Sisteme Flexibile de Fabricatie Proiect Proiectarea unui centru de prelucrare cu comanda numerica Titular curs: Prof. Dr. Ing.George ENCIU Studenti:… [306301]

Universitatea POLITEHNICA din Bucuresti

Facultatea Ingineria si Managementul

Sistemelor Tehnologice

Disciplina

Sisteme Flexibile de Fabricatie

Proiect

Proiectarea unui centru de prelucrare cu comanda numerica

Titular curs:

Prof. Dr. Ing.George ENCIU

Studenti:

[anonimizat]-Viorel

Grigore Razvan

Georgescu Alexandru

Adamache Marko

A. Prezentare generala a masinilor cu comanda numerica

Folosite pentru prima dată la sfârșitul anilor ‘50, sistemele cu comandă numerică computerizată permit operarea mașinilor unelte prin dispozitive electronice. [anonimizat], [anonimizat], specifice proceselor de producție industrială.

[anonimizat], cea a [anonimizat], capacitate de lucru mai mare și durată de activitate mai scurtă.

[anonimizat] a [anonimizat]. Această programare este în prezent foarte automatizată datorită proiectării asistată de calculator (CAD)​​.

Codul G (de asemenea denumit RS-274), [anonimizat] (CNC). Acesta este utilizat în principal la fabricația asistată de calculator pentru a [anonimizat]. Codul G este uneori denumit limbajul de programare G, care nu trebuie confundat cu limbajul de programare G LabVIEW.

Codul G [anonimizat]. "Cum" [anonimizat].

Principalele avantaje ale folosirii sistemelor CNC:

[anonimizat].

[anonimizat] a operatorului.

[anonimizat] a simula operarea utilajului.

[anonimizat].

Sistemele CNC reduc în mod considerabil costurile de producție necesare fabricării produselor în serie.

[anonimizat]-ului folosit.

[anonimizat], cu grade de complexitate diferite.

Utilajele cu CNC reduc riscurile proceselor de producție și asigură siguranța operatorilor.

B. Prezentarea companiei ISEL

ISEL produce in cele patru fabrici din Germania componente pentru masini cnc si automatizari de inalta calitate si tehnicitate. [anonimizat]. [anonimizat]. se va simplifica considerabil. O echipa de specialisti va sta la dispozitie pentru gasirea solutiei optime pentru aplicatia dvs.

Componentele realizate de companie :

* profilele din aluminiu concepute special pentru proiectarea si asamblarea simpla a echipamentelor cnc si a altor echipamente industriale, 
* ghidaje liniare cu tije rotunde rectificate sprijinite pe profil de aluminiu si ghidaje liniare profilate din otel solid, 
* suruburi cu bile cu diametrele de 12, 16, 20 si 25 mm si pas de 2.5, 4, 5, 10 si 20 mm, 
* axe liniare complete, capsulate sau nu, cu surub cu bile, curele si motoare liniare,
* axe de rotatie cu reductor harmonic drive, reductor cu curele sau cu motor de cuplu,
* motoare pas cu pas, servomotoare EC (fara perii), motoare liniare si motoare de cuplu
* drivere pentru motoare pas cu pas, drivere pentru servomotoare, motoare liniare si de cuplu
* PC-uri si console de comanda industriale
* software de comanda pentru CNC si automatizari
* motoare de frezare cu si fara perii, cu schimbare manuala si schimbare automata de scule
* schimbatoare automate de scule, liniare si rotative,
* sisteme de racire a sculei, 
* sisteme de fixare cu vacuum
* sisteme de exhaustare,
* masini CNC complete,
* roboti pentru handling, roboti de lipire si alte tipuri de roboti

C. Produsul realizat cu ajutorul masinii studiate

Realizarea unui radiator waterblock pe un sistem CNC presupune proiectarea unei tehnologii adecvate (faze, operatii, scule, regimuri de aschiere) dar si efectuarea de catre scula a deplasarilor care se impun.

Ansamblul prelucrat cu ajutorul echipamentului studiat, este utilizat pentru racirea componentelor electronice principale ale placii de baza (procesor, procesor grafic). Ansamblul are la baza recircularea lichidului in interiorul acestuia, pentru a se putea prelua caldura degajata de componentele electronice mentionate mai sus.

D. Elemente de prezentare generala a structurii

Mașinile CNC din seria ICP sunt mașini îmbunătățite față de cele din generația veche seria CPM.Prin introducerea ușii glisante, aceste mașini se pot opera de pe scaun, ceea ce duce la reducerea timpului necesar pentru deschiderea ușii. Seria nouă are un șasiu îmbinat cu șuruburi în locul celui sudat. Astfel se poate obține o precizie mai bună la alinierea mașinii și intervențiile pentru service sunt mai ușoare. A fost optimizată și frecvența de rezonanță la vibrații iar astfel s-a redus zgomotul produs în timpul prelucrării.

Accesorii :

Senzor de lungime pt. scule pt. ICP 3020 / 4030

Iluminare pt. spațiul de lucru pt. ICP 3020 / 4030

Motor de frezare UFM 500, 500 W, 11.000…25.000 min-1

Dispozitiv de aspirație pt. UFM 500

VisualMill

Software ProNC

Motor de frezare iSA 500 până la 30.000 rpm., 500 W, cu convertizor de

frecvență, sistem de răcire pt. scule CoolMin, pensetă ER 11 și cablu motor

Motor de frezare iSA 750 până la 24.000 rpm., 750 W, cu convertizor de

frecvență, sistem de răcire pt. scule CoolMin, pensetă ER 16 și cablu motor

Dispozitiv de aspirație pt. iSA 750

Placă de fixare pt. motorul de frezare

Menghină 1 (B 130 x H 45 x L 152 mm)

Menghină 2 (B 180 x H 75 x L 215 mm)

E. Prezentare componente CNC

Axa liniara cu surub cu bile LES 5

Caracteristici:

• profil din aluminiu pentru susținerea barelor de ghidaj B225 x H75 mm, eloxat natur

• suprafața de susținere și partea inferioară a profilului rectificate prin frezare

