OPTIMIZAREA SUBSISTEMULUI DE TRANSPORT A UNUI SISTEM DE FABRICAŢIE AVANSAT(SRFA)

1.Notiuni generale

Mijloacele de transport în cazul unui SRFA pot fi roboţi mobili(robocare sau roboţi suspendaţi de tipul portal sau punte). Pentru determinarea numărului de mijloace de transport se ţine cont de: *Cantitatea materialelor care trebuiesc transportate ; *Rata fluxului de piese Rt(număr de piese transportate sau misiuni efectuate /oră); *Planificarea fabricaţiei(schema fluxului tehnologic); *Traseele de transport şi lungimile lor Lt (m). Fluxul de transport(rată de transport) Rt se masoară în: -număr de piese transportate-misiuni îndeplinite/h; -număr de palete transportate/h ,când pe o paletă sunt amplasate mai multe piese (cazul pieselor de revoluţie sau prismatice prelucrate în buchet). Rata de transport Rt este determinată de planificarea fabricaţiei,respectiv de traseele şi lungimile de transport între posturile de lucru .Acestea sunt materializate sub forma unor diagrame de transport(a fluxului de material) de la un post de lucru la altul,de exemplu –Fig.1 sau sub forma tabelară-Fig.2.Lungimile traseelor de transport se notează cu Lt şi se masoară în m. 2.Activitatea de transport parţială pe un traseu notată cu At este dată de relaţia(1):

At = Rt Lt [ hpiese

xm] (1)

unde: Rt -rata fluxului de piese; Lt -lungimea traseului de transport între două posturi de lucru

3.Activitatea totală de transport în întregul sistem flexibil de fabricaţie

În acest caz se însumează toate activităţile de transport parţiale de pe toate traseele fluxului de fabricaţie şi rezultă activitatea totală de transport din cadrul sistemului flexibil,notată TAt şi dată de relaţia(2):

TAt=∑=

n

iRtiLti

1=∑

=

n

iAti

1 [ h

piese xm ] (2)

unde: Rti-rata fluxului de piese pe traseul i; Lti-lungimea traseului de transport I; n-numărul de trasee de transport din SRFA;Ati-activitatea de transport pe traseul i.

4.Eficienţa subsistemului de transport pe un traseu al fluxului tehnologic de fabricaţie În activităţile de transport există şi timpi de pierderi datorită : -curselor de mers în gol; -traficului aglomerat; - timpilor de încărcare/descărcare; -imprfeţiunilor în planificarea tehnologică. Aceste pierderi se regăsesc în eficienţa subsistemului de transport,notată Et şi dată de relaţia(3):

Et= VcLgTmVcLt

VcLt//

/++ Ft (3)

sau Et= LgTmVcLt

Lt++ Ft= TVc

Lt Ft (4) unde: Vc-viteza vehiculului de transport(considerată constantă)măsurată în m/h; Tm –timpul necesar manipulărilor în staţiile de predare /primire măsurat în ore h; Ft –factor de trafic; Lg-lungimea curselor în gol; Lt/Vc –timpul efectiv în ore al misiunii (transportului de semifabricate-piese)pe un vehicul şi pe un traseu; Lg/Vc-timpul de mers în gol (în cursele de mers în gol)a unui vehicul pe un traseu. T-timpul total al misiunii(transport piesă pe vehicul şi pe un traseu). 5.Capacitatea de transport a fiecărui vehicul in SRFA notată Ct este dată de relaţia (5): Ct = npEt

TAt (5) unde: np-numărul de piese (semifabricate)pe unităţi de sarcină şi poate lua valorile: *np=1,când paleta poartă o singură piesă; *np>1,la palete pentru piese-semifabricate prelucrate în buchet. 6.Timpul total al misiunii pe un vehicul şi pe un traseu, notat T se regăseşte în numitorul relaţiilor(3) şi (4): T=Lt/Vc+Tm +Lg/Vc

(6) Pentru un vehicul rezultă : Nmhv=Numărul de misiuni(piese transportate)/h/vehicul=6 Ft/T(min)=Ft/T(ore) (7)

7.Numărul de vehicule pe un traseu Se cunoaşte prin tema de proiectare : Nmhs =Numărul de misiuni /h/sistem flexibil şi se determină numărul de vehicule pe un traseu Nvt cu relaţia(8): Nvt=Nmhs/Nmhv (8) 8.Determinarea numărului optim de mijloace de transport(vehicule)în SRFA notat Nopt .În general,după efectuarea calculelor rezultă numere de vehicule diferite pe traseele sistemului flexibil de fabricaţie şi astfel ,se va alege valoarea maximă al acestora de pe un traseu al fluxului. Nopt = max ( Nvti ) (9) i=1,..,n unde: Nvti –numărul de vehicule pe traseul i Efectuarea lucrării: *Se dau următoarele: -schema fluxului de fabricaţieFig.1 si 2(Rt,Lt); -np; -Lg: -Vc; -Tm; -Ft; -Nmhs; *Se cere să se determine: Eti,Cti,Ti (i=1,2,3,4); Nopt;

Fig. 1 Diagrama fluxului de material între posturile de lucru 1, 2, 3, 4 (Schema fluxului tehnologic) Rt (număr piese transportate-misiuni/ oră-h)

Nr. 1 2 3 4 1 0 9 5 6 2 0 0 4 4 3 0 0 0 5 4 0 0 0 0

Lt (m) –lungimi trasee de transport

Nr. 1 2 3 4 1 0 8 7 12,5 2 8 0 12 8,5 3 7 12 0 12 4 12,5 8,5 12 0

Fig. 2 Parametrii fluxului tehnologic de fabricaţie

DETERMINAREA CAPACITĂŢII REALE DE PRODUCŢIE A UNUI SISTEM ROBOTIZAT DE ASAMBLARE

1.Consideraţii teoretice 1.Sistemul de asamblare este compus din elemente care sunt supuse defectărilor,ce pot duce,în final la oprirea acestuia. Fiabilitatea R(t) reprezintă proprietatea unui sistem de a funcţiona fără defectare un interval de timp t,în condiţiile de exploatare date . Timpul mediu de funcţionare între defectări m este principalul indicator de fiabilitate în cazul sistemului de asamblare. Pentru evaluarea fiabilităţii sistemelor de asamblare compuse din structuri mecanice şi aparate electrice complexe este aplicabilă legea distribuţiei exponenţiale conform căreia probabilitatea R(t) ca un element oarecare să se defecteze într-un timp dat,rezultă: R(t)= e-t/m (1) unde:m este media de funcţionare între defecte . Dacă sistemul de asamblare este format din n elemente,fiecare având fiabilitatea Ri(t) iar căderea fiecărui din cele n elemente determină căderea sistemului considerat ,atunci fiabilitatea sistemului flexibil este: n Rs= ∏ Ri(t) (2) i=1 Dacă se consideră relaţia (1)se poate determina m,media de funcţionare între defecte

m= -Rst

ln (3)

cunoscând R(t) probabilitatea ca un element oarecare să se defecteze într-un timp dat. Disponibilitatea sistemului exprimî aptitudinea sistemului de asamblare de a-şi îndeplini funcţiile într-un interval de timp,ţinându-se seama de timpul mediu de funcţionare între defecte m şi tm –mentabilitatea care se exprimă prin timpul de indisponibilitate adică de staţionare a unui utilaj până la punerea lui în funcţie după o mentenanţă(reparaţie):

d = tmm

m+

(4)

Mentabilitatea este dată de relaţia: tm = tmd + tma + tmr (5) unde: tmd-timpul mediu de depistare a defectului; tmr –timpul reparaţiei; tma –timpul de aşteptare(care poate fi 0 dacă există piese de schimb). Observaţie Legătura între fiabilitatea şi capacitatea sistemului flexibil este condiţionată de mentabilitate şi disponibilitatea acestuia. 1.2 Defecţiuni tehnologice în procesul de asamblare automată În timpul operaţiilor de asamblare automată pot interveni defecţiuni tehnologice de natură să împiedice continuarea corectă a asamblării şi anume : *apariţia unei piese defecte ; *efectuarea sau neefectuarea unor operaţii de manipulare; *efectuarea incorectă a unor operaţii de asamblare. Sunt posibile două situaţii: A/Dacă se face alimentarea cu un dispozitiv succeptibil de rateuri sau proporţia de piese defecte este r (la un post de lucru),atunci se adoptă metoda opririi imediate a sistemului. În acest caz factorul de determinare a capacităţii de producţie în sistemele cu oprire imediată este :

dt=1 – r – r tftt (6)

unde : r-rata defectelor sau a rateurilor dispozitivelor de alimentare; tt-timpul de repunere în funcţie după o defecţiune tehnologică;

tf-timpul de lucru pe post: tf=θ1

B/În cazul eliminării pieselor defecte (cu rata*),factorul de determinare a capacităţii de producţie este: dt

*=1- r* (7) unde: r*-este rata pieselor defecte şi eliminate din sistem. În concluzie pentru întreg sistemul flexibil de asamblare rezultă:

dts= dt dt

* (8) Capacitatea reală de producţie a sistemului este : θ r=d dts θ (piese/oră) (9) 2.Aplicaţie practică

Se dau : 1.n=…numărul de posturi de lucru înlănţuite(serie) 2.tactul de producţie impus : θ =..(piese/minut) ; 3.timpul total de lucru a sistemului automat :t =…(h) ; 4.Ri(i=1,2,…,n) fiabilitatile celor n posturi de lucru ;;(Tabel 1) ; 5.tm =…(h) timpul de indisponibilitate ; Notaţii ; Acţionare : *p-pneumatică ; *Me-mecanică; EM-electromecanică; Tipul operaţiei: *AM-asamblare; *C-control; *S-sortare; *M-manipulare;

r 2(%)=10%=0.1 rata rateurilor dispozitivului de alimentare(postul 2) cu oprire imediată a sistemului; r3(%)=5%=0.05 rata de piese defecte(postul 3)cu oprire imediată ; r* (%)=..,rata de piese defecte care sunt eliminate în posturile 1,5,6,7,8,9.

1. Curs 6 Flexibilitatea în sistemele de fabricaţie avansate Flexibilitatea unui sistem de fabricaţie este disponibilitatea acestuia de a se modifica în vederea adaptării la noile sarcini de producţie. Tipurile de structuri ale sistemelor pot fi: -alcătuite din subansamble; -variabile care permit programarea din totalul stărilor posibile a stării corespunzătoare sarcinii momentane de producţie. Schema bloc a unei structuri transformatoare este reprezentată în Fig.6. şi unde s-au

Fig.6. notat mulţimile mărimilor de: • intrare x ; • ieşire y ; • transformatoare[ ]T Pot fi întâlnite situaţiile: A-flexibilitatea de utilizare a sistemului care este capacitatea acestuia de a prelua cu aceeaşi structură transformatoare(T=const.) un număr mai mare de intrări; B-flexibilitatea de adaptare a sistemului care este capacitatea sistemului de a prelua variaţiile mărimilor de intrare cu modificări minime ale structurii de transformare T. Deci flexibilitatea este o funcţie F=F(x,T.y) definită ca fiind capacitatea unui sistem de fabricaţie de a răspunde optimal la variaţia sarcinilor şi de funcţiona un timp îndelungat,în condiţii de eficienţă economică. Principalele categorii de instalaţii flexibile.Exemple 1.Celula flexibilă de prelucrare(CFP),care este alcătuită din: -a maşină de prelucrare sau un centru de prelucrare; -o magazie de piese multipalet; -un schimbător(manipulator) automat de palete sau un robot; -o magazie de scule ; -un schimbător automat de scule; -un calculator supervizor. În Fig.7.este prezentată schema de principiu a unei celule de fabricaţie şi unde s-au notat:1)module de transport(robocare),2)depozit de piese sau palete,3)modul de producţie sau transformare, 4) CNC-comanda numerică a maşinii 5) UC- unitate centrală de calcul, 6) DS-depozit de scule.

-2-

Fig.7.Schema de principiu a unei CFP 2.Sistemul flexibil de prelucrare(SFP) este format din: -două sau mai multe maşini unelte sau centre de prelucrare; - magazii de piese multipalete ; -magazii de scule; -sistem automat de transport(robocare); -robot(robocar)pentru schimbarea magaziilor de scule ; -un calculator DNC. În Fig.8. este prezentată schema de principiu a unui sistem de fabricaţie şi unde s-au notat:1)module de transport-robocare ;2)DP depozit de piese –palete ;3)M maşini unelte ;4)DS depozit de scule ;5)DNC direct numerical control ;6)UC unitate centrală de calcul ;7) CNC comanda numerică a maşinilor unelte M.

Fig.8.Schema de principiu a unui SFP.

