Studiul Si Proiectarea Unui Sistem de Conturare Plan

1.Noțiuni introductive.Motivarea alegerii temei 1

2.Sisteme de conturate comandate numeric 4

2.1 Lanțuri cinematice de avans 4

2.2 Axe, mișcări și origini în comanda numerică 13

2.2.1. Mișcarea rectilinie 13

2.2.2 Mișcarea de rotație 14

2.2.3 Originea sistemului de coordonate 16

2.3 Sisteme CNC 17

2.4 Introducerea unui program în comanda numerică 20

2.4.1 Structura generală a limbajului de programare 20

2.4.2 Adrese utilizate în comanda numerică 20

3.Proiectarea constructivă a sistemului de conturare 28

3.1 Proiectarea cinematică a sistemului 28

3.2 Alegerea motoarelor de acționare 33

3.3 Proiectarea constructivă a sistemului 38

3.4 Comanda și controlul sistemului 42

3.4.1 Operare CNC S_6 45

3.4.2 Funcțiile CNC S_6 52

3.4.3 Format program 54

4.Concluzii 58

Bibiografie 59

Opis 60

1.Noțiuni introductive.Motivarea alegerii temei

Am abordat această temă pentru lucrarea de licență deoarece se potrivește cu domeniul în care am făcut studiile și anume mașini unelte și sisteme de producție. Pe lângă studiile făcute faptul că am lucrat într-o companie multinațională pentru o perioadă scurtă de timp care activează în domeniu automotive m-a determinat să aleg această temă.

Oportunitatea de a lucra într-o companie multinațională m-a făcut să văd asemănarile între materiile studiate în facultate și aplicarea lor practică, deoarece este o diferență între teorie și practică. Toate aceste experiențe m-au învățat ce înseamnă domeniul mecanic și m-au făcut să-mi doresc să activez în cadrul acestuia. De aceea tema lucrării de licență și anume, studiul și proiectarea unui sistem de conturare plan conține cunoștiințele dobândite în timpul facultății și puținele cunoștințe dobândite în perioada în care am lucrat.

Mașina unealtă se definește ca fiind o mașină de lucru avand ca scop generarea suprafețelor prin procesul de așchiere în anumite condiții de productivitate, calitatea suprafeței și precizie dimensională.

Privind dezvoltarea mașiniilor-unelte,primele realizări consemnate de istorie apar in secolele XV-XVI,în perioada renașterii europene,prin lucrările lui Leonardo da Vinci care a conceput și a realizat strunguri,mașini de găurit,fierăstaraie,mașini de rectificat și mașini automate de ascuțit ace.În secolul al XVIII-lea inventarea mașinii cu abur de către James Watt marchează începutul revoluției industriale și dă un puternic impuls dezvoltării mașinilor-unelte,prin conceperea și realizarea primei mașini de alezat cilindrii,în anul 1765 de către Smeaton mașina perfecționată ulterior de John Wilkinson.

Beneficiile pe care le-a adus implicarea științei în producție au avut ca efect realizarea sistemelor de producție moderne.Sistemele care reunesc mașini-unelte,sisteme de deservire și calculatoare electronice reprezintă cele mai perfecționate sisteme de producție realizate de om. Prima mașină-unealtă cu comandă numerică a apărut în anul 1952 (MIT). Ea a fost dezvoltată în USA începând cu 1942 pentru a satisface nevoile industriei aeronautice.

Fig.1.1:Freză cu comandă numerică

Comanda numerică cuprinde acele sisteme de comandă după un program în care programul se memorează pe un purtător adecvat,sub formă de date numerice,iar echipamentele cu comandă numeric sunt în masură sa prelucreze datele din program și informațiile primite de la mașina-unealtă.

Apariția comenzii numerice marchează o etapă nouă în automatizarea mașinilor-unelte,permițând rezolvarea unor probleme deosebit de complexe întalnite anterior în conducerea mașinilor.

Avantajele pe care le oferă aplicabilitatea comenzii numerice la mașinile-unelte sunt urmatoarele:

Timp de reglare relativ mic

Comandarea simultană a mai multor axe

Schimbarea automată a sculelor

Controlul automat al dimensiuniilor

Productivitate ridicată

Precizie ridicată

Inițial, aceste echipamente dispuneau de elemente de comandă alimentate prin cablu, iar introducerea datelor se făcea prin cartele perforate. Cu apariția microprocesoarelor și cu progresul electronicii, costul acestor echipamente a scăzut până prin anul 1970. Suporturile și transmiterea de date au putut fi asigurate cu ajutorul disketelor, a benzilor magnetice.

Cele mai noi forme de programare și conducere cu calculatorul a mașinilor-unelte sunt CNC și DNC cu minicalculatoare integrate în echipamentul mașinii.

Fig.1.2:Reprezentarea schematică a unui echipament classic cu comandă numerică

Prin această lucrare mi-am propus următoarele obiective:

1. Realizarea unui studiu asupra sistemelor de conturare plane.

2. Implementarea unei aplicații: sistem de conturare plan.

Lucrarea este structurată în 4 capitole.

În primul capitol lucrarea prezintă un scurt istoric al mașinilor-unelte și evolutia acestora în industrie.

Al doilea capitol prezintă o detaliere a sistemelor de conturare comandate numeric.

În cel de-al treilea capitol este realizată proiectarea constructivă a sistemului de conturare plan realizat și fizic ca stand experimental.

În capitolul final sunt prezentate concluzii finale.

2.Sisteme de conturate comandate numeric

2.1 Lanțuri cinematice de avans

Lanțurile cinematice de avans fac parte din structura mașinilor unelte cu comandă numerică, numite și axe numerice. În cazul mașinilor unelte clasice lanțurile cinematice de avans, respectiv mișcările de avans, sunt comandate manual sau mecanic (șabloane, came). La mașinile unelte cu comandă numerică mișcările de avans se realizează în regim de reglaj automat. Informațiile privind deplasarea și viteza, necesare pentru prelucrarea piesei, sunt elaborate de unitatea de comandă și control a mașinii (ECN) și apoi sunt transmise axelor numerice. Comenzile materializează instrucțiunile de mișcare care sunt convertite în deplasări ale săniilor mașinii-unelte pe traiectorii, astfel încât să se genereze conturul dorit al piesei. Se controlează în același timp și vitezele de deplasare, aproximativ egale cu cele rezultate din calculul regimurilor de așchiere. Poziția și viteza instantanee a elementelor mobile este transmisă echipamentului de comandă prin intermediul traductoarelor de poziție și viteză, pe buclele de reacție.

Orice axă numerică cuprinde o structură mecanică și una electrică, perfect echilibrate, astfel încât la realizarea performanțelor finale concură ansamblul comportării părților. O axă numerică este necesar să asigure următoarele funcții:

antrenarea organului de lucru cu viteza impusă în condițiile obținerii unei bune regularități în timp și spațiu;

asigurarea controlului vitezelor de avans într-o gamă cât mai largă a acestora (de la ordinul mm/min, avans de lucru, în cazul unor aplicații foarte precise, până la ordinul zecilor de m/min, în cazul poziționării rapide a organelor mobile a centrelor de prelucrare);

asigurarea urmăririi variației vitezelor de avans impuse în timpi cât mai scurți;

asigurarea unui control precis al pozițiilor organelor de lucru pe fiecare axă și o coordonare precisă a controlului simultan al mai multor axe în cazul operațiilor de conturare;

asigurarea unor momente capabile să învingă toate forțele de rezistență apărute în proces. Orice variație a momentului pe timpul deplasării trebuie să nu influențeze precizia de poziționare, respectiv de conturare și să nu conducă la variația vitezei de avans.

În figura 1 este prezentată structura software ierarhizată a unui echipament CNC tipic. Axele numerice (realizate în structură de servosisteme cu buclă de reacție de poziție) ocupă nivelul 1 al sistemului, numit și nivelul servocontrolului.

Fig.2.1: Nivele ierarhice în structura software a echipamentelor

de comandă numerică – locul axelor numerice

Nivelul 2 este ocupat de interpolator care generează comenzile de deplasare pentru fiecare axă.

Nivelul 3 cuprinde controlul adaptiv al procesului de așchiere, împreună cu alte programe de compensare a erorilor ce pot apărea în proces din diverse cauze (variații ale temperaturii mașinii și/sau semifabricatului, abateri geometrice ale elementelor mașinii, uzura sculei, deviații ale sculei și/sau semifabricatului din cauza vibrațiilor din proces etc.)

