Tehnologii Cad Cam Utilizate In Prelucrarea Automata pe Strung C.n.c

TEHNOLOGII CAD-CAM UTILIZATE ÎN PRELUCRAREA AUTOMATĂ PE STRUNG CNC, A UNEI COMPONENTE DIN ANSAMBLUL MOTORULUI ELECTRIC

Introducere

Automatizarea este o tehnică complementară indispensabilă în toate domeniile tehnicii. Apariția automatizărilor industriale, liniile de producție au atins adevăratul lor potențial. Automatizarea reprezintă o ramură a tehnicii, al cărei scop este ca mașinile și instalațiile să lucreze automat, deci independente de intervenția factorului uman. Cu cât acest obiectiv este mai bine îndeplinit, cu atât este mai ridicat gradul de automatizare. În instalațiile automatizate operatorul uman preia sarcini de supraveghere, de aprovizionare cu materii prime, de transport a produselor finite și de mentenanță. Evoluția tehnologiilor informatice a condus la creșterea vitezei microprocesoarelor si a memoriei folosite de calculatoare .Într-o cadrul unei instalații automatizate, operatorul vizualizează funcționarea mașinii de care este responsabil, prin intermediul unui sistem denumit “interfață om-mașină”.

Mașinile-unelte au rolul de a modifica forma și dimensiunile unor corpuri, în anumite condiții de productivitate, precizie dimensională și calitate a suprafeței prelucrate.

În momentul de față, dezvoltarea și perfecționarea tehnologiilor de modelare, simulare si prelucrare au un rol deosebit de important in cadrul mașinilor-unelte, reprezentând o metodă economică de realizare a pieselor cu precizie dimensională ridicată.

În ziua de azi prelucrarea cu mașini-unelte este una din cele mai importante activități pentru susținerea și dezvoltarea industrială. Dintre industriile beneficiare ale produselor executate cu aceste mașini-unelte, cea mai importantă este industrial constructoare de mașini. Industria auto, aeriană și navală, utilizează motoare care au în compunere piese mecanice prelucrate foarte precis. Componentele hidraulice și pneumatice, motoarele electrice, echipamentele mecanice din liniile de producție automatizate iar în domeniul casnic: mașinile de cusut și de spălat, toate acestea și multe altele sunt construite cu piese prelucrate cu ajutorul unei mașini-unelte.

Mașini-unelte CNC

istoric

Controlul numeric, a apărut înainte de inventarea microprocesoarelor utilizate în computerele actuale. Un mare impuls pentru dezvoltarea acestuia a fost dat de US Air Force, care dispunea de suficiente resurse financiare pentru stimularea cercetării. US Air Force avea nevoie de îmbunătățiri în construcția avioanelor cu motoare cu reacție. Datorită vitezelor mari de zbor ale acestora, structura mecanică și geometria trebuiau îmbunătățite. Acest lucru cerea prelucrări mecanice complexe la un preț de cost foarte mare.

În 1952, Massachusetts Institute of Technology a construit și prezentat prima mașină cu comandă numerică ce avea posibilitatea să controleze mișcarea unei freze pentru prelucrarea de suprafețe complexe. Finanțarea construcției și cercetării a fost făcută de US Air Force. Mașina a avut succes și în 1955, la târgul National Machine Tool Show, au apărut spre comercializare mașini cu comenzi numerice.

Prima generație de mașini CNC foloseau lămpi electronice cu vacuum care produceau multă căldură și ocupau un spațiu destul de mare. Mașinile nu erau prea fiabile. La a doua generație tuburile electronice au fost înlocuite de tranzistori, ceea ce a condus la o încălzire mai mică și o fiabilitate mai mare a etajului de control. De asemenea controller-ul ocupa un spațiu mai mic.

Prima și a doua generație de mașini-unelte nu aveau memorie de stocare a programelor. Instrucțiunile erau stocate pe bandă de hărtie perforată și erau transmise mașinilor una câte una. Mașina primea o instrucțiune, o executa și apoi cerea următoarea instrucțiune.

La a treia generație s-au folosit circuite integrate și modulare și s-a introdus memoria de stocare a programelor. Memoriile au fost la început magnetice, cu role de bandă magnetică, iar apoi electronice, cu circuite integrate.

Pe măsură ce tehnologia a evoluat s-au introdus și folosit plăci imprimate cu circuite electronice. Acestea erau proiectate pentru executarea unui program fix (pre-programate). Se foloseau la execuția anumitor acțiuni uzuale și comune: găurire, frezare, rectificare etc. Plăcile se introduceau în sloturi speciale și când nu mai era nevoie de ele se înlocuiau. Se mai numeau și canned cycles (programe la conservă).

Astăzi se poate vorbi de o a patra generație de mașini cu comandă numerică în care controller-ul mașinii are la bază tehnologia microprocesoarelor și a calculatoarelor actuale.Formele noi de programare și conducere cu calculatorul, a mașinii unelte cu comandă numerică cu calculatorul folosesc minicalculatoare integrate în echipamentul mașinii.

Primul pas în computerizare a fost făcut datorită introducerii mașinilor cu comandă numerică care permiteau ca datele programului piesă, memorate pe purtători adecvați (banda perforată, banda magnetică) sub formă de date numerice codificate (în cod ISO, ELA etc.), împreună cu informațiile de reacție provenite de la traductoarele mașinii să fie decodificate și prelucrate numeric de către un system de comandă, ce emitea ulterior comenzii către elementele de execuție. Datorită prețului ridicat al comenzii numerice (C.N.), complexității hardware-ului, fiabilității scăzute și gabaritului mare al calculatoarelor din prima generație, s-a produs un nou sistem de comandă prin calculator a mașinilor-unelte, mai performant și la un preț mai scăzut, numit sistemul C.N.C. (Computerized Numerical Control sau comandă numerică cu calculatorul), destinat conducerii unei singure mașini-unelte sau mai multor mașini identice, pe care se execută aceleași operații, particularitatea sa constituind-o integrarea în echipamentul mașinii a unui microcalculator cu programare liberă. Funcțiile acestuia erau multiple, pornind de la citirea, memorarea, verificarea și editarea programelor piesă, supravegherea și comanda poziției sculei, afișarea poziției organelor mobile ale mașinii, ajungând la modificări ale sistemului de referință, interpolări pe mai multe axe (liniară, circulară, parabolică), comandă adaptivă și rulare de programe de test și diagnoză.

Utilizarea în arhitectura echipamentelor de comandă numerică specifice mașinilor-unelte a minicalculatoarelor, circuitelor integrate și în prezent a microprocesoarelor cu un grad de integrare pe scară largă a permis regândirea funcțiilor echipamentelor, modularizarea sistemelor de comandă și reducerea ciclurilor de elaborare a programelor, prin înlocuirea parțială sau totală a logicii cablate (cu suport fizic, relee, circuite tranzistorizate) cu logica programată (software). Cu toate acestea, cerințele crescânde ale proceselor de așchiere, concretizate în restricții deosebite de timp, necesitatea creării unor funcții de comandă, sporirea numărului de axe controlate pe mașina-unealtă, facilitățile îmbunătățite de programare, diversificarea condițiilor de exploatare în medii industriale, nu au putut fi satisfăcute integral decât în momentul în care procesarea serie, specifică arhitecturilor monoprocesor, a fost înlocuită de procesarea paralelă a datelor, obținută prin dezvoltarea de tip multiprocesor. Astfel, s-a oferit echipamentelor de comandă un grad ridicat de adaptare și disponibilitate, indispensabile integrării lor în structura sistemelor flexibile.

Calculatorul a reușit să facă, în domeniul tehnologiilor de fabricație, trecerea de la mașina-unealtă tradițională la mașina informatizată, capabilă să acționeze inteligent.

Descriere

Un strung CNC utilizează matematica și diferite sisteme de coordonate pentru procesarea informațiilor primite, în urma cărora determină procesul de prelucrare al unei piese.

Precizia și rigurozitatea mișcării sunt două funcții importante ale mașinii CNC. Majoritatea mașinilor au cel puțin două direcții de mișcare în timpul unui proces, numite axe. Axele asigură mișcarea și poziționarea cât mai precise intr-un anumit interval de deplasare.

Mișcările mașinii trebuie să conducă o anumită sculă de prelucrare:

– pe un anumit traseu;

– cu o viteză precisă de rotație a arborelui;

– cu o viteză precisă de înaintare a sculei.

Datorită progresului tehnologic, pentru controlul mișcărilor liniare și de rotație ale strungului automat, manivelele și discurile au fost înlocuite de servomotoare controlate de computer și ghidate de un program stocat în memoria mașinii.

Comanda mașinilor-unelte CNC se realizează prin intermediul motoarelor electrice pas-cu-pas. La motoarele pas-cu-pas, pe stator există două, patru sau cinci înfășurări (bobine) distincte. Rotorul este alcătuit din magneți permanenți. Când o bobină este alimentată electric, rotorul se aliniază în direcție perpendiculară pe aceasta, polul nord al magnetului permanent fiind orientat către polul sud al electromagnetului (bobină parcursă de curent într-un anumit sens). La un impuls provenit de la controller se comută curentul prin altă bobină a statorului, determinând astfel deplasarea rotorului cu un pas. La unele motoare, o rotație completă a rotorului se realizează în 500 de pași, adică de impulsuri.

Controller-ul este capabil să genereze impulsuri cu frecvențe maxime de ordinul kilo-herților. Deoarece fiecare impuls este contorizat, controller-ul știe în permanență unde se află axa. Nu există posibilitatea de a verifica dacă motorul execută întradevăr un pas la fiecare impuls. În general nu se “pierd” pași decât dacă axa se blochează din cauze accidentale sau de avarie (coliziune). Precizia unui sistem cu motor pas-cu-pas și axă cu șurub poate atinge 0,01 mm – precizia unui pas. Cu reglare (sistem în buclă închisă) se poate obține o precizie cu un ordin de mărime mai mare, 0,001 mm. Sistemele de poziționare cu motoare pas-cu-pas se folosesc îndeosebi la construcția mașinilor CNC de mărime mică. Sunt simple și mai ieftin de întreținut.