• cu 4 bare de ghidare de precizie din oțel Ø 12 h6

• șuruburi cu bile cu pasul de 2,5

• etanșarea profilului prin cauciuc rezistent la fricțiune

• capătul axelor din aluminiu turnat sub presiune

• cu 2 limitatori de cursă / referință, repetabilitate ± 0,02 mm

• rulmenți etanși montați într-o flanșă din oțel

Axa liniara cu surub cu bile LES 6

Caracteristici:

• profil din aluminiu pentru susținerea barelor de ghidaj B150 x H75 mm,

• suprafața de susținere și partea inferioară a profilului rectificate prin frezare

• cu 4 bare de ghidare de precizie din oțel O 12 h6

• cărucior din aluminiu WS 5/70, 2 x WS 5/70 (lungime 70 mm),fără joc, gresare centralizată

• șuruburi cu bile cu pasul de 2,5 / 4 / 5 / 10 / 20 mm

• etanșarea profilului prin cauciuc rezistent la fricțiune

• capătul axelor din aluminiu turnat sub presiune

• cu 2 limitatori de cursă

• rulmenți etanși montați intr-o flanșă din oțel

Platou deplasabil

Platourile X-Y 10/20 sunt compuse din axe liniare LES 5 conectate în unghi drept. Acționarea axelor se realizează prin servomotor și șurub cu bile cu pasul de 10 mm.

Pentru a obține o portanță ridicată, fiecare axă liniară este echipată cu patru cărucioare liniare.

Lângă aceste variante standard se pot combina diferite axe liniare LES 5 cu ajutorul plăcilor de conectare pentru mese X-Y.

Caracteristici:

• două axe liniare isel LES 5 preluare joc cu servomotor integrat

• axă cu șurub cu bile, pas 10 mm

• curse: axa X: 210/310 mm

axa Y: 210/310 mm

• Opțiuni:

– pas șurub 5 mm

– placă cu canale T frezată

– motor pas cu pas

– controller pt. servomotoare

– alte curse

Desene cotate:

Placi cu canal in T PT25

Caracteristici:

• suprafață universală de precizie pentru fixare și prelucrare

• din aluminiu, eloxat natur

• fabricat conform DIN EN 12020-2

• planat prin frezare pe ambele fețe

• poate fi utilizat la toate mașinile

• cu pereți groși, nu se deformează și cu formă extrem de stabilă

• debitarea profilelor la cerere

• accesorii multiple (vezi pag. C14)

Opțiuni:

– canal de scurgere pentru volume mici de lichid

Desene cotate:

Magazie de scule

Caracteristici:

• Schimbător de scule simplu, funcțional pt. SK11

• cilindru pneumatic pt deschidere și monitorizarea limitelor de curse pentru schimbarea sigură

• comandă printr-o supapă cu 5/2 căi cu conectare în circuitul de securitate

• variantă inoxidabilă care nu necesită întreținere (aluminiu vopsit în câmp electrostatic)

• Poziționare variabilă pe masa mașinii

Date de comanda pentru iSa 900:

Cu 5 posturi fara capac

Cu 8 posturi fara cappac

Cu 5 posturi cu capac + sistem pneumatic

Cu 8 posturi cu capac +sistem pneumatic

Motor de frezare iSA900 cu schimbare automata de scule

Caracteristici:

• motor de curent alternativ, bipolar,robust (motor asincron)

• formă dreptunghiulară, protecție IP55, clasă de izolație F

• placă turnată pe partea A și B

• putere nominală 0,9 kW(S6-40% sarcină)

• turație: 6.000 rpm. – 24.000 rpm.

• schimbare automată de scule cu portsculă SK 11 și pensetă ER 11, Ø 6 mm

• conector M23

• pensete disponibile Ø 1 – 7 mm

• ventilator separat pe partea B

• turație comandată cu convertizor de frecvență

• lagăr de precizie dublu

• schimbare de scule SK 11pneumatic (7,5bar)

• opțional:

– convertizor de frecvență

– schimbător de scule

– diverse pensete, plăci de montaj,

cabluri

PC de comanda iPC 15

Descriere:

PC-ul de comandă universal iPC15 este un calculator de comandă comatibil cu Windows resp. Linux cu un raport preț / performanță avantajos. Domeniile de utilizare sunt multiple, atât în întreaga zonă industrială cât și în diferitele aplicații pentru consumatori. Diverse porturi sunt conectate pe partea frontală. Cu ajutorul unui capac multifunctional sunt posibile multe variante de conectică. Printre altele este disponibilă o interfață CAN cu 1 sau 2 canale la alegere. Pentru montajul acoperit (de ex. în panoul de comandă sau în interiorul unui autoturism) este disponibilă o interfață tip "remote". Montajul este posibil atât "vertical" cât și "orizontal".

Motor pas cu pas bipolar MS 135/200 HT-2

Caracteristici:

• unghiul pasului de 1.8°, rezoluție mai mică prin micropășire

• cuplu foarte mare prin magneți rari

• optime pentru utilizare cu sisteme de comandă a poziționării

• raport optim între cuplu și dimensiunile constructive

• eroare mică a unghiului pasului nu se cumulează

• protecție IP43

Descriere:

Motoarele pas cu pas bipolare se comportă asemănător cu motoarele sincrone. Acestea se comandă simplu și se evidențiază printr-o durată de viață foarte lungă și fiabilitate în timp la un preț avantajos.

Astfel aceste motoare sunt utilizate la o multitudine de aplicații. Motoarele pas cu pas bipolare din seria MS sunt de tip High Torque. Pentru acestea se utilizează magneți permanenți rari care oferă un cuplu deosebit de mare.

Driver step-dir MD 24/28

Caracteristici

• performanță ridicată, silențios

• tensiune de alimentare până la 50 VDC(80 VDC)*

• curent de ieșire până la 4,2 A (7,8 A)*

• reducere automată a curentului

• adecvat pentru motoare pas cu pas unipolare și bipolare

• port sens/direcție

• frecvență de intrare pentru tact până la 300 KHz

• 15 (14)* rezoluții selectabile până la

25.600 pași/rotație (51.200 pași/rot.)*

Descriere:

Driverele pentru motoare pas cu pas MD24/MD28 sunt drivere puternice pentru motoare uni- și bipolare.

