare cuvânt este alcătuit din două părți – o adresă și o dată. Adresa are unul sau mai multe caractere, data este o valoare numerică (un întreg sau o valoare zecimală). Anumitor adrese li se poate da un semn sau un operator I.

La o adresă marcată cu * în coloana Limitele valorii, data poate avea și o valoare cu zecimale. La o adresă marcată cu I și – , se poate introduce fie un operator incremental fie un semn. Semnul pentru valoare pozitivă „+“ nu este indicat și nici nu se memorează.

Bloc (linie de program). Un bloc este compus din cuvinte.Blocurile sunt separate în memorie prin caractere (Line Feed = avans linie). Folosirea unui număr de bloc nu este obligatorie. Pentru a distinge pe ecran sfârșitul unui bloc de începutul altui bloc, fiecare bloc nou va începe pe o altă linie, cu caracterul > plasat la începutul său; în cazul unui bloc mai lung decât un rând, în fiecare rând nou cuvintele vor începe cu caracterul linie.

Număr de program și Nume de program. Numărul programului și numele programului sunt folosite pentru a identifica programul. Folosirea unui număr de program este obligatorie, cea a numelui de program nu este. Adresa unui număr de program este O. Ea trebuie să fie urmată de exact patru cifre. Numele programului este o secvență arbitrară de caractere (șir) puse între semnele de deschidere și de închidere paranteze ( ) . Poate avea maxim 16 caractere. Numărul programului și numele programului sunt separate prin caractere (Line Feed = avans linie) de celelalte blocuri de program aflate în memorie. În cursul editării, numărul programului și numele programului vor fi afișate invariabil în prima linie. În memorie nu pot exista două programe cu același număr.

Început de program și Sfârșit de program. Fiecare program începe și se sfârșește cu caracterele %. În cursul editării programului piesă, caracterul de terminare a programului este plasat invariabil după ultimul bloc pentru a se asigura că chiar și în cazul unei căderi a alimentării cu energie electrică pe timpul editării, se păstrează condiția de terminare a programului.

Termeni fundamentali

Interpolarea. Sistemul de control poate deplasa scula în timpul prelucrării de-a lungul unor linii drepte sau a unor arce. În continuare se va face referire la aceste activități ca fiind „interpolare“.

Mișcarea sculei pe o linie dreaptă :

Program:

G01 Z___

X__ Z___

Mișcarea sculei pe un arc :

Program:

G02 X___ Z___ R___

Funcții pregătitoare (coduri G)

Tipul de activitate care urmează să fie executat de către un bloc este descris prin folosirea funcțiilor pregătitoare (la care se face referire ca fiind codurile G). De exemplu codul G01 introduce o interpolare liniară.

Avans

Termenul „avans“ se referă la viteza sculei relativă la piesa de prelucrat pe durata procesului de tăiere. Avansul dorit se poate specifica în program la adresa F și cu o valoare numerică. De exemplu F150 semnifică 150 mm/min.

Punct de referință

Punctul de referință este un punct fix de pe mașina unealtă. După cuplarea la rețea a mașinii, axele trebuie să fie deplasate în punctul de referință. După aceea sistemul de control va fi capabil să interpreteze și datele de coordonate absolute.

Sistem de coordonate

Dimensiunile indicate în desenul piesei sunt măsurate dintr-un anumit punct al piesei. Acel punct este originea sistemului de coordonate al piesei. Aceste date dimensionale trebuie să fie scrise la adresa coordonatei în programul piesă. De exemplu X340 înseamnă un punct cu coordonatele 340 mm în sistemul de coordonate al piesei. Sistemul de coordonate specificat în care comanda numerică interpretează pozițiile este diferit de sistemul de coordonate al piesei. Pentru executarea unei piese corecte, trebuie impusă aceeași origine pentru cele două sisteme de coordonate în comanda numerică. Aceasta se poate face de exemplu prin deplasarea centrului sculei într-un punct al piesei cu poziție cunoscută și impunerea sistemului de coordonate al comenzii numerice la acea valoare.