Nivelul 4, nereprezentat în schemă, este, de obicei, un nivel supervizor care primește și prelucrează informații privind dimensiunile piesei prelucrate.

În figura 2 este prezentată structura lanțurilor cinematice de avans și fluxul semnalelor pentru o mașină unealtă cu două axe comandate numeric. Controlul poziției, respectiv al traiectoriei, se realizează prin intermediul unei axe numerice, pe fiecare din cele două direcții de mișcare, având în componență atât buclă de reacție de poziție cât și buclă de reacție de viteză.

Fig.2.2 : Sistem de control al mișcării pe două axe

O mașină-uneltă cu comandă numerică este caracterizată prin faptul ca este dotată cu un sistem de automatizare care este cu comandă numerică,informațiile necesare realizării unei piese sunt codificate pe un port-program și ulterior sunt prelucrate de către un echipament numit ECN (echipament de comandă numerică).

Echipamentele de comandă numerică sunt realizate într-o varietate constructivă mare și de diverse naturi: electronice, hidraulice, pneumatice sau combinații ale acestora, având rolul de a prelucra toate informațiile referitoare la geometria piesei și cele referitoare la parametrii regimului de așchiere, precum și alte informații care concură la realizarea pieselor.

Criteriile după care pot fi grupate echipamentele de comandă numerică sunt următoarele:

După procedeul de generare prin așchiere echipamentele de comandă numerică sunt realizate în următoarele trei tipuri funcționale:

Echipament de comandă numerică de poziționare

Aceste tipuri de echipamente sunt destinate în special mașinilor de găurit în coordonate și altor mașini unelte, unde se cere doar deplasarea rapidă și precisă a piesei de la un punct la altul, pe o singură direcție sau pe două direcții perpendiculare.

Echipamentul de comandă numerică fiind în acest caz mai simplu, mai ieftin datorită faptului că are o memorie mai redusă.

Fig.2.3:ECN de poziționare

M. Cit. – mecanism de citire a benzii

I.M.D. – introducere manuală a datelor

Cv. – convertor digital-analog

Mem. – mecanism de memorie

Cp. – mecanism comparator

M. Cd. – mecanism de comandă

M. Ac. – mecanism de acționare

T.R. – Traductor de reacție

Echipament de comandă numerică de prelucrare liniară

Echipamentele din această grupă sunt foarte asemnătoare cu cele de poziționare, dar cu mici deosebiri în sensul că la echipamentele de comandă numerică de prelucrare liniară, deplasările mesei nu se mai fac cu viteză rapidă se fac cu viteză de avans. Simultan cu programarea deplasărilor se pot programa și vitezele de avans (F), turația arborelui principal (S), scula (T), precum și unele funcții pregătitoare (G) sau auxiliare (M).

Fig.2.4:ECN de prelucrare liniară

M. Cit. – mecanism de citire a benzii

I.M.D. – introducere manuală a datelor

Cv. – convertor digital-analog

Mem. – mecanism de memorie

Cp. – mecanism comparator

M. Cd. – mecanism de comandă

M. Acț. – mecanism de acționare

T.R. – Traductor de reacție

Echipament de comandă numerică de conturare

Aceste echipamente sunt complexe și se caracterizează prin aceea că permit coordonarea mișcărilor pe două sau mai multe axe ale mașinii unelte cu comandă numerică. Mașinile-unelte dotate cu asemenea echipamente de conturare au posibilitatea de a realiza curbe generatoare complexe, prin simpla programare pe bandă.

Echipamentele de comandă numerică de conturare prezintă un mecanism relativ numit interpolator, cu ajutorul căruia echipamentul poate coordona mișcările pe două axe pentru a efectua interpolarea liniară sau circulară.

Fig.2.5:ECN de conturare

M. Cit. – mecanism de citire a benzii

I.M.D. – introducere manuală a datelor

Cv. – convertor digital-analog

Mem. – mecanism de memorie

I-interpolator

Cp. – mecanism comparator

M. Cd. – mecanism de comandă

M. Acț. – mecanism de acționare

T.R. – Traductor de reacție

Un al doilea criteriu de clasificare al echipamentelor cu comandă numerică poate fi în funcție de legăturile stabilite între mașina-unealta și echipament și se pot clasifica în următoarele:

Echipamente de comandă numerică fără buclă de reacție

Fig.2.6:ECN fără buclă de reacție

P.P-port program

E.C.N-echipament de comandă numerică

E.E-element de execuție

E.A-element acționat

O.L-organ de lucru

Echipament de comandă numerică cu buclă de reacție

Fig.2.7:ECN cu buclă de reacție

P.P-port program

E.C.N-echipament de comandă numerică

E.E-element de execuție

E.A-element acționat

O.L-organ de lucru

S.M-sistem de măsurare

În funcție de numărul de axe după care miscările pot fi controlate prin comanda numerică echipamentele pot fi:

echipamente după două coordonate de conturare plană

echipamente după trei coordonate de conturare spațială

echipamente de conturare în plane succesive

Un alt criteriu important de clasificare este din punct de vedere al utilizării calculatorului electronic,iar echipamentele de comandă numerică pot fi:

Sistemul CNC (Computerized Numerical Control)sau(Comandă Numerică Computerizată)

Sistemul este folosit pentru conducerea unei singure mașini-unelte,calculatorul electronic preia o parte din funcțiile echipamentului de comandă numerică.

Echipamentele de tip CNC utilizează calculatoare de capacitate mică (minicalculatoare) pentru comanda unei mașini-unelte sau a mai multor mașini-unelte identice pe care se execută aceleași operații.

Componentele sistemului CNC sunt:

minicalculatorul

interfața (legătura minicalculatorului cu mașina-unealtă),

cititorul de bandă,

programul de comandă

blocul de comandă adaptiv

blocul pentru măsurarea erorilor cinematice.

Sistemul DNC (Direct Numerical Control) sau(Controlul Numeric Direct)

Sistemul utilizează calculatoare electronice de capacitate mare pentru comanda centralizată a unui grup de mașini-unelte cu comandă numerică.

Comanda directă face referire la comanda propriu-zisă a mașinii-unelte,dar și la realizarea altor funcții cum ar fi:

programarea automată a pieselor;

supravegherea mașinii-unelte;

corecția programelor piesă;

funcții legate de organizarea și planificarea procesului de fabricație.

Un mare avantaj al acestor sisteme îl reprezintă eliminarea cititorului de bandă, fiind un element slab al echipamentelor de comandă numerică. Sistemele DNC cuprind următoarele:

sistemul de programe standard și specializate

programele piesă

2.2 Axe, mișcări și origini în comanda numerică

S-a adoptat noțiunea de axă a mașini-unelte pentru a defini fiecare direcție fixă de deplasare rectilinie sau circulară, deplasare care se executată de organele mobile comandate ale mașinii-unelte. Axelor mașinii-unelte au o anumită simbolizare și sensuri de deplasare, puse de acord la nivel internațional prin Recomandarea ISO R-841, iar la nivel național prin STAS 8902-83.Aceste reglementări au fost create cu scopul de a creea un limbaj comun între diferitele centre de programare, și respectiv fabricanții și utilizatorii de mașini-unelte comandate numeric.

2.2.1. Mișcarea rectilinie

Axele de deplasare rectilinie ale unei mașini-unelte cu comandă numerică formează un sistem geometric de coordonate. Conform standardelor, sistemul normal de coordonate este un triedru de sens direct, care se referă la o piesă fixată pe mașini și având axele paralele cu ghidajele principale ale acesteia.

Pentru stabilirea sistemului de coordonate și a sensului pozitiv se utilizează regula mâinii drepte : degetul mare reprezintă axa X, arătătorul axa Y, iar mijlociul axa Z. Pentru mișcarea de rotație regula mâinii drepte se aplică astfel: punând degetul mare în sensul pozitiv al mișcări de translatie pe axă, celelalte degete vor indica sensul pozitiv al mișcării de rotație.

Fig.2.8:Sensul axelor de coordonate la mașinile cu comandă numerică

Literele X, Y, Z sunt utilizate pentru notarea deplasării sculei în raport cu semifabricatul. Modul în care sunt atribuite axele de coordonate diferitelor ghidaje ale mașinii, conform normelor menționate, se face după următoarele reguli:

Axa Z este identică sau paralelă cu axa arborelui principal al mașinii. Axa Z este identică cu axa sculei la mașinile de găurit (MG), mașinile de frezat (MF), mașinile de alezat și frezat (MAF), unde arborele principal antrenează scula, în timp ce la mașinile prelucrătoare de corpuri de revoluție cum ar fi strungurile normale (SN) sau mașinile de rectificat (MR) axa Z este identică cu axa semifabricatului.