-3- Aprecierea flexibilităţii sistemelor avansate de fabricaţie se poate face prin: A/Timpul necesar pentru schimbarea stării sistemului C1 [secunde] Dacă se trece la prelucrarea piesei i +1,diferită de piesa i,este nevoie de modificarea stării sistemului,iar C1 măsoară timpul acestei schimbări a sistemului. B/Costul schimbării sistemului C2 [monedă]. C/Numărul de variante posibile de realizare a pieselor în sistem C3 [bucăţi ]. Cu cât numărul variantelor de piese realizabile în sistem este mai mare cu atât flexibilitatea sistemului este mai mare. D/Mărimea loturilor de fabricaţie C4 [bucăţi /lot] . Cu cât lotul de fabricaţie este mai mic cu atât flexibilitatea este considerată mai mare. E/Gradul flexibilităţii de adaptare exprimat în costuri

eG CC

R

RAC

0

−=

unde CR sunt costuri de reechipare pentru sistemul analizat, CR0 sunt costuri de reechipare pentru un sistem de referinţă.

Fig.9. Micşorarea costului de reechipare –Fig.9.a sistemului analizat CR faţă de costul de reechipare a sistemului de referinţă CR0 produce o creştere exponenţială a gradului

flexibilităţii de adaptare G AC . F/Gradul flexibilităţii de adaptare exprimat în unităţi de timp

-4-

eG TT

R

RAT

0

−=

unde T R timpul de reechipare a sistemului analizat,

T R0 timpul de reechipare pentru un sistem de referinţă.

Fig.10. Gradul flexibilităţii de adaptare exprimat în unitîşi de timp creşte exponenţial cu scăderea timpului necesar reechipării Fig.10. Operaţiile în sistemele avansate de fabricaţie Un sistem flexibil de fabricaţie are schema bloc din Fig.11.,care cuprinde fluxurile de : -intrări, -ieşiri. -operaţii elementare. În sistem intră trei fluxuri de: -substanţă. - energie, - informaţie. Mărimile de ieşire din sistemul flexibil sunt fluxurile : *produselor-planificate, *rebuturilor-nedorite,

-5- *pierderilor-nedorite.

Fig.11.Sistem avansat de fabricaţie(SAF).Schemă bloc. În Fig.11 s-au notat: S-fluxul de substanţă, E-fluxul de energie, I-fluxul informaţional, FP-fluxul de producţie, R-fluxul de rebuturi, P-pierderi în sistem. T,Tf,C-mulţimea operaţiilor elementare de transport,transformare şi control. Planificarea tehnologică în sistemele avansate de fabricaţie Fluxul de substanţă S care trece prin sistem este sub acţiunea celor trei tipuri de operaţii elementare amintite anterior. În continuare se enumeră partcularităţile acestor sisteme. 1.Se consideră că în sistem sunt n posturi de transformare multifuncţionale MU1,..,MUj,...,MUn,care pot fi maşini unelte,instalaţii de tratament,de forjare,centre de prelucrare,de încărcare-descărcare,etc... 2.Primul post de transformare j=1 şi ultimul j=n corespund din sistem corespund staţiilor încărcare-descărcare a pieselor. 3.Fiecare post de transformare are un depozit tampon de piese Dj de capacitate Cj,unde ( j=1,2,…,n). 4.Există m dipozitive de transport-robocare Dti unde i=1,2,...,m,care pot transporta piese montate pe palete între posturile de transformare MUj(j=1,2,...,n),deplasându-se în lungul unor căi,inductive,optice sau şine(linie contunuă ______ ).Fig.12. 5.Sculele care pot fi folosite în mai multe posturi de transformare sunt aranjate într-o magazie centrală de scule MCS şi transportate cu ajutorul unui sistem de transport al sculelor(linie întreruptă ------- ).Fig.12. 6.Numărul de piese din sistem este k .Fiecare piesă este prelucrată într-o secvenţă prestabilită. 7.Există totdeauna mai multe posturi de transformare în sisteul avansat de prelucrare care pot executa operaţiile necesare pentru fiecare secvenţă de prelucrare.

-6- 8.Pentru fiecare piesă trebuie să se cunoască : -timpul de intrare în depozitul de piese tint , -timpul de uzinare (prelucrare,încărcare,descărcare,etc,...) tu , -timpul transferului(transportului) între posturile de transformare ttfp , -timpul de transfer al sculelor între magazia de scule şi posturile de transformare ttfs. 9.Trebuiesc cunoscuţi timpii auxiliari de reglare,fixare,ajustare şi de încărcare-descărcare.

Fig.12 .Structura unui sistem avansat de fabricaţie. Sistematizând particularităţile sistemelor avansate de producţie,prezentate anterior, rezultă trei nivele de ierarhizare a activităţilor în cadrul acestora: • nivelul 1-selectarea posturilor de tramnsformare; • nivelul 2-selectarea sculelor; • nivelul 3-selectarea mijloacelor de transport. În cazul “nivelului 1”se face selectarea unui post de transformare adecvat din mai multe posturi de transformare,care pot realiza aceeaşi operaţie de prelucrare pentru fiecare fază de prelucrare a tuturor pieselor,în acelaşi timp determinându-se şi secvenţa de încărcare a pieselor în postul de transformare selectat şi rezultă,în final,graficele de prelucrare pe maşini. În “nivelul 2 “se consideră situaţia când sculele standard utilizate pentru prelucrări în fiecare post de transformare sunt aşezate în magaziile de scule proprii Msj (j=1,2,…n)-Fig.12.,rezultând,în concluzie, determinarea graficului de alocare şi distribuire a sculelor. În cazul „nivelului 3”se selectează mijlocul de transport adecvat şi se elaborează graficele pentru transportul pieselor. Clasificarea sistemelor flexibile de prelucrare(SFP) Criteriile de clasificare sunt legate de: A.Procesul tehnologic de obţinere a formei,care poate fi de:

-7- 1.prelucrare prin aşchiere (strunjire,frezare,găurire,rectificare ), 2.prelucrare prin turnare, 3.prelucrare prin deformare plastică( matriţare,ambutisare,ştanţare,decupare), 4.prelucrare prin procedee neconvenţionale (laser,plasmă,electroeroziune, ultrasunete,electrochimice). B.Tipul piesei de prelucrat.Acestea pot fi: 1.prismatice, 2.de rotaţie, 3.tip placă. Sitemele sunt proiectate şi realizate după forma pieselor ce se vor preluca. C.Traseul sistemului de transfer(transport) şi unităţile de lucru.Acesa poate fi : 1.liniar, 2.circular, 3.mixt, în funcţie de fluxul de piese şi operaţii ce se vor executa. D.Nivelul de automatizare.În acest caz SFP pot fi: 1.parţial automatizate,care au staţii sau posturi de lucru deservite de operatori umani, 2.automatizate,cu pregătire exterioară a reechipării de către operatori umani, 3.automatizate,care necesită operatori umani în proces numai pentru supravegherea de avarie şi reanclanşarea rezervei., 4.automatizate,care necesită implicarea factorului uman în afara procesului pentru programarea şi întreţinerea planificată. E.Ordinea de prelucrare a pieselor poate fi în cazul SFP: 1.sistem aleatoriu(Random), 2.sistem în grup. În aceste cazuri se alege acel sistem care oferă avantaje mai mari,precizie ridicată,productuivitate mai mare,costuri de prelucrare mici şi fiabilitate ridicată. F.Gradul de varietate a pieselor.Se pot întâlni situaţiile; 1.sistemul prelucrează o varietate mare de piese în loturi mici de producţie, 2.sistemul prelucrează o varietate medie de piese în loturi medii de producţie, 3.sistemul prelucrează o varietate mică de piese în loturi mari de producţie. G.Gradul de închidere a procesului.Pot exista situaţiile: 1.sisteme care permit închiderea procesului de fabricaţie pentru sarcina dată, 2.sisteme care realizează numai o parte a procesului de fabricaţie pentru sarcina dată. H.Sistemul de concepţie. Acesta reprezintă activitatea de utilizare a cunoştinţelor pentru dezvoltarea de noi produse,procese sau servicii,sau pentru a îmbunătăţi în mod semificativ produsele,procesele sau serviciile existente.În acest caz sistemele sunt: 1.sistem la temă, 2.sistem modular,care este proiectat în aşa fel încât să permită o extindere etapizată, prin completarea unui modul de bază,reprezentat de regulă de celula flexibilă de fabricaţie Concepţia sistemelor avansate de fabricaţie După numărul proceselor realizate acestea pot fi:

-8- a.specializate pentru un singur proces, b.specializate pentru mai multe procese relativ asemănătoare(de regulă 2-3). Sistemele avansate de fabricaţie pot fi concepute după amplasarea staţiilor de lucru raportate la fluxul de transfer cu: 1.staţii unilaterale-Fig.13.,

Fig.13. SAF cu staţii unilaterale 2.staţii alternante-Fig.14.

Fig.14.SAF cu staţii alternante 3.staţii bilaterale-Fig.15.

Fig.15.SAF cu staţii bilaterale. 4.staţii intersectate de fluxul de tranfer-Fig.16.

Fig.16.SAF cu staţii intersectate de fluxul de transfer

-9- Această variantă este utilizată în cazul în care staţiile de procesare sunt de dimensiuni mari sau se realizează prelucrări multiple pe mai multe suprafeţe şi are dezavantajul accesului limitat pentru activitatea de « service ». După modul de organizare a fluxurilor fabricaţie sistemele avansate se pot concepe cu flux: 1.serial; 2;paralel; 3.mixt. 1.SAF cu flux serial se utilizează când producţia : -are un caracter stabil sau cvasistabil, -sunt comenzi mari şi constante în timp, -volum mare de fabricaţie. În general se folosesc 8-16 staţii de procesare(optimum 8). Acestea pot fi dispuse în variantă liniară sau circulară. Observaţie. Dacă dispunerea staţiilor este liniară, în fabricaţie simultană se află un număr de piese egal cu cel al staţiilor de procesare.Când staţiile sunt dispuse circular este nevoie de 2 staţii suplimentare pentru încărcarea semifabricatului şi descărcarea produsului finit Deci dacă în ambele cazuri n este numărul de staţii,atunci numărul de piese aflate simultan în diverse faze de procesare va fi: a/ n pentru varianta liniară , b/ n-2 pentru varianta circulară. A.Varianta liniară este cea mai răspândită soluţie constructivă.În acest caz staţiile de procesare sunt repartizate pe parcursul sistemului de transfer, care poate fi de tip conveier sau bandă transportoare cu dispunere de tip: -rectangular-Fig.17.a., -poligonal-Fig.17.b

Fig.17.Variante liniare de dispunere a staţiilor de procesare B.Varianta circulară constă din aşezarea staţiilor de procesare după un cerc.În acest caz transferul interfazic este realizat cu ajutorul mecanismelor de indexare. Acest tip de fabricaţie este specific procesării produselor de dimensiuni mici şi foarte mici din industria electrotehnică,electronică,de orologerie, deci mecanică fină în general.Fig.18.

-10-

Fig.18.Varianta circulară de dispunere a staţiilor de lucru în flux serial 2.SAF cu fluxuri paralele se utilizează ân situaţia în care produsul finit necesită un număr mic de operaţii,care pot fi realizate într-o singură staţie de procesare.Volumul procesării în acest caz este mare.Acest procedeu se aplică în producţia de şuruburi,piuliţe, roţi dinţate ,etc… În acest caz pot exista două variante: 1.varianta liniară-Fig.19.a., 2.varianta circulară.Fig.19.b..

a.varianta liniară

-11-

b.varianta circulară Fig.19.SAF cu fluxuri paralele 3.SAF cu fluxuri mixte au în componenţă,de exemplu,m fluxuri paralele identice,fiecare fiind organizat din n staţii de procesare în serie.În procesare există nxm semifabricate în diferite faze ale fabricaţiei.

-1- Lucrarea nr.6-SRFA MODELAREA,IDENTIFICAREA ŞI SIMULAREA DINAMICĂ A UNUI SISTEM DE URMĂRIRE Schema de principiu şi de funcţionare a sistemului de urmărire Se consideră un servomecanism de urmărire format dintr-un reductor cu roţi dinţate cu o treaptă care este acţionat de un motor de curent continuu cu excitaţie separată comandat prin intermediul buclei de reacţie de poziţie.

Unghiul prescris θ i transformat în tensiune de către un potenţiometru se compară cu

unghiul θ s la ieşirea din reductor( care este transformat în tensiune de către un traductor de poziţie TD montat pe arborele de ieşire a reductorului cu numărul de dinţi a roţilor dinţate Z1 , respectiv Z2) şi rezultă eroarea θε ce va fi amplificată, iar etajul final de putere va da tensiunea de alimentare ua a motorului de c.c.(M). Pe arborele motorului este montat un traductor de viteză-tahogenerator(Tah),care va da reacţia de viteză.Pe arborele de ieşire din reductor este montat un traductor de poziţie unghiulară(TD), care va da o reacţie de poziţie în circuitul automat al servomecanismului.