Modulele funcționează cu micropășire și permit astfel o funcționare foarte silențioasă a motoarelor. Printr-o tehnică specială de choppare a curentului motorului se pot utiliza aceleași motoare cu turații și cupluri mai mari decât driverele asemănătoare obișnuite. Interfața step/dir permite o conectare simplă la diverse controllere de mișcare sau PLC.

Sistem de comanda iPU-DC / iPU EC

Caracteristici

• drivere pentru până la patru servomotoare cu perii sau fără perii

• sistem de comandă NC CANopen Feldbus

• Drivere iMD10 / iMD20

– drivere cu 4 flancuri

– evaluarea encoderelor incrementale

– monitorizare în timpul staționării

– protecție la supratensiune și subtensiune,

protecție la supratemperatură, scurt-circuit

• sistem de comandă pt. ușă/carcasă

• conexiune pt. semnale de comandă externe:

OPRIRE DE URGENȚĂ, START, STOP

pentru integrare în circuitele de securitate

superioare

• conexiune pt. motorul de frezare(100 -230VAC)

• ieșire 0 .. 10V pentru convertizor de frecvență extern pt. motoare de frezare cu turație reglabilă în frecvență

• butoane de comandă pe partea din față a carcasei (opțional pe spate)

• două variante de carcasă

• programare / operare

– Remote (opțional: ProNC)

Descriere

Power Unit iPU sunt comenzi numerice puternice cu până la patru drivere pentru axe liniare sau de rotație cu motoare cu sau fără perii.Comanda numerică compactă integrează toate componentele de comandă necesare pentru soluționarea diverselor sarcini pentru automatizare. Aceste sunt: driverele iMD10 sau iMD20 , module I/O, modulul de securitate și electronica

de putere.

Power Unit iPU dispune de o interfață CANopen pe partea din spatele carcasei care funcționează conform protocolului DS301 și DS402. Utilizând placa CAN PCI iCC 10 opțională sau alt calculator de comandă din seria iPC este facilitată comanda interpolată (liniar, circular, helix) a tuturor celor patru axe precum și prelucrarea cu look-ahead.Driverele utilizate (iMD10 sau iMD20) dispun de un sistem automat de limitare a vibrațiilor și de monitorizare în stare de staționare.Butoanele integrate pe partea frontală a carcasei: oprire de urgență, start sau stop facilitează o comandă comfortabilă.

Convertizor de frecventa

Caracteristici:

aparate compacte, modulate PWM cu trei clase de putere

• tensiune de intrare monofazată 230 V AC (SKC 750/1500) resp. trifazată 400 V AC (SKC 4000)

• tensiune de comandă trifazată, reglată vectorial frecvență 0…1500 Hz

• frânare rapidă a motorului de frezare prin intermediul rezistenței de frânare integrate

• filtru EMV deconectabil

• intrări și ieșiri programabile, ieșire pe releu

• componentă de comandă simplu de utilizat pentru parametrizarea motorului de frezare

• 95 parametrii de comandă și afișare pt. aplicații simple și complexe (de. ex. Scăderea tensiunii motorului de frezare în timpul funcționării în gol)

• protecție: IP 20

• modalități de comandă: PLC; 0…10 V; 0…20 mA; cu panoul de comandăl; bus CAN (necesită un modul suplimentar)

• autorizații: CE; C-Tick; UL

Senzor de calibrare a arborelui principal de frezare

Servomotor fara perii EC 86

Caracteristici

• servomotor comutat electronic, 3-fazat

• fără perii

• putere mare și dimensiuni compacte

• sistem de măsură incremental

• senzori Hall

• protecție IP44

• domenii de utilizare: sisteme de poziționare sisteme de control al turației

• conector circular

• Opțiune: frână

Descriere:

Motoarele EC fără perii sunt construite ca și motoare sincrone cu 3 faze comutate electronic. Față de motoarele cu perii, aceste motoare au o durată de viață mai mare pentru că sunt supuse la o uzură mai mică. La acest tip de motoare se observă și puterea și dinamica mare raportate la mărimea constructivă. Aceste motoare se utilizează în tehnica de automatizare și mașini CNC.

Surub cu bile

Caracteristici O 16

• O16mm, roluite, călite și șlefuite

• material CF 53, călite inductiv (HRC 60±2); (pentru informații detaliate vezi DIN 17212)

• pas șurub: 2,5 / 4 / 5 / 10 și 20 mm

• lungimi până la max. 3052 mm

• prelucrarea capetelor după standardul isel sau după desenele clienților (vezi „lungimi“)

• fabricat conform DIN 69051, partea 3, clasa de toleranță 7

Opțiuni

• prelucrarea capetelor după desenul clientului

Piulita cu bile

Caracteristici

• material 16MnCr5 sau 20MnCr5, presat, călit, șlefuit

• variante pentru șurub cu bile O16 mm

• pasul piuliței: 2,5 / 4 / 5 / 10 mm

• bilele sunt recirculate intern

• cu carcasă cubică

• gresare prin niplul de gresare 90°, 0°

Rulment cu flansa

Caracteristici

• rulment pentru partea de acționare a șurubului (partea cu rulment fix) și partea cu rulment liber

• rulment cu flanșă parte de acționare: bucșă pt. rulmenți cu doi rulmenți presați conici aliniați în 0

• rulment cu flanșă parte liberă (contra-rulment): bucșă cu un rulment presat cu ace

F. Prezentarea soft-urilor utilizate

Visual Mill v6

Descriere:

Acest software CAD/CAM pentru prelucrare prin aschiere este ideal pentru prelucrari obisnuite, rapid prototyping, hobby si învățământ. Programul are o interfață foarte prietenoasă și intuitivă fiind astfel ușor de învățat. Strategiile de prelucrare sunt suficient de puternice pentru a satisface nevoile obișnuite de prelucrare.