2.2.2 Mișcarea de rotație

Axele mișcările de rotație întâlnite la mașinile-unelte comandate numeric,se definesc la fel ca și axele de deplasare rectilinie. În acest scop se pornește de la triedrul de sens direct care determină axele de deplasare rectilinie și se asociază literele A, B, C pentru mișcările de rotație în jurul acestor axe, sau a unora paralele cu ele. Axa A reprezintă mișcarea în jurul unei axe paralele cu axa X, axa B reprezintă miscarea în jurul unei axe paralele cu axa Yși axa C reprezintă mișcarea în jurul unei axe paralele cu axele Z . Sensul pozitiv (+) al axelor de rotație se determină din sensul pozitiv al axelor respective de deplasare rectilinie, aplicând regula șurubului dreapta.

Dacă la o mașină-unealtă întâlnim mai multe axe decât A, B, C acestea se pot nota cu literele D și E, chiar dacă sunt sau nu paralele cu axele primare.

Axele X, Y, Z și cele de ordin superior, precum și axele A, B, C și cele suplimentare D, E definesc mișcările sculei. Dacă semifabricatul execută mișcări de poziționare relative față de sculă, atunci axele aferente se notează cu “prim” . Definirea axelor este aceeași ca și în cazul deplasării sculei, sensul pozitiv (+) fiind însă invers. Aceasta înseamnă că sensul pozitiv al axelor de deplasare a piesei este totdeauna opus sensului pozitiv de deplasare a sculei, indiferent că este vorba de mișcări rectilinii sau de rotație.

În acest fel, axele de deplasare a piesei devin:

pentru deplasări rectilinii – X’, Y’, Z’ și cele de ordin superior;

pentru deplasări de rotație – A’, B’, C’ și cele suplimentare.

În condițiile arătate, sensul pozitiv de rotație al arborelui principal la o mașină-unealtă este cel al acelor de ceasornic, indiferent că se rotește scula sau piesa.Exemple de stabilire a axelor la diferite tipuri de mașini-unelte cu comandă numerică: strung normal, mașini de alezat și frezat, mașină de găurit, centru de prelucrare și mașină de frezat longitudinal.

Fig.2.9:Axe de coordonate la diferite tipuri de mașini cu comandă numerică

2.2.3 Originea sistemului de coordonate

Prin originea sistemului de coordonate se înțelege acel punct în care X=Y=Z=0, respectiv A=B=C=0. Originea sistemului normal de coordonate asociat mașinii-unelte poartă denumirea și de punctul zero al mașinii sau originea mașinii.

Fig.2.10:Sistemul de axe

Pe mașinile unelte cu comandă numerică originea reprezintă un punct fix și bine stabilit în spațiu, odată cu montarea traductoarelor și punerea în funcțiune a mașinii, respectiv efectuarea tuturor reglajelor în regim de mașină comandată numeric. Acest punct constituie punctul de referință pentru stabilirea poziției semifabricatului față de mașina-unealtă (sculă). Mașina în sine, prin axele sale de coordonate și fixarea punctului de “zero mașină” devine un sistem rigid din punct de vedere geometric, cu un sistem de axe bine stabilit. Originea sistemului de coordonate al mașinii ("zero mașină") OM este definită ca punctul în care XM=0, YM=0, ZM=0. La punerea sub tensiune a mașinii este necesar să se execute operația de sincronizare care sincronizează poziția relativă sculă-piesă cu afișajul deplasând masa cu piesa până când se ating microcontactele de sincronizare pe fiecare axă (la atingerea unui microcontact afișajul revine la zero pe acea axa). Pe axa Z punctul de sincronizare nu va fi zero va fi în zona pozitivă la o anumită valoare.

Originea OM se află pe axa arborelui principal (Z) la intersecția acesteia cu un plan frontal ce trece prin flanșa de prindere a universalului, la strunjire, sau la baza prinderii sculelor la mașinile de găurit , mașinile de frezat , mașinile de alezat și frezat .

Orice piesă pe care vrem s-o prelucrăm trebuie poziționată față de sistemul rigid de coordonate al mașinii și apoi identificat punctul din care începe derularea programului de prelucrare. Toate programele sunt elaborate luând în considerație un punct fix de unde începe desfășurarea sa, acest punct inițial fiind asociat piesei și nu mașinii unelte. Acest punct fix se numește originea sistemului de coordonate al piesei Op și este aleas arbitrar și convenabil de către tehnologul programator și este definit ca punctul în care XP=0, YP=0, ZP=0. Deplasările însă pe axele mașinii se fac după aceleași direcții, dar, din punctul de vedere al programului, dintr-o altă origine a sistemului de coordonate, originea piesei Op și nu originea mașinii OM .

În realitate această situație este reglementată prin posibilitățile oferite de echipamentele de comandă numerică de a introduce unele corecții care diferă de la o piesă la alta, și care reprezintă în fond translația sistemului de coordonate al mașinii din originea mașinii OM în originea piesei OP . Practic, se execută o deplasare de origine până când vârful sculei cade în originea sistemului de axe al piesei, în acel moment comunicându-i echipamentului că aceasta este noua origine, care devine noul punct de referință. Acestă deplasare de origine face parte din activitatea de reglare a mașinii de fiecare dată când se schimbă piesa de prelucrat.

2.3 Sisteme CNC

Sistemele CNC (Computerized Numerical Control) sunt sisteme de comandă prin calculator a mașinilor unelte care utilizează calculatoare de capacitate mică pentru comanda unei singure mașini unelte sau a mai multor mașini identice pe care se execută aceleași operații. La aceste sisteme, calculatorul preia o parte din funcțiile echipamentului de comandă numerică.

Deosebirea de bază dintre sistemele de comandă CNC și cele de comandă numerică “clasică” (NC) constă în modul prin care se realizează funcțiile comenzii numerice și mai puțin în natura funcțiilor care pot fi realizate. În cazul comenzii numerice (NC), funcțiile echipamentului se realizează printr-o logică cablată (hardware) pe când la sistemele CNC o parte din funcții se realizează prin logică cablată, iar o altă parte prin sistemul programelor de calculator (software). Ca urmare sistemele CNC înlocuiesc sistemele de comandă numerică “clasică” acolo unde se cere o putere mai mare de calcul și o flexibilitate mărită în programare.

Structura de bază a unui sistem CNC cuprinde următoarele elemente:

calculatorul, având o unitate centrală, o memorie internă și o unitate de legătură cu perifericele;

cititorul de bandă perforată;

panoul de comandă pentru operator;

interfața dintre calculator și mașina unealtă.

Toate aceste echipamente (hardware-ul sistemului) funcționează conform programelor de bază și aplicative (software).

Memoria internă a calculatorului stochează o serie de programe necesare realizării algoritmilor pentru interpolare liniară și circulară, pentru regimul de poziționare, pentru corecțiile de sculă, pentru comanda organelor de execuție ale mașinii, pentru redactarea programului utilizator.

În cazul comenzii numerice “clasice”, acești algoritmi sunt realizați prin logică cablată sub forma blocurilor componente ale echipamentului de comandă numerică.

Sistemul de programe care asigură prelucrarea algoritmilor prezentați mai sus, realizarea funcțiilor logice, conversia codurilor reprezintă sistemul programelor de bază, (software-ul de bază) el fiind oferit de constructorul sistemului. Acest sistem permite calculatorului să prelucreze programele utilizatorului sistemului (software-ul aplicativ). Performanțele unui sistem CNC depind în bună măsură de modul de organizare a programelor de bază, pe când la un sistem de comandă numerică “clasică” aceste performanțe depind de complexitatea echipamentului. Structura sistemului programelor de bază trebuie să facă posibilă folosirea completă a flexibilității calculatorului pentru orice tip de mașină-unealtă și să permită adaptarea ușoară a sistemului la condițiile concrete de producție.