Reglarea mașinilor-unelte CNC are la bază servomotoare de curent continuu (sau de curent alternativ) și un traductor de deplasare (sau de rotație). Traductoarele de deplasare sunt montate pe axul motorului, acestea transformă poziția unghiulară într-un semnal electric, care este transmis la controller. Pe traductor poate culisa un cursor care se fixează de sania mobilă a axei. Traductorul măsoară exact poziția sculei, și elimină astfel erorile datorate jocului dintre șurub și sanie (piuliță) și de asemenea erorile datorate uzurii șurubului. Poziția cursorului este convertită într-un semnal electric, transmis la controller. Primind informații de la traductoarele de poziție, controller-ul poate corecta imediat eroarea de poziționare prin comenzi către servomotoare.

O mașină CNC trebuie să fie capabilă să comunice cu ea însăși, pentru a putea opera. O unitate centrală, pentru control numeric, trimite comenzi de poziționare către motoare. Traductoarele speciale, fixate pe axele mașinii, trebuie să comunice înapoi, către unitatea centrală, faptul că motoarele au acționat corect și au mișcat axele cu distanța comandată. Abilitatea unei mașini de a mișca un punct central (scula de prelucrare) în două direcții, în același timp, permite acesteia să urmărească orice traiectorie sau suprafață din spațiul de lucru. Toate mișcările sunt mult mai rapide și mult mai precise decât cele care pot fi realizate de un operator.

Un robot industrial este tot o de mașină cu control numeric, deoarece mișcările acestuia sunt comandate asemenea mașinilor-unelte. Diferența constă în limbajul de programare utilizat. Un robot este alcătuit dintr-un braț mecanic articulat care are la capăt un dispozitiv mecanic numit end-efector cu ajutorul căruia robotul poate apuca diverse obiecte sau poate mânui diverse aparate.

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

Mișcarea de poziționare a axelor se realizează prin intermediul acționărilor electrice, hidraulice și hidraulico-pneumatice. Acționările electrice folosesc motoare electrice pas-cu-pas, motoare de curent continuu sau servomotoare.

Avantaje și dezavantaje

Utilizarea mașinii CNC în cadrul unui proces de producție cuprinde o serie de avantaje si dezavantaje.

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

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

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

Se prezintă în continuare, mai detaliat, principalele avantaje și dezavantaje ale mașinilor CNC în comparație cu mașinile-unelte clasice.

AVANTAJE

a) Flexibilitate.

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

b) Mașinile CNC pot face ceea ce o mașină-unealtă nu poate.

O mașină CNC poate face conturare în spațiu 3D (în trei dimensiuni), lucru imposibil cu o mașină-unelată clasică. Acest lucru permite inginerilor să proiecteze piese cu geometrii care erau prohibitive înainte, datorită costurilor foarte mari de fabricație.

c) Repetabilitate.

O mașină CNC va face 10, 100, 1000, sau mai multe piese exact la fel, fără abateri (cu excepția uzurii mașinii și a sculei). Un strungar nu poate executa două piese exact la fel. Probabil 10% din piese vor trebui să fie reajustate sau vor fi rebuturi. Repetabilitatea atinsă de mașinile cu comenzi numerice nu se poate compara cu cea a unui operator uman.

d) Reduce și elimină costurile aferente unei producții de stoc.

Fabicantul unui automobil trebuie să asigure clienților săi piese de rezervă pentru o perioadă de mai mulți ani de zile, chiar dacă marca respectivă de automobil nu se mai fabrică. În trecut se realizau mai multe piese și se depozitau în stocuri de rezervă. Acest lucru este neeconomic deoarece ocupă spațiu, blochează bani și materiale. În prezent, cu o mașină CNC, se poate realiza o piesă de rezervă imediat ce s-a primit comanda de la client. Se încarcă în mașină programul, se realizează una sau mai multe piese și se livrează în aceeași zi.

e) Reducerea costurilor pentru scule speciale și a timpilor de pregătire a mașinii.

Uneltele și dispozitivele cu care se fixează piesele pe mașinile-unelată clasice sunt destul de complexe și fabricarea lor (pentru o piesă nouă) poate necesita un timp de lucru însemnat. De asemenea sunt dificil de modificat. Aceasta înseamnă mulți bani și mult timp pentru a începe producția.

Mașinile CNC nu necesită foarte puțin (sau deloc) timp pentru fixarea pieselor. De obicei se folosesc dispozitive simple de prindere, de tip clește sau menghina. Din punctul de vedere al sculelor, nu este nevoie de fabricarea unor scule speciale deoarece mașina poate folosi eficient câteva tipuri de unelte pentru mai multe operații. Capacitatea de mișcare a mașinilor CNC permite acestora să parcurgă cu precizie traiectorii de tip contur, ne mai fiind nevoie de unelte speciale pentru poziționarea și ghidarea sculei tăietoare. O schimbare de ultimă oră a proiectării piesei nu necesită decât modificarea câtorva linii de program. Aceasta înseamnă pentru ingineri posibilitatea de a îmbunătăți permanent calitatea produselor prin ajustări necostisitoare în proiectarea pieselor.

f) Reducerea timpului de calificare pentru operatori.

Operatorii de pe mașinile CNC nu controlează operațiile. Ei doar încarcă și descarcă piesele din mașină, întrețin și schimbă sculele de lucru, apasă pe butoanele de pornire, oprire și poate pe butonul de Opride de Urgența dacă o sculă este foarte uzată sau s-a rupt în timpul ciclului. Aceste activități nu necesită mult timp de calificare. Dacă operatorul este motivat și inteligent, instruirea durează doar câteva săptămâni. Salariile operatorilor de mașini CNC sunt mai mici decât salariile cerute de muncitorii calificați în prelucrări prin așchiere, ce lucrează pe mașini-unelte clasice.

g) Reducerea necesarului de forță de muncă (a numărului de ore om-mașină)

O mașină CNC poate elimina mai mulți pași de procesare (treceri de la o un proces tehnologic la altul). Acolo unde, de exemplu, o bucată de tablă trebuia să fie mutată de la un post de lucru la altul, utilizând o mașină CNC se pot realiza mai multe faze tehnologice la același post de lucru, prin aceasta se elimină timpul de demontare, transport și fixare a piesei de prelucrat între două posturi de lucru. Cu alte cuvinte, un singur operator pe o mașină CNC poate face munca mai multor oameni.

Pentru a lucra corect, mașinile CNC au nevoie de operatori calificați. Dar de îndată ce informația completă pentru lucru este înregistrată în fișiere, în format electronic, tehnica de prelucrare este înglobată în mașină și nu mai depinde de factori umani. Instruirea noilor angajați are legătură mai mult cu modul de operare al mașinii CNC și cu așteptările companiei privind calitatea produselor finite. Nu toți operatorii trebuie să cunoască în detaliu tehnologiile de bază ale prelucrărilor metalice prin așchiere.

h) Creșterea calității produselor

Nici un om nu poate egala o mașină CNC în ceea ce privește precizia mișcărilor. Aceste mașini lucrează cu unități de măsură foarte mici. O mașină poate face o gaură la capătul unei mese de lucru, după care se poate muta la celălalt capăt al mesei și se întoarce la aceeași gaură pentru continuarea prelucrării cu o eroare de poziționare mai mică de 10 micrometri. În cuvinte simple, precizia unei mașini CNC este comparabilă cu a zecea parte din grosimea unui fir de par.

i) Creșterea productivității

O mașină CNC poate fi programată să lucreze piese din lemn, cu scule specifice lemnului. Un operator uman nu se poate adapta ușor la schimbări rapide de regimuri de lucru (ca de exemplu, trecerea de la un tip de material la altul) în mod repetat, pentru perioade lungi de timp. Mașinile CNC pot lucra 2 sau trei schimburi pe zi, fără oprire. Singurii factori care limitează producția cu mașini CNC sunt: alimentarea cu material și uzura sculei.

De obicei mașinile CNC erau asociate cu producția în serie mare deoarece programarea mașinii, mai ales pentru piese complexe, necesita un timp mai îndelungat. În prezent, dezvoltarea tehnologiilor de construcție a computerelor și cea a programelor software, permit programarea mai ușoară a mașinilor CNC. În fapt, abilitatea unei mașini CNC de a accepta informații matematice precise, furnizate de un software specializat, pentru a crea un nou produs, reduce costurile de exploatare prin reducerea erorilor de programare.

j) Creșterea siguranței în exploatare

O mașină CNC nu necesită poaziționarea manuală a sculei și deci nu necesită prezența operatorului lângă zona de prelucrat. Principala preocupare a operatorului este de a monitoriza activitatea mașinii și de a realiza corecții. Majoritatea mașinilor sunt prevăzute cu un buton de Oprire de Urgență pentru oprirea completă a mașinii în cazul unei erori de funcționare.

DEZAVANTAJE

a) Invesiții mari.

Prețul unei mașini CNC de dimensiuni mici este de 30 – 50 de mii de dolari și ajunge la 500.000 USD pentru o mașină CNC complexă, de dimensiuni mari. Acest lucru înseamnă că mașina cumpărată trebuie să lucreze cât mai mult timp, uneori în două sau trei schimburi, pentru a merita banii investiți. Multe firme mici nu își permit un asemenea cost, îndeosebi în timpuri când dobânzile bancare sunt mari.

b) Mașinile CNC trebuie programate.

Programatori sunt personal cu calificare înaltă, iar cei foarte buni sunt greu de găsit. Ei vor pretinde întotdeauna salarii mari. Problema costurilor cu programarea mașinii poate fi parțial rezolvată prin utilizarea de software CAM (Computer Assisted Manufacturing) dar și aceste software-uri sunt destul de scumpe.

c) Costuri mari de întreținere.

Mașinile CNC pot fi foarte complxe. Ele trebuiesc menținute în foarte bună stare fizică pentru a putea beneficia de avantajele controlului numeric. Deși controller-ul este un dispozitiv electronis și are fiabilitate mare, ocazional se poate defecta. În acest caz, reparația trebuie să fie realizată cât mai repede deoarece, s-a văzut de ce, o mașină CNC trebuie să lucreze cât mai mult. Pentru reparația mașinilor CNC este nevoie de specialiști atât în domeniul mecanic cât și în domeniu electronic. Acești specialiști vor pretinde de asemenea salarii mari.

d) Costuri mari de producție pentru serii mici.