Varianta standard care se livrează de către noi permite prelucrări în 2,5 și 3 axe cu multe strategii de prelucrare puternice. Opțional, se pot achiziționa modulele suplimentare de prelucrare continuă în 4 axe (prelucrare continuă cu degroșare și finisare și gravură în 4 axe) și modulul de prelucrare în 5 axe

PAC – PL

Descriere

PAL-PC facilitează realizarea rapidă, simplă și economică de proiecte de automatizare ca de

ex. sisteme pick and place, automate de găurire, dispozitive de avans, sisteme de măsură și verificare, automate pentru prelucrare de unicate și de serie și multe altele….

PAL-PC este un mediu de programare modern

pentru controllere cu motoare pas cu pas și mașini cu comandă numerică. PAL-PC utilizează regimul de funcționare cu memorie (regimul CNC) al controllerului de destinație. Cu PAL-PC se realizează soluții pt. automatizări la care controllerul funcționează în regim stand-alone, deci independent de calculatorul de comandă. PAL-PC funcționează sub sistemele de operare Windows 2000, XP și Vista.

Descrierea funcțiilor

• comenzi de deplasare pentru poziționare relativă și

absolută

• execuție de mișcări în funcție de evenimentele

citite pe intrări

• programare Teach-In (liniar)

• interpolare 2D liniară, interpolare 3D

• interpolare circulară

• utilizarea semnalelor de la intrări pentru comanda

procesului

• bucle pentru repetarea seturilor de instrucțiuni

PRONC

Descrierea funcțiilor

• comenzi de deplasare relativă și absolută

a axelor interpolate

• programarea de axe suplimentare în modul

handling

• interpolare circulară, helix, cicluri de găurire

• bucle repetitive, bucle numărătoare,

ramificații necondiționate și condiționate

• diverse funcții matematice și trigonometrice

• subprograme, variabile simbolice

• variabile reale și șiruri de caractere

• ferestre de mesaje, mesaje în linia de star

G. Prezentarea structurii proiectate

Am modelat cu ajutorul soft-ului CATIA masina de frezat cu comanda numerica ICP 4030 de la ISEL. Fiind o structura modulara a fost la indemana sa alegem structurile necesare, prezentate anterior si sa asamblam structura. Am realizat si o simulare a procesului de frezare al CNC-ului pentru a se putea observa modul de lucru al masinii. Am realizat simularea cu ajutorul modulului DMU Kinematics din CATIA.

Ca si noutate adusa acestei structuri am considerat necesar adaugarea unei magazii de scule pentru ca CNC-ul sa aiba abilitatea de a schimba sculele fara a fi necesara prezenta unui operator.

H. Prezentarea elementelor componente in structura proiectata

Modulul de translatie aferent axei X (LES 5)

Modulul de translatie aferent axei Z (LES 6)

Platou deplasabil pe axa Y

Elementul prelucrat(WATERBLOCK)

Magazia de scule

I. Prezentarea produsului realizat cu ajutorul CNC-ului ISEL ICP 4030

Sistemul se bazeaza pe racirea Procesorului sau a altor elemente componente ale PC-ului avand la baza recircularea de lichid. Acestea vor fi proiectate in functie de dimensiunile obicetului ce necesita a fi racit. Astfel obiectele vor fi realizate la comanda in functie de necesitatile clientilor.

Pretul variaza in functie de dimensiunile solicitate de consumator si astfel pretul de pornire este de 5 Euro ajungand pana la 10 Euro.

Ansamblul prelucrat cu ajutorul echipamentului studiat, este utilizat pentru racirea componentelor electronice principale ale placii de baza (procesor, procesor grafic). Ansamblul are la baza recircularea lichidului in interiorul acestuia, pentru a se putea prelua caldura degajata de componentele electronice mentionate mai sus.

Fig. 71 Circuitul fluidului de racire in instalatie

In Fig. 71 este prezentat sistemul de recirculare al fluidului de racire, de la pompa de recirculare 1 catre waterblock-ul 2.

Deorece CNC-ul ales are dimensiuni relative mici si piesa pe care o vom realiza trebuie sa se incadreze in categoria pieselor mici astfel am ales sa utilizam masina de frezat pentru a creea componente de racire pentru PC mai exact WATERBLOCK.

Caracteristicile produsului :

Dimensiuni : 40 x 40 x 12 mm

Diametrul exterior al conectorului este 8mm

Diametrul interior al conectorului 6mm

extrudare canal de flux intern de formare

Frezat in intregime dintr-o singura bucata

Rata mai mică de scurgeri decât 5X10-6 mbar.l / s

Grosime interna fina 0.5mm

Aplicabil pentru racirea CPU

Spațiere: 1mm

Prelucrarea: brazare cu vid din cupru

Material : Cupru

In Fig 73 este prezentata o prelucrare a unui model simila cu cel prezentat in aceasta lucrare. Acest model este diferit din perspectiva faptului ca cele doua tubulaturi sunt corp comun cu corpul prelucrat, iar in piesa propusa in acest studiu cele doua tubulaturi sunt montate ulterior prin intermediul unor filete.

Realizarea unui radiator waterblock pe un sistem CNC presupune proiectarea unei tehnologii adecvate (faze, operatii, scule, regimuri de aschiere) dar si efectuarea de catre scula a deplasarilor care se impun.

In figura 76 este prezentat ansamblul intr-o vedere explodata. Pe radiatorul care are pozitia 1, sunt montate cele doua tubulaturi, cu pozitia 2. Tot pe radiator o sa se monteze cu ajutorul suruburilor care au pozitia 5, garnitura de etansare cu pozitia 3, si capacul cu pozitia 4.

Modul de montare al ansamblului pe componenta electronica.

Ca urmatre trebuiesc stabilite informațiile necesare prelucrarii si codificarea acestora:

Informatii tehnologice (Scula T, Turatia S, Avansul F);

Informatii de deplasare (X,Y,Z,A,B);

Traiectoriea sculei : echidistanta/ conturul piesei.

Ca urmare programul sursa de prelucrare va contine o succesiune de blocuri pentru deplasarea sculeie si pentru implementarea tehnologiei.