Interfața între minicalculatorul electronic și mașina unealtă asigură realizarea următoarelor funcții principale:

realizarea compatibilitățiii între forma în care se face transmiterea comenzilor spre organele de execuție ale mașinii unelte și forma în care informația este utilizată de către calculator;

transmiterea efectivă a semnalelor de putere pentru comanda organelor de acționare (relee, servovalve, contactoare);

recepționarea de la diferite traductoare de pe mașina unealtă a semnalelor, continue sau discrete, reprezentând mărimea deplasării săniilor, uzura sculei, amplitudinea și frecvența vibrațiilor, temperatura (în cazul comenzii adaptive);

generarea sistemelor de întrerupere, prin care se furnizează frecvența de tact după care calculatorul emite o nouă valoare a poziției de referință, aceasta purtând și numele de frecvență de serviciu.

Panoul de comandă al operatorului asigură comunicarea cu calculatorul pentru a realiza:

introducerea manuală a programului piesă;

modificări în program;

selectarea și corecția sculelor;

avansul rapid;

stabilirea punctului de referință al mașinii;

prelucrarea în “oglindă”.

Acest panou permite vizualizarea pe un ecran sau pe un sistem de afișaj a numărului secvenței de lucru, mărimea deplasării, numărul sculei, etc. De asemenea, sistemul de vizualizare se folosește și în regim de testare și corectare a programelor-piesă sau în regim de punere la punct a diferiților algoritmi de comandă.

Cititorul de bandă perforată se utilizează numai pentru introducerea datelor conținute în programul-piesă în memoria internă a calculatorului; în timpul lucrului cititorul de bandă nu este utilizat.

Din punctul de vedere al programării, echipamentele de comandă numerică de tip CNC oferă următoarele avantaje și posibilități suplimentare de lucru:

programarea parametrică;

programarea ciclurilor automate de prelucrare;

apelarea din memorie a programelor principale și a subprogramelor;

utilizarea subprogramelor standard;

regimuri de afișare în coordonate mașini, coordonatele piesei, valori efective ale avansului, turației, diferențe de parcurs pe axe, decalări de origine și constante de sculă;

utilizarea diagnozelor de erori.

2.4 Introducerea unui program în comanda numerică

2.4.1 Structura generală a limbajului de programare

Programul este constituit dintr-o suită de acțiuni total definite, linie cu linie, fiecare

linie constituind un bloc de informații denumit „frază”. Fiecare bloc cuprinde cuvinte care

constituie o informație, fiecare cuvânt începe printr-o adresă care dă un sens fizic datelor

numerice care urmează.Adresa asigură fără ambiguitate identificarea informației și separarea cuvintelor.Începutul de program este menționat prin utilizarea simbolului „%”. Fiecare

frază poate începe printr-un cuvânt-număr (litera „N” urmat de un număr, ex. N10). De

asemenea, el servește pentru a indica utilizarea modului „căutarea numărului de secvență”

care permite demararea unui program pe secvențe, altul decât cel de început.

2.4.2 Adrese utilizate în comanda numerică

Programarea numerică manuală a mașinilor unelte cu comandă numerică are drept scop întocmirea tabelului program-piesă după care se realizează suportul port-program. Adresele ISO prin care se codifică informațiile cu caracter geometric și tehnologic necesare prelucrării piesei pe mașina unealtă cu comandă numerică sunt următoarele:

A – poziționare unghiulară în jurul axei X;

B – poziționare unghiulară în jurul axei Y;

C – poziționare unghiulară în jurul axei Z;

D – poziționare unghiulară specială sau a treia viteză de avans pentru indicarea corecției de sculă;

E – poziționare unghiulară specială sau a doua viteză de avans;

F – viteză de avans (Feed);

G – funcție preparatorie;

H – rezervă;

I – coordonata X a centrului unui cerc sau pasul de filetare pe axa X;

J – coordonata Y a centrului unui cerc sau pasul de filetare pe axa Y;

K – coordonata Z a centrului unui cerc sau pasul de filetare pe axa Z;

L – rezervă;

M – funcție auxiliară;

N – numărul blocului;

O – indicat a nu se folosi;

P – deplasare terțiară (rapidă) paralelă cu axa X;

Q – deplasare terțiară (rapidă) paralelă cu axa Y;

R – deplasare terțiară (rapidă) paralelă cu axa Z;

S – turația arborelui principal (Speed);

T – scula (Tool);

U – deplasare secundară paralelă cu axa X;

V – deplasare secundară paralelă cu axa Y;

W – deplasare secundară paralelă cu axa Z;

X – coordonata X;

Y – coordonata Y;

Z – coordonata Z;

Sub forma cea mai generală o frază are formatul următor:

Datele numerice alocate fiecărei funcții din frază depind de tipul echipamentului

numeric specificat în manualul de programare. Coordonatele liniare pot fi programate cu o

precizie de 1 μm iar cele unghiulare cu o miime de grad.

Adresele se pot împărți în trei grupe distincte:

a) adrese geometrice (X, Y, Z) prin care se indică axele de coordonate ale mașinii unelte;

b) adrese tehnologice F-prin care se indică viteza de avans; S-prin care se indică turația axului principal și T-prin care se indică scula așchietoare;

c) adrese auxiliare G și preparatorii M, care servesc la indicarea diverselor comenzi, necesare desfășurării procesului de prelucrare;

a) Adrese geometrice

Conform STAS 8902-83, o mașină unealtă cu comandă numerică are un sistem de coordonate cartezian, rectangular de sens direct.

În standard se precizează că axa Z este axa arborelui principal, sensul pozitiv (+) pe aceasta fiind în direcția depărtării sculei de semifabricat.Originea sistemului de coordonate este arbitrară.

Axele de coordonate pot fi primare (X, Y, Z), secundare (U, V, W) și terțiare (P, Q, R).Axele secundare și terțiare sunt paralele cu axele primare, iar axele P, Q, R se folosesc numai pentru deplasare rapidă.

Prin adresele geometrice se precizează axele de coordonte, mărimea coordonatelor respective și semnul acestora.

b) Adrese tehnologice

Schimbarea avansurilor, turației sau sculei este comandată de către echipamentul de comandă numerică prin intermediul adreselor F, S și respectiv T.

Adresele F(Feed). Codificarea vitezelor de avans prin adresa F urmată de 1- 4 cifre poate fi:

– directă;

– simbolică;

Codificarea directă se realizează prin scrierea numărului care reprezintă mărimea W în (mm/min). De exemplu:

w = 2,25 m/min se codifică prin F 225

w = 1052 m/min se codică prin F 1052

Codificarea simbolică constă în codificarea cu una sau două cifre a vitezelor de avans ordonate crescător. De exemplu:

w = 19 mm/min se codifică prin F1 sau F01

23,5 mm/min F2 F02

30 mm/min F3 F03

37,5 mm/min F4 F04

Ca dezavantaj al acestei metode se remarcă lipsa de universalitate, gamele de viteză fiind diferite, ceea ce necesită cunoașterea în orice moment a gamelor de avansuri și viteze.

Adresele S. Codificarea turațiilor axului principal, la fel ca și codificarea adreselor F poate fi realizatăprin:

Codificare directă n=180 rot/min se codifică prin S 180

n=315 rot/min S 315

Codificare simbolică n=20 rot/min se codifică prin S1 sau S01

n=22,4 rot/min S2 sau S02

Adresele T. Înlocuirea unei scule printr-o altă sculă, se realizează în mod automat, la mașinile-unelte cu cap revolver cu 6 sau 8 locașuri port-scule, prin comandarea rotirii capului revolver, sau la mașinile-unelte cu o magazie de scule de tipul centrelor de prelucrare care au de obicei în componență și sisteme de schimbare a sculei de tip mână mecanică. Numărul maxim de locașuri într-o magazin de scule nu depășește cifra 100.

Având în vedere că, pentru prelucrarea unei piese, nu este necesar un număr mai mare de 100 de scule, codificarea acestora se face cu două cifre, de exemplu T12 va comanda selectarea sculei cu numărul 12.

c) Adrese preparatorii (G) și auxiliare (M)

Adresele G, denumite și funcții preparatorii, și adresele M, denumite funcții auxiliare asigură efectuarea unor comenzi foarte diferite, necesare fie mașinii unelte, fie echipamentului de comandă numerică.

Nu toate adresele sunt utile fiecărei mașini-unelte și, ca atare, o parte dintre acestea sunt adrese rezervate, urmând a fi utilizate după cerință de către constructorul sau utilizatorul echipamentului de comandă numerică.