Dacă se execută doar una sau două piese, atunci timpul și costurile cu realizarea programului pot fi mai mari decât cele obținute prin utilizarea unei mașini-unealtă clasică. Pe măsură ce complexitatea geometriilor și numărul de piese crește mașina CNC devine mai economică.

Elemente componente

O mașină CNC este alcătuită din două componente principale: (1) mașina-unealtă

propriu-zisă(strung,în cazul nostru, freză, mașină de găurit, de alezat sau mașină de tăiat cu laser etc.) și (2) unitatea centrală de procesare a datelor (controller), necesară controlului axelor mașinii. De asemenea, mai există și componente auxiliare: un computer conectat permanent la mașină pentru modelarea și simularea procesului, precum și realizarea programelor de prelucrare.

Pentru a oferi flexibilitate utilizatorilor, majoritatea producătorilor de mașini CNC vând separat mai multe accesorii necesare mașinilor unelte. Unii utilizatori pot cumpăra o mașină de la un producător și echipamentele accesorii de la alt producător. Cunoașterea accesoriilor disponibile pentru o mașină CNC este foarte importantă. Importanța anumitor accesorii este atât de mare încât existența sau nu a acestora poate însemna diferența dintre succes și eșec al unei afaceri. În cataloagele firmelor sunt prezentate accesorii standard (incluse din fabricație) și accesorii opționale (ce pot fi comandate contra cost la livrarea mașinii sau după livrare)

Exemple de accesorii standard ale mașinilor CNC:

sisteme de ungere, răcire, ventilație;

suport port-sculă și mecanisme de prindere piesă pe masa de lucru (frezare) sau în mandrina (strunjire);

scule de mână;

lampă de lucru;

diverse tipuri de scule;

accesorii de siguranță (blocaj mecanic al ușii, acoperire totală a zonei de lucru, vizieră din material transparent rezistent la impact etc.).

Exemple de accesorii opționale ale mașinilor CNC:

sisteme de verificare a dimensiunilor piesei cu senzori de contact;

sisteme cu senzori de contact pentru determinarea automată a lungimii unei noi scule;

sistem de încărcare / descărcare automată a pieselor;

evacuator de așchii;

uși automate;

scule speciale pentru materiale speciale;

funcții speciale pentru programare CNC, cum ar fi: interpolare în coordonate polare sau cilindrice, rotirea sistemului de coordonate, scalare, managementul durabilității sculei etc.

capacități mărite de stocare programe.

Programarea unei mașini cu comenzi numerice

La o comandă CNC de poziționare controller-ul transmite motorului o comandă de execuție a unui număr de rotații. Motorul antrenează un șurub cu bile care transformă mișcarea de rotație în deplasare liniară. Un traductor de la celălalt capăt al șurubului cu bile permite controlul precis al numărului de rotații realizate de motor și confirmă terminarea execuției comenzii.

1.3.1. Cum este comandată mișcarea unei axe? – Înțelegerea sistemelor de coordonate

Este foarte dificil pentru un utilizator CNC să calculeze numărul de rotații necesar pentru deplasarea unei axe pe o anumită distanță. De aceea, toate mașinile CNC permit introducerea distanțelor în unități de măsură standard sau derivate (milimetri, inch etc.). În plus, sunt acceptate mai multe sisteme de coordonate. Cel mai popular este sistemul de coordonate cartezian, dar există și aplicații în care se folosesc sistemele de coordonate polare (cilindrice).

În figura 1.9 se prezintă schița unei piese în corpul căreia trebuiesc practicate 9 găuri. Se folosește sistemul de coordonate cartezian. Pentru început trebuie stabilită originea sistemului de coordonate, punctul de zero pentru toate direcțiile de deplasare. În figură originea se află în colțul din stânga-jos.

Înainte de începerea scrierii oricărui program, programatorul unei mașini CNC trebuie să determine poziția zero, adică originea sistemului de coordonate.

Coordonatele X=1.0 și Y=1.0 sunt cele la care trebuie realizată prima gaură. Dacă programatorul dorește mișcarea sculei spre dreapta cu 1 unitate (mm, inch) trebuie să dea o comandă de poziționare la X1.0, iar pentru mișcarea sculei pe cealaltă direcție, în sus, trebuie să dea o comandă de poziționare la Y1.0. Controller-ul mașinii va calcula singur de câte rotații este nevoie pentru cele două motoare, pe fiecare axă câte unul, pentru a efectua mișcarea dorită. Calculul este transparent (nu se observă de către utilizator) și prezintă un mare avantaj pentru programatori, deoarece aceștia pot lucra cu unități de măsură cu care sunt obișnuiți.

1.3.2. Mișcări de poziționare absolute și relative

În modul de poziționare absolut, toate punctele finale de poziționare sunt raportate la originea sistemului de coordonate al mașinii, fig.1.10. Pentru începători acest mod de lucru este mai ușor de înțeles. Oricum, la toate mașinile CNC există și posibilitatea de a realiza mișcări relative. O mișcare de poziționare relativă consideră poziția de start (în care se află scula înainte de începerea mișcării) ca fiind originea fată de care trebuie realizată poziționarea. Utilizând mișcarea relativă (sau incrementală, cum se mai numește uneori) utilizatorul se poate concentra direct la mișcarea sculei din punctul în care se află, fără a mai raporta toate dimensiunile la sistemul de coordonate absolut. Programarea cu mișcări relative este foarte convenbilă uneori, dar este mai complexă și mai dificilă decât metoda poziționărilor absolute.

Cele mai utilizate trei tipuri de mișcări: G00, G01, G02

Deși o anumită mașină CNC poate avea disponibile mai multe tipuri de mișcări, există 3 comenzi pentru 3 tipuri de mișcări disponibile la aproape toate mașinile cu comenzi numerice.

Aceste mișcări au două lucruri în comun. Primul este că sunt comenzi modale, adică o dată activate rămân implicit activate pentru toate mișcările următoare, până la dezactivarea lor cu o altă comandă modală de mișcare. Al doilea lucru comun este faptul că necesită doar coordonatele punctului final de poziționare, coordonatele punctului de plecare sunt cele curente, în care se află mașina la primirea comenzii.

G00 – Mișcare rapidă (de poziționare)

Acest tip de mișcare este utilizat pentru comanda mișcării sculei cu cea mai mare viteză posibilă. Este utilizată pentru a minimiza timpii neproductivi din ciclul unei mașini. De obicei cu mișcarea G00 se poziționează uneltele la punctul de unde începe prelucrarea și de la punctul unde se termină prelucrarea, mișcarile de retragere pentru eliberarea zonei de lucru în vederea înlocuirii piesei, mișcările de evitare a unor obstacole. În general orice mișcare neproductivă trebuie să fie de tipul G00. Unele dintre mașinile actuale sunt capabile să realizeze mișcări extrem de rapide, cu viteze de până la 15 m/s (54 km/h). Operatorul trebuie să fie forte atent când verifică un nou program care are mișcări rapide. Din fericire există posibilitatea de limitare a vitezelor maxime (override) în timpul verificărilor unor noi programe.

Când se dă o comandă de mișcare rapidă trebuie specificate coordonatele punctului terminus (în modul de poziționare absolut) sau distanța de mișcare pe fiecare axă (în modul de poziționare relativ). Dacă în mișcarea rapidă sunt implicate mai multe axe, se pune întrebarea: cum se realizează mișcarea între cele două puncte? Liniar sau neliniar? Răspunsul diferă de la constructor la constructor. La unele mașini mișcarea se realizează liniar. Totuși, la majoritatea mașinilor CNC mișcarea se realizează cu viteză maximă pe fiecare axă, fără coordonare între ele. Aceasta înseamnă că o axă poate termina mișcarea înaintea celorlalte, traiectoria sculei între cele două puncte nefiind o linie dreaptă. În aceste cazuri operatorul trebuie să aibe grijă în privința traiectoriei posibile a sculei, mai ales dacă există obstacole ce trebuiesc evitate.

G01 – Mișcare în linie dreaptă

Acest tip de mișcare permite utilizatorului să comande mișcări strict liniare, așa cum s-a discutat mai înainte, în subiectul despre interpolarea liniară. În plus, pentru G01 se poate impune o viteză de avans care va fi păstrată pe toată durata mișcării. Comanda G01 este utilizată:

a) în strunjire: atunci când se execută o piesă de diametru constant sau de formă conică;

b) în frezare: atunci când se prelucrează o suprafață plană.

Metoda de impunere a vitezei de avans diferă de la o mașină la alta. În general trebuie specificată în milimetri (sau inch) pe minut. Alte mașini de frezat și găurit permit specificarea vitezei de înaintare a sculei în milimetri (sau inch) pe rotație a sculei.

Ca și la comanda G00, comanda modală G01 trebuie să includă punctul final de poziționare, fie în coordonate absolute, fie în distanțe relative fața de poziția curentă pe care o are mașina la începerea executării comenzii.

G02, G03 – Mișcări circulare

Comenzile G02 și G03 determină mișcări cu traiectorii de arc de cerc. La acest tip de mișcare se poate impune, ca și la mișcarea liniară, o viteză constantă de avans pe traiectoria curbilinie.

Pentru mișcări circulare se pot folosi două comenzi:

G02 se utilizează pentru mișcări circulare în sensul acelor de ceas;

G03 se folosește pentru mișcări în sens trigonometric (invers acelor de ceas).

Pentru a hotărî ce mișcare alegem, trebuie “văzută” mișcarea din punctul de vedere avantajos și pentru mașină. La o mașină de frezat, un criteriu de alegere poate fi dat de sensul de rotație al sculei față de sensul de mișcare pe curbă.

Comenzile de mișcare circulară necesită coordonatele punctului final și date suplimentare pentru descrierea arcului de cerc. Aceste date pot fi: raza cercului (R) sau, la mașinile mai vechi, vectorii direcționali (I, J, K) cu ajutorul cărora pot fi calculate coordonatele centrului cercului pe al cărei arc se va deplasa scula.