Schema electrică de forţă Schema cinematică a mecanismului de acţionare Fig.1.Servomecanism de control al poziţiei

-2- Parametrii servomecanismului de urmărire sunt: 1.Rezistenţa rotorică: Ra=…..Ω 2.Inductivitatea rotorică:Ia=….Ω 3.Constanta cuplului motor:Km=….Nm/A 4.Constanta t.e.m.:Ke=....V/rad/s 5.Momentul de inerţie masic al arborelui rotoric:Jm=…Nm/s2

6.Momentul de inerţie masic al tahogeneratorului: Jtah=...Nm/s2

7.Momentul de inerţie masic al arborelui sarcinii: Js =…Nm/s2

8.Coeficient de amortizare vâscoasă al arborelui motor:Bm =…Ns/rad 9.Coeficient de amortizare vâscoasă al arborelui sarcinii:Bs =…Ns/rad 10.Randamentul motorului:ηm =…. 11.Randamentul transmisiei cu roţi dinţate: η s =... 12.Factorul de amortizare al răspunsului sistemului la semnal treaptă: ξ =... 13.Timpul dintre două extreme(over-under shoot): tp = s Observaţii • Se consideră momentul rezistent pe arborele condus Mr, neglijabil ; •Nu se consideră jocurile dintre flancurile dinţilor ; • În cazul transmisiei mecanice se consideră arborii rigizi, deci în Fig.2.constanta de elasticitate este K’ =0 şi aceştia au numai amortizare vâscoasă B în mişcare torsională cu deplasare unghiulară θ şi viteză unghiulară ω .

Fig 2.Modelul fizic al unui arbore în mişcare torsională J-moment de inerţie masic,M-moment de torsiune.

-3- Determinarea parametrilor mecanismului de acţionare.Modelare dinamică •Raportul de transmitere optim al transmisiei cu roţi dinţate(acţionare cu motor de c.c. ) Acest raport este optim când -raportul de transmitere static

Z

Zi

s

mg

1

2==ω

ω (1)

unde ωm ,ω s sunt viteze unghiulare ale arborelui motor respectiv al sarcinii este egal cu -raportul de transmitere optim inerţial

J

Ji

m

sgo ≅ (3)

•Momentul de inerţie masic redus la arborele condus rezultă prin egalarea momentelor cinetice din transmisie şi cele din modelul dinamic: J = Js + ( Jm + Jtah ) ig

2 (4) •Amortizarea redusă la arborele condus(coeficient de amortizare vâscoasă echivalent) rezultă din egalitatea puterilor din elementul de reducere(arborele condus) şi elementele transmisiei mecanice: B = Bs + Bmig

2 (5) •Bilanţul energetic al transmisiei mecanice Fluxul de putere este dat în Fig.3.

Fig.3.Fluxul de putere în transmisia mecanică unde: Pm -puterea electrică la intrare în motor, Pu = ηm Pm –puterea utilă dată de motor,care este de fapt puterea mecanică la intrarea în reductor, Pus = η g Pu = ηη gm Pm –puterea mecanică utilă la ieşirea din redactor. Deci randamentul global al servomecanismului este ηηη gm= (6)

-4- Puterea mecanică la ieşirea din reductor se poate scrie Pus = Ms ω s (7) unde Ms –momentul pe arborele condus. Totodată Pus =η Pm (8) iar Pm = Mm ωm unde Mm-cuplul motor al motorului electric (9) şi deci

Ms = ηMm ω

ω

s

m= ηMm ig (10)

Performanţele dinamice ale unui sistem mecanic cu vibraţii torsionale Considerând modelul fizic al sistemului mecanic din Fig.2.,rezultă modelul matematic al acestuia: MKBJ =++ 'θθ (11) Aplicând transformata Laplace modelul matematic devine: ( ) )()('2 sMsKsBsJ =++ θ (12) Deci funcţia de transfer a sistemului mecanic (f.d.t.)este:

KBssJsM

ssH r'2

1)()()(

++==

θ (13)

sau

JKs

JB

sJ

sH r'

2

11)(++

= (14)

Se notează:

JK

r

'=ω pulsaţia de rezonanţă a sistemului conservativ(B=0),

KJ

B'2

=ζ factorul de amortizare al sistemului mecanic. (15)

Deci f.d.t., numită şi funcţia de ordinul 2 standard, are expresia:

ωωζ

ω22

2

' 21)(

rr

rrssK

sH++

= (16)

-5- Numitorul funcţiei )(sH r are aceleaşi rădăcini cu ecuaţia caracteristică corespunzătoare ecuaţiei diferenţiale (11): 12

2,1 −±−= ζωωζ rrs (17)

Fig.4.Răspunsul sitemului mecanic la o excitaţie de tip treaptă Sistemul mecanic are o comportare stabilă când rădăcinile reale şi părţile reale ale rădăcinilor complexe s1,2 au valori negative. Pentru o excitaţie de tip treaptă a sistemului mecanic pot exista situaţiile: 1. ζ <1,sistemul este subamortizat, 2. ζ =1,sistemul are amortizare critică, 3. ζ >1,sistemul este supraamortizat, situaţii care au fost prezentate în Fig.4. Pentru ζ <1, pseudopulsaţia de rezonanţă( noua pulsaţie de rezonanţă) a sistemului este dată de relaţia : ζωω 21−= rp (18) Suntem în cazul mişcării armonice amortizate cu perioada acesteia Tp. Deci timpul dintre două extreme apropiate(peak time) este conform Fig.4.:

-6-

ζω

πωπ

212 −===

rp

pp

Tt (19)

şi de unde rezultă pulsaţia de rezonanţă a sistemului conservativ:

ζ

πω

21−=

t pr (20)

Identificarea dinamică a servomecanismului Din Fig.1.rezultă, scriind ecuaţiile lui Kirchoff şi Newton, sistemul cu două ecuaţii diferenţiale: e

dtid

LiRu aaaaa ++= (21)

( ) θϑ mmmtahmrm BJJMM ++=− (22) unde: ia- curentul prin circuitul rotoric, ua- tensiunea de alimentare a rotorului, Mr-momentul rezistent redus la arborele motor, e(t)=Ke )(tmω - tensiunea contraelectromotoare,

−= )()( tiKtM amm cuplul motorului de c.c. cu excitaţie separată şi θ m -deplasarea unghiulară a arborelui motor în vibraţii torsionale. Utilizând transformata Laplace pentru ecuaţia diferenţială (21) rezultă: )()()()( sKsLssIRsU meaaaa Ω++= (23) Ecuaţia (22) poate fi scrisă pentru arborele condus şi aplicând transformata Laplace rezultă: )()()( sBsJssM sss Ω+Ω= (24) unde momentul rezistent redus(al sarcinii) la arborele condus : Ml =0. Din (24) rezultă:

BsJsMs s

s +=Ω

)()( (25)

Ţinând cont de relaţia (10) rezultă:

)()( sIBsJKi

s amg

s +=Ωη

(26)

Raportul de transmitere este:

)()(

ss

is

mg

ΩΩ= sau )()( sis sgm Ω=Ω (27)

şi deci

-7-

)()(2

sIBsJiK

s agm

m +=Ωη

(28)

Introducând această expresie în (23) rezultă:

)()(2

sIBsJiKK

LsRsU agme

aaa

+++=η

(29)

Funcţia de transfer a sistemului de acţionare a servomecanismului este:

( )( ) iKKBsJRLsiK

sUssH

gmeaa

gm

a

s2

*)()()(

ηη

+++=Ω= (30)

Constanta circuitului rotoric RL

a

aa =τ este mai mică decât constanta de timp mecanică şi deci se

poate neglija inductivitatea circuitului rotoric :τ a =0, funcţia de transfer luând forma:

JRiKK

JBs

JRiK

iKKBRJRsiKsH

a

gme

a

gm

gmeaa

gm22

* )(η

η

ηη

++=

++= (31)

şi notând:

JRiKm

a

gmη=

JRiKK

JBn

a

gme2η

+= (32)

aceasta devine:

ns

msH+

=)(* (33)

Deoarece trebuie controlată poziţia se introduce un bloc de integrare în bucla deschisă a servomecanismului, ca in Fig.5.

Fig.5.Modelul funcţiei de transfer a sistemului de acţionare a servomecanismului în buclă deschisă Unghiul de ieşire,al arborelui condus, este:

sns

mss1)(

+=θ (34)

Pentru regimul permanent rezultă: ∞==

∞→∞→)(lim)(lim sst s

ss

tθθ (35)

-8- şi deci sistemul fără buclă de reacţie este instabil. Buclele de reacţie de poziţie şi viteză Reacţia după poziţie se consideră ca fiind eroarea de poziţie amplificată: [ ])()()( ssKsU siPp θθ −= (36) unde: θ i -valoarea impusă a unghiului(intrare);θ s -valoarea reală, măsurată a unghiului arborelui condus(ieşire). Reacţia după viteză este: )(sKU sDv Ω= (37) Tensiunea de alimentare a rotorului va fi: )()()( sUsUsU vpa −= (38) Folosind aceste reacţii rezultă schema bloc a servomecanismului de poziţie din Fig.6.

Fig.6. Schema bloc a servomecanismului de poziţie Aplicând formula lui Mason pentru schema bloc din Fig.6. rezultă funcţiă de transfer a servomecanismului-f.d.t.:

)(

)(1)(1

1)(

)()()( **

**

**

**

sHKssHK

ssHK

ssHK

sssH

P

P

P

P

s

i

+=

+==

θθ (39)

unde:

mKns

m

nsm

K

nsm

sHD

D++

=

++

+=1

)(** (40)

şi în final rezultă:

( ) mKnmKssmKsH

PD

P

+++= 2)( (41)

Se identifică f.d.t. a servomecanismului cu f.d.t. de ordinul 2 standard(16 ) pentru determinarea coeficienţilor de reglaj ai buclelor de reacţie KP şi KD.

-9-

( ) ωωζω

22

2

2 2)(

rr

r

DD

P

ssmKnmKssmKsH

++≡

+++= (42)

Prin identificare rezultă sistemul cu două necunoscute:

ω 2rPKm =

mK rP

ω 2=

ωζ rD nmK 2=+ sau m

nK r

D−

= ωζ2 (43)

Modul de lucru Se inpune un regim subamortizat al servomecanismului de urmărire, deci cu răspunsul, la o treaptă unitară, de formă armonic amortizat,cu : • factorul de amortizare vâscoasă subunitar ς <1 • timpul dintre două extreme apropiate(over-under shoot) tp. 1.Cunoscând parametrii electrici şi mecanici ai servomecanismului se vor calcula: ig cu relaţia(3); J cu relaţia(4); B cu relaţia(5); η cu relaţia(6); m şi n cu relaţiile(32); ω r cu relaţia(20); KD şi KP cu relaţiile(43) 2.Se va întocmi un program în MATLAB pentru cazul semnalului de intrare de tip treaptă unitară şi se vor realiza graficele răspusului, a locului rădăcinilor,etc.. 3.Se va întocmi un program în Simulink-MATLAB, pentru studiul răspunsului servomecanismului la semnale treaptă,puls,etc..şi a răspunsului servomecanismului fără reacţii. 3.Se va realiza evaluarea performanţelor dinamice a răspunsului tranzitoriu la un semnal de intrare de tip treaptă unitară la servomecanismul din lucrare.

-10- Program în MATLAB pentru răspunsul servomecanismului la semnal treaptă unitară şi locul rădăcinilor

Răspunsul servomecanismului la semnal treaptă unitară

-11-

Program în Simulink-MATLAB

Răspunsul servomecanismului cu reacţie de poziţie şi viteză la semnal de intrare treaptă unitară

Răspunsul servomecanismului fără reacţie de viteză la semnal treaptă de intrare

-1- Curs 7

Locul roboţilor în cadrul sistemelor avansate de fabricaţie Istoric.Definiţii Definiţia dată de roboţi industriali( RI) de “Organizaţia Internaţională a standardizării-ISO “,în anul 1980 este următoarea: Robotul este manipulatorul automat cu mişcări programabile multifuncţional,având câteva grade de libertate şi capabil să efectuieze operaţii de manipulare a materialelor,pieselor,instrumentelor sau dispozitivelor tehnologice speciale,prin programare variabilă a mişcărilor,pentru realizarea unei varietăţi de funcţii. În funcţie de de complexitatea fucţiilor pe care le pot realiza există: •Manipulatoare simple cu secvenţe de lucru limitate de operaţii,fără grad mare de complexitate,care au 2-3 grade de libertate cu sisteme de comandă electromecanice(limitatoare de cursă,mecanisme cu came,automate programabile,etc..) •Manipulatoare programabile sau RI,care au 5-6 grade de libertate,comandate de sisteme de comandă care dispun de capacitatea de a memora intern diferite programme pentru efectuarea unor mişcări simple sau complexe,ce pot fi : a.dobândite în timpul efectuării de către operatorul uman a operaţiilor tehnologice necesare(RI repetitiv) ; b.formulate textual prin comenzi codificate(programarea textuală ); c.prin combinarea metodelor a. şi b. •RI inteligenţi,care sunt înzestraţi cu senzori (tactili,de proximitate,de prezenţă, de formă, etc… ) şi cu sisteme de comandă care prelucrează semnalele de intrare în sistem de la senzori şi acţionează conform programului asupra sistemului de execuţie în scopul relizării obiectivului necesar în procesul tehnologic. Din punct de vedere al evoluţiei şi complexităţii RI în diferite stadii a cercetării ştiinţifice,în domeniul roboticii,se pot întâlni variantele constructive: *Prima generaţie de RI include roboţi programabili care pot să repete anumite operaţii prescrise fără să se ţină cont de perturbaţiile din mediul de lucru (manipulatoare simple). Aceştia se numesc “pick and place machine” şi se folosesc la operaţii simple de manipulare, iar programul de lucru se modifică cu greutate. Flexibilitatea acestui tip de robot a crescut prin introducerea în sistemele de comandă a structurilor de tip calculator: microprocesoare sau minicalculatoare. Programarea RI se poate face prin: -dobândire-instruire “teach in”; -programare textuală. Programarea prin dobândire –instruire se poate realiza în următoarele moduri: A.Deplasarea directă manuală a braţului robotului care este transformată în coordonate operaţionale şi se memorează: 1.numai în punctele selectate de autor, 2.întreaga traiectorie cu citirea cu frecvenţă fixă a poziţiilor efectorului. B.Deplasarea indirectă prin folosirea consolei RI prin: 1.apăsarea unor butoane corespunzătoare deplasării efectorului, 2.folosirea unui “joystick”.