Exemplu:

In program se pot evidentia patru structuri de programare:

Structura pentru start;

Structura pentru pregatirea inlocuirii sculei „i”;

Structura pentru activarea sculei „i+1”;

Structura pentru terminarea programului;

Informatiile necesare pentru programarea axelor numerice sunt urmatoarele:

Dimensiunile piesei;

Deplasarile sculei cu mentionarea axei (gidajul);

Secventele de prelucrare specifice fiecarei operatii de prelucrare;

Selectare de scula;

Selectarea vitezei de aschiere si de avans (parametrii tehnologici);

Functii prezente in cadrul sistemului de comanda al CNC-ului.

Pentru sistemele CNC oferite de isel, in cadrul programelor NC se pot selecta sistemele de masurare. Aceste sisteme de masurare pot fi in milimetrii (sistemul metric) sau in inch (sistemul imperial)

Fig. 78 Sistemele de masurare.

Deoarece centrul cu comanda numerica poate utiliza o magazie de scule, asadar sunt utilizate doua sau mai multe scule in cadrul procesului tehnologic sistemul CNC are in componenta o functie de reglare a traiectoriei si de corectie in functie de lungimea sculei.

Fig. 79 Functia de corectie de lungime.

Informatii tehnologice necesare pentru proces.

Miscarea de avans este acea componenta a miscarii de aschiere prin care se aduc noi straturi de material in fata taisului sculei. Miscarea de avans se poate efectua continuu si simultan cu miscarea principala sau intermitent si alternand cu aceasta. Miscarea de avans se executa cu o viteza de avans vf. De asemenea, orice miscare de avans poate fi o miscare simpla sau o rezultanta a doua sau trei miscari de avans simple.

Fig. 80 Corelarea vitezei de avans programata cu viteza reala de pa masina unealta

Selectarea turatiei arborelui principal, Rot/min

Exemplu:

Sistemul de referinta

Pentru comanda structurilor CNC se pot utiliza mai multe sisteme de referinta, printre care se numara:

Fig. 81 Corelarea vitezei de avans programata cu viteza reala de pa masina unealta.

Sistemul de referinta Cartezian.

Pentru definirea unor puncte, în plan sau spațiu, aparținând pieselor este necesară considerarea unui sistem de referință. Informațiile privind poziția sunt totdeauna precizate, față de un punct predeterminat, prin intermediul coordonatelor.

Fig. 82 Sistemul de referinta cartezian.

Sistemul de referinta polar.

Un alt mod de a specifica coordonatele unui punct al piesei este oferit de sistemul polar de coordonate.

Fig. 83 Sistemul de referinta polar.

Punctul de zero

In cadrul unui sistem numeric de prelucrare sunt definite o serie de puncte „origine” și pozitii de referintă. Unele din ele sunt bine precizate de constructorul de masini-unelte, altele pot fi declarate de programator.

Fig. 84 Punctul de 0.

M – punctul de zero mașină – originea mașinii;

Op – punctul de zero piesă, programat ( W );

R – punct de referință. Determinat prin came și sistemul de măsurare. Distanța de la acest punct la punctul de zero mașină trebuie să fie cunoscută astfel încât poziția pe axă la acest punct să poată fi redată exact la această valoare.

T – punct de referință pentru sculă, situat pe capul revolver al strungului;

S – punct de start, poate fi definit pentru fiecare program. Prima sculă începe prelucrarea

din acest punct.

Scula aleasa pentru procesul de frezare

Pentru selectia sculei necesare pentru procesul de frezare a fost utilizata interfata interactiva SANDVIK.

Selectarea procesului de frezare

Alegerea tipului de frezare

Alegerea formei geometrice a obiectului prelucrat

4. Introducerea dimensinilor pentru procesul de prelucrare

6. Alegerea sculei rezultate in urma calculelor

J. Notiuni legate de asigurarea calitatii

Pentru a testa acuratetea masinii este utilizat sistemul Renishaw QC10.

Cu ajutorul acestui sistem va fi testata acuratetea deplasarilor pe cele 3 axe inainte de livrare.

Masurarea formei circulare cu sistemul QC10.

Montarea dispozitivului QC10 este posibila pe fiecare masina si dureaza doar cateva minute. Procesul de masurare este controlat prin intermediul unei aplicatii simple, standard pentru CNC-uri. Datele sunt obtinute si evaluate intr-un soft de diagnosticare, iar erorile dimensionale si cele cu impact asupra acuratetii de prelucrare pe ansamblu sunt afisate intr-o forma grafica.

Modul de recunoastere a cercurilor (pe toate cele trei plane de interpolare XY / XZ / YZ) pune la dispozitie indrumare pentru remedierea erorilor masinii.

Eroare de urmarire / toleranta de pozitionare

Eroare de linearitate / perpendicularitate

Erori de masurare / reactie

Cadranul de tranzitie / toleranta formei circulare

Masuratorile se realizeaza in functie de dimensiunile axei masurate cu o raza de 50, 100, 150, 300 mm. Va fi luata in considerata cea mai scurta axa.

Livrarea fiecare masini CNC se va realiza doar in momentul in care toti parametrii vor fi in limitele stabilite. Rezultatele masuratorilor vor fi salvate si arhivate.

Fig. 90 Masurarea formei circulare cu dispozitivul QC10

Instalarea si conectarea masinii CNC.

Dimensiuni si cerinte legate de spatiu.

Cerintele necesare de spatiu ale masinii sunt limitate de dimensiunile exterioare (masina va avea nevoie de spatiu suficient in partea din fata a acesteia pentru operare si manipulare a semifabricatului) si de 10 cm in spatele acesteia pentru a se putea realiza conexiunile masinii.

Fig. 91 Cerinte dimensionale si spatiale

Instalarea masinii CNC.

Suprafata de procesare a masinii si toate axele sale sunt aliniate cu precizie la ungiurile potrivite din fabrica. Pozitionarea masinii se va realiza pe o suprafata plana si solida. Se pot compensa neregularitatile podelei/mesei cu ajutorul picioarelor ajustabile. Pentru pozitionarea precisa a masinii se va utiliza o nivela cu bula de aer cu acuratete de cel putin 0.1 mm/m. Dupa pozitionarea masinii se vor strange contrapiulitele.

Fig. 92 Detaliu privind reglarea suportilor de sustinere ai masinii.

Sistemul de coordonate si punctul de referinta.