Procesul de producție pe CNC

Programarea unei mașini CNC se realizează prin trei metode:

Manuală- produce cele mai compacte si optimizate programe;

Asistată (meniuri cu întrebări și selecții multiple)- ușor de realizat datorită formelor de bază stocate intr-o bibliotecă de date;

Cu ajutorul unui software CAM (Computer Aided Manufacturing)- care poate fi realizat pe un computer personal și transferat direct în memoria mașinii.

Fiecare dintre aceste metode are avantaje și dezavantaje. Programarea manuală produce cele mai compacte și optimizate programe. Programarea asistată este mai ușor de realizat, chiar și de utilizatori începători, totuși ea se folosește pentru producerea de piese simple, combinate din forme de bază existente într-o bibliotecă de date.

Cu programarea CAM se pot realiza relativ repede piese foarte complexe. În schimb, un software CAM poate produce 1000 de linii de program care să fie echivalente din punct de vedere al efectului cu 4 linii de program relizat în mod manual. La utilizarea unui software CAM la generarea de programe CNC în vederea realizări unei piese mai complexe, programele pot avea dimensiuni de zeci de MB.

Programarea cu software CAM permite utilizatorului atingerea unui nivel de performanță mult mai mare decât programarea manuală. În ultimii ani acest mod de lucru a devenit destul de popular. Un sistem CAM ajută utilizatorul în trei direcții:

i) Nu mai trebuie efectuate multe calcule matematice (le face calculatorul)

ii) Permite programarea unor prelucrări de același tip cu ajutorul unui limbaj de bază

iii) Ajută utilizatorul cu funcții practice de bază pentru prelucrare

Un software CAM va genera programul în cod G și îl va transfera direct în memoria controller-ului mașinii CNC.

Sistemele CAM sunt de două tipuri:

a) cu programare în limbaj de nivel înalt: BASIC, Pascal, C etc.;

b) grafice – utilizatorul are verificare vizuală în timpul dezvoltării piesei.

1.6. Moduri de operare ale unei mașini CNC

Mașinile CNC sunt permit mai multe regimuri de funcționare. Controller-ele sunt proiectate astfel încât să permită operatorului utilizarea mașini în cel puțin trei moduri de funcționare diferite. Aceste regimuri de funcționare au utilizări practice , existența lor fiind impusă de practica industrială

1.6.1. Modul de funcționare Manual

În modul Manual mașina CNC se comportă ca o mașină-unealtă clasică. În acest mod de funcționare operatorul poate face poziționări manual (de la tastatură sau cu o manivelă), poate da comandă axelor de căutare a referințelor (punctul de zero), poate porni și opri rotația sculei sau lichidul de răcire etc. În general, în modul manual operatorul va acționa diverse butoane și meniuri pentru a realiza operațiile dorite. Orice comandă va avea răspuns imediat din partea mașinii.

1.6.2. Modul de funcționare Editare

Unele comenzi care nu se pot executa în modul Manual pot fi executate în modul Editare. Acest regim de funcționare permite operatorului să introducă date în controller-ul mașini CNC. Datele introduse pot fi de două feluri, astfel se evidențiindu-se două sub-moduri ale regimului de Editare:

Editare de programe sau modificări ale acestora (Edit Mode).

În modul de Editare, operatorul poate crea și mofdifica programe CNC. Programele sunt memorate în controller. Editarea unui program începe prin alegerea unui număr de program care se dorește a fi creat. Modificarea unui program începe prin selectarea unui număr de program existent. Orice program odată terminat poate fi setat să fie cel activ, adică cel care se va executa în la comanda de start în regim automat. Modul de Editare include și posibilitatea de a încărca programe în memoria controller-ului de la un calulator sau de pe disckete. Funcție de complexitatea mașinii, pentru editare pot fi disponibile funcții de căutare și de tipul cut-copy-paste, pentru a ajuta operatorul în realizarea mai rapidă a programelor.

Introducere de la tastatură a unor comenzi care vor fi executate (Manual Data Input – MDI).

In acest sub-mod operatorul introduce comenzile numai de la tastatură. Comanda introdusă poate fi executată de mai multe ori, fără reintroducerea ei de la tastatură.

Pe mașinile CNC de ultimă generație se folosește îndeosebi tehnica MDI pentru a realiza comenzi de acționare manuală. Folosind comenzi date de la tastatură se elimină necesitatea de utilizare a unui panou cu multe butoane și becuri. Toate informațiile se afișează pe display-ul consolei de programare. Oricum, trebuie ca operatorul să fie precaut când introduce o comandă în modul MDI deoarece comanda va fi executată fără să fie validate datele de intrare, astfel existând pericol de coliziune.

1.6.3. Modul de funcționare Automat (Program Operation Mode)

În acest regim de funcționare mașina CNC execută programe în mod automat. Este regimul de funționare normal. Programul poate fi citit din memorie sau de pe bandă magnetica. Uzual citirea se face din memoria controller-ului dar, pentru programe forte mari, se poate folosi banda magnetică.

Pornirea mașinii în mod automat se poate face:

pentru un singur ciclu de funcționare;

pentru funcționare continuă, ciclu după ciclu.

La apăsarea butonului de “Start Ciclu” se va executa un singur program, programul setat activ de către operator (în modul de editare). În timpul execuției, pe display-ul operatorului se poate vizualiza comanda care se execută în fiecare moment de timp.

Orice metodă de programare s-ar folosi, aceasta are la bază elaborarea unui regim de așchiere al mașinii. Un regim de așchiere este format din trei parametri esențiali, determinați de mișcările sculei și al semifabricatului care trebuie prelucrat:

Adâncimea de așchiere- reprezintă cantitatea de material strunjită la o trecere a cuțitului prin piesă;

Avansul- reprezintă viteza cu care scula se deplasează longitudinal sau transversal, acesta se determină în milimetri la o rotație completă a piesei;

Viteza de așchiere- reprezintă distanța parcursă de tăișul cuțitului în direcția mișcării de rotație a arborelui.

II.1. REGIMUL DE ASCHIERE.NOTIUNI DE BAZA

Regimul de așchiere este factorul principal care determina valoarea normei de lucru si reprezintă totalitatea următorilor parametrii: adâncimea, avansul si viteza de așchiere.

Parametrii regimului de lucru sunt determinați de anumite mișcări ale sculei si semifabricatului de prelucrat.

Adâncimea de așchiere se realizează prin deplasarea liniara a sculei către piesa sau invers. Aceasta deplasare de poziție reciproca a sculei si piesei de prelucrat se efectuează la începutul unei treceri, sau al unei curse de lucru după cum piesa are mișcare de rotație sau de translație.

Avansul se realizează prin așa numita mișcare de avans care poate fi realizata prin una sau mai multe mișcări. Avansul se realizează astfel:

prin deplasarea longitudinala sau transversala a cuțitului (la strunjire);

prin deplasarea longitudinala a piesei (la frezare);

prin deplasarea axiala a burghiului (la burghiere);

prin deplasarea transversala a piesei (la rabotare).

Avansul se determina după felul prelucrării. In cazul mașinilor-unelte la care mișcarea de avans este legata cinematic cu mișcarea principala, ca in cazul strungurilor, mașinilor de frezat, găurit, de rabotat, etc. mărimea avansului se determina in mm la o rotire a piesei, sau sculei, (mm/rot), la strunjire, frezare, găurire, sau in (mm/cursa dubla) la rabotare si mortezare.

Viteza principala de așchiere vp este distanta parcursa de tăișul sculei in unitate de timp in direcția muscarii principale, care poate fi de rotație (in cazul strunjirii, frezarii, rectificării) si rectilinie (in cazul rabotării si mortezării).

Viteza de așchiere principala se notează cu vp, măsurarea făcându-se in metrii pe secunda (m/s) la prelucrarea cu scule abrazive si in metrii pe minut (m/in) in cazul celorlalte scule.

Formulele pentru determinarea vitezei de așchiere se determina pe baza mișcării principale de lucru:

când mișcarea principala este de rotație:

vp = *D*n /1000 [m/min]

vp = *D*n / 1000*60 [m/sec]

unde D este diametrul piesei sau sculei, in mm iar n – numărul de rotații al piesei sau sculei pe minut este dat de formula:

n = 1000*v / *D [rot/min]

când mișcarea principala este de translație:

n = 1000*v / 2L [curse duble/min]

Forțele, momentele si puterea de așchiere. Forța de așchiere poate fi descompusa după cele trei coordonate spațiale rectangulare obținându-se:

componenta tangențiala Fz, tangenta la suprafața de prelucrat;

componenta axiala Fx, sau de avans, îndreptata in direcția avansului;

componenta radiala Fy, îndreptata după raza piesei de prelucrat.

Forța de așchiere rezultata F va fi data de suma vectoriala a celor trei componente

F = Fz2 +Fx2 +Fy2 [daN]

Momentul de torsiune si puterea de așchiere vor fi:

Mt = Fz*D / 2*1000 [daN*m]

Ne = Fz*v / 6 [W]

Ne = Fz*v / 6*1000 [kW]

unde v este dat in m/min, Fz in daN si D in mm.

DATE INITIALE NECESARE PROIECTARII

REGIMURILOR DE ASCHIERE.

Determinarea regimului de așchiere are loc după elaborarea traseului tehnologic când se cunosc următoarele date:

forma, dimensiunile, precizia si rugozitatea de suprafața a piesei finite;

forma si dimensiunile semifabricatului;

numărul, felul si succesiunea operațiilor si a fazelor de lucru;

adaosurile de prelucrare si dimensiunile intermediare ale operațiilor procesului tehnologic;

materialul si parametrii geometrici ai sculelor;

tipul mașinii-unelte si a sistemului de prindere si fixare a semifabricatului.

SUCCESIUNEA ETAPELOR LA PROIECTAREA

REGIMURILOR DE ASCHIERE:

La proiectarea regimurilor de așchiere se stabilesc următoarele etape de lucru:

alegerea mașinii-unelte;

alegerea sculei așchietoare;

determinarea adâncimii, avansului si vitezei de așchiere;

determinarea turației de lucru si recalcularea vitezei de lucru si a durabilitatii sculei;

determinarea momentului de torsiune si a puterii efective de așchiere.