-2- Comanda se face în acest caz pentru fiecare grad de libertate în puncte sau în coordonate operaţionale.în spaţiul cartezian( sus-jos,stânga-dreapta,înainte-înapoi). *A doua generaţie de RI cuprinde “ roboţi adaptabili“,care au în componenţă senzori ce dau informaţii despre un nou mediu de lucru sau despre modificările ce au loc în acelaşi mediu.Aceşti roboţi se adaptează noilor condiţii de lucru neavând un program de comandă fix. *A treia generaţie de RI cuprinde roboţi inteligenţi şi au în componenţă elemente de inteligenţă artificială.Aceştia pot fi complet autonomi,iar gradul lor de inteligenţă este în funcţie de scopurile pentru care sunt concepuţi.Acest tip de roboţi îşi generează şi actualizează în permanenţă un model al mediului înconjurător,cu ajutorul sistemului senzorial ( incluzând şi vederea artificială).Pe baza informaţiilor din mediu se generează planul global de acţiune a robotului.Acest plan este divizat în acţiuni simple de manipulare sau deplasare în mediul de lucru.Fiecare acţiune simplă poate fi comandată printr-un limbaj de programare la nivel de obiect (ca în cazul RI de generaţia a 2a ), spre deosebire de comanda robotului în ansamblu, care se face printr-un limbaj de nivel înalt. Eficacitatea economică a introducerii RI în liniile sistemelor avansate de fabricaţie Economia directă care se realizează prin introducerea RI constă în reducerea cheltuielilor pentru manoperă.Pentru calclul rentabilităţii R a introducerii unui robot se foloseşte relaţia:

IyIxILR −−=

unde L-economia anuală de cheltuieli pentru manoperă, I-investiţia, x-cota de amortizare a investiţiei, y-cota de cheltuieli de întreţinere. În numeroase ţări principala dificultate în dezvoltarea robotizării o constituie faptul că fabricaţia este o activitate conservatoare,care nu se schimbă uşor.Astfel patronii firmelor ezită să utilizeze RI în locul operatorilor umani.În S.U.A. utilizarea RI a devenit rentabilă abia în prima jumătate a anilor ’70,după introducerea sistemelor de comandă bazate pe microprocesoare iaeftine,respectiv după creşterea accentuată a costului manoperei datorită inflaţiei. Raportul dintre costul de operare cu robot şi costul manoperei are o valoare subunitară într-o ţară dezvoltată tehnic.În ţările cu forţă de muncă ieftină introducerea robotizării este aproape imposibilă.Rămânerea în urmă privind introducerea robotizării condamnă ca industria să stagneze din punct de vedere tehnic şi deci urmează perpetuarea nivelului scăzut al costului manoperei şi deci menţinerea unui nivel de trai scăzut. Dacă în anii ’70 introducerea automatizării bazate pe roboţi în S.U.A. a fost determinată de costuri(creşterea productivităţii în intreprinderi ) ,apariţia pieţei globale în anii 80 a deplasat interesul de la creşterea productivităţii la satisfacerea cerinţelor consumatorilor în condiţiile unei concurenţe globale,care presupune produse de

-3- calitate,de mare varietate,perfecţionări continue ,apariţia unor modele noi ce presupune flexibilitatea fabricaţiei,toate acestea putându-se realiza numai prin utilizarea masivă a RI. Aplicaţii ale roboţilor industriali Domenii de aplicaţii În cazul aplicaţiilor industriale roboţii sunt de: -Tip I şi pot manipula scule,deci fac parte din subsistemul de lucru, -Tip II şi pot manipula obiecte de lucru , făcând parte din subsistemul de manipulare. Obiectul de lucru poate fi: semifabricat,piesă,ansamblu,subansamblu,dispozitiv de lucru şi scula neaflată în procesul de prelucrare,fiind manipulată în cadrul subsistemului de manipulare. Când robotul manipulează obiecte de lucru,acesta serveşte maşini-unelte, utilaje, instalaţii de alimentare,de evacuare şi dispozitive de lucru.Prin “servire” se înţelege opraţia de introducere a obiectului de lucru-semifabricat în maşina unealtă ,utilaj,etc.., în care se produce operaţia de prelucrare şi extragerea lui după ce prelucrarea s-a terminat.Definiţia este valabilă şi în cazul în care obiectul de lucru este o sculă pe care robotul o extrage din portsculă, o introduce în depozitul de scule,extrage altă sculă pe care o introduce în portsculă sau un dispozitivul de lucru pe care îl introduce într-un alt dispozitiv. Se prezintă în continuare aplicaţiile industriale de tip I şi II ale RI. Tip I.-manipulare de scule în : I.1.Asamblare I.2.Furnal la desfundarea canalelor de turnare I.3.Formare I.4.Prelucrarea unor semifabricate: I.4.a.turnate-demaselotare I.4.b.turnate-curăţire, I.4.c.turnate,forjate,aşchiate-debavurare şi polizare. I.5.Sablare I.6.Prelucrarea unor semifabricate prin: I.6.a.aşchiere, I.6.b.fascicol laser, I.6.c.prin jet de apă cu înaltă presiune. I.7.Sudare I.7.a.prin presiune în puncte, I.7.b.cu arc în mediu de gaz protector. I.8.Lipire I.9.Metalizare I.10.Vopsire: I.10.a.umedă, I.10.b.uscată. I.11.Măsurare,control de calitate,testare I.12.Operaţii în” camere curate”

-4- Tip II-manipulare de obiecte de lucru II.A.Servirea unor maşini,instalaţii sau dispozitive: II.A1.cuptoare de oţelărie pentru încărcare–descărcare,manipulare lingouri, II.A2.laminoare pentru manipulare lingouri sau laminate, II.A3.utilaje de miezuit, II.A4.cubilouri pentru încărcare,manipulare în vederea turnării, II.A5.maşini de turnat sub presiune, II.A6.utilaje de turnare de precizie, II.A7.utilaje de tratament termic cum ar fi cuptoare sau băi, II.A8.ciocane şi prese de forjare, II.A9.ciocane şi prese de matriţare la cald, II.A10.maşini de forjat orizontale, II.A11.prese de matriţare şi ştanţare la rece, II.A12.utilaje de presat materiale plastice, II.A13.cuptoare de uscat, II.A14.utilaje fixe pentru debavurare,demaselotare,curăţire,sablare,sudare,vopsire, II.A15.maşini-unelte de prelucrat prin aşchiere, II.A16.maşini-unelte de prelucrare prin procedee neconvenţionale, II.A17.maşini de lucru în industria alimentară,textilă,de pielărie,de încălţăminte,a lemnului,etc.., II.A18.dispozitive ale instalaţiilor alimentare sau de evacuare. II.B.dispozitive pentru paletizare sau depaletizare. Operaţia de servire robotizată se caracterizează prin faptul că robotul preia obiectul de lucru dintr-un dispozitiv de alimentare evacuare,care se află într-o poziţie fixă, îl depune în dispozitivul de lucru,cu poziţie bine precizată ,apoi după terminarea operaţiei de prelucrare,îl ia din aceasta şi îl depune într-un dispozitiv al instaslaţiei de de alimentare-evacuare.Acesta este cazul aplicaţiilor I.A1.....I.A13. şi I.A15.....I.A18..În cazul I.A14. robotul ia parte la procesul de prelucrare, în care acesta asigură obiectului de lucru o mişcare relativă în raport cu scula utilajului fix.Mişcarea obiectului de lucru, în ambele cazuri enumerate mai sus este una oarecare, dar RI o execută în aşa fel încât să evite coliziunile cu alt echipament periferic al acestuia. RI în operaţiile de servire poate fi comandat: în cazul aplicaţiilor I.A1...I.A13. şi I.A15....I.A18.printr-un program secvenţial sau punct cu punct(PP); în cazul aplicaţiei I.A14.,unde trebuie să se realizeze o mişcare relativă obiect de lucru şi sculă, conform procesului tehnologic, iar conducerea RI se face după un program multipunct(MP) sau de traiectorie continuă(CP). Discuţie privind aplicaţiile roboţilor industriali Cele mai importante aplicaţii industriale ale RI sunt în :

-5- • procese de prelucrare prin aşchiere pentru alimentarea automată cu piese,scule sau dispozitive ale maşinilor-unelte sau pentru executarea unor operaţii de găurire sau rectificare; • procese tehnologice de asamblare automată, în care RI manipulează piesele de asamblat sau scule utilizate în acest scop; • procese de forjare-presare,pentru deservirea cuptoarelor de încălzire, preselor sau ştanţelor; • procese tehnologice de sudare prin puncte sau sudare continuă cu arc,în care robotul manipulează capul de sudură prin puncte sau electrodul la sudura cu arc electric; • procese tehnologice de turnare, pentru manipularea ramelor de formare , pentru dezbaterea formelor, pentru montarea miezurilor, pentru curăţirea pieselor turnate sau pentru alimentarea automată a maşinilor de turnare sub presiune; • procese tehnologice de acoperiri superficiale,în care se manipulează pistoale de vopsit sau piesele ce sunt scufundate în băi de acoperire,de decapare,etc..; • procese tehnologice de tratament termic, în care se manipulează piesele la încălzirea în cuptoare sau la scufundarea în băi de tratament; • realizarea operaţiilor de control automat al dimensiunilor şi formei pieselor • încărcarea sau descărcarea conveioarelor şi în operaţii de stivuire,transport sau înmagazinare. Mediile de lucru a RI pot fi: -cu praf sau cu temperaturi înalte; -înguste,greu accesibile; -toxice sau radioactive; -cu atmosferă umedă; -cu atmosferă urât mirositoare; -cu pericol de explozie; -cu caracteristici normale. Situaţiile în care se pot implementa RI în procesele tehnologice: 1.într-un proces tehnologic existent,neautomatizat, care funcţionează după un mod de organizare oarecare; 2.într-un proces tehnologic nou, care urmează să fie conceput şi realizat în variantă robotizată. În primul caz apar câteva consecinţe nefavorabile,cum ar fi: ∗ oprirea procesului tehnologic în vederea reorganizării şi reamplasării utilajelor,cu pierderi în producţia de bunuri, ∗ apariţia unor elemente periferice robotului,cum ar fi depozitele, ∗ eliminarea operatorului uman,creindu-se probleme sociale. Al doilea caz , se poate realiza la costuri mai mici decât în primul caz, iar soluţiile tehnice sunt gândite în faza de concepţie pentru varianta robotizată,neexistând, în final probleme sociale. Condiţii de bază în implementarea RI în aplicaţiile industriale Realizarea aplicaţiilor industriale ale roboţilor presupune o analiză a variabilităţii

-6- mediului sau procesului tehnologic, pentru a stabili gradul de flexibilitate care trebuie să-l asigure RI din punct de vedere: -mecanic; -al sistemului de comandă; -al gradului de flexibilitate ale elementelor periferice şi interfaţă În proiectarea sistemelor de producţie cu RI trebuie să se ţină seama de următoarele variabilităţi: 1.Variabilitatea poziţională care se referă la: -piesă, -dispozitiv de centrare-fixare a piesei, -maşină care îşi poate schimba poziţia în spaţiu. 2.Variabilitatea de formă, dimensională sau de masă a piesei sau semifabricatului. 3. Variabilitatea de timp care se referă la durata ciclului de prelucrare a piesei, la durata ciclului de manipulare sau la maşină prin frecvenţa şi durata întreruperilor. 4. Variabilitatea operaţională se referă la operaţiile de prelucrare a pieselor ca urmare a modificării sarcinilor de lucru. 5. Variabilitatea generală de mediu care se referă la variaţiile diferiţilor parametrii ai acestuia,cum ar fi temperatură,umiditate,praf,radioactivitate,etc,... 6. Variabilitatea pieselor prelucrate şi manipulate În ceea ce priveşte tipurile de orientări ale pieselor pe fluxul tehnologic pot exista situaţiile: -orientare liberă sau oarecare; -orientare determinată de proces; -orientare forţată prin intermediul unor sisteme de orientare. Poziţia piesei sau semifabricatului se determină în raport cu sistemul de coordonate în care lucrează robotul.Starea piesei sau semifabricatului în spaţiul de lucru a RI poate fi în repaus sau în mişcare.La ieşirea de pe un post de lucru din sistemul robotizat piesa este orientată de dispozitivul de centrare-fixare,în aşa numita orientare de proces.Din această stare poate fi preluată de robot şi dacă piesa cade într-un buncăr îşi pierde orientarea ,deci suntem în cazul orientării libere.Pentru a aduce piesa sau semifabricatul în poziţia necesară procesului de fabricaţie este nevoie să se efectuieze o orientare forţată prin operaţiile suplimentare: -separare bucată cu bucată a pieselor; -determinarea orientării piesei şi compararea poziţiei obţinute cu poziţia prescrisă. Aceste operaţii se pot realiza utilizând: 1.dispozitive specializate care echipează sistemul robotizat sau 2.roboţi industriali din generaţia a 2a ,adaptivi,care sunt dotaţi cu senzori de vedere sau senzori tactili şi sisteme de prelucrare a informaţiilor furnizate de aceştia şi de o comandă corespunzătoare. În primul caz realizarea unor dispozitive de orientare specializată se complică cu cât piesele sau semifabricatele diferă ca formă şi dimensiuni.Se pot realiza dispozitive de orientare care se schimbă la trecerea de la o piesă la alta.