Sistemul de coordonate este determinat precum in figura de mai jos. Este posibila deplasarea originii (P0) prin intermediul softului de utilizare al masinii. Pozitia de asteptare a masinii (originea masinii) se afla in mod normal in partea din spate (Axa Y), in partea de sus (Axa Z), in stanga (Axa X).

Fig. 93 Sistemul de coordonate si punctul de referinta.

Freza.

In colet freza standard permite folosirea unor scule cu diametrul de 6.35 mm. Pentru schimbarea sculei se vor folosi doua chei SW 22 care se gasesc in colet.

Freza poate fi pornita doar din software, se poate ajusta viteza de rotatie folosind rotita (1) din figura de mai jos.

Fig. 94 Detaliu cu privire la freza.

Folosind sisteme de atasare corespunzatoare se pot adauga si alte scule precum instrumente de masurare (laser) sau echipamente potrivite platoului de tip T-slot a axei Z. Pentru montarea frezei sau a altei scule trebuie realiniat suportul paralel cu planul XY. Freza este comandata direct de soft. Masina este prevazuta cu alte iesiri digitale care pot fi folosite la conectarea altor dispozitive periferice. Freza poate fi folosita doar daca butonul POWER este iluminat, usa de acces este inchisa, freza este setata pe ON din software, iar softul comunica cu unitatea de control.

Asamblarea si operarea

Din fabrica masina ajunge montata si pregatita pentru punerea in funciune.

Fig. 95 Vedere de ansamblu a masinii

Elemente de conectare

Conectori pozitionati in partea din spate a masinii.

Elemente de control situalte pe partea frontala a masinii

Ansamblul de control al motoarelor pas cu pas

Accesul la modulele de control a motoarelor pas cu pas.

Pentru accesul la modulele de control ale motoarelor trebuie sa urmati urmatorii pasi:

Se deconecteaza fisa principala de alimentare.

Se demonteaza carcasa din spatele masinii prin scoaterea suruburilor de prindere si se deconecteaza impamantarea de pe carcasa.

Acum va puteti conecta la bornele componentelor de control ale motoarelor pas cu pas.

Conectori

Motor pas cu pas- Conectorii pentru motor sunt notati cu X-, Y-, Z-, A-axe.

Conectarea / deconectarea fisei Sub-D este efectuata numai in cazul in care controlerul este inchis. Ignorarea acestei instructiuni duce la defectarea cablului motorului sau a amplificatorului motorului pas cu pas.

Conectarea unui motor pas cu pas, cu frana de motor este posibila numai pe axa Z. La aceasta mufa semnalul de comutare este (+24V la pinul 6) si este prevazut pentru frana de motor.

Remote – Interfata circuit de securitate, soclu de 8 pini.

Folositi acest conector pentru a include controlerul intr-un circuit de securitate mai bine clasat. Tensiunea de intrare este utilizabila numai in cazul in care butonul de siguranta de pe panoul frontal este oprit. Acest lucru va fi realizat printr-o punte intre pinii 1 si 2.

Utilizarea opririi de urgenta externa:

Punte intre pinii 5 si 6

Punte intre pinii 7 si 8

Lungimea cablului de conectare pentru butonul de urgenta nu trebuie sa fie mai mare de 5 m.

Utilizarea butonul de alimentare extern:

Punte intre pinii 1 si 2

Conectarea butonului de alimentare extern la pini 3 si 4

In cazul unei opriri de urgenta tensiunea de +24VDC de pe pinul 4 nu mai este disponibila.

Impulse – Interfata de control a impulsurilor, conectarea cu 8 pini.

Acest conector este folosit pentru a integra butoanele functionale START, STOP si RESET de pe partea frontala a controlerului ca intrari externe de semnal.

Daca butonul extern STOP nu este actionat, pinii 2 si 3 trebuie sa fie in punte.

Input – Intrari digitale, 8 pini de conectare

Controleul are 8 intrari digitale la care sunt conectate dispozitive externe cum ar fi senzori, comutatore si iesiri de la alte dispozitive.

Unitatea interna de alimentare cu energie de 24V furnizeaza pe fiecare iesire activa un curent de circa 4mA.

Output – iesiri digitale, 8 pini de conectare.

Controlerul are 8 iesiri digitale la care sunt conectate dispozitive externe cum ar fi relee sau intrari de la alte dispozitive.

In cazul in care butonul de oprire in caz de urgenta este actionat, toate iesirile controlerului vor fi retinute nu resetate.

Pe iesirile controlerului pot fi transmise semnale cu valori de pana la 300 mA pe fiecare canal. In cazul in care toate iesirile sunt activate, sarcina maxima a unitatii interne de alimentare 24VDC este de 1,5 A (circa 180 mA pe iesire).

Iesiri analogice – conector de tipul Sub-D cu 9 pini.

Acest conector este folosit pentru a conecta un invertor de fracventa extern, cu semnal analogic cuprins intre 0-10 V.

Cover – conector de tip Sub-D cu 9 pini.

Acest conector este folosit pentru a integra un solenoid de interblocare in circuitul de siguranta a controlerului.

In cazul in care contactele de blocare sunt intrerupte ( de exemplu, deschiderea fortata a capotei) se va comanda imediat oprirea de urgenta a masinii cat si a frezei.

In cazul in care nu se doreste utilizarea usii de siguranta, pini 2,3 si 4,5 trebuie sa fie cu punte.

Canexiunea frezei – 100 – 230 V iesire, conexiune cu 3 pini.

Acest conector de iesire cu 3 pini este folosit pentru a conecta direct freza de lucru sau un convertizor de frecventa pentru a putea controla viteza frezei de lucru. In functie de tipul de freza de lucru trebuie sa schimbati conexiunea interna de alimentare pe modul circuitului de securitate.

Se scoate capacul controlerului slabind suruburile de pe partea dreapta si stanga o controlerului. Dupa aceea scoateti scoateti carcasa controlerului prin slabirea suruburilor de pe marginile acesteia.

Conectati cablul cu 3 pini de la freza de 230 V in interiorul controlerului la circuitul de securitate.

De retinut este faptul ca, in cazul unei opriri de urgenta a sistemului, tensiunea de alimentare a conectorului X3 va fi oprita treptat, iar in cazul conectorului X1 tensiunea de alimentare a acestuia va fi oprita imediat.