Alegerea mașinii-unelte. Felul prelucrării, forma, dimensiunile, gradul de precizie si lotul de fabricație a piesei ce se prelucrează, condiționează alegerea mașinii-unelte de lucru.

Felul prelucrării mecanice determina mașina-unealta necesara. Forma si dimensiunile piesei stabilesc valoarea diferiților parametrii geometrici ai mașinii-unelte, iar gradul de precizie si lotul de fabricație determina precizia de lucru a mașinii-unelte si respectiv gradul ei de automatizare.

Alegerea mașinii-unelte se va face si pe considerentul economic, al unei prelucrări cu valoare minima a prețului de cost.

Alegerea sculei așchietoare. La stabilirea procesului tehnologic – odată cu fixarea operațiilor de prelucrare, este indicat in mod implicit si felul sculei de lucru. După stabilirea felului sculei așchietoare si cunoscându-se suprafața de prelucrat si faza de lucru (finisare, semifinisare sau degroșare) se alege scula din acest punct de vedere, cu geometria optima corespunzătoare. După natura materialului prelucrat, după proprietatile lui fizico-mecanice si după regimul de lucru adoptat, se alege materialul sculei așchietoare.

In cazul când prelucrarea unei suprafețe se poate efectua prin mai multe variante ale aceleiași operații, variante ce impun utilizarea de scule diferite, atunci alegerea sculei se face pe baza unui calcul al economicitatii comparate pentru cele doua variante de prelucrare.

Determinarea parametrilor regimului de așchiere.

Adâncimea de așchiere are cea mai mica influenta asupra durabilitatii, iar viteza are cea mai mare influenta.

Adâncimea de așchiere se ia la valoarea maxima admisa de rezistenta sculei așchietoare.

De obicei, cum adaosurile de prelucrare sunt mici in cazul metodelor moderne de semifabricare, adâncimea de așchiere se alege astfel încât acestea sa fie îndepărtate printr-o singura trecere.

Avansul are o influenta mica asupra durabilitatii sculei si actioneaza pozitiv asupra eliminării vibrațiilor ce apar in procesul de așchiere. De aceea, la degroșare se recomanda stabilirea avansului maxim admis de factorii ce-l limitează, dintre care cei mai importanți sunt: rezistenta sculei, rigiditatea sistemului tehnologic, precizia si calitatea suprafeței prelucrate.

La degroșare valoarea avansului este limitata de primii doi factori iar la finisare de precizia si calitatea suprafeței prelucrate. Metoda determinării avansului consta in următoarele:

la degroșare se alege avansul in funcție de rezistenta sculei si de rigiditatea sistemului

tehnologic iar valoarea adoptata se verifica la rezistenta mecanismului mașinii-unelte si precizia suprafeței;

in cazul prelucrării de finisare avansul se alege in funcție de calitatea suprafeței,

verificându-se apoi in funcție de precizie, rezistente sculei si a mecanismului de avans si de rigiditatea sistemului tehnologic.

Determinarea vitezei de așchiere. După alegerea adâncimii si avansului de așchiere si cunoscându-se durabilitatea sculei, viteza de așchiere se determina cu formula:

vp = Cv [m/min]

Tm*txv*syv

care, in cazul unei durabilitati constante, are forma:

CvT

vp = [m/min]

txv*syv

in care CV si CvT sunt coeficienții ce depind de materialul care se prelucrează si de cel al sculei.

Viteza de așchiere mai depinde, in afara de factorii menționați mai înainte si de: geometria sculei așchietoare, de starea suprafeței si a stratului superficial al semifabricatului si de lichidul de ungere.

Determinarea puterii efective si a turației de lucru. După alegerea din normative a vitezei de lucru, se determina turația piesei de prelucrat pentru realizarea acestei viteze, folosindu-se formulele corespunzătoare mașinilor-unelte utilizate (vezi pag. 10).

Puterea efectiva necesara regimului ales se determina cu formulele corespunzătoare. In cazul strunjirii:

Fz*vkFz

Ne = [kW]

6*103*

unde este randamentul total al mașinii-unelte.

Verificarea regimului de lucru, determinat după normative, cu caracteristicile constructive si funcționale ale mașinii-unelte utilizate. La verificare se vor urmări următoarele:

daca gama de turații si de avansuri ale mașinii-unelte cuprinde valorile adoptate pe baza de normative;

daca rezistentele mecanismului de avans permit utilizarea regimului de lucru ales;

daca rezistenta mecanismului miscarii principale si puterea de acționare a mașinii-unelte este satisfăcătoare.

Stabilirea regimului de așchiere, pe lângă cei trei parametri enunțați mai sus, mai include și alți factori:

forma și dimensiunile semifabricatului;

materialul semifabricatului;

numărul și ordinea operațiilor ;

forma, dimensiunile și rugozitatea piesei finite;

tipul mașinii-unelte și a sistemului de prindere al semifabricatului.

Tehnologii CAD-CAM

1.3. SCURT ISTORIC AL DEZVOLTĂRII CAD/CAM

Apariția și dezvoltarea proiectării și fabricației asistate de calculator își are originea în introducerea sistemelor automate de monitorizare și control al proceselor de producție. Din punct de vedere istoric, câteva evenimente remarcabile sunt citate de unii autori cu referire la apariția primelor tehnologii automate. Astfel, se pretinde că, moara mecanică pentru făină, a cărei licență aparținea lui Oliver Evans din Philadelphia în 1795, a fost prima fabrică automată din lume. Aceasta făcea parte din categoria fabricilor cu producție în flux continuu. În secolul 20, evoluția automatizării producției, începând cu linia lui Ford, include o serie de etape importante.

În 1909 apare linia de producție a lui Ford, care a dovedit practic posibilitatea automatizării producției, pe baza conceptului de diviziune a muncii, și a deschis calea către producția de masă.

În 1923 a fost introdus, la fabrica Morris Engine din Anglia, primul echipament de transfer, cu rol de indexare a pieselor de-a lungul liniei de fabricație care a dus la mecanizarea completă a producției blocului motor.

În anul 1952 apar primele aplicații ale controlului numeric (NC). Operațiile tehnologice sunt realizate prin control numeric, comenzile necesare fiind introduse cu ajutorul benzilor perforate.

Primul robot UNIMATE, bazat pe principiile controlului numeric, a fost lansat în anul 1960.

Între anii 1970-1972, în Japonia, se implementează controlul mai multor mașini-unelte cu ajutorul unui singur calculator. Acest pas deschide calea conceptului controlului numeric direct (DNC) și al controlului numeric asistat de calculator (CNC).

Anii '80 aparțin celulelor de fabricație. Determinarea familiilor de piese care pot fi prelucrate cu un subset de echipamente disponibile în atelierul de prelucrare se realizează prin așa-numitele tehnologii de grup. În cadrul acestor tehnologii de grup, o celulă de control asistată de calculator poate dirija manipularea materialelor între mașini, cu ajutorul unui robot. Tot în anii '80, apar sistemele flexibile care se bazează pe ideea utilizării unui set de mașini pentru prelucrarea unei largi varietăți de produse. Combinarea celulelor de prelucrare și a sistemelor flexibile conduc spre posibilitatea fabricării integral asistate de calculator (CIM). Evoluția sistemelor CAD/CAM și utilizarea practică a acestora a cunoscut patru etape majore corespunzătoare perioadei 1950-1990. Prima etapă, derulată în anii 1950, este caracterizată de conceperea graficii interactive. Primii pași au fost îngreunați de calculatoarele existente, care nu erau adecvate pentru utilizarea interactivă. În a doua jumătate a anilor '50 a fost realizat creionul optic (în limba engleză, light pen).

Decada anilor 1960 reprezintă perioada cea mai critică în dezvoltarea graficii interactive. Apariția sistemului SKETCHPAD, elaborat de Ivan Sutherland la Massachusetts Institute of Technology (MIT) în 1962-1963, este evenimentul istoric ce a marcat începuturile CAD. Până atunci calculatoarele erau utilizate pentru calcule analitice, în inginerie. Ceea ce a adus nou SKETCHPAD a fost interactivitatea dintre operator și calculator, în mod grafic, prin intermediul ecranului și al creionului optic (display screen și light pen). Prima versiune de SKETCHPAD a lui Sutherland se limita numai la desenarea în două dimensiuni. O versiune ulterioară permitea modelarea obiectelor în trei dimensi-uni, ceea ce făcea posibilă obținerea celor trei proiecții.

În anul 1964, firma General Motors anunță sistemul DAC 1 (din engleză, design augmented by computers), iar în 1965 Bell Telephone realizează produsul GRAPHIC 1. La mijlocul anilor 1960 au fost inițiate de către diferite grupuri de ingineri, studii și cercetări ample dedicate graficii asistate de calculator. Formularea computer aided design (proiectare asistată de calculator – CAD) începe să apară și să fie frecvent utilizată. La sfârșitul anilor ’60, apar pe piață tuburile catodice cu stocare, eveniment care a permis dezvoltarea ulterioară a sistemelor de calcul.

dintre ele erau capabile să modeleze obiectele printr-o “rețea de sârmă” (în engleză wireframe) și într-o măsură mai mică să reprezinte suprafețe. Din cauza limitărilor și a restricțiilor modelării, erau disponibile numai aplicații de nivel scăzut care, de regulă, erau manuale și departe de a rezolva problemele reale de proiectare industrială. Cele mai bine dezvoltate aplicații disponibile rezolvau calculul proprietăților masice, modelarea cu elemente finite, generarea și verificarea benzilor perforate pentru mașinile cu comandă numerică și calculul circuitelor integrate. La sfârșitul anilor 1970, managementul din diferite industrii începea să realizeze impactul noii tehnologii CAD/CAM asupra creșterii productivității. Inginerii au început să solicite vânzătorilor de software și hardware diverse aplicații și sisteme în limitele tehnice de atunci.