-7- Variabilitatea de formă,dimensională,de masă sau rigiditate a piesei se manifestă pregnant când RI fac parte dintr-un sistem flexibil avansat în care se prelucrează, asamblează şi controlează piese ce aparţin unei familii şi necesită: ∗ concepţia şi proiectarea mecanismului sau dispozitivului de prehensiune-DP; ∗ flexibilitatea geometrică a DP şi a sistemului de orientare; ∗ cunoaşterea sarcinii maxime manipulată de robot , a forţei de strângere a obiectului manipulat şi a cerinţelor pentru optimizarea comenzilor. 7.Variabilitatea dispozitivului de centrare-fixare sau a maşinii Poziţia dispozitivului de centrare-fixare a semifabricatului este fixă sau se poate schimba,dar este bine determinată conform procesului tehnologicşi de organizare a acestuia , în cazul proceselor de prelucrare mecanică:strunjire,frezare,etc..,de presare, forjare.Când RI execută operaţii tehnologice care presupun manipularea unei maşini sau a unei scule de polizare,găurire,sudare,acoperiri metalice sau de vopsire poziţia este variabilă, iar variabilitatea se defineşte în raport cu piesa şi trebuiesc determinate funcţiile robotului. 8.Variabilitatea duratelor de timp şi operaţională Variabilităţile duratelor de timp pot fi de prelucrare sau manipulare.Durata de prelucrare se consideră intervalul de timp între momentul introducerii piesei sau semifabricatului în dispozitivul de centrare-fixare şi momentul eliberării şi preluării acesteia de către mecanismul-dispozitivul de prehensiune.Durata de manipulare reprezintă suma timpilor necesari pentru apucarea semifabricatului, deplasarea după traiectoria impusă,orientarea şi eliberarea acestuia. Variabilitatea duratelor de prelucrare se stabileşte de către tehnolog, în momentul elaborării procesului de lucru. Variabilitatea duratelor de manipulare se determină în funcţie de: -lungimea traiectoriilor, -viteza de deplasare a RI, -sarcina utilă, -precizia preconizată. Varietatea operaţională este dată de modificarea sarcinilor de prelucrare,care determină variabilităţile menţionate anterior şi conduc la modificări în programul de comenzi a sistemului flexibil robotizat. Variabilitatea sarcinilor de prelucrare impune introducerea funcţiei de recunoaştere a piesei care trebuie manipulată şi se poate realiza: după forma piesei, cu un dispozitiv purtător de cod al piesei sau semifabricatului sau pe dispozitive însoţitoare.

-1- Curs 8 Funcţiile de manipulare în sistemele de fabricaţie robotizate avansate Funcţiile de manipulare posibile într-un sistem flexibil sunt prezentate în Fig.22. Astfel pentru fiecare operaţie este nevoie de câte un robot cu o construcţie adecvată şi un anumit ciclu de lucru. Funcţia de manipulare a semifabricatului este necesară pentru alimentarea automată cu piese a maşinilor-unelte,de exemplu şi se pot realiza, în acest caz,operaţiile: 1.transferul unei piese de pe o paletă fixată pe masa maşinii în universalul acesteia şi invers după prelucrare; 2.schimbarea poziţiei unei piese din paleta fixată pe masa maşinii,în cazul cînd se face prin mai multe prinderi pe maşina-unealtă.

Fig.22.Funcţiile de manipulare în SRFA Manipularea sculei în cadrul sistemului flexibil de fabricaţie se referă la transferul automat al sculelor individuale sau al grupelor de scule din dispozitivul de scule sau din cutii multiaxe ale maşinii pe maşina-unealtă şi invers.În alte cazuri manipulatorul robotului acţionează direct asupra sculei de lucru:la debavurarea automată ,la asamblarea automată,la sudarea automată,la vopsire,găurire,etc,..

-2- În cazul când controlul calitativ al pieselor se face direct pe maşina-unealtă ,când se măsoară mai multe dimensiuni,sunt necesare mai multe traductoare de control.În acst caz se foloseşte un robot special care efectuiază operaţia de control. Un exemplu în acest sens poate fi vârful de măsurare care se aplică pe axul principal al maşinii-unelte,prin care se controlează poziţia de instalare a piesei în sistemul de fixare al maşini şi în funcţie de de rezultatul acestui control se determină originea de prelucrare. Manipularea automată într-un sistem robotizat de prelucrare poate fi şi în legătură cu dispozitivul de fixare a piesei sau de apucare a robotului ( dispozitiv sau mecanism de prehensiune).Pentru a se asigura flexibilitatea manipulării unor obiecte de forme şi dimensiuni diverse trebuie să existe posibilitatea schimbării: -mandrinei sau a bacurilor mandrinei, - dispozitivului de apucare sau a bacurilor acestuia. Execuţia funcţiei de manipulare automată se poate realiza dacă există şi un magazin pentru depozitarea obiectelor manipulate.Astfel există magazine( depozite)de: -palete port-piese, -piese de revoluţie, -scule, -dispozitive, -vârfuri de control. Obiectele neorientate trebuiesc identificate din punct de vedere al poziţiei şi formei lor şi din această cauză trebuie să existe în sistemul robotizat un sistem de manipulare a unor senzori vizuali(cap de citire a codului de bare),pentru identificarea codului unei piese sau scule. În sistemele de fabricaţie avansată care au şi procese tehnologice de aşchiere trebuie să existe şi posibilitatea manipulării automate a unor duze pentru aer sau pentru apă cu scopul curăţirii dispozitivelor şi pieselor în posturile de spălare-curăţire automată. Manipulatoarele şi roboţii care realizează funcţiile de manipulare automată în cadrul sistemelor avansate de fabricaţie trebuie să îndeplinească condiţiile: *adaptare la caracteristicile obiectelor manipulate, *grad mare de flexibilitate care se poate realiza prin: -existenţa unor senzori tactili pe dispozitivul-mecanismul de prehensiune, -schimbarea automată a mandrinelor,dispozitivelor sau bacurilor acestora. *construcţia sistemelor de manipulare să fie concepută în aşa fel încât să fie posibilă depanarea rapidă a acestora, iar accesul la MUCN să se facă cu uşurinţă,pentru efectuarea manuală a operaţiilor de manipulare în timpul reparaţiilor. *să fie posibilă execuţia operaţiilor de manipulare în acelaşi timp cu operaţiile de prelucrare pe maşini-unelte. În cazul când dispozitivul-mecanismul de prehensiune vine în contact cu obiectele de lucru cu temperaturi ridicate, sau pătrund în spaţii încălzite,de exemplu vatra unui cuptor,se concep sisteme de răcire,prin introducerea periodică a acestuia într-un vas cu lichid de răcire sau se răcesc cu un jet de fluid rece. În cazul manipulării se pot întâlni şi defecţiuni,cum ar fi de exemplu, neprinderea obiectului de către mecanismul-dispozitivul de prehensiune sau nefixarea acestuia în dispozitivul de prindere sau în mandrină.Aceste anomalii în funcţionare pot fi semnalate de senzori tactili.

-3- Distrugerea obiectului sau desprinderea acestuia poate fi prevenită prin utilizarea unor senzori de măsurare a forţei prin care s-ar putea aplica forţe mai mici,respectiv mai mari de către degetele sau bacurile dispozitivului de prehensiune. Efectorul final(EF ) Structura de bază a EF EF este acea parte din sitemul mecanic al robotului prin care acesta aţionează asupra mediului,după destinaţia acestuia.Adaptarea robotului la o anumită destinaţie se realizează cu ajutorul efectorului final,iar flexibilitatea RI este dată de către acesta. Când robotul manipulează obiecte de lucru, efectorul final este un dispozitiv sau mecanism de prehensiune,care solidarizează obiectul de lucru cu ultimul element al dispozitivului de ghidare. Când robotul prelucrează obiecte de lucru EF este o: -sculă, sau -cap de forţă cu sculă,care are un motor ce transformă energia nemecanică(pneumatică sau electrică) în energie mecanică. Uneori în procesare este nevoie de energie nemecanică sau materiale,iar efectorul sculă are dispozitive de aducere a agentului putător de energie sau material.În aceste caz se pot următoarele exemple: ∗ capul de sudare cu arc electric în mediu de gaz protector are dispozitiv de aducere a electrodului şi a gazului protector, ∗ pistolul de vopsire cu aer comprimat are dispozitive de aducere a vopselei lichide sau a pulberii şi unul de aducere a aerului comprimat.

Fig.23.Schema bloc a EF Structura EF este prezentată in Fig. 23.şi după cum se vede, acesta este solidarizat de ultimul element al dispozitivului de ghidare DG prin intermediul elementului de cuplare C. Elementul de complianţă C0, respectiv modulul de micromişcare MM permit realizarea unor mişcări relative de mică amplitudine ale EF în raport cu ultimul element a DG în mod necontrolat sau controlat. Dacă robotul prelucrează scula S se ataşează la: -componentele C0 sau MM prin intermediul unui dispozitiv portsculă, -un element de acţionare A ,care împreună cu scula constituie capul de forţă CF. Dacă robotul manipulează obiecte, EF este un mecanism-dispozitiv de prehensiune DP ,mecanismului de prehensiune MP i se ataşează elementul de acţionare A ,care în final pune în mişcare degetele mecanice D. Elementele constitutive A,MP,D şi B alcătuiesc, astfel dispozitivul de prehensiune DP.

-4- Elementul de cuplare C realizează legătura fizică a efectorului final-EF la dispozitivul de ghidare –DG. Ca elemente de cuplare pot fi cuplaje mecanice tipizate cum ar fi,de exemplu,o pereche de flanşe cu găuri,împreună cu mufe,ştuţuri,racorduri pentru realizarea legăturilor dintre conductele de aer comprimat,ulei sub presiune şi conductoarele electerice.În acest caz schimbarea efectorului final se face manual. Schimbarea automată a efectorului final se poate face cu ajutorul unor dispozitive de tip cap revolver în care RI manipulează depozitul de efectori finali printr-o mişcare indexată de rotaţie..Această acţiune poate avea loc şi în cadrul programului de funcţionare a robotului când manipulatorul depune efectorul final existent într-un depozit de efectori şi preia unul nou.Elementele de cuplare dintre efectorul final şi ultimul element al dispozitivului de ghidare pot fi de tip: baionetă,bucşă elastică, bucşă cu arcuri şi bile. Elementul de complianţă C0 realizează corecţia de mică amplitudine a poziţiei efectorului final în raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare, ca urmare a interacţiunii dintre robot şi mediul înconjurător.Aceste elemente conţin pe lângă elementele rigide şi elemente deformabile elastic,cum ar fi arcurile din metal sau cauciuc.Totodată pot conţine şi amortizoare de tip piston-cilindru.