Specificarea coordonatei absolute

Când sunt specificate coordonate absolute, scula se deplasează pe o distanță măsurată de la originea sistemului de coordonate, adică într-un punct a cărui poziție a fost specificată prin coordonate. Codul specificării de dată absolută este G90.

Blocul ‘’G90 X50 Y80 Z40’’ va deplasa scula în punctul din poziția de mai sus, indiferent de poziția sa înainte de a se da această comandă.

Specificarea coordonatei incrementale

În cazul unei specificări incrementale a datei, sistemul de control va interpreta coordonata astfel încât scula se va deplasa cu o distanță măsurată din punctul în care se află în acel moment.

Codul specificării de dată incrementale este G91. Codul G91 se referă la toate valorile coordonatei.

Blocul ‘‘G91 X70 Y-40 Z-20’’ va deplasa scula pe distanța respectivă începând din poziția anterioară. O dată incrementală poate fi definită și ca referindu-se doar la o singură coordonată. Pentru aceasta se introduce caracterul I după adresa coordonatei. În blocul: G90 XI-70 Y80 Z40 data pentru X va fi interpretată ca o valoare incrementală, în timp ce datele pentru Y și Z sunt interpretate ca și coordonate absolute pentru codul G90.

Funcțiile modale

Anumite coduri sunt active până când este specificat un alt cod sau valoare. Acestea sunt coduri modale. De exemplu, în secvența de program:

N15 G90 G1 X20 Y30 F180

N16 X30

N17 Y100

codul G90 (specificare de dată absolută) și valoarea F (avans), specificate în blocul N15, vor fi modale în blocurile N16 și N17. Astfel nu mai este necesar să se specifice aceste funcții în fiecare dintre blocurile următoare.

Funcțiile cu o singură execuție (nemodale)

Anumite coduri sau valori sunt active doar în blocul în care sunt specificate. Acestea sunt funcții cu o singură execuție.

Comanda vitezei arborelui

Viteza arborelui poate fi specificată la adresa S. Este denumită și „funcția S“. Instrucțiunea S1500 impune o rotire a arborelui la viteza de 1500 rot/min.

Funcția Schimbare sculă

În decursul prelucrării, pentru operațiile executate trebuie folosite diverse scule. Sculele sunt diferențiate prin numere. Se face referire la scule folosind codul T. Instrucțiunea T25 în program, înseamnă că trebuie schimbată scula nr.25. Schimbarea sculei se poate face manual sau automat, funcție de construcția mașinii.

Funcții diverse

În decursul prelucrării trebuie executate un număr de operații de pornire sau oprire. De exemplu pornirea arborelui principal sau pornirea lichidului de răcire. Aceste operații pot fi executate cu funcțiile M (diverse). Ca exemplu în șirul de instrucțiuni “M3, M8” M3 semnifică „rotire arbore în sens orar“ iar M8 semnifică “pornirea lichidului de răcire”.

Compensarea lungimii sculei

În cursul prelucrării sunt folosite scule de diferite lungimi pentru operații diferite. Pe de altă parte, în producția de serie, o anumită operație se poate executa cu scule de lungimi diferite (de exemplu

când se rupe scula). În scopul de a face mișcările descrise în programul piesă independente de lungimea sculei, trebuie impuse în comanda numerică diversele lungimi ale sculelor. Dacă prin program se impune deplasarea vârfului sculei într-un punct specificat, trebuie să fie apelată valoarea lungimii sculei respective. Aceasta se face la adresa H. De exemplu instrucțiunea H1 face referire la data de lungime nr.1. Apoi comanda numerică deplasează vârful sculei în punctul specificat. Această procedură este referită ca impunere a modului „compensare a lungimii sculei”.