Anii '80 marchează intensificarea cercetărilor și studiilor în domeniul CAD/CAM și dezvoltarea noilor tehnologii și a algoritmilor de modelarea geometrică. Obiectivul esențial al acestei decade este de a integra și automatiza operațiile de proiectare și manufacturare în cadrul fabricilor complet asistate de calculator. Are loc o extindere a sistemelor CAD/CAM prin introducerea proiectării geometrice tridimensionale și apariția multor aplicații inginerești. Apar reprezentările exacte ale suprafețelor sculpturale bazate pe suprafețele Coons, Bezier, Gordon și B-spline. Dezvoltarea pe orizontală a CAD/CAM aduce noi aplicații în domeniul analizei și simulării mecanismelor și roboților, a sistemelor de formare prin injecție, a automatizării proiectării conceptuale și multe altele. O realizare importantă este acceptarea și creșterea credibilității teoriei modelării solidelor, al cărei potențial fundamental este dat de capacitatea de a furniza reprezentări unice și clare ale solidelor care ajută la automatizarea aplicațiilor de proiectare și fabricare. Există acum sisteme majore de modelare solidă ca GM Solid (General Motors), Romulus (ShapeData), PADL-2 (University of Rochester), Syntha Vision-based (Applicon) și Solidesign (Computervision). Mașinile de calcul țin pasul cu evoluția software-ului și cu dezvoltarea aplicațiilor.

Aceasta este istoria de patru decenii a apariției, dezvoltării și implementării tehnologiilor CAD/CAM. Mergând mai departe în timp, se confirmă că anii '90 reprezintă perioada în care rezultatele eforturilor de cercetare în domeniul CAD/CAM se maturizează. În acești ani devin disponibili noi algoritmi și capacități de proiectare și manufacturare avansate. Aceste aplicații sunt susținute de mașini de calcul mai bune și mai rapide și de software-uri de rețea și comunicare mai eficiente. Astăzi se dezvoltă noi configurații hardware și noi concepte software care cu siguranță vor aduce într-un viitor apropiat multe schimbări.

1.1. DEFINIREA CAD/CAM

Apariția și dezvoltarea controlului numeric în anii 50, marchează începutul procesului de automatizare a mașinilor-unelte. Este un fapt recunoscut că introducerea comenzii numerice a însemnat debutul unui proces de inovare în activitățile de proiectare și producție a bunurilor. Astăzi există fabrici aproape complet automatizate care sunt capabile să manufactureze o însemnată varietate de produse. De la început, este necesar să se precizeze ce se înțelege prin “întreprindere producătoare” sau fabrică, avându-se în vedere volumul producției. Specialiștii clasifică procesele de manufacturare în trei categorii principale: producția în flux continuu, producția de masă și producția de serie.

În prima categorie sunt incluse produsele care “curg” într-un flux continuu ca în industria petrolului, cimentului, oțelului și a hârtiei. În a doua categorie intră produsele în unități discrete, realizate în număr foarte mare cu o productivitate maximă. În acest mod sunt fabricate bunuri ca automobile, televizoare, frigidere, aparate electronice etc. Producția de masă a realizat beneficii enorme de pe urma mecanizării și automatizării tehnologiilor de fabricare. În a treia categorie intră producția unui număr mare de tipuri de bunuri diferite care necesită tehnologii diferite. Datorită numărului mare de tipuri de produse și de comenzi pentru aceste produse, apar probleme complexe de planificare și proiectare tehnologică. De aceea, în acest tip de producție, automatizarea se limitează la nivelul componentelor individuale ale atelierelor de lucru și este dificilă automatizarea completă a fabricilor.

În literatura de specialitate, CAD/CAM este un acronim care înseamnă proiectare și fabricare cu ajutorul calculatorului. Această tehnologie inovatoare care utilizează calculatoarele digitale pentru realizarea unor funcții diverse de proiectare și fabricare are tendința de integrare totală a acestor activități care, în mod tradițional, au fost considerate ca fiind două funcții distincte și separate. În ansamblu, CAD/CAM dezvoltă tehnologia avansată a întreprinderii viitorului, asistată complet de calculator.

Proiectarea asistată de calculator (Computer Aided Design) este o activitate care utilizează un sistem de calcul în proiectarea, modificarea, analiza și optimizarea proiectării. Sistemul de calcul este alcătuit din echipamente și programe optimizate pentru proiectare.

Fabricarea asistată de calculator (în limba engleză, “Computer-aided manufacturing” – CAM), se definește ca utilizare unui sistem de calcul în activitatea de planificare, conducere și control al operațiilor unei fabrici, prin orice interfață directă sau indirectă dintre calculator și resursele de producție. Așa cum rezultă din definiție, aplicațiile CAM se împart în două categorii principale:

– monitorizare și control; acestea sunt aplicații în care calculatorul este conectat direct la procesul de fabricare în scopul monitorizării și controlului acestuia;

– susținerea fabricației; acestea sunt aplicații indirecte în care calculatorul este utilizat în sprijinirea operațiilor de producție, fără existența unei legături directe între calculator și procesul de fabricare.

Monitorizarea implică prezența unei interfețe directe între calculator și procesul de manufacturare, în scopul urmăririi operațiilor și echipamentelor și a colectării de date. În acest caz, calculatorul nu este utilizat direct în controlul operațiilor, activitate ce rămâne în sarcina operatorului uman care poate fi ghidat de informațiile furnizate de calculator. Controlul asistat de calculator merge un pas mai departe decât monitorizarea, realizând nu numai observarea procesului, ci și controlul acestuia, pe baza informațiilor obținute. Diferența dintre monitorizare și control este ilustrată în figura 1.1. În cadrul activității de monitorizare, fluxul de date dintre proces și calculator este unidirecțional. În cazul controlului are loc un schimb bidirecțional. Semnalele sunt transmise de la proces la calculator, la fel ca în cazul monitorizării. În plus, calculatorul emite semnale de comandă către procesul de fabricare, conform algoritmului de control.

Suplimentar față de aceste funcții, CAM include aplicații indirecte în care calculatorul are rol de suport pentru operațiile de fabricare. În acest gen de aplicații, calculatorul nu este conectat direct la procesul de producție, ci este utilizat “off-line” la îndeplinirea activităților de planificare, la generarea programelor, instrucțiunilor și informațiilor prin care resursele de producție ale firmei pot fi gestionate mai eficient. Legătura dintre calculator și proces este reprezentată simbolic în figura 1.2. Liniile întrerupte sugerează că acțiunea de comunicare și legătura de control sunt conexiuni “off-line” care solicită, adesea, intervenția operatorului uman. În continuare sunt date câteva exemple de activități cu rol de suport al fabricației:

– partea de control numeric programată de calculator; sunt pregătite programe de control pentru mașini-unelte automate;

– proiectarea automată a procesului de fabricare; calculatorul elaborează fișa tehnologică a unui produs;

– calculul automat al timpilor de lucru necesari operațiilor de prelucrare;

– programul de producție; sistemul de calcul generează un program corespunzător pentru satisfacerea cerințelor producției;

– stabilirea consumului de materiale; calculatorul este utilizat în planificarea aprovizionării cu materiale, conform programului de producție;

– controlul atelierelor; în această aplicație sunt colectate datele de fabricație pentru a determina stadiul comenzilor pe ateliere.

În toate aceste exemple, operatorul uman este solicitat de aplicație să furnizeze datele de intrare în programe, să interpreteze rezultatele și să implementeze acțiunile necesare.

1.2. CONȚINUTUL CAD/CAM

În practica inginerească tehnologia CAD/CAM este utilizată în diferite moduri de către diverse grupuri de specialiști. O primă categorie se ocupă de realizarea desenelor și a documentației aferente. A doua categorie utilizează instrumentele vizuale pentru realizarea efectelor de umbrire și animație. A treia categorie execută activități de analiză pe modele geometrice, așa cum este analiza cu elemente finite. A patra categorie elaborează tehnologia de fabricație și programează mașinile cu comandă numerică.

Evoluția tehnologică arată că începuturile CAM sunt mult mai clar delimitate decât cele ale CAD. Dezvoltarea CAD s-a produs odată cu evoluția graficii pe calculator și a instrumentelor de desenare și redactare asistate de calculator, cunoscute sub denumirea de CADD (din limba engleză "computer – aided drawing and drafting"). Sunt necesare câteva precizări cu privire la această terminologie.

Grafica pe calculator se referă la utilizarea unui sistem de calcul la generarea reprezentărilor picturale, care acoperă o arie largă, de la simple diagrame și histograme, la imagini complexe care simulează tablourile marilor maeștri. Desenarea și redactarea asistată de calculator CADD utilizează sistemul de calcul la realizarea reprezentărilor bidimensionale ale obiectelor cu asocierea datelor dimensionale și a altor informații de fabricare.

Proiectarea asistată de calculator depășește limitele CADD, introducând instrumentele de analiză alături de reprezentarea grafică. De exemplu, sistemul de suspensie al unui automobil poate fi proiectat utilizând Efectul amortizării suspensiei poate fi pus în evidență cu ajutorul animației, pentru diferite condiții de deplasare. Astfel, proiectarea poate fi îmbunătățită interactiv, pe baza acestor rezultate. Ca o consecință a cerințelor de proiectare, programele CAD încorporează, de obicei, rutine complexe pentru analiza inginerească. Mai mult, instrumentele CAD nu se limitează la fabricarea produselor. De exemplu, un plan de arhitectură al unei clădiri poate fi considerat un rezultat al CADD, dacă nu este inclusă și capacitatea de analiză. Dacă pachetul de proiectare include și instrumente de analiză a soluțiilor, conform recomandărilor din standarde sau dacă are în vedere caracteristicile factorului uman și altele, atunci funcțiile CAD sunt realizate. În mod evident, dezvoltarea calculatoarelor digitale, este cheia implementării CAD/CAM. Calculatoarele au fost utilizate în funcții de control al fabricării în urmă cu aproape 40 de ani. De exemplu, un raport din 1973, arăta că diverse grupuri de aplicații ale calculatorului în control, includ: controlul traficului auto; testarea produselor și controlul calității; controlul proceselor de turnare; echipamente de control numeric; cercetări de inginerie spațială; cercetări neurologice și biomedicale; controlul și monitorizarea centralelor nucleare; monitorizarea transportului de marfă pe calea ferată; controlul fabricilor de beton; controlul cuptoarelor cu oxigen; controlul procesului de fabricare a nylon-ului; operațiile de cracare în rafinăriile de petrol etc.