Fig.24.Montarea unui cilindru într-un alezaj În operaţiile de montaj,de cele mai multe ori,robotul introduce un cilindru (ştift ) într-un alezaj practicat într-un corp de bază –Fig.24..Această operaţie presupune apăsarea cilindrului cu o forţă axială F .Asamblarea este reuşită dacă axa cilindrului coincide cu axa alezajului,fapt care se întâmplă când asamblarea este executată de un robot de mare precizie,dar cu un preţ mare de achiziţie. Asamblarea ar fi posibil de executat de un robot cu precizie medie dacă efectorul final are în componenţă un element de complianţă C0 ,care prin efectul reacţiunilor R1 şi R2 se asigură alinierea axei ştiftului cu cel al alezajului. În acest sens se prezintă un dipozitiv utilizat în montaj în Fig.25,numit element cu centru de complianţă îndepărtat RCC (Remote Center Compliance).Ultimul element al dispozitivului de ghidare DG este solidarizat cu flanşa F1 care este legată de flanşa F2 prin două lamele elastice L2.De

-5- flanşa F2 este legată flanşa F3 prin două lamele elastice L2 .Pe flanşa F3 este montat dispozitivul de prehensiune DP. Dispozitivul de complianţă are două grade de libertate şi prin acţiunea reacţiunilor se asigură alinierea celor două axe în timpul montajului.

Fig.25.Schema dispozitivului de complianţă C0 Un alt tip de element de complianţă este cel întâlnit în Fig.26.,când burduful de cauciuc îndeplineşte acelaşi rol cu cel al lamelor elastice din exemplu precedent

Fig.26.Schema dispozitivului de complianţă cu burduf În timpul funcţionării robotului industrial se poate produce deteriorarea efectorului final , a dispozitivului de ghidare sau a obiectului manipulat datorită: -erorilor în programul robotului, -nerespectarea de către robot a programului de comandă, -apariţia accidentală a unor obiecte în spaţiul de lucru. Evitarea unor asemenea deteriorări se poate realiza prevăzînd efectorul final cu un element de complianţă care se deformează elastic sub acţiunea forţelor de ciocnire şi care poate acţiona un limitator de avarie ,ce poate ,în final,opri mişcarea dispozitivului de ghidare. Elementele de complianţă din cadrul efectorilor finali care au scule sau capete de forţă cu scule, în procesul de urmărire a geometriei suprafeţelor neregulate de prelucrat ,ca de exemplu rostul de sudare sau suprafeţe pentru debavurare ,sunt supuse la vibraţii mecanice,care se transmit dispozitivului de ghidare a RI.Pentru diminuarea acestora se folosesc amortizoare în construcţia elementelor de complianţă.

-6- Modulul de micromişcare MM realizează o corecţie de mică amplitudine a situării efectorului final EF în raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare DG, corecţia fiind în acest caz comandată de sistemul de comandă al robotului.În acest fel controlul corecţiei este activ.

Fig.27.Modul de micromişcare MM cu acţionare pneumatică: 1-cilindru,2-capac,3-plunjer,4,antrenor,5-bucşă,6-inel de etanşare,A şi B sunt intrările aerului comprimat. În Fig.27. este prezentat un modul de micromişcare cu acţionare pneumatică,care este un cilindru pneumatic diferenţial Pistonul alcătuit din plunjerul 3 şi cele două bucşe 5,are trei poziţii axiale,în funcţie de modul de alimentare cu aer comprimat de la un distribuitor a orificiilor A şi B.Dacă sunt alimentate simultan cu aer orificiile A şi B ,antrenorul 4 care este în legătură cu dispozitivul de prehensiune va ocupa poziţia mediană din figură. Dacă se introduce aer prin orificiul A tot ansamblul se deplasează în partea dreaptă,iar ăn când se introduce aer prin orificiul B,acesta se deplasează în stânga.Deci prin tija antrenoare 4 aceste micromişcări se transmit dispozitivului de prehensiune. Modulul de micromişcare MM poate fi folosit şi în manevrele de introducere sau scoatere a semifabricatului dintr-un dipozitiv de lucru al unei maşini, fiind necesare în acest caz mişcări de mică amplitudine ale efectorului final ,fără a fi necesare alte mişcări în cadrul dispozitivului de ghidare. O altă aplicaţie a modulului de micromişcare este în cazul sudurii cu arc electric în mediu de gaz protector a unor cusături de lăţime mare ,când capul de sudare execută o aşa numită mişcare de “ţesere”(weawing),combinându-se mişcarea programată de înaintare a electrodului cu mişcarea de pendulare dată de MM perpendiculară pe rostul dintre tablele semifabricat. Elementul de acţionare A conţine, în general un motor şi eventual o transmisie mecanică transmiţându-se mişcarea la: -o sculă, -elementul conducător a unui mecanism de prehensiune. Tipurile de acţionări sunt: Acţionarea pneumatică este cea mai utilizată pentru efectorii finali.Aerul comprimat, la o presiune relativ scăzută de 6 bar, este produs centralizat într-o staţie de aer comprimat sau de la un compresor de aer comprimat propriu robotului industrial.Acest tip de acţionare are avantajul vitezelor mari de lucru ale motoarelor de acţionare şi siguranţei în funcţionare a efectorului final. Sculele rotitoare ale capetelor de forţă: pietre polizoare, chei, şurubelniţe,etc..,sunt acţionate de motoare pneumatice rotative, adică turbine cu aer comprimat. Sculele în

-7- mişcare de translaţie: ciocane pneumatice,dălţi,etc..,sunt acţionate de motoare de motoare pneumatice liniare de tip cilindru-piston. În cazul acţionării mecanismelor de prehensiune se utilizează motoare pneumatice liniare de tip clindru-piston, realizându-se poziţiile extreme ale degetelor mecanice: deschis-închis-Fig.28.

Fig.28.Mecanism de prehensiune cu două degete acţionat cu motor pneumatic Liniar În acest caz se preferă folosirea pneunomotoarelor cu simplă acţiune,adică strângerea obiectului se realizează de către degetele mecanice asupra cărora apasă un arc,când în cilindrul motorului nu intră aer comprimat.Eliberarea obiectului se face numai sub acţiunea aerului comprimat. Deci când se produce o defecţiune a instalaţiei de producere a aerului comprimat obiectul aflat în mâna mecanică nu cade din acesta. Alte modalităţi de prindere a obiectelor sunt cele cu ventuză-Fig.29.a şi cel fără ventuză-Fig.29.b.,folosind în ambele cazuri vidul creeat de un tub Venturi.-Fig.29.c.

a.

b.

-8-

c. Fig.29. Elemente de prehensiune cu aer comprimat Acţionarea hidraulică a efectorilor finali foloseşte motoare rotative sau liniare ca şi la acţionarea pneumatică.În general se folosesc când forţele şi momentele rezistente tehnologice sunt mari.Acţionarea hidraulică a efectorilor finali se foloseşte, în general, când şi acţionarea robotului este hidraulică. Acţionarea electrică se realizează cu ajutorul motoarelor electrice liniare sau rotative şi au în componenţă şi au în componenţă limitatoare de cursă sau traductori de forţă pentru întreruperea alimentării motorului electric în poziţiile extreme ale degetelor mecanice:închis sau deschis. Aceste motoare acţionează mecanisme de prehensiune de tip: -cu roţi dinţate, -cu roţi dinţate şi came, -numai cu bare. În Fig.30.este prezentat un mecanism de prehensiune cu melc-roată melcată,acţionat de un motor electric rotativ.

Fig.30.Mecanism de prehensiune cu roţi dinţate şi acţionare cu motor electric rotativ Acţionarea electromagnetică În acest caz se foloseşte un electromagnet de curent continuu care atrage un obiect feromagnetic,în mişcare de translaţie,ce joacă rolul unei armături prin care se închid liniile de câmp electromagnetic.Revenirea în poziţie iniţială a electromagnetului, după întreruperea alimentării cu tensiune electrică se face cu ajutorul unor arcuri. În Fig.31. se prezintă un dispozitiv de prehensiune în situaţiile: a.suprafaţa obiectului este perfect plană,

-9- b.suprafaţa obiectului manipulat este denivelată şi se prevăd saci din cauciuc umpluţi cu pilitură de fier,între aceasta şi miezul electromagnetului.

Fig.31.Dispozitive de prehensiune electromagnetice cu: a.obiect cu suprafaţă plană, b.obiect cu suprafaţă denivelată. Dispozitivul de prehensiune DP, în general, conţine motorul de acţionare A, care este cuplat cu mecanismul de prehensiune MP, care asigură mişcarea degetelor D şi prin intermediul bacurilor B, este asigurată prinderea obiectului manipulat. Dispozitivul de prehensiune are funcţia de a impune obiectului manipulat o situare relativă determinată în raport cu ultimul element al dispozitivului de ghidare la care este ataşat. Această impunere se numeşte centrare,care poat fi: semicentrare,centrare sau centrare completă în funcţie de anumite condiţii geometrice.Dispozitivul de prehensiune realizează centrarea prin apropierea degetelor D şi realizarea,în continuare,a unor contacte ale acestora cu suprafaţa sau suprafeţele obiectului manipulat prin intermediul bacurilor. Modul de realizare a centrării depinde de: -forma geometrică a obiectului de lucru, -numărul şi natura mişcării degetelor, -forma bacurilor. În literatura de specialitate sunt analizate modurile de realizare a centrării obiectelor mărginite de suprafeţe simple: -centrarea suprafeţelor prismatice, -centrarea obiectelor cilindrice, -centrarea obiectelor tronconice, -centrarea obiectelor sferice. Imobilizarea obiectului manipulat între bacurile dispozitivului de prehensiune un anumit timp se poate face prin formă sau forţă. Imobilizarea prin formă se realizează prin „învăluire”(wraping) a obiectului de către bacuri,prin creearea a unui număr de cel puţin 12 puncte de contact între bacuri şi obiect,câte două puncte pentru fiecare grad de libertate-Fig.32.Se observă că două puncte

-10- de contact pe aceeaşi faţă înlocuiesc o linie de contact cu bacul, iar trei puncte de contact pe o faţă înlocuiesc o suprafaţă de contact Imobilizarea prin forţă se realizează prin strângerea obiectului între bacuri cu o anumită forţă. Obiectul în timpul manipulării este supus unuo forţe masice:gravitaţionale, de inerţie , de reacţiuni de contact cu alte corpuri şi chiar forţe tehnologice.Torsorul rezultant al acestor forţe are tendinţa să smulgă obiectul manipulat dintre bacurile degetelor mecanice.

Fig.32.Amplasarea punctelor de contact pentru imobilizarea prin formă a unui obiect paralelipipedic Dacă se consideră obiectul paralelipipedic ca în Fig.33.strâns cu două degete cu bacuri punctiforme ,contactul în punctele 1 şi 2 împiedică mişcarea obiectului după direcţia Oz,iar forţele de frecare dintre bac şi obiect în punctul 1 împiedică mişcările de translaţie ale obiectului după direcţiile Ox şi Oy.Deci punctul 1 joacă rolul a cinci puncte de contact din cazul prezentat anterior.

Fig.33.Corelaţia dintre închiderea prin formă şi cea prin forţă Numărul degetelor are o mare influenţă asupra dexterităţii mâinii mecanice cât şi asupra stabilităţii strângerii.S-a constatat că un dispozitiv de prehensiune este suficient să aibă 2-3 degete.

-11-

a. b. c.

d. e. Unde:DG- dispozitiv de ghidare,DP-dispozitiv de prehensiune,OL-obiect de lucru. Fig.34.Poziţii relative posibile ale DG, DP şi OL Bacurile degetelor dispozitivelor de prehensiune pot acţiona pe: • suprafeţele exterioare ale obiectelor de lucru,ca în Fig.34.a.,b.,d.,e., • suprafeţele interioare ale obiectelor de lucru,ca ăn Fig,34.,c.. Aceluiaşi dispozitiv de ghidare îi pot fi ataşate mai multe dispozitive de prehensiune fie pentru: *manipularea unor obiecte de lucru lungi,ca în Fig.34.,d., *schimbarea poziţiilor unor obiecte de lucru,ca şi în cazul capetelor revolver,Fig.34.,e.. În cazul mecanismelor de prehensiune fiecărui deget îi corespunde câte un lanţ cinematic.De exemplu în Fig.35.este prezentat un mecanism cu două degete A şi B ,

Fig.35.Mecanism de prehensiune cu două degete A şi B care are în componenţă două lanţuri cinematice simetrice 1,2,3 şi 1’,2’,3’ faţă de planul de simetrie. În Fig.36.este prezentată schema de prindere cu trei degete a unui dispozitiv de prehensiune,rezultată prin simetrie faţă de axa centrală a obiectului cilindic manipulat.

-12- În acest caz planele de mişcare ale lanţurilor cinematice care acţionează cele trei degete sunt decalate cu 1200 şi sunt perpendiculare pe planul desenului.

Fig.36.Dispozitiv de prehensiune cu trei degete

Fig.37.Mecanism de prehensiune cu trei degete cu mişcare plan paralelă Când degetele se deplasează prin translaţie centrarea se realizează cu uşurinşă,dar există pericolul autoblocării în funcţionare. Pentru evitarea autoblocării se foloseşte mecanismul din Fig.37.,unde mişcarea degetelor I şi II(simetrice faţă de planul a) este plan paralelă ,iar mişcarea degetului III este suficientă să fie de translaţie pentru centrarea dispozitivului de prehensiune.