Compensarea razei sculei

Prelucrarea unei piese trebuie executată cu scule de raze diferite. Compensarea razei trebuie introdusă pentru a scrie datele conturului real în programul piesă, și nu pe cele ale traiectoriei centrului sculei (luând în considerare razele sculelor). Valorile compensării razei trebuie introduse în comanda numerică. În continuare, în program, se poate face referire la compensarea razei sculei la adresa D din program.

Compensarea uzurii

În decursul prelucrării sculele se uzează. Se poate stabili o relație între uzură și modificările dimensionale ale sculei (în lungime ca și în rază). Se poate impune uzura sculei în comanda numerică. Pentru fiecare grup de compensare (la care se face referire la adresele H sau D) avem o valoare a geometriei, adică lungimea și raza inițială a sculei, și o valoare a uzurii.

Când se impune compensarea, comanda numerică va compensa mișcarea cu suma celor două valori.

Axele controlate

Numărul de axe (în configurația de bază): 3 axe. În configurație extinsă 3 axe adiționale (6 axe în total). Numărul de axe care pot fi mișcate simultan 6 axe (cu interpolare liniară)

Numele axelor

Numele axelor controlate poate fi definit în parametrii memoriei. Fiecare adresă poate fi atribuită uneia din axele fizice.În configurația de bază, numele axelor pentru o comandă numerică de freză sunt X, Y și Z. Numele axelor adiționale (extindere) depind de tipurile lor. Nume posibile pentru axele de extindere care execută deplasări liniare sunt: U, V și W. Atunci când sunt paralele cu axele principale X, Y, și Z, numele lor vor fi respectiv U, V și W. Axele care execută mișcări de rotație sunt denumite A, B și C. Axele de rotație a căror axă este paralelă la direcțiile X, Y și Z sunt denumite respectiv A, B și C.

Funcții pregătitoare

Într-un bloc, tipul de comandă va fi determinat de adresa G și de numărul care urmează. Tabelul următor conține codurile G interpretate de comanda numerică, grupele și funcțiile pe care le conțin.

Note :

semnul * care marchează codurile G dintr-un grup, reprezintă starea în care trece comanda numerică la punerea sub tensiune.

dacă într-un grup sunt marcate cu * mai multe coduri, se poate impune printr-un parametru codul care va fi activat la punerea sub tensiune. Acestea sunt: G00, G01; G17, G18; G43, G44, G49; G90, G91; G94, G95.

la punerea sub tensiune, dintre G20 și G21 va fi activă cea care era impusă în momentul decuplării de la rețea.

interpretarea implicită a comenzii G05.1 după punerea sub tensiune poate fi specificată cu parametrul MULBUF.

codurile G din grupul 00 nu sunt modale; restul codurilor sunt.

intr-un bloc se pot scrie mai multe coduri G cu restricția ca să fie folosit doar unul din grupul cu aceeași funcție.

Poziționarea (G00)

Seria de instrucțiuni

G00 v se referă la poziționarea în sistemul de coordonate curent.

Deplasarea se face la coordonata v. Indicația v (vector) se referă aici (și pe mai departe) la toate axele controlate folosite pe mașina-unealtă. (Ele pot fi X, Y, Z, U, V, W, A, B, C). Poziționarea se realizează de-a lungul unei linii drepte implicând mișcările simultane ale tuturor axelor specificate în bloc. Coordonatele pot fi date absolute sau incrementale. Viteza de poziționare nu poate fi comandată în program deoarece se realizează cu valori diferite pentru fiecare axă, valori impuse de constructorul mașinii ca parametri. Atunci când sunt mișcate simultan mai multe axe, este calculată de către comanda numerică rezultanta vectorială a vitezei astfel încât să se execute poziționarea în intervalul minim de timp, iar viteza să nu depășească nicăieri parametrul de avans rapid impus pentru fiecare axă.

În execuția instrucțiunii G00, comanda numerică execută accelerări și frânări la începutul și respectiv sfârșitul mișcărilor. Fiind un cod modal, G00 rămâne activ până când este reînscris de către o altă comandă de interpolare.