Elementele de control – este folosit un conector de tip Sub-D cu 25 de pini.

RS232 (PC) – Interfata de programare.

Comunicarea intre iMC-M / iMC si PC-ul de control se realizeaza prin interfata serial RS232. Pentru conectarea componentelor se foloseste cablul livrat impreuna cu echipamentul.

Un protocol software realizeaza transmiterea neregulata a caracterelor ASCII. Prin urmare este necesar ca ambele sisteme sa respecte protocolul de comunicare:

PC-ul de comanda conectat trimite o comanda care se termina cu un caracter de capat de linie [CR, char (13)]

Unitatea de procesare a informatiei inchide executia sau stocarea unei comenzi cu renuntarea la semnalul 0, sau returneaza o eroare aparuta cu un caracter ASCII.

Parametrii de transfer ai datelor:

19200 rata

8 biti de date

1 bit de stop

Fara paritate

Reglarea amplificatoarelor de putere ale motoarelor pas cu pas

Masina CNC ICP 4030 are patru motoare pas cu pas cu amplificatoare din gama MD24. Setarile pentru curentul nominal, rezolutia pasului si reducerea curentului are loc prin comutatorul DIP pozitionat pe partea superioara a carcasei amplificatorului. La livrarea produsului, toate driverele sunt setate sa corespunda motoarelor pas cu pas de pe masina. In cazul in care este necesar sa se modifice setarile la motoarele pas cu pas referitor la treptele de putere (de exemplu, utilizarea unei a 4-a axa) este posibil.

Configurarea controlerului trebuie sa fie efectuata inainte de prima pornire, astfel incat un motor conectat sa nu fie deteriorat din cauza unei setari de putere incorecte.

Deschiderea carcasei masinii si a carcasei de comanda

Se demonteaza capacul de pe partea din spate a masinii, dupa care se demonteaza si carcasa modulelor de control de la motoarele pas cu pas. Configurarea amplificatoarelor se realizeaza asa cum este prezentat in tabelele urmatoare:

Comutator DIP – MD24 in iMC-P

Setari ale curentului (comutator DIN 1, 2, 3)

Se utilizeaza comutatoarele DIP 1, 2, si 3 pentru a regla curentul motorului. Tabelul de mai jos prezinta curentul motorului (RMS), setarea pentru diferite pozitii de comutare: curent maxim [A], curent nominal [A] SW1 SW2.

Reducerea de curent (comutator-DIP 4)

Pentru setarile de reducere automata a curentului se utilizeaza comutatorul DIP4. Daca comutatorul DIP este setat pe pozitia ON reducerea automata a curentului este dezactivata. Atunci cand comutatorul DIP este pe pozitia OFF inseamna ca setarile curentului sunt la 50% din curentul motorului in cazul in care acesta se afla in repaus.

Este recomandat ca in cazul in care cuplul este suficient, sa se activeze automat reducerea de curent. Echipamentul are aceasta setare activata din fabrica (DIP 4 = OFF), insa poate fi modificata.

Rezolutie pas (comutator DIP 5, 6, 7, 8)

Pentru a seta rezolutia pasului se utilizeaza comutatoarele DIP 5, 6, 7 si 8. Setarea factorului la o valoare mai mare determina o miscare lina a motorului, insa viteza maxima va ajunge in la o valoare mai mica, de asemenea cuplul motorului va fi redus la 75% in modul microstep. Tabelul de mai jos prezinta setarile comutatorului DIP pentru diferite rezolutii ale pasului.

Amplificatoarele motoarelor vin din fabrica setate cu o rezolutie de 800 pasi/rev.

Instalarea si punerea in functiune a echipamentului

Inainte de a face conexiunile aparatului trebuie urmati urmatorii pasi:

Nu exista nici un defect mecanic vizibil in componenta masinii.

Toate componentele si cablurile sunt in stare buna de functionare.

Aparatul este asezat in conformitate cu reglementarile.

Conexiuni

Conexiunea cablului de comunicatie intre PC / notebook-uri si masina.

Configurarea echipamentului:

Dezasamblarea carcasei din spate a masinii prin desurubarea celor noua suruburi cu cap hexagonal, de asemenea, scoaterea cablului de impamantare prins de aceasta carcasa.

Setarea corecta a curentului motoarelor si rezolutia prin intermediul comutatorului DIP de pe amplificatoare.

Prima utilizare a echipamentului

Se efectueaza primii pasi pentru a configura masina:

Se porneste echipamentul cu ajutorul intrerupatorului principal de alimentare de pe partea din spate a masinii.

A se verifica daca comutatorul de oprire in caz de urgenta este tras in afara si comutatorul cu cheie este pe pozitia AUTO.

Pentru a deschide capota de siguranta a masinii se apasa butonul COVER dupa care se apasa usor pe manerul acesteia, iar dupa aceea se incearca ridicarea. Capota poate fi deschisa numai daca butonul COVER este aprins.

Se inchide capota, dupa care este actionat butonul POWER ON pentru a alimenta amplificatoarele motoarelor. Dupa aceasta operatie butonul POWER ON trebuie sa ramana aprins.

Dupa finalizarea acestor pasi masina este gata de lucru.

Alegerea modului de functionare

Acest tip de echipament poate avea doua moduri de operare, CNC sau DNC.

Instalarea softului

Pentru a putea programa si opera acest echipament in modul CNC este necesara soft-ul PALPC 2.1 in versiune 2.0.1.04.0 sau mai noua.

Pentru utilizarea masinii in modul DNC este necesar soft-ul de control REMOTE (proNC) in versiunea 1.46.2.1 sau mai noua cu interfata de control pentru IMC4 compatibila cu controlerele masinii.

Moduri de operare

Sistemul de operare furnizeaza urmatoarele moduri de functionare:

Modul de control DNC

Calculatorul / laptopul este permanent conectat la controlerele motoarelor pas cu pas cu ajutorul interfetei serial.

Se utilizeaza softul de la distanta pentru a comanda echipamentul.