Este evident că majoritatea acestor aplicații intră în categoria proceselor industriale. Orice formă de control necesită strângerea de informații de la procesul ce trebuie supravegheat. Aceste date sunt analizate pentru a decide dacă sunt necesare acțiuni de corecție. Acolo unde există procese automatizate, este relativ ușor de introdus un calculator digital cu rol de a controla procesul și chiar de a lua decizii.

Mașinile-unelte CNC au avut o evoluție constant progresivă. Primele mașini-unelte  erau comandate mecanic, prin sisteme de pârghii și plăci cu came, fiind greu de utilizat și necesitând un timp foarte lung pentru (re)configurare. Ulterior au apărut primele mașini-unelte NC (cu comandă numerică) fără memorie internă. Programarea acestora era lungă, favorizând apariția erorilor în aplicarea procesului.

Atunci constructorii de mașini-unelte au adăugat memorie internă sistemelor de comandă. Producătorii consacrați de echipamente CNC (Fanuc, Heidenhain, Siemens, Acramatic etc) au dezvoltat propriul macrolimbaj direct pe mașină.

Apariția și integrarea sistemelor CAD/CAM în cadrul procesului de producție a permis inginerilor să creeze proiectul 3D în programele CAD, să genereze traiectorii în limbajul generic al sistemului CAM și apoi să realizeze conversii în multiple limbaje..

În prezent, constructorii de mașini-unelte CNC oferă o varietate de echipamente pentru mașinile cu prelucrări simultane pe mai multe axe, într-o gamă largă de configurații, calitate și preț. Flexibilitatea și directa asociativitate a sistemelor CAD/CAM conferă rapiditate și eficiență în pregătirea fabricației, iar simularea și verificarea virtuală a procesului de fabricație certifică și garantează, în același timp, calitatea execuției pieselor.

Între procesul CAD și activitățile CAM există o strânsă interdependență, deoarece CAD stă la baza activităților CAM.

Instrumentele tehnologiei CAD-CAM cuprind o gamă suficient de largă a detaliilor cerute de utilizatori, putând fi folosite la nivel industrial.

Instrumentele CAD sunt definite pe baza a trei concepte: modelare geometrică, grafică computerizată și instrumente de proiectare.(fig. 1)

Fig. 1

Instrumentele CAM sunt alcătuite din intersecția a trei domenii utilizate in fabricație: instrumente CAD, concepte de rețea și mașini-unelte.(fig.2)

Fig.2

Mediul de proiectare SolidWorks

SolidWorks este un program CAD care oferă funcții puternice permițând automatizarea sarcinilor și optimizarea procesului tehnologic.

SolidWorks cuprinde toate facilitățile majore ale unui pachet de programe pentru proiectarea asistată de calculator, dispune de un nucleu geometric propriu, având modulul de desenare integrat. Strategia de modelare are ca punct de pornire proiectarea bazată pe caracteristicile constructiv-tehnologice ale reperelor, continuând cu realizarea ansamblurilor, cotarea functională și generarea semi-automată a desenelor de execuție. Principalele caracteristici ale softului sunt urmatoarele:

identificarea, modificarea și comunicarea intenției de proiectare a procesului de construcție;

modelarea ansamblurilor permite stabilirea suprafeței de legătură pentru montaj;

detectarea zonelor de interferență între componente și modificarea pieselor în ansamblu;

generează din grafică 3D în 2D secțiuni, cote, elemente de text și liste de material

generează forme complexe în cadrul modelării suprafețelor.

Definirea unei piese

La un nivel simplificat, o piesa este construita dintr-o forma de baza careia i se aplica caracteristicile constructiv-tehnologice.

La un nivel superior, o piesa este o colectie de date de urmatorul tip:

– topologia-volumul, suprafata, muchiile, cotele si vertecsi;

– secventa etapelor de construire a piesei (istoria) cuprinzând si operatiile aplicate entitatilor si relatiile predecessor-urmas introduse;

– atributele articolului: codul piesei, versiunea, data crearii, data modificarii;

– atributele piesei: culoarea, materialul, lumina, proprietatile de masa, comentarii.

Pentru fiecare piesa creata se pastreaza înregistrarile tuturor evenimentelor de modelare care s-au produs pe parcursul construirii ei. Predominant, aceste înregistrari reprezinta o colectie de evenimente de extrudare, taiere, gaurire etc. dar si informatii privind orientarea suprafetelor sau volumelor, relatiile predecesor-succesor si topologia suprafetelor. Istoricul piesei prezinta o structura arborescenta formata din noduri si arce. Nodurile sunt legate prin arce în masura în care constructia implica operatii între doua piese. Arcele pot uni de asemenea punctele în care piesa a fost creata sau montata.

Crearea pieselor

            Pentru a se evita confuziile privind terminologia utilizata în modelarea geometrica, termenii de creare, constructie si modificare, se vor utiliza în continuare cu urmatoarele semnificatii:

·         crearea reprezinta operatia de generare, pornind de la nimic, a geometriei piesei în spatiul de modelare;

·         constructia reprezinta operatia prin care o entitate este utilizata pentru modificarea altei entitati rezultând o singura entitate noua . De exemplu: alezarea, taierea, rotunjirea;

·         modificarea reprezinta operatia prin care geometria unei entitati este schimbata esential. De exemplu, o modificare are loc prin schimbarea valorilor dimensiunilor. Schimbarea culorii unui segment de dreapta nu reprezinta o modificare.

            Proiectarea de "jos în sus" este un proces evolutiv cuprinzând crearea, modificarea si constructia piesei. Se începe cu crearea geometriei wire-frame a piesei, un desen 2D care poate fi format din segmente de dreapta, puncte, arce, cercuri, dreptunghiuri, curbe spline, etc. Se modifica apoi geometria piesei prin atribuirea de valori reale dimensiunilor, prin modificarea unghiurilor, divizarea, ajustarea , etc. Atunci când conturul (desenul 2D) este considerat corespunzator se trece la generarea blocului de constructie, prin aplicarea operatiilor de extrudare sau revolutie, rezultând astfel forma generica a reperului. Aceste procese de creare, modificare si constructie pot continua pâna la transformarea formei de baza într-o piesa cu o geometrie complexa. In cadrul acestui proces evolutiv nu exista restrictii privind un anumit proces sau o anumita ordine.

Etapele generarii modelului

            Activitatea de proiectare începe cu generarea modelului geometric al produsului. Pe tot parcursul acestei activitati trebuie avuta în vedere si posibilitatea fabricarii produsului respectiv. Se stabileste în ce masura piesa respectiva este dependenta sau nu de alte piese în cadrul ansamblului. Se poate începe cu proiectarea ansamblului (proiectare de tipul de "sus în jos") si apoi extragerea reperelor sau se proiecteaza piesele (proiectare "de jos în sus") si apoi se asambleaza. Înainte de a se începe proiectarea unei piese trebuie luate în considerare urmatoarele:

caracteristicile functionale;

procedeul de fabricatie;

caracteristicile suprafetelor – functionale sau secundare;

daca proiectarea se poate face prin metoda tehnologiei de grup;

Crearea geometriei de baza

Daca piesa face parte dintr-o familie de repere, alegerea formei de baza trebuie sa tina seama de geometria generala. Forma de baza se genereaza ca si contur în planul de lucru. Daca se alege ca element de baza un bloc de constructie, acesta se poate genera din conturul 2D prin operatia de extrudare, prin revolutie, prin alunecarea unei generatoare fata de o curba directoare (sweep) sau prin trasarea unui contur pe baza unor sectiuni aflate în planuri diferite (loft).

Constructia

Constructia pieselor reprezinta operatia de creare a unei piese noi din geometria deja existenta. Se poate construi o piesa individual sau în cadrul unui ansamblu. Construind piesa în cadrul unui ansamblu, se poate folosi geometria si orientarile celorlalte instante ale planului de lucru. Se pot construi piese în contextul unui ansamblu în doua feluri:

–          utilizând modalitatea de schitare în planul selectat pe una dintre fetele piesei, creând conturul, apoi aplicând extrudarea sau rotatia pentru obtinerea unei noi caracteristici a piesei;

–          utilizând comenzile de tiupul Fillet, Chamfer, Shell, Draft, Material Side si Extract  pentru a continua constuctia pieselor existente sau a caracteristicilor.

Se stabileste în continuare ordinea în care se introduc caracteristicile. La început se construiesc caracteristicile definitorii pentru forma piesei, cele care o disting de alte piese si care pot fi derivate din blocul de constructie de baza. Se stabileste strategia de constructie luând în considerare realizarea fiecarei caracteristici : prin adaugare de material, prin înlaturare de material, rotunjire, racordare, tesire, etc.

Daca o caracteristica apare de mai multe ori, instantele pot fi generate individual sau se pot obtine în urma unei operatii de copiere multipla. Daca caracteristicile sunt simetrice se poate utiliza operatia de simetrizare (oglindire) fata de un plan sau o axa. Caracteristicile cu rol estetic se adauga la sfârsit.

Strategia generala de modelare a pieselor

            Pentru a se stabili cea mai buna metoda de modelare a unei piese, trebuie dezvoltata o strategie. O strategie eficienta trebuie sa ia în considerare utilizarea finala a piesei, modificarile necesare, tipul proiectului; crearea unei piesei noi, modificarea uneia existente, actualizarea cataloagelor.

Indiferent de tipul proiectului este necesar sa se ia în considerare urmatoarele aspecte:

– conditiile reale la care sunt supuse entitatile proiectului;

– fetele sau suprafetele tehnologice;

– parametrii cei mai importanti.

Caracteristicile si parametrii critici, trebuie modelati primii, în asa fel încât daca parametrii cheie se schimba, etapele de proiectare sa fie automat actualizate.