-1- Curs 9 A.Utilizarea roboţilor industriali în procese de prelucrare prin aşchiere În acest caz RI sunt utilizaţi în următoarele cazuri: -alimentarea automată cu semifabricate a MUCN, -alimentarea automată cu scule şi dispozitive, -spălarea şi curăţarea automată a pieselor şi dispozitivelor. Procesele de prelucrare mecanică prin aşchiere au particularităţile: • timp relativ mare de prelucrare de la zeci de secunde la zeci de minute, • nu sunt temperaturi înalte în zona de prelucrare a semifabricatului, • piesele finite au precizie mare. Sistemele tehnologice avansate se recomandă pentru prelucrarea următoarelor tipuri de piese: -arbori netezi şi în trepte centrici şi excentrici, -discuri,flanşe,inele şi bucşe, -piese plane şi spaţiale(plăci,capace,carcase,.. ). MUCN incluse în sistemele avansate de fabricaţie trebuie să asigure: strângerea automată şi eliberarea automată a semifabricatului, bazarea precisă şi sigură a semifabricatului în dispozitivele maşinilor-unelte, schimbarea automată a sculei în cadrul ciclului de fabricaţie, schimbul de informaţii cu sistemul de comandă al robotului, deplasarea ferestrei de protecţie a MUCN în mod automat. fărămiţarea aşchiilor în procesul de aşchiere şi îndepărtarea lor din zona de prelucrare (mecanizarea evacuării aşchiilor şi a altor deşeuri în afara maşinii-unelte ). Pe grupuri de maşini-unelte trebuiesc îndeplinite condiţiile: A.maşinile-unelte cu mese orizontale şi strungurile cu arborele principal vertical(carusel ) , trebuie să aibă automatizate şi suprafeţele de bazare ale dispozitivelor sau mesei,unde se instalează semifabricatul. B.la maşinile cu arborele principal orizontal( strunguri) trebuie să fie automatizată şi mişcarea de împingere a piesei către partea frontală a mandrinei sau universalului. C.la maşinile-unelte de tip :găurit,frezat,alezat trebuie să fie automatizat procesul de strângere a semifabricatului pe suprafaţa de sprijin a dispozitivului de fixare. D. maşinile-unelte pentru prelucrarea canelurilor şi rectificarea cilindrică şi frontală trebuie să fie înzestrate cu mandrine cu autocentrare. Sistemul de comandă a MUCN şi cel al RI trebuie să schimbe informaţii privind : -pornirea robotului pentru alimentarea cu semifabricat a MUCN, -pornirea MUCN, -pornirea RI în vederea evacuării piesei prelucrate. Pot exista următoarele posibilităţi de deplasare a roboţilor industriali: 1.Robotul deserveşte o maşină-unealtă cu comandă numerică în situaţiile: 1.1.robotul amplasat pe maşina-unealtă 1.2.robotul suspendat 1.2.a.robot pe portal 1.2.b.robot pe punte 2.Robotul asistă două sau mai multe maşini unelte aşezate în:

-2- 2.1.cerc 2.2.linie 3.Robotul face alimentarea cu 3.1.piese 3.2.scule şi dispozitive 4.În sistemul de prelucrare se prelucrează: 4.1.piese de revoluţie 4.1.a.lungi :arbori 4.1.b.scurte:bucşe,flanşe,discuri,roţi dinţate. 4.2.prismatice de tip: 4.2.a.plăci 4.2.b.carcase În continuare se prezintă cazurile enumerate anterior.

1.1. Robotul amplasat la sol care să deservească o singură maşină-unealtă este o soluţie tehnică rar întâlnită şi din această cauză se utilizează soluţia robotului plasat pe MUCN.În cazul unui strung, universalul acestuia va fi alimentat cu semifabricate ,iar RI se amplasează pe păpuşa mobilă (1)-Fig.38 .

Fig. 38.Amplasarea RI de tip cartezian pe păpuşa fixă a unui strung orizontal cu CN unde:1-păpuşa fixă,2-robot cartezian,3-paleta cu semifabricate,4-masa dispozitivului de piese. Robotul industrial este de tip cartezian,dar şi cu posibilitatea de rotaţie a efectorului final în dreptul universalului –AP pentru alimentarea sau evacuarea cu semifabricate prin intermediul dispozitivului de prehensiune dublu- M(g1,g2 ,unul ia piesa din universal iar celălalt o aşează).Paleta cu semifabricate sau piese prelucrate(3) este aşezată pe masa dispozitivului de piese(4) care are două mişcări pe direcţii perpendiculare.

-3- 1.2.a.Robotul amplasat pe portal cu mecanism de prehensiune dublu, cu posibilităţi de prelucrare de tip :flanşe,discuri,pistoane,etc..,deserveşte un strung orizontal cu comandă numerică-Fig. 39 .

Fig. 39 .Robot pe portal cu mecanism de prehensiune dublu pentru semifabricate de tip disc Robotul(1) este de tip cartezian cu mecanism de prehensiune dublu ,care alimentează universalul păpuşii fixe (7)de la un depozit de semifabricate (5). Pentru alimentarea strungurilor orizontale cu piese cilindrice lungi,de tip axa sau cilindrii,se poate folosi soluţia din Fig. 40 .,în care se utilizează un robot dublu

Fig.40 .Alimentarea unui strung cu piese tip cilindru de un robot dublu pe portal.

-4- (ambele braţe B1 şi B2 sunt montate pe acelaşi cărucior ).Depozitul D de piese este de tip pas cu pas, cu lanţ,iar poziţia de preluare este în prelungirea axului principal al strungului. 2.Cazul unui sistem avansat cu mai multe MUCN 2.1.Se consideră cazul unui robot plasat central şi trei naşini-unelte cu comandă numerică plasate în cerc.Fig.41.

Fig.41 .Sistem robotizat cu trei MUCN şi robot central 2.2.În cazul prelucrării pe MUCN în linie se foloseşte un robot pe portal Fig.42 .

Fig.42 .Sistem robotizat cu trei MUCN în linie

-5- Acest caz se întâlneşte în prelucrarea pieselor de revoluţie lungi şi conţine: -o maşină de frezat şi centruit la ambele capete a unui semifabricat cilindric (3); -două strunguri paralele (2),care prin două prinderi executî operaţii de strunjire şi un RI situat pe portal(5).Pentru a elimina timpii de aşteptare a maşinilor-unelte fiecare maşină are un depozit (1) şi un depozit intermediar(2). Piesele de formă prismatică se prelucrează în sisteme robotizate cu RI amplasaţi pe sol .Asemenea piese nu sunt manipulate direct de către dispozitivul de prehensiune ci prin intermediul unor palete pe care se centrează şi se fixează.Aceste palete au forma exterioară potrivită pentru prinderea de către un robot cu deplasarea paralelă a degetelor dispozitivului de prehensiune. Fie cazul dispunerii în serie şi în cerc a centrelor de prelucrare CP1,CP2,CP3 , cu un robot industrial RI plasat la sol şi având un depozit de palete portpiesă DP-Fig.43

Fig.43.Sistem robotizat cu dispunerea circulară a MUCN,robot cu baza la sol,pentru prelucrarea pieselor prismatice Alimentarea şi evacuarea paletelor din depozitul de palete din sau spre un depozit central de palete se face cu ajutorul unui robocar.Deoarece timpul de prelucrare a pieselor prismatice este mare într-un centru de prelucrare,atunci capacitatea depozitului DP este mai mică decât în cazul pieselor de revoluţie. În cazul dispunerii în serie şi în linie a centrelor de prelucrare este nevoie de RI cu deplasare pe portal ,soluţie care este posibilă când centrele de prelucrare sunt cu ax principal orizontal. Dacă pentru prelucrarea pieselor prismatice se folosesc mai mult de trei MUCN,atunci dispunerea acestora se poate face numai în linie cu: 1.roboţi industriali cu baza fixă la sol,

-6- 2.roboţi industriali cu baza mobilă .

Fig.44.Sisteme robotizate cu mai mult de trei MUCN,care prelucrează piese prismatice a.cu roboţi cu baza la sol, b.cu roboţi cu baza mobilă. Fie o linie cu patru MUCN- Fig.44.a.Alimentarea cu piese a celor patru maşini-unelte se face cu trei roboţi industriali cu baza fixă la sol.Piesele paletizate în depozitul 6 sunt dirijate de operatorul uman 5 pe unul din conveioarele 1,2 sau 3.Depozitul central 4 conţine semifabricate şi piesele finite aduse de la maşinile-unelte de către aceleaşi conveioare. Fie o linie cu patru maşini-unelte cu comandă numerică 12-Fig.44.b.,care este alimentată cu semifabricate de un singur robot industrial 11,care se deplasează în lungul liniei pe ghidajele 10.

-7- B.Particularităţile constructive ale roboţilor industriali utilizaţi în operaţii de debitare Debitarea se poate face cu : • flacără oxigaz(oxigen +acetilenă sau oxigen +gaz metan ) • plasmă termică • jet cu laser • jet cu apă Debitarea cu flacără oxigaz În acest caz se cere o precizie mare a roboţilor deoarece dacă la sudare baia de metal repară micile abateri de poziţionare şi deplasare, la debitare orice discontinuitate de poziţionare sau inconstanţă a vitezei şi acceleraţiei se rezumă prin neuniformităţi ale suprafeţei. Sistemul de comandă a RI asigură,În principal, deplasarea pe traiectoria de debitare prin conturare (continuous path) şi pornirea respectiv oprirea debitării.-Fig.45.

Fig.45.Schema de principiu şi fotografia unui cap de debitare oxigaz în cazul debitării robotizate

-8- Dacă în timpul procesului de debitare flacăra se stinge,când operaţia este robotizată, deci operatorul uman nu există,s-ar putea creea o situaţie periculoasă,prin alimentarea ,în continuare, a spaţiului de lucru cu gaze combustibile şi există pricolulul de explozie. Pentru a preîntâmpina acest fenomen se folosesc sisteme de supraveghere a flăcării,cum ar fi: -o fotocelulă care sesizează absenţa radiaţiei luminoase a flăcării, -un traductor de ionizare al gazului fierbinte din apropierea jetului de tăiere, -o cameră video de supraveghere a procesului. Semnalele date de aceste tipuri de traductoare comanddă închiderea electroventilelor de admisie a gazelor combustibile şi oxigen şi oprirea robotului pe traiectorie,existând şi posibilitatea reluării procesului de la locul opririi. Sistem robotizat de debitare cu plasmă În ultimul timp se constată tendinţa de înlocuire a flăcării oxigaz cu arcul cu plasmă.Protecţia şi comanda mediului cu plasmă,controlul arcului de debitare se face mai uşor decât la sistemele oxigaz.

Fig.46.Sistem robotizat de debitare cu arc cu plasmă( până la 12 grade de librtate) Când se debitează piese de mari dimensiuni roboţii sunt deplasaţi cu ajutorul unui sistem cartezian de transport-Fig.46. Sistem robotizat de debitare cu laser În anii ’70 debitarea cu laser s-a aplicat în domenii speciale,cum ar fi aeronatica şi

-9-

Fig.47.a.debitare cu laser,b.maşină specializată de debitare cu laser a orificiilor circulare tehnica militară.Avantajul acestui procedeu constă în densitatea ridicată de energie care permite realizarea unor viteze mari de debitare în condiţiile unor pierderi reduse de energie în marginile tăieturii. În prezent laserul se utilizează la debitarea metalelor acolo unde este nevoie de precizie ridicată dar şi a : -materialelor plastice, -materiale compozite, -textile,piele, -cartonaje, -placaj. În unele cazuri se pot produce tensiuni mari de întidere sau comprimare în tablele subţiri la debitarea cu laser,comparativ cu debitarea cu microplasmă când rezultă tensiuni mici. Laserul cu dioxid de carbon,de exemplu, este aplicat pe scră largă la debitarea metalelor,fiind o sursă de energie pură, perfect controlabilă cu puteri cuprinse între 5...6 KW,obţinându-se tăieturi curate, calitative şi repetabile într-un domeniu larg de grosimi. La puteri mici laserul este fixat direct pe efector, iar în cazul puterilor mari fascicolul de lumină coerentă este condus prin tubulaturi adecvate. Tubulaturile folosite pot fi rigide în cazul puterilor mari(peste 2,..,3 KW),compuse din mai multe segmente articulate prevăzute cu oglinzi în nodurile articulaţiilor.Datorită energiilor mari vehiculate la nivelul suprafeţelor acestor oglinzi,acestea sunt răcite cu lichid în circulaţie forţată. Cu ajutorul fascicolului laser se mai pot efectua operaţii de sudare şi tratament termic superficial de precizie, cu influenţarea minimală a structurii metalului din zona prelucrată.Scula manipulată de robot poate fi un cap laser .Fig.48 .,care asigură concentrarea puterii fascicolului pe o suprafaţă mică a obiectului . Fascicolul laser poate fi condus la capul de lucru prin:

a) cablu cu fibre optice pentru sursa YAG(Y3Al5O12) cu lungimea de undă de 1,06µ m;

b) grupuri de oglinzi pentru sursa CO2 cu lungimea de undă de 10,6 µ m ; c) intermediul robotului industrial când sursa de laser este de putere mică.