Semnificația adreselor G:

Fig.2.11 Tabel funcții preparatori

Fig.2.12 Tabel funcții preparatorii

Semnificația adreselor M:

Tabel funcții auxiliare

Adresele N sunt folosite pentru indicarea numărului blocului, folosindu-se de obicei trei cifre:

N001

N005

3.Proiectarea constructivă a sistemului de conturare

3.1 Proiectarea cinematică a sistemului

O vedere a standului realizat practic este prezentată în figura 3.1.

Fig.3.1 Standul experimental

Standul eperimental are în componența sa un cadru care totodată este si masa sau batiul sistemului de conturare,2 axe de mașină unealtă care reprezintă axa X si axa Y a sistemului,dispuse perpendicular pe masa,motoarele pas cu pas care acționează axele prin intermediul cuplajelor și comanda numerică de tip CNC S_6.

Dimensiuniile standului experimental sunt:

masa: 880x480x400 mm;

axele: 690x250x100 mm;

motoare:150x110x100 mm;

suporti motor:290×190 mm.

Cadrul este confecționat din profile de aluminiu prelucrate prin procedee de găurire și frezare în vederea fixării între ele cu șuruburi cu cap hexagonal.Placajul tego este fixat de cadru prin 4 șuruburi M6X45 cu cap hexagonal.

Fig.3.2 Vedere laterală a standului

Pentru fixarea axei X am găurit placajul tego în vederea prinderii acesteia cu 4 șuruburi M16 cu piuliță iar axa Y am așezat-o perpendicular pe axa X fixând-o în 4 șuruburi și centrând-o cu 2 știfturi.Cele două motoare pas cu pas care acționează axele sistemului de conturare sunt fixate si ele de masă respectiv de axă prin intermediul a 2 suporți confectionați din tablă de 4 mm grosime.

Legarea axului motor de axul săniilor se face prin intermediul a 2 cuplaje Rotex cu element elastic prelucrate ulterior.La axul motorului prevăzut cu canal de pană cuplajul are diametrul de Ø19 prevăzut și acesta cu canal de pană precum axul motorului iar pentru a obține o fixare mai bună am executat o gaură diametral opusă față de canalul de pană și am fixat cuplajul cu un șurub metric M6.La fel și la axul saniei care și acesta este prevăzut cu canal de pană cuplajul are diametrul de Ø15 prevăzut la fel ca axul saniei cu canal de pana.Fixarea s-a realizat la fel ca și la partea de la axul motorului.

Fig.3.3 Cuplajul cu element elastic ce face legătura între axul motorului și axul saniei

Motoarele pas cu pas ce acționează axele numerice au următoarele caracteristici:

Tensiune de alimentare 220 V/ 50 Hz

Putere 1.000VA

Cuplu motor 4 – 20 Nm/MPP

Fig.3.4 Motorul pas cu pas

CARACTERISTICI TEHNICE ALE ECHIPAMENTULUI CNC S_6

Sistemul CNC S_6 V3.0 este echipat cu :

512K memorie program (CMOS cu acumulator în tampon 3.6V/60mAH)

1024K memorie alocată pentru grafică și verificare/compilare program piesă

interfața serială RS232 cu separare optică

Mers “înainte” și “înapoi” pe traiectoria definită de programul curent

Deplasări în oglinda X cu –X, Y cu –Y sau X cu Y (toate cele 8 variante sunt permise)

Avans programat cu reglaj în gama 0 – 120%

Simulare grafică (LCD 240 * 128 puncte _ 114*64mm)

Verificare obligatorie (cu semnalare erori) pentru programul activ

Calcul automat Kerf, viteza de tăiere și timp străpungere în funcție de grosime material, tip brenner, tip gaz; Permite rotația și execuția la scară a programului activ.

CARACTERISTICI CONSTRUCTIVE PRINCIPALE ALE ECHIPAMENTULUI CNC S_6

Lungimea căii de rulare normală/utilă 1.500 – 12.000 mm

Lațimea de tăiere, debitare 1.000 – 3.000mm

Presiunea gazelor: oxigen tăiere max. 10 bar

oxigen încalzire max. 6 bar

acetilenă/gaz max. 0,4 bar (butan, propan)

Tensiune de alimentare 220 V/ 50 Hz

Putere 1 VA

Cuplu motor 4 – 20 Nm/MPP

Deplasare prin angrenare pinion cremalieră sau șurub/piuliță

Pe calea de rulare se deplasează căruciorul longitudinal

Pe calea de rulare a căruciorului longitudinal se deplasează căruciorul transversal.

Fig.3.5 Schema cinematică a standului experimental

Fig.3.6 Structura lanțului cinematic de avans

CNC-comanda numerică computerizată

MPP-motor pas cu pas

R-mecanism de reglare

Sig-siguranță

PO-mecanism de pornit-oprit

I-mecanism de inversare a sensului

RT-mecanism de transformare a rotației în translație

CNC-ul comandă axele X respectiv Y ale sistemului prin intermediul motoarelor pas cu pas care realizează transformarea unui tren de impulsuri digitale într-o mișcare proporțională a axelor.Prin intermediul mecanismului de reglare se face reglarea valorii turației,urmând ca funcția de protecție a lanțului cinematic să se realizeze prin intermediul mecanismului de siguranță adica prin cuplaj.Funcția de pornire-oprire se realizează prin mecanisme adecvate,urmând ca funcția de inversare să se realizeze fără autoinversare prin mecanism inversor de tip șurub-piuliță.

3.2 Alegerea motoarelor de acționare

Motoarele sunt comandate prin impulsuri și funcționează în sisteme de lucru în circuit deschis.La fiecare impuls axul de acționare al motorului se rotește cu o mărime unghiulară,constantă.

Motorul pas cu pas (MPP) este un convertor electromecanic care realizează transformarea unui tren de impulsuri digitale într-o mișcare proporțională a axului său. Mișcarea rotorului al motorului pas cu pas constă din deplasări unghiulare discrete, succesive, de mărimi egale și care reprezintă pașii motorului. În cazul unei funcționări corecte, numărul pașilor efectuați trebuie să corespundă cu numărul impulsurilor de comandă aplicate fazelor motorului.

Deplasarea unghiulară totală, constituită dintr-un număr de pași egal cu numărul de impulsuri de comandă aplicat pe fazele motorului, determină poziția finală a rotorului. Această poziție se păstrează, adică este memorată, până la aplicarea unui nou impuls de comandă. Proprietatea de univocitate a conversiei impulsuri deplasare, asociată cu aceea de memorare a poziției, fac din aceste motoare un excelent element de execuție, integrat în sistemele de reglare a poziției în circuit deschis. Motorul pas cu pas mai prezintă proprietatea de a putea intra în sincronism față de impulsurile de comandă chiar din stare de repaus, funcționând fără alunecare, frânarea efectuându-se, de asemenea, fără ieșirea din sincronism. Datorită acestui fapt se asigură porniri, opriri si reversări bruște fără pierderi de pași în tot domeniul de lucru. Viteza unui motor pas cu pas poate fi reglată în limite largi prin modificarea frecvenței impulsurilor de intrare. Astfel, dacă pasul unghiular al motorului este 1,8° numărul de impulsuri necesare efectuării unei rotații complete este 200, iar pentru un semnal de intrare cu frecvența de 400 impulsuri pe secundă turația motorului este de 120 rotații pe minut. Motoarele pas cu pas pot lucra până la frecvențe de 1000 – 20.000 pași / secundă, având pași unghiulari cuprinși între 180° si 0,3°. Aplicațiile acestora sunt limitate la situațiile în care nu se cer puteri mari (puteri uzuale cuprinse între domeniile microwaților si kilowaților).Acestea sunt utilizate în aplicații de mică putere, caracterizate de mișcări rapide, precise, repetabile: plotere x-y, unități de disc flexibil, deplasarea capului de imprimare la imprimante serie, acționarea mecanismelor de orientare si prehensiune la roboți, deplasarea axială a elementelor sistemelor optice, mese de poziționare 2D pentru mașinile de găurit.

Utilizarea acestor motoare conferă următoarele avantaje:

asigură univocitatea conversiei număr de impulsuri – deplasare și pot fi utilizate în circuit deschis;

gamă largă a frecvențelor de comandă;

precizie de poziționare și rezoluție mari;

permit porniri, opriri, reversări fără pierderi de pași;

memorează poziția;

sunt compatibile cu comanda numerică.

Principalele dezavantaje ale utilizării motorului pas cu pas sunt:

unghi de pas, deci increment de rotație, de valoare fixă pentru un motor dat;

viteză de rotație relativ scăzută;

putere dezvoltată la arbore de valoare redusă;

randament energetic scăzut;

Motoarele pas cu pas sunt răspandite în acționarea mașinilor-unelte cu comandă numerică.