Modelarea bazată pe caracteristici ușurează crearea si modificarea modelului piesei. Acest tip de modelare apropie procesul de modelare geometrică de procesul tehnologic.  În acest fel, modelarea devine parametrizată, iar proiectantul își poate defini, pe lânga caracteristicile existente, altele noi care se stochează în baza de date comună.

 Proiectarea ansamblelor

În acest domeniu, SolidWorks  permite utilizatorilor sa defineasca si sa organizeze structurile ansamblului. Proiectarea ansamblului a devenit un mediu foarte productiv pentru proiectarea si desenarea pieselor în context.

Functiile principale

Functiile principale ale proiectarii ansamblelor realizeaza urmatoarele:

·         generarea structurilor de asamblare într-un mod productiv;

·         proiectarea în contextul asamblarii;

·         abordarea de sus în jos (de la ansamblu la reper) si de jos în sus (de la reper la ansamblu) a proiectarii asamblarii

·         interventia ingineriei concurente între proiectarea asamblarii si proiectarea pieselor individuale;

·         modalitati avansate de pozitionare a reperelor în cadrul ansamblului cu sau fara constrângeri

·         pozitionarea dinamica a reperelor în procesul de ansamblare;

·         prezinta un editor pentru structura ansamblului, care ofera o organizare intuitiva si eficienta a structurii în timpul modificarii desenelor reperelor;

·         analiza dinamica a definitiilor ansamblarilor, inclusiv detectarea coliziunii reperelor si functii de analiza a ajustajelor;

·         asigura independenta structurii asamblarii fata de reprezentarea geometrica a componentelor;

·         permite vizualizarea automata a ansamblului descompus în repere si generarea listei de materiale conform cerintelor beneficiarului;

·         accesul direct la catalogul de repere si ansamble standard

Proiectarea scutului Bush în SolidWorks

Pentru realizarea scutului de acționare am pornit de la schițarea secțiunii acestuia in planul din dreapta, urmărind atât cotele din turnare ale semifabricatului, precum și cotele din planul de execuție (fig. 222).

Următorul pas a fost realizat folosind comanda REVOLVE, care a generat corpul solid al piesei.

Comanda Extrude Cut a fost folosită pentru generarea următoarelor detalii ale piesei:

Generarea urechilor de prindere pe ansamblul motorului electric;

Realizarea locașului de așezare al șuruburilor pentru fixare. Tot aici am folosit și opțiunea “up to surface” pentru micșorarea diametrului de antrenare al scutului.

Realizarea pregăuririlor pentru filetul metric 8(M8) folosind opțiunea “offset from surface” și selectând zona găurilor din desenul de execuție;

S-a realizat eliminarea materialului de pe urechile de prindere selectând funcția “Through all”;

Forma piesei dupa aplicarea celor 4 funcții “extrude cut’

Funcția “chamfer” a realizat teșirea muchiilor și a găurilor pentru executarea filetelor interioare.

Pentru realizarea filetului interior s-au folosit două schițe: una cu profilul dintelui de M8 și o spirală elicoidală cu pasul de 1,2 al filetului M8. Pe baza schițelor și folosind comanda “cut sweep”, am obținut profilul filetului M8, tăiat de-a lungul spiralei elicoidale.

Funcția CirPattern a fost folosită pentru multiplicarea filetului pe toate cele 8 găuri ale piesei.

Pentru marcarea zonelor prelucrate, s-a selectat suprafața acestora și prin editarea texturii suprafețelor, am ales din librăria SolidWorks textura de material prelucrat “machined steel”.

Forma piesei după etapele de proiectare

Comparație între piesa realizată în SW și piesa prelucrată.

Prin procesul de randare(rendering) am obținut o imagine realistică a piesei după modelare.

-procesul de randare

-imaginea generată

Motorul electric

Motorul electric este un echipament ce realizează conversia energiei electrice în energie mecanică. Energia electrică este primită de la diverse surse de alimentare (rețea, generator, acumulatori etc.) și transferată la axul motorului sub formă de energie mecanică. Atunci când procesul este inversat, energia mecanică este transformată în energie electrică, motorul poartă denumirea de generator electric.

Motorul electric funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic.

Construcția motoarelor sub diferite mărimi și puteri face posibilă utilizarea acestora într-o gamă largă de aplicații: motoare pentru componente electronice sau motoare pentru acționări electrice.

Clasificare

În funcție de tipul curentului electric folosit la alimentare, motoarele electrice se impart în: motoare de curent continuu și motoare de curent alternativ. Motoarele de curent continuu sunt grupate după tipul excitației: independentă, paralelă, serie sau mixtă. La rândul lor, motoarele de curent alternativ pot fi: monofazate, trifazate, sincrone sau asincrone. Cele monofazate sunt folosite îndeosebi în domeniul electrocasnic, în timp ce motoarele trifazate sunt utilizate în industrie.

Elemente constructive ale unui motor

Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două părți componente: stator și rotor. Statorul este partea fixă a motorului, în general exterioară, ce include carcasa, bornele de alimentare, armătura feromagnetică statorică și înfășurarea statorică. Rotorul este partea mobilă a motorului, plasată de obicei în interior. Este format dintr-un ax și o armătură rotorică ce susține înfășurarea rotorică. Între stator și rotor există o porțiune de aer numită întrefier ce permite mișcarea rotorului față de stator. Grosimea întrefierului este un indicator important al performanțelor motorului.

SCHEMA DESFASURATA IN SOLID

Motorul de curent continuu

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, că generatorul "inițial" era de fapt o mașină electrică reversibilă, care putea lucra ca un convertizor de energie bidirecțional.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.

În funcție de modul de conectare a înfășurării de excitație motoarele de curent continuu pot fi clasificate în:

-motor cu excitație independentă – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt conectate la două surse separate de tensiune 
-motor cu excitație paralelă – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în paralel la aceași sursă de tensiune 
-motor cu excitație serie – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în serie 
-motor cu excitație mixtă – unde înfășurarea statorică este divizată în două înfășurări, una conectată în paralel și una conectată în serie.

Motorul de inducție trifazat

Motorul de inducție trifazat (motorul asincron trifazat) este cel mai folosit motor electric în acționǎrile electrice. Prin intermediul inducției electromagnetice, câmpul magnetic învartitor va induce în înfǎșurarea rotoricǎ o tensiune. Aceasta tensiune creeazǎ un curent electric prin înfǎșurare și asupra acestei înfǎșurǎri acționeazǎ o forțǎ electromagneticǎ ce pune rotorul în mișcare în sensul câmpului magnetic învartitor. Motorul se numește asincron pentru cǎ turația rotorului este întotdeauna mai micǎ decât turația câmpului magnetic învârtitor, denumitǎ și turație de sincronism. Dacǎ turația rotorului ar fi egalǎ cu turația de sincronism, atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inducție electromagneticǎ, nu s-ar mai induce curenți în rotor și motorul nu ar mai dezvolta cuplu. Turația motorului se calculeazǎ în funcție de alunecarea rotorului fațǎ de turația de sincronism, care este cunoscutǎ, fiind determinatǎ de sistemul trifazat de curenți.

Motorul de inducție cu rotorul în colivie este mai ieftin și mai fiabil decât motorul de inducție cu rotorul bobinat pentru că periile acestuia se uzează și necesită întreținere. De asemenea, motorul de inducție cu rotorul in colivie nu are colector și toate dezavantajele care vin cu acesta: zgomot, scântei, poluare electromagnetică, fiabilitate redusă și implicit întreținere costisitoare. Motoarele de curent continuu au fost folosite de-a lungul timpului în acționările electrice de viteză variabilă, deoarece turația motorului se poate modifica foarte ușor modificând tensiunea de alimentare însă, odată cu dezvoltarea electronicii de putere și în special cu dezvoltarea surselor de tensiune cu frecvență variabilă, tendința este de înlocuire a motoarelor de curent continuu cu motoare de inducție cu rotor în colivie.

Motorul de inducție monofazat

În cazul în care sistemul trifazat de tensiuni nu este accesibil, cum este în aplicațiile casnice, se poate folosi un motor de inducție monofazat. Curentul electric monofazat nu poate produce câmp magnetic învârtitor ci produce câmp magnetic pulsatoriu (fix în spațiu și variabil în timp). Câmpul magnetic pulsatoriu nu poate porni rotorul, însă dacă acesta se rotește într-un sens, atunci asupra lui va acționa un cuplu în sensul său de rotație.

Servomotorul asincron monofazat

Servomotorul asincron monofazat este o mașină de inducție cu două înfășurări: o înfășurare de comandă și o înfășurare de excitație. Cele două înfășurări sunt așezate la un unghi de 90° una față de cealaltă pentru a crea un câmp magnetic învârtitor. Rezistența rotorului este foarte mare pentru a realiza autofrânarea motorului la anularea tensiunii de pe înfășurarea de comandă. Datorită rezistenței rotorice mari, randamentul motorului este scăzut și motorul se folosește în acționări electrice de puteri mici și foarte mici.

Motorul sincron trifazat

Motorul sincron trifazat este o mașină electrică la care turația rotorului este egală cu turația câmpului magnetic învârtitor indiferent de încărcarea motorului. Motoarele sincrone se folosesc la acționări electrice de puteri mari și foarte mari de până la zeci de MW.

Motorul sincron monofazat

Este realizat uzual ca motor sincron reactiv cu sau fără magneți permanenți pe rotor. Asemănător motoarelor de inducție monofazate, motoarele sincrone monofazate necesită un câmp magnetic învârtitor ce poate fi obținut fie folosind o fază auxiliară și condensator fie folosind spiră în scurtcircuit pe polii statorici. Se folosesc în general în acționări electrice de puteri mici precum sistemele de înregistrare și redare a sunetului și imaginii.

Motorul pas cu pas

Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron cu poli aparenți pe ambele armături. La apariția unui semnal de comandă pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa până când polii săi se vor alinia în dreptul polilor opuși statorici. Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol în pol, de unde și denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda motorului se face electronic și se pot obține deplasări ale motorului bine cunoscute în funcție de programul de comandă. Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesară precizie ridicată (hard disc, copiatoare).