Modul de control CNC

Controlerul motorului pas cu pas al masinii executa programe de prelucrare de sine statator, fara un PC / laptop conectat.

Este utilizat softul PALPC 2.1 pentru programarea si descarcarea programelor in memoria flash a controlerului masinii.

Folosirea masinii ICP 4030 in modul CNC

Modul CNC (modul automat = modul CNC) este modul de control presetat pentru controlerul echipamentului. Asta inseamna ca programul care este incarcat in memoria flash a controlerului va fi executata pana la final.

In timpul prelucrarii in modul de operare CNC se poate opri executarea programuluiprin apasarea butonului STOP pozitionat pe partea frontala a masinii sau folosind comanda STOP din sistemul de operare.

Operatia poate fi reluata prin apasarea butonului START cu activarea din cheie si trecerea pe modul AUTO, sau prin comanda directa din softul de comanda.

Setarile PALPC si testul masinii

Tipul de control:

Tipul de control utilizat este cel compact IMC4-M / I-IMC-P

Setarile RS-232

Se selecteaza portul COM disponibil si rata de transfer de 19200.

Setarile de control

Rezolutia utilizata este de 800 pasi / rev. Valoarea pentru gradientul axului este in functie de tipul masinii. Frecventa maxima este de 40 kHz.

Folosirea masinii ICP 4030 in modul DNC

In modul DNC controlerul motoarelor pas cu pas ale masinii este permanent conectat prin interfata RS-232 cu un computer de control (compatibil IBM PC sau notebook-uri).

In acest mod de operare nu se poate executa un program din memoria flash a controlerului. Comenzi pentru a executa o actiune / miscare (de exemplu, miscarea de referinta sau miscarea unei axe) vor fi trimise de catre un soft de la calculatorul utilizatorului.

Utilizarea semnalelor digitale de intrare si iesire si a interfetei de semnalizare in Remote/ProNC

Echipamentul are 8 intrari si iesiri digitale ce pot fi utilizate de catre operator.

Important!

Pe perioada miscarii axelor nu este posibila citirea valorilor digitale de intrare si setarea valorilor digitale de iesire de catre soft, deoarece controlerul motorului pas cu pas trebuie sa trimita un caracter de verificare inainte de fiecare comanda noua.

Semnalizarea (meniu: settings signalization) in interfata utilizatorului a softului Remoute (optional ProNC) este folosita si pe alte controlere isel pentru integrarea PLC-urilor.

Toate iesirile si intrarile configurabile pentru semnalizare nu pot fi folosite in modul DNC, asta inseamna ca nu este posibil controlul prin semnale externe de la o unitate de control de rang mai inalt (ex. PLC).

Mentenanta

Inainte de oprirea echipamentului de la intrerupatorul principal, se va deschide usa de acces a acestuia. Dupa ce s-a intrerupt functionarea echipamentului nu mai este posibil acest lucru.

Opriti echipamentul de la intrerupatorul principal inainte de orice operatie de curatare sau mentenanta. Deconectati echipamentul de la reteaua electrica, pentru a preveni pornirea accidentala.

Curatarea echipamentului

Echipamentul trebuie curatat de span cu regularitate folosind o pensula sau un aspirator (sa se evite in procesul de curatare folosirea aerului comprimat). Acest lucru protejaza masina impotriva uzurii premature.

In cazul unor utilizari fracvente trebuie inlaturata protectia axei Y aflata sub placa de tip T-slot pentru a fi curatata de praf si particule fine de reziduri.

Garniturile de etansare includ o componenta de teflon care nu necesita mentenanta speciala.

Se curata geamurile de pexiglas cu un fluid de curatare non-abraziv.

Gresare

Ghidajele si arborii de antrenare au in componenta sa un sistem de lubrifiere. In functie de incarcari, ghidajele si arborii de antrenare trebuiesc gresati la aproximativ 500-1000 de ore de functionare. Pentru acest scop folositi vasilina pentru rulmenti.

Pentru a gresa axa Y, trebuie impinsa pana in partea frontala placa de tip T-slot. In continuare se vor inlatura cele sase suruburi de prindere ale axei Y.

Se va inlatura capacul de protectie al niplului de ungere pentru a se realiza gresarea. In acest moment este posibil accesul la ghidaje. Slabiti toate suruburile de prindere pentru a putea demonta carcasa de protectie a axei Y.

punctele de acces pentru niplul de ungere.

Pentru a se lubrifia axa X, sania trebuie mutata in partea stanga a echipamentului. In continuare se vor inlatura capacele de protectie ale niplurilor de ungere pentru a se putea realiza lubrifierea. Se pot accesa punctele de gresare pentru ghidaje direct prin garniturile de etansare ale ghidajului.

Pentru axa Z, trebuie demontata mai intai freza de pe suportul acesteia. Se va inlatura conexiunea frezei si se va impinge sania in partea de jos a axei Z. Se poate aplica ulei pentru ungerea ghidajelor prin cele doua gauri laterale.

Niplul de ungere pentru angrenajul de antrenare este pozitionat in spatele deschiderii frontale.

Erori

Date tehnice:

Dimensiuni si greutate

Deplasari

Dplasarile axelor sunt realizate de motoare pas cu pas cu doua faze.

Date electrice

K. Bibliografie

[1] Isel homepage: https://www.isel.com/en/support-downloads/cad-downloads-step-and-dfx-data/3d-data-mechanics.html

[2] Isel meintenante information: https://www.isel.com/de/service/service/wartung.html

[3]Isel Manulalul masinii CP4030: https://www.isel.com/en/downloads/dl/file/id/5243/operating_instruction_cnc_machine_icp_3020_4030.pdf

[4] Youtube.com CnC waterblock video: https://www.youtube.com/watch?v=pvkKOcXWMfg

[5] Computerized numerical controller

Wikipedia:https://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_control

[6]Sandvik Tools: http://www.sandvik.coromant.com/en-gb/pages/default.aspx

[7]Computer aided design elements and guides: https://www.isel.com/de/service/cad-downloads-step-und-dfx-dateien/3d-daten-mechanik.html

[8]Watercooling si elemente componente watercooling: https://www.cclonline.com/content/images/pdf/EK-IM-3831109863305.pdf