Ele sunt realizate în diverse variante constructive și pot fi acționate în mai multe feluri,în funcție de precizia dorita,de dinamica impusă si de caracteristicile constructive.

Calculul motorului lanțului cinematic de acționare al saniei

Vom parcurge etapele de calcul pe baza următoarelor date inițiale:

cuplare directă a motorului la axul șurubului cu bile (fără angrenaj);

pasul șurubului cu bile psb = 4 mm = 4·10-3 m;

diametrul șurubului cu bile dsb = 15 mm = 15·10-3 m;

lungimea totală a șurubului cu bile L = 700 mm = 0,7 m

momentul de prestrângere al șurubului cu bile Mpr = 2 Nm;

viteza liniară maximă a sarcinii (unității de lucru) pe perioada fazei de apropiere rapidă, respectiv retragere rapidă vR:

viteza liniară maximă a sarcinii (unității de lucru) pe perioada fazei de avans tehnologic (rezultată din calcule tehnologice) vT = 1/60 m/s = 1 m/min;

accelerația liniară pe perioada fazei de apropiere rapidă, respectiv retragere rapidă aAR = aRR = 2 m/s2

accelerația liniară pe perioada fazei de avans tehnologic aAT = 1 m/s2

masa saniei verticale = 35 kg

masa saniei transversale = 35 kg

masa cadrului = 15 kg

masa luată în calcul la alegerea motorului (suma dintre masa saniei verticale și a saniei transversale) = 70 kg

coeficientul de frecare în ghidaje =0.01 (s-a luat în calcul o valoare acoperitoare, considerând varianta ghidajelor cu elemente de rulare de tipul bucșe cu bile);

forța rezistentă tehnologică pe perioada fazei de apropiere rapidă Frt_AR = 0 N;

forța rezistentă tehnologică pe perioada fazei de avans tehnologic Frt_AT = 500 N;

Momentul static pe perioada fazei de apropiere rapidă:

Momentul static pe perioada fazei de retragere rapidă are Mst_RR aceeași valoare și semn contrar.

Momentul static pe perioada fazei de avans tehnologic:

Vom alege preliminar un motor cu următoarele caracteristici:

Tensiune de alimentare 220 V/ 50 Hz

Putere 1.000 VA

Cuplu motor 4 – 20 Nm/MPP

moment de inerție al motorului .

Conform relației în absența angrenajului, momentul de inerție total este:

Se observă că, față de relația s-a luat în considerare, suplimentar, un moment de inerție al cuplajului dintre șurub și motor, Jc=200 · 10-6 kg·m2 (dată de catalog).

Conform relației pentru momentul de inerție al șurubului avem:

Momentul de inerție total devine astfel:

Conform relației accelerația unghiulară a motorului pe perioada fazei de apropiere rapidă, respectiv retragere rapidă are valoarea:

Pentru accelerația unghiulară a motorului pe perioada fazei de avans tehnologic avem:

Conform relației pentru momentul dinamic pe perioada fazei de apropiere rapidă, respectiv retragere rapidă avem:

Pentru momentul dinamic pe perioada fazei de avans tehnologic, avem:

Se observă că atât în fazele de avans tehnologic cât și în fazele deapropiere / retragere rapidă momentele rezistente sunt sub valoarea momentului nominal dezvoltat de motorul ales, deci motorul corespunde din punct de vedere al momentului dezvoltat.

3.3 Proiectarea constructivă a sistemului

Proiectarea constructivă a sistemului de conturare plan 3D am realizat-o în programul CATIA unde am realizat fiecare piesă în parte urmând ca apoi să realizez asamblarea finală a standului experimental.Desenele de ansamblu și de execuție au fost realizate tot în CATIA după ce am asamblat întregul stand experimental.

Etapele realizării proiectării sistemului de conturare plan:

cadrul confecționat din aluminiu

Fig.3.7 Cadru stand experimental

Cadrul sistemului de conturare confecționat din aluminiu este format din 8 traverse dintre care 4 longitudinale și 4 transversale fixate între ele cu șuruburi.

batiul sau masa mașinii format din cadrul de aluminiu și placajul tego

Fig.3.8 Cadru stand cu placa tego

axa numerică X respectiv Y

Fig.3.9 Axa numerică

Componentele axei numerice:

placa de bază a axei

ghidajele

șurubul

rulmenții cu bile pe un rând

placa superioara

șuruburi de fixare

știfturi

axele numerice X și Y asamblate

Fig.3.10 Asamblare axa X și Y

Asamblarea celor 2 axe s-a realizat prin suprapunerea axei Y perpendicular pe axa X centrând-o cu 2 știfturi și fixând-o cu 4 șuruburi.

Axele numerice sunt acționate de cele 2 motoare pas cu pas.

Fig.3.11 Motor pas cu pas

ansamblul format din masa mașinii și cele 2 axe numerice acționate de motoarele pas cu pas

Fig.3.12 Ansamblul final al standului experimental

Fig.3.13 Desenul de ansamblu 2D

desen de execuție

Fig.3.14 Desen de execuție al plăcii de bază a axei

3.4 Comanda și controlul sistemului

Echipamentul CNC S_6 este un echipament de tip CNC specializat pentru mașini de debitare termică (plasmă, oxigaz) acționate cu motoare pas cu pas.

Se poate face controlul a 2 axe,a treia axă putând să se comande manual,sau prin implementarea unui alt sistem cu motor electric.

Comanda acționării electrice:

manuală

sistem joystick sau butoane;

comandă clasică panou operator;

regim cnc interpolare liniară 2D

2 axe simultan , axa Z manual /urmărire automată distanța brenner- tablă;

axa Y în consolă sau cu motoare sincronizate la ambele capete;

Ansamblul sistemelor ce compun acționarea este format din module mecanice, electronice și de programare.

Unitate comandă Tastatura Conector

Buton Z+

Buton Z-

Comandă manuală

încalzire (M8/M9)

Comandă manuală

tăiere (P10/P11)

Reglare avans

(0-120%)

Fixare mecanică Comandă manuală X+ Y- Y+ X-

Fig.3.15 Panou de comandă

Atmega128

Comunicație serială

(RS232)

Comandă CNC

încălzire (M8/M9)

Comandă CNC

tăiere(P10/P11)

Alimentare +5V/0.5A

Comenzi manuale Afișaj Tastatura Comandă motoare

(X, Y, +/-X, +/-Y, RESET) (LED) (Mx, My)

Fig.3.16 Unitate centrală CNC S_6

Adaptări mecanice / cuplaje motoare

subansamblele mecanice ce fixează motoarele de corpul mașinii sunt executate din metal, fixate prin șuruburi și permit reglarea poziției motorului pentru un cuplaj corect

motoarele sunt cuplate prin cuplaje la mecanismul șurub – piuliță

motoare pas cu pas 0.3-20Nm; 4 faze; 1.8grade/pas

Ansamblu electronic:

modul GENERAL NUMERIC GN060-modul de comandă motoare, consola, memorie program cnc – 512k

convertizoare de frecvență comanda motoare pas cu pas x;y-comanda motoare pas cu pas în regim de micropășire 0.18/0.9 grade/pas

modul adaptare joystick/butoane x;y,z, comenzi manuale-reglaj accelerații/deccelerații,viteza motoare în regim manual

surse +5V/1A,+12V/2A – alimentare control, consola,ventilație-24V/10A – alimentare motoare X.Y,YY; 12V/8A alimentare motor Z

consola afișaj cristale lichide comanda butoane -ansamblu mobil

ansamblu senzori magnetici cu confirmare – led

ansamblu cablaj – motoare, senzori magnetici, comunicație, alimentare

ansamblu conectică.

Fig.3.17 Componentele electrice ale CNC S_6

3.4.1 Operare CNC S_6

Fig.3.18 Panoul de comandă

Afișaj grafic 128*240 puncte (64*114mm)

Tastatură alfanumerică (24 taste + RESET + LED control)

Taste selecție opțiuni ( I, J, K, Z )

Tasta validare sau revenire în meniul precedent (<<<, Z )

Comanda manuală

+/- X, +/- Y, +/- Z

Avans (0 – 120%)

Urmărire /încalzire(M8/9), tăiere(P10/11)

Plasmă/oxigaz

Lovire tablă (plasmă)

Inălțime tăiere (plasmă)

Afișajul grafic și tastele ce permit defilarea prin meniuri predefinite ușurează învățarea și utilizarea corectă a echipamentului CNC.