Interpolarea liniară (G01)

Seria de instrucțiuni

G01 v F

va selecta un mod de interpolare liniară. Data scrisă pentru v poate fi valoare absolută sau incrementală, interpretată în sistemul de coordonate curent. Viteza de deplasare (avansul) poate fi programat la adresa F. Avansul programat la adresa F va fi realizat invariabil de-a lungul traiectoriei programate.

Interpolarea circulară și spirală

Aceste serii de instrucțiuni specifică interpolarea circulară. O interpolare circulară este realizată în planul selectat prin comenzile G17, G18, G19 în sens orar sau antiorar (cu G02 respectiv G03).

Aici și pe mai departe, semnificațiile pentru Xp, Yp, și Zp sunt:

Xp : axa X sau o axă paralelă la ea,

Yp : axa Y sau o axă paralelă la ea,

Zp : axa Z sau o axă paralelă la ea.

Valorile pentru Xp, Yp, și Zp sunt coordonatele punctului final al cercului în sistemul de coordonate dat, specificate ca date absolute sau incrementale.

Cazul 1

La adresa R, unde R este raza cercului. Acum comanda numerică va calcula automat coordonatele centrului cercului din coordonatele punctului de start (punctul în care se află comanda numerică în momentul în care s-a introdus blocul pentru cerc), coordonatele punctului de sfârșit (valorile definite la adresele Xp, Yp, și Zp) și din raza cercului programat, R. Deoarece se pot desena două cercuri diferite cu raza R între punctele de început și cel de sfârșit pentru o direcție de parcurgere dată (G02 sau G03), comanda numerică va interpola un arc mai mic sau mai mare de 180° când raza cercului este specificată ca număr pozitiv sau respectiv număr negativ. De exemplu:

Secțiunea de arc 1: G02 X50 Y40 R40

Secțiunea de arc 2: G02 X50 Y40 R-40

Secțiunea de arc 3: G03 X50 Z40 R40

Secțiunea de arc 4: G03 X50 Z40 R-40

Cazul2

Centrul cercului este specificat la adresele I, J, K pentru axele Xp, Yp, și Zp. Valorile

specificate la adresele I, J, K sunt interpretate întotdeauna ca incrementale de către comanda

numerică, astfel că vectorul definit cu valorile punctelor I, J, K este îndreptat din punctul de

început către centrul cercului. De exemplu:

Cu G17: G03 X10 Y70 I-50 J-20

Cu G18: G03 X70 Z10 I-20 K-50

Cu G19: G03 Y10 Z70 J-50 K-20

Interpolarea elicoidală (G03, G02)

Aceste serii de instrucțiuni vor defini o interpolare elicoidală.Deosebirea față de interpolarea circulară este cea de a treia axă (q) care nu este o axă componentă a planului cercului. Comanda numerică va executa doar o deplasare simplă de-a lungul axei q. Avansul specificat la adresa F este activ doar pentru traiectoria circulară.

De exemplu:

G17 G03 X0 Y100 Z20 R100 F150

Datele de intrare pentru coordonate

Programarea absolută și incrementală (G90, G91), operatorul I

Datele de intrare ale coordonatei pot fi specificate ca valori absolute sau incrementale. Într-o specificare absolută, trebuie specificate pentru comanda numerică coordonatele punctului final, pentru datele incrementale trebuie specificată distanța de parcurs în acel bloc.

G90: programare de date absolute

G91: programare de date incrementale

G90 și G91 sunt funcții modale.

Deplasare într-o poziție absolută se poate face doar după ce s-a efectuat întoarcere în punctul

de referință.

Conversia inci/metric (G20, G21)

După ce s-a programat codul G potrivit, se pot specifica unitățile de măsură ale datelor de

intrare:

G20: programarea introducerii în inci

G21: programarea introducerii în sistem metric

La începutul programului trebuie selectată unitatea de măsură dorită prin specificarea codului corespunzător. Unitatea de măsură selectată rămâne activată până când se introduce o comandă cu sens contrar, adică G20 și G21 sunt coduri modale. Efectul lor se va păstra și la deconectarea sistemului, adică unitatea de măsură care era activă înainte de decuplare va fi activă și după reconectare.

Schimbarea unității de măsură va afecta următoarele elemente:

• Coordonata și datele de compensare,

• Avansul

• Viteza periferică constantă

• Afișările poziției, compensării și avansului.

Specificare și gama de valori a datelor de coordonată

Datele de coordonată pot fi specificate cu 8 cifre zecimale.

Punctul zecimal va fi interpretat în funcție de unitatea de măsură folosită:

X2.134 înseamnă 2.134 mm sau 2.134 inci,

B24.36 înseamnă 24.36 grade, atunci când axa B se referă la o axă de rotație.

Folosirea punctului zecimal nu este obligatorie:

X325 înseamnă 325 mm.

Zeroul din fața punctului zecimal se poate omite:

.032 = 0.032

Numărul de zecimale cu care comanda numerică va interpreta un număr este funcție de

sistemul de increment folosit. De exemplu comanda X1.23456, atunci când este selectat

sistemul de increment IS-B, va fi interpretată ca:

– 1.235 mm (în sistem metric)

– 1.2346 inci (în inci).

În mod corespunzător, datele de intrare vor fi transferate la ieșire ca valori rotunjite.

Întârzierea (G04)

Comanda

(G94) G04 P…

va programa o întârziere în secunde.

Domeniul pentru P este de la 0.001 la 99999.999 secunde. Întârzierea implică invariabil întârzierea executării următorului bloc. Ea nu este o funcție modală. Pe durata întârzierii, se afișează pe ecran, în câmpul 5 care indică interpolarea, mesajul DWL care atrage atenția operatorului de ce s-a oprit prelucrarea.

Funcții diverse (M) și auxiliare

Codul M având specificată la adresă o valoare numerică de maxim 3 cifre, este transferat de către comanda numerică la PLC. Atunci când într-un bloc sunt programate o comandă de mișcare și o funcție M, funcția M va fi executată în timpul sau după executarea comenzii de mișcare. Modul de executare este definit de constructorul mașinii.

Codurile M includ funcții standard, care pot fi folosite doar pentru funcții selectate special.

Acestea sunt:

M00, M01, M02, M30: coduri de control program

M03, M04, M05: coduri rotire arbore

M06: cod de schimbare sculă

M07, M08, M09: coduri utilizare răcire

Atunci când indexarea este declanșată de o funcție M, codurile M ale indexării arborelui sunt selectate pe baza unui parametru.

Comanda numerică permite ca să fie scrise într-un anumit bloc un număr de coduri M din grupe diferite. În acest caz totuși, codurile M au o secvență prestabilită de execuție. Grupele și secvența de execuție sunt:

Grupa 1 M06 (schimbare sculă)

Grupa 3 M03, M04, M05, M19 (rotire arbore)

Grupa 4 M07, M08, M09 (utilizare răcire)

Grupa 7 M00, M01, M02, M30 (coduri de control program)

Modul de funcționare exact al fiecărui cod M este definit de către constructorul mașinii respective pentru a satisface cerințele. Singura excepție sunt codurile de control program.

Codurile de control program sunt:

M00= oprire programată

Condiția de oprire va fi generată la sfârșitul blocului în care a fost specificat M00. Toate

funcțiile modale rămân neschimbate. Se poate reporni cu START.

M01= stop condiționat

Efectul ei este identic cu al codului M00. Va fi executat când este activată functia STOP

CONDIȚIONAT. Nu are efect dacă nu se apasă activata aceasta functie.

M02, M30= sfârșit de program

Înseamnă sfârșitul programului principal. Sunt oprite toate operațiile și comanda numerică

este resetată.

Bineînțeles în prezentarea de mai sus s-au omis intenționat un număr relativ mare de coduri. Acestea sunt prea numeroase pentru a fi descrise în prezenta lucrare, ele putând fi consultate la nevoie din manualele echipamentelor de frezare CNC.