Afișajul are câmpuri alocate pentru :

Tip echipament și versiune soft

Stare curentă (RESET, MANUAL, CNC, RUN, Recepție,Transmisie …)

Cota X, Y (mm); Avans de lucru F(mm/min)(poate lipsi în regimuri de lucru în

care prezența cotei e nerelevantă – grafică, editare, transfer date…)

Program current (activ)

Fraza curentă

Fraza următoare

Parametrii program (G40/41/42, G90/91, G1/64, M8/9, P10/11)

Sens parcurgere traiectorie (înainte >>>, înapoi<<<)

Anulare opriri programate (funcția G4)

Nume programe (listă, recepție, defilare nume programe)

Zona editare

Zona text (parametrii, help)

Zona ATENȚIE/EROARE penultima linie cu text afișat cu albastru pe fond alb.

Selecția regimurilor de lucru se face cu tastele corespunzătoare din linia de jos a afișajului (I, J, K, Z)tasta Z (<<<) are și rol de validare sau de întoarcere în meniul precedent.

Varianta V3.0 are comenzi speciale pentru configurare mod de lucru, opțiuni de afișare la compilare programe(verificare), afișare serie CNC.

Ledul verde de lânga tasta RESET avertizează operatorul asupra unor regimuri de lucru interne sau transferuri de date;ledul rosu – eroare sau secvență aprindere plasmă.

Acționarea unei taste care nu are relevanță în modul curent de lucru este neglijată nu generează eroare (operatorul nu poate alege parametrii incompatibili).

Numele unui program este o secventă de caractere (20, sau 40 funcție de regimul de afișare) care începe obligatoriu cu semnul <%>.

Programul activ este programul curent cu care se operează la un moment dat (verificare, run, grafică, transfer, editare, ștergere…)

Regim RESET

Permite apelarea regimurilor

MANUAL, CNC, EDIT, Rx_Tx

Starea inițială a echipamentului CNC_S6

La punerea sub tensiune a echipamentului

La revenire din cele 4 submeniuri

Dupa acționare buton RESET

Inițializează cota X=0, Y=0

Oprește orice altă stare (transfer date, mișcare în program CNC, editare)

Comenzile de deplasare pe axe și butonul AVANS sunt active (X,Y,Z, inversare sens deplasare X,Y și inversare axe X, Y)

Comanda gazelor (încalzire M8/9, tăiere P10/11) sunt trecute în regim MANUAL

Există un program activ selectat (nu este afișat în acest regim)

RESET este singura stare care permite configurarea echipamentului pentru regim de test, regim normal, reconfigurare. Tastele de configurare (sunt listate în regimul HELP) generează ATENȚIONĂRI în penultima linie a afișajului timp de 2 secunde.

Tasta 1 – afișsare variabile TEST și serie echipament

Tasta 2 – nu se afișează frazele la compilare

Tasta 3 – Pentru funcțiile G2 și G3 coordonatele I și J sunt absolute la G90

Tasta 4-9 – selecție parametrii de tăiere funcție de gaz

Tasta M – rotație și execuție la scara

Tasta F – Selectie Avans si Kerf

Tasta Del – revenire în regim CNC fără configurare (starea după RESET)

Fig.3.19 Afișaj display comanda reset

Regim MANUAL

Permite apelarea regimurilor

Set_cota, Parametrii, Help

Comenzile de deplasare pe axe și butonul AVANS sunt active (X,Y,Z, sens X,Y și inversare axe X, Y)

Comenzile de activare gaze (încalzire M8/9, tăiere P10/11) sunt active

Fig.3.20 Afișaj display comanda manual

Set_cota

inițializare cotă pentru poziția curentă

Echipamentul asteaptă introducerea cotei dorite pentru axa X, apoi după validare (semnul <<< deasupra tastei Z) pentru axa Y

Valorile sunt trunchiate (0 .1mm) pentru compatibilitate cu pasul minim al mașinii (aprox 0.05mm)

Fig.3.21 Afișaj display set_cota

Parametrii

Parametrii CNC sunt specifici implementarii și diferă în functie de echiparea mecanică a mașinii și se stabilesc la punerea în funcțiune .

Fig.3.22 Afișaj display parametrii CNC

Regim EDIT

Permite apelarea regimurilor

Dir_sel, Șterge, Listare

Comenzile de deplasare pe axe și butonul AVANS sunt active (X,Y,Z, inversare sens X,Y și inversare axe X,Y)

Comenzile de activare gaze (încalzire M8/9, tăiere P10/11) sunt active

Afișează programul activ

Selecția, editarea sau ștergerea operează asupra programului activ și în regimul RUN va genera o verificare obligatorie.

Fig.3.23 Afișaj display comanda editare

Regim CNC

Permite apelarea regimurilor

Run, Verificare, Grafica

Comenzile de deplasare manuală sunt nu sunt blocate în regimul de Verificare și cel Grafic chiar dacă cota XY nu este afișată în aceste regimuri aceste comenzi devin inactive în regimul Run

Afișează programul activ

Fig.3.24 Afișaj display regim CNC

Regim Verificare

Analiza sintactică și geometrică a programului activ

Afișează erorile detectate și fraza în care acestea apar; semnificația acestor erori este specificată în secțiunea Sintaxa program

“Conversie OK” afișat pentru 2 secunde la sfârsitul verificării semnalează un program corect gata de lucru cu fișier grafic atașat

Afișează fraza curentă în timpul verificării (sau palpâie LED-ul de pe panou în funcție de configurarea echipamentului în starea RESET)

Verificarea este obligatorie după schimbarea programului activ în regimul Edit sau Rx_Tx / tx_prog(J / M) și devine activă dacă se încearca intrarea în Run sau Grafică fără o Verificare prealabilă

Selecția grosimii ,kerf, rotație, scara se poate face doar dacă funcțiile respective (taste F,M) au fost configurate în regimul MANUAL

Parametrii introduși în afara gamei permisă se iau implicit 0 (respectiv 1 pentru scară)

Daca grosime tablei = 0 vitza de lucru este cea programată , daca este în gama 1-99 mm viteza este cea corespunzătoare gazului (tasta 4-9 configurate în regimul MANUAL )

Fig.3.25 Afișaj display comanda verificare

Regim Grafică

Afișare grafică program activ și informații tehnologice

Afișare

Desen la scară a piesei  și marcare cu <*> a pozițiilor de oprire pentru străpungere – funcția G4

Deplasări maxime față de un punct de start program a (Xmin/Xmax, Ymin/Ymax)

Cote de gabarit piesă

Timp de lucru (inclusiv opriri de străpungere la avans 100%) calculat în regimul de verificare ;Dupa RESET se afișează <Timp de lucru 0 min ,Tabla 0,Kerf 0 unghi 0> pentru a avertiza ca verificarea a fost urmată de o comandă RESET (oprire CNC sau acționare buton) fără o Verificare .

Fig.3.26 Afișaj display comanda grafică

Regim Run

Execuție program activ în regim CNC

Permite apelarea comenzilor

Sens >>, G4_Start, << Sens

Afișare

Cote XY

Nume program activ (20 caractere)

Stop CNC

Fraza curentă

Fraza următoare (lipsește daca fraza curentă este arc de cerc funcțiile G2,G3)

Funcții modale G40/G41/G42 G90/G91 G1/G64 P10/P11 M8/M9

Sens parcurgere traiectorie

Continuare program după opriri programate pentru străpungere G4_Start

Fig.3.27 Afișaj display comanda verificare

3.4.2 Funcțiile CNC S_6

Sistemul de coordonate:

Sistem de coordonate cartezian, rectangular, de sens direct

G02 sens orar

G03 sens trigonometric

Origine sistem – ZERO PIESĂ- în varful sculei cu posibilități de translație 3D soft

Generalități:

Echipamentul în varianta V3.0 recunoaște și execută următoarele funcții de bază și auxiliare :

funcții M: M2,M8,M9

funcții G:G0, G1, G2, G3, G4, G32, G36, G40,G41,G42.G54, G64, G90, G91

comenzi P:P10,P11

Funcțiile M

M2 stop program dacă programul se termină cu M2 funcțiile se inițializează și programul se poate relua de la linia 1 cu o unică apasare a butonului de comandă. Dacă programul se termină fără M2 sau fără <!> echipamentul poate genera erori necontrolate sau se blochează.