5. Concluzii

Lucrarea de față abordează o temă de interes în momentul de față. Momentan pe piața de desfacere se caută cât mai mult globalizarea aplicațiilor. Acest lucru este posibil datorită dezvoltării tehnicii de calcul, a rețelelor de calculatoare, etc.

Operarea mașinilor CNC prezintă avantaje față de sistemele clasice. În primul rând se poate menționa faptul că datorită sistemului de comandă administrat de un calculator se reduce la maxim dependența de un operator uman. Suportul software asigură tratarea erorilor și în cele mai multe cazuri sistemul poate să îndrepte anumite greșeli. Revenirea din eroare conferă mașinii o oarecare independență în sensul că se pot modifica dinamic anumiți parametri fără a necesita oprirea procesului sau intervenția unui programator sau a unui operator.

Interesul tot mai mare de care se bucură domeniul CNC in ultimii ani a stimulat cercetarea și dezvoltarea unor sisteme din ce în ce mai complexe. Tendința care se poate observa este dezvoltarea unor mașini cu axe multipi.

Implementarea practică a fost realizată punându-se accent pe blocuri standard, ușor accesibile, dar și pe elemente specifice fiecărui mediu de programare în parte. Acestea au fost dezvoltate și bine reprezentate în figurile alăturate lor.

6. Bibliografie

Conducerea cu calculatorul a sistemelor tehnologice, Prof. Dr. Ing. Titus Slavici

http://www.coromant.sandvik.com/

http://www.gildemeister.com/home,en

http://www.cncsimulator.com/

http://www.automation.siemens.com/doconweb/

http://www.cncezpro.com/gcodes.cfm

7. Lista figurilor

Capitolul 2 :

Figura 1 – Deckel Maho Gildemeister

Figura 2 – EMCO E65

Figura 3 – Sistem simplu de frezare

Capitolul 3:

Figura 4 – Ideal vs practic – motor

Figura 5 – Cuplu motor

Figura 6 – Comparație ideal vs practic

Figura 7 – Mid-band resonance

Figura 8 – Puterea motorului

Figura 9 – Puterea motorului – 2X curent nominal

Figura 10 – Construcția motoarelor pas cu pas reactive

Figura 11 – Construcția motoarelor pas cu pas

Capitolul 4:

Figura 12 – Millplus IT – mod manual

Figura 13 – Touch Probe

Figura 14 – Millplus IT – mod manual – submeniu

Figura 15 – Millplus IT – cicluri predefinite

Figura 16 – Millplus IT – mod automat

Figura 17 – Millplus IT – mod editare fără suport

Figura 18 – Millplus IT – mod editare cu suport

Figura 19 – Millplus IT – tools table

Figura 20 – Millplus IT – simulare plană

Figura 21 – Millplus IT – simulare 3D – wire

Figura 22 – Millplus IT – simulare 3D – solid

Figura 23 – Sinumerik – program ShopTurn

Figura 24 – Sinumerik – programare canal special

Figura 25 – Sinumerik – programare canal exterior

Figura 26 – Sinumerik – programare cavitate circulară

Figura 27 – Sinumerik – exemplu de contur ShopTurn

Figura 28 – Sinumerik – simulare axială, radială, isometrică

Figura 29 – Sinumerik – simulare hexagon, gravare

Figura 30 – EMC2 – interfață grafică axis

Figura 31 – EMC2 – interfață mod text keystick

Figura 32 – EMC2 – interfață

Figura 33 – PEPS – desen piesă finală

Figura 34 – PEPS – fereastră înainte de simulare

Figura 35 – PEPS – simulare finisată

Figura 36 – PEPS – desenul inițial stea

Figura 37 – PEPS – punctele pe unde se deplasează centrul sculei

Anexe

Exemplul 1:

Program implementat manual : coroana

Exemplul 2:

Program implementat manual : piesă profilată cu plăcuță sferică.