M8 comandă electrovalva pentru gaz și oxigen de încălzire (+ aprindere)

-la inițializare OFF

-dezactivată de M9,M2

M9 oprește electrovalva pentru gaz și oxigen de încălzire

la inițializare ON

Functii G

G0 avans rapid – activ în fraza curentă ; parametru specific mașinii

G1 interpolare liniară 3D cu accelerare/decelerare la fiecare frază fără corecții cu avans programat

la inițializare activată

dezactivată de G64

nu este activă la execuția arcelor de cerc (G2,G3)

G2 interpolare circulară sens anti-trigonometric

coordonatele X,Y,Z sunt coordonatele punctului final al arcului de cerc I,J,K sunt coordonatele centrului cercului

dacă una din coordonatele punctului final lipsește din frază este considerată egală cu coordonata corespunzătoare a punctului curent

dacă una din coordonatele centrului lipsește din frază este considerată egală cu cordonata punctului inițial corespunzător

distanța dintre punctul curent și centrul arcului va fi egală cu distanța dintrepunctul final și același centru (raza) – abatere acceptată este de 0.02mm

între punctul curent și punctul final distanța > 0.04mm

coarda arcului minim > raza/20 mm raza minimă>pas increment

raza maximă < 5.000mm (variante la cerere)

activă doar în fraza curentă

Exemplu:n10 x10 y10

n11 g2 x20 y20 I15 j15

n12 x30

Fig.3.28 G3 interpolare circulară sens trigonometric

Exemplu:n10 y10

n11 g3 x20 y20 I15 j15

n12 x30

Fig.3.29 G3 interpolare circulară sens anti-trigonometric

3.4.3 Format program

La generarea programului acesta va avea forma :

linia 1 % nume – 15 caractere alfanumerice

linia 2 program piesă

linia 3 program piesă

…………

linia n-1 M2

linia n !

Sunt obligatorii semnele <%> ,<M2> și <!> pentru începutul și sfârșitul programului.

Sintaxa

sunt utilizate F, G, M, X, Y, Z, I, J, K, P, comentarii

nu sunt utilizate S-turație, T-sculă

nu sunt obligatorii majuscule;

în fraza curentă tot ce apare după [; si <] este ignorat fiind considerat comentariu

sunt acceptate toate caracterele alfanumerice cu excepția :

<*>caracter rezervat;

<%>, <!> caractere cu destinație specială

</> la începutul frazei determină nexecutarea acesteia

– F,G,M,P-întreg, X,Y,Z,I,J,K – real

increment 0.001-0.06mm șurub-piuliță

nu e necesar numar frază

frazele separate de <cr>,<lf>

caracterele sau funcțiile nedefinite sunt ignorate fără semnalare

implicit executate la inceputul programului G1, G90, M5, M9, P*0

funcțiile M2, G2,G3, G4, G32, G36, G54, P** acționează doar în fraza

curentă înainte de execuția acesteia

funcțiile M3, M4, M5, M8, M9, G1, G90, G91, G64, P** se execută de

la fraza curentă până la fraza cu funcția complementară

funcția M2 anulează funcțiile M3, M4, M8, G54, G64, G91, P*1

numărul maxim de fraze aproximativ 30.000

Generare program

Programele pot fi editate în orice mediu de programare dar pot fi și transferate în CNC

numai cu programul livrat odată cu mașina.

Programul conține parametrii specifici mașinii :

pas șurub/cremalieră

avansuri maxime

In timpul editării sunt accesibile meniurile care explicitează sintaxa afișează parametrii

reamintesc funcțiile G,M,P, permit simularea și post-procesare 2D.

Daca se dorește concatenarea mai multor programe ( în limita a 512K memorie) aceasta operație este permisă cu orice tip de editor.

Exemplu :

Dreptunghi 100*110mm cu decupare circulară r25mm, cu centru în punctul(50,60)

(interiorul iese mai mare și exteriorul mai mic cu aprox 2mm – Kerful = lățime taietură)

Intrare 5mm în exteriorul piesei pe axa X,Y

Fig.3.30 Model piesă

%P23-123R ;după <%> nume program

N1 G91 F1500 ;programare relativă, avans în mm/min

N2 G00 X70 Y65 ;deplasare din (0,0) în (70,65) cu avans rapid

N3 G4 I0 ; G4 oprire, I1-I255 (oprire 1-255 secunde);I0 oprire până la apăsare buton <J>

G4_Start ;Oprire pentru încalzire tablă; la apasare buton J, se dă oxigen tăiere

(P11) și mișcare XY din frazele următoare (X10 în acest exemplu)

P11 ; pornire oxigen tăiere(dă electrovalva oxigen tăiere)

N4 X10 ; deplasare X10mm ,punct(80,65) cu avans de lucru

N5 G2 I-25 ; cerc complet cu centru la x-25mm față de punctul de start

N6 P10 ; se oprește tăierea (oxigenul de tăiere)

N7 G4I1 ; oprire 1 secundă – după oprirea tăierii urmează un avans rapid în punctul următor de străpungere ; așteptăm 1 secunda (G4I1) altfel pot apare ciupituri – se poate renunța la această oprire printr-o programare optima a traseului de debitare

N8 G00 X-80 Y-65 ; deplasare în punctul (0,0) cu avans rapid

N9 G4 I20 ; oprire 20 secunde sau până la apasare buton (încalzire înainte de străpungere)

P11 ; pornire tăiere

N10 X5 Y5 ; deplasare X5, Y5

N11 X100 ;deplasare X100

N12 Y90 ;deplasare Y90

N13 G3 X-20 Y20 I-20 J0 ;arc de cerc până în punctul X-20Y20 cu centru în (-20,0)

N14 X-65 ;deplasare X-65

N15 G2 X-15 Y-15 I-15 J0 ;arc de cerc până în punctul X-15Y-15 cu centru în (-15,0)

N16 Y-95 ;deplasare Y-95

M2 ; la M2 = “stop program” se execută automat P10 – stop tăiere

! ; sfârșit program

4.Concluzii

Concluzionând asupra elementelor aduse în discuție în prezenta lucrare, se constată faptul că se poate obține prin îmbinarea unei unități de acționare electrică prin intermediul motoarelor pas cu pas cu o construcție simplă și a unor elemente de acționare și comandă, prin intermediul cărora sunt controlate mișcările axelor.

Lucrarea sub forma de stand experimental este utilă pregătirii activităților didactice prin aceea că modul în care este realizat permite introducerea unor programe-piesă și realizarea unor mișcari comandate de echipamentul de comandă numerică CNC S_6.

Aplicațiile au caracter didactic, pot fi explicate pas cu pas pornind de la schema lanțului cinematic de avans la configurația hardware și programul aplicație.

Studiul teoretic precum și standul experimental vor putea fi utilizate în desfășurarea de lucrări de laborator la mașini unelte cu comandă numerică.

Bibiografie

Bojan, I., Sisteme flexibile de productie,Editura Dacia,Cluj Napoca,1999.

Fetche, V.,Mașini unelte cu comandă numerică., Editura ULB Sibiu,2006.

Fetche, V.,Telea, D.,Bârsan, I.,Breaz, Pîslă, A.,Mașini-unelte cu comandă numerică.Elemente constructive și de proiectare,Editura Universității”Lucian Blaga”din Sibiu,1998.

Fetche, V., Breaz, R., Telea, D.,Programarea mașiniilor unelte cu comandă numerică-Aplicații,Editura Universității”Lucian Blaga”1997.

Minciu, C., Predincea, N.,Mașini unelte cu comandă numerică. ,Editura Tehnică București, 1985.

Popp, I., Telea, D.,Exploatarea mașiniilor unelte cu comandă numerică,Editura ULB Sibiu 2001.

Racz, G.,Proiectarea mașiniilor și utilajelor Editura ULB Sibiu 2007.Sibiu 2007.

Telea, D., Fetche, V., Bârsan, I., Mașini unelte-organologie și cinematică,Editura Universității”Lucian Blaga”din Sibiu,1997.

Telea, D.,Mașini,roboți și sisteme flexibile de producție,Editura Universității”Lucian Blaga”din Sibiu 2011

http://web.ulbsibiu.ro/laurean.bogdan/html/MPP_Constructie_Functionare.

http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/BSM/BSM/capitol5.

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

Opis

Lucrarea conține:

Partea scrisă:

62 de pagini format A4

3 tabele

44 de figuri

Partea grafică:

Formate A0: 1

Formate A1: 2