-10-

Fig.48.Cap laser pentru debitare Comanda roboţilor care realizează prelucrări cu fascicul laser este concepută cu programe cu traiectorie continuă(CP) cu exactitate de repetabilitate de 0,005-0,01 mm. Sisteme robotizate de debitare cu jet de apă Cu ajutorul jetului de apă se pot efectua operaţiile de debitare şi decupare.fără influenţarea termică a metalului sau a materialului plastic din care este compus semifabricatul. Prelucrarea cu jet de apă poate înlocui operaţia de ştanţare, nemaifiind nevoie de ştanţe şi deci procedeul micşorează preţul de cost al prelucrării. Pentru semifabricate din materiale uzuale se folosesc instalaţii care conţin pompe cu dublu efect.Fig. . Astfel în circuitul primar o pompă hidraulică furnizează ulei cu o presiune p1 =180..200 bar în cilindru cu secţiunea S1. În circuitul secundar cu secţiunea cilindrului de S2 ,apa ajunge la presiunea de p2=2000-4000 bar, conform relaţiei : p1S1= p2S2

-11-

Fig. 49.Schema de principiu a generatorului de presiune utilizat la debitarea cu jet de apă Scula purtată de robot este în acest caz un cap cu diuză,ca în Fig.49 .. Utilizând apă pură dedurizată se pot tăia metale cu grosimea de până la 5...8 mm.Pentru intensificarea fenomenului în scopul debitării unor grosimi mai mari de semifabricat de 25-30 mm,se introduc în diuză particule abrazive de pulberi minerale de corindon sau granat. Conducerea robotului care poartă diuza se realizează după un program de traiectorie continuă (CP), iar acesta trebuie să aibă o exactitate de repetabilitate de 0,005...0.05 mm.

-1- Curs 10 F.Sisteme robotizate folosite în operaţiile de lipire Lipirea se execută cu material nemetalic sau metalic. Când lipirea se realizează cu material nemetalic scula manipulată de robot este un cap de lipire tubular care depune un fluid în stare vâscoasă în zona de contact dintre componentele care urmează să fie asamblate prin lipire.Materialul fluid vâscos ajunge la capul de lipire dintr-un recipient în care se găseşte sub presiune. Când lipirea se execută cu material metalic capul de lipire conduce un electrod metalic cu un avans determinat de procesul de lipire.Topirea acestuia se datorează fie efectului Joule produs de curentul electric care îl străbate,fie datorită contactului cu un ciocan electric conţinut de capul de lipire,care se încălzeşte electric. În acest caz robotul este comandat de un program de traiectorie continuuă (CP) ,iar exactităţile de repetabilitate sunt: 1-2 mm la lipirea cu fluid vâscos nemetalic, 0.01-0.05 mm la lipire cu electrod metalic în cazul montajelor electronice. H.Sisteme robotizate pentru metalizare Metalizarea robotizată se realizează folosind un cap de lucru în formă de pistol.Electrodul metalic are un avans automat cu o anumită viteză şi este topit în capul de metalizare prin efectul Joule al curentului electric. În continuare metalul topit este pulverizat de un jet de aer comprimat care trece prin capul de metalizare şi se depune suprafaţa metalică propusă pentru metalizare.Robotul este condus după un program multipunct(MP), iar repetabilitatea este de 0.5-1 mm. G.Sisteme robotizate de acoperire a suprafeţelor prin vopsire În industria construcţiilor de maşini vopsirea, împreună cu grunduirea şi emailarea reprezintă operaţii cu pondere în realizarea unor straturi de protecţie sau de finisare a suprafeţelor produselor.Ca şi în operaţiile de sudură , operaţiile de vopsire ocupă un număr mare de operatori care lucrează atmosferă nocivă şi în plus există în permanenţă riscul unei explozii. Celulele flexibile de vopsire servite de manipulatoare şi roboţi se utilizează în: -industria constructoare de vehicule,cum ar fi automobile,motociclete, biciclete, vagoane, maşini agricole, etc., -industria de bunuri de larg consum: maşini de spălat,frigidere,etc., -industria de obiecte sanitare, a mobilei,etc.. Avantajele robotizării în acest domeniu sunt legate de , în principal,de depunerea uniformă a vopselei nemaifiind necesară corectarea ulterioară,creşterea productivităţii muncii cu 20-50 % şi economie în cantitatea de vopsea folosită. Roboţii industriali utilizaţi în operaţii de vopsire manipulează scule de tip “pistol”. Aceştia conţin o duză prin care se pulverizează vopseaua sub formă lichidă sau se împrăştie vopseaua sub formă solidă.-Fig.51. În prealabil suprafeţele care vor fi vopsite se supun operaţiilor de curăţire,degresare şi depasivizare care se execută prin imersie în băi de spălare,degresare, depasivizare sau prin împroşcare cu jet de apă sau lichid de degresare,depasivizare folosind pistoale de

-2- stropit sau prin sablare.Sistemul robotizat de vopsire trebuie să conţină un dispozitiv automat de curăţire a pistolului,cu funcţionare inclusă în ciclul de funcţionare a robotului.

Fig.51.Duza pistolului pentru vopsire

Fig.52.Posibilităţi de alimentare cu vopsea a pistoalelor de vopsire În cazul când robotul trebuie să vopsească cu vopsele de diferite culori sau calităţi,aceste va fi prevăzut cu un dispozitiv de schimbare automată a efectorului final, care va conlucra cu un depozit de scule-pistoale de vopsit amplasate în apropierea robotului. Alimentarea cu vopsea a pistolului se poate face: -pe cale gravitaţională,Fig.52.a., -prin fenomenul de ejecţie( tub Venturi)-Fig.52.b., -prin pomparea vopselei de către o pompă centrală Fig.52.c. Pentru diminuarea vâscozităţii vopselei prin încălzire se obţine o pulverizare mai fină. În Fig.53.este prezentată o instalaţie de vopsire cu dispozitiv de preîncălzire a vopselei.

-3-

Fig.53.Instalaţie de vopsire sub presiune cu preîncălzire Se numeşte axa pistolului de vopsire axa duzei prin care se emite jetul de amestec aer-vopsea sau jetul de particule de vopsea.Volumul jetului de vopsea emis de pistol este aproximativ egal cu cel al unui con a cărui axă corespunde cu axa pistolului.Această axă trebuie să fie normală pe suprafaţa care trebuie să fie vopsită ,iar în cazul cînd este plană este o porţiune circulară –Fig.54..cu diametrul D

2

2 αdtgD =

unde : d-distanţa de la gura buzei pistolului la suprafaţa de vopsit şi α -unghiul la vârf al trunchiului de con al duzei-Fig.51. Distanţa d se alege în funcţie de natura vopselei ,având în vedere dimensiunile particulelor de vopsea şi de calitatea stratului de vopsea care se doreşte să se obţină.

Fig.54.Dimensiunile volumului jetului de vopsea S-a observat că densitatea pe unitate de suprafaţă a particulelor de vopsea care ajung pe suprafaţa vopsită scade de la centru la periferia cercului. Calitatea vopsirii se poate îmbunătăţi prin încărcarea electrostatică a particulelor de vopsea şi a obiectului care urmează a fi vopsit.Metoda se aplică atât la procedeul de pulverizare a vopselei cu aer comprimat cât şi la cea cu pulverizare sub presiune.În ambele cazuri corpul pistolului se leagă la polul negativ, iar obiectul care urmează să fie vopsit la polul pozitiv al unei surse de energie electrică de înaltă frecvenţă.Contactul cu polul negativ al susei de energie electrică ionizează particulele de vopsea fie direct, fie prin intermediul curentului de aer. Deci particulele de vopsea sunt atrase de câmpul electrostatic pe obiectul care trebuie vopsit, intrând inclusiv pe suprafeţele unor cavităţi.

-4- Roboţii industriali utilizaţi pentru operaţii de vopsire trebuie să manipuleze pistolul de vopsit sau curăţit cu jet de apă sau lichid de degresare într-un mod similar în care omul îl manipulează prin mişcările mâinii, trunchiului şi şoldului.În acest fel ,rezultă că robotul trebuie să aibăun dispozitiv de ghidare: -cu un mecanism generator de traiectorie cu 3 grade de mobilitate, -un mecanism de orientare cu 2-3 grade de mobilitate. Punctul caracteristic al robotului ,în timpul vopsirii, trebuie să se deplaseze pe o suprafaţă echidistantă suprafeţei de vopsit , care să fie conţinută integral în spaţiul de lucru a robotului. Un exemplu în acest sens este dispozitivul de ghidare al robotului Nordson-Painter din Fig.55.

Fig.55.Schema cinematică a dispozitivului de ghidare al robotului industrial Nordson-Painter

Fig.56.Sistem de vopsire robotizat pentru caroserii de autoturisme Dispozitivul de prehensiune al robotului constă din elementul de cuplare care este o flanşă care prinde pistolul de vopsire,eventual dispozitivul de programare, de ultimul element al dispozitivului de ghidare.

-5- Sistemul de acţionare al roboţilor industriali de vopsire trebuie să asigure protecţia antiexplozivă a instalaţiei.Din această cauză nu se utilizează acţionarea electrică cu pericol de scântei în funcţionare , ci acţionarea hidraulică sau chiar pneumatică. Comanda roboţilor industriali de vopsire trebuie să asigure conducerea acestora după programe de traiectorie multipunct (MP) sau de traiectorie continuă (CP).

Fig.57.Cap de instruire a robotului industrial de vopsire Programarea roboţilor industriali de vopsire se realizează : • prin instruire, prin conducere diectă ; • prin telecomandă. În timpul instruirii prin conducere directă un operator conduce un cap de instruire cu două braţe –Fig.57 şi execută operaţia de vopsire . Acesta este fixat pe ultimul element al dispozitivului de ghidare şi în timpul vopsirii se memorează semnalele electrice date de traductoarele de poziţie, în conformitate cu mişcările relative din cuplele cinematice. Unul din aceste braţe este constituit din mânerul pistolului de vopsire care va fi manevrat de operator cu mâna dreaptă, iar cel de-al doilea conţine butoanele de comandă a memoriei mişcărilor ce vor fi înregistrate.Hidromotoarele de acţionare sunt trecute într-o stare în care să nu opună rezistenţă prin intermediul unor dispozitive”by pass”.Pe timpul programării dispozitivele de ghidare sunt susţinute de arcuri de echilibrare care uşurează operaţia de vopsire.O altă posibilitate, în acest sens, este şi folosirea unui lanţ cinematic de instruire de care este fixat pistolul de vopsit, care este manipulat de operatorul uman. Lanţul cinematic de instruire este identic din punct de vedere structural şi dimensional cu cel al dispozitivului de ghidare a robotului,dar constituit din elemente uşoare,echilibrate cu ajutorul arcurilor şi având cuplele cinematice nelegate la hidromotoarele sistemului de acţionare a robotului.În timpul instruirii robotului , pentru executarea unei operaţii de vopsire date, traductoarele de deplasare din cupele cinematice ale lanţului de instruire emit semnale care sunt memorate de sistemul de conducere a robotului.În faza operaţională,pe baza programului învăţat, sistemul de acţionare va impune cuplelor motoare-hidromotoarelor ,mişcări relative similare cu cele executate de elementele şi cuplele cinematice omoloage ale lanţului de instruire.Folosirea lanţului de instruire în

-6- cadrul programării prin instruie prin conducere directă este avantajoasă datorită faptului că efortul operatorului este mic şi acesta are posibilitatea efectuării mult mai corecte a operaţiei de vopsire. Când instruirea se execută prin telecomandă , operatorul uman acţionează lanţul cinematic de instruire, care joacă rolul de lanţ “stăpân”, iar dispozitivul de ghidare al robotului industrial execută mişcări asemănătoare, având rol de lanţ” sclav”. Sistemul de comandă al robotului de vopsire poate avea şi elemente de inteligenţă artificială care pot intra în componenţa acestora , când fac parte dintr-o celulă flexibilă de fabricaţie: senzori de proximitate sau video care sesizează dacă obiectul care trebuie să fie vopsit este la locul potrivit, respectiv programat şi se poate comanda operaţia de vopsire ; senzori video care recunosc obiectul care va fi vopsit după formă, etichetă sau semn purtat, iar robotul selectează după informaţia primită, programul de vopsire sau culoarea vopselei, etc.. Roboţii utilizaţi în operaţiile de vopsire trebuie să aibă exactitatea de repetabilitate de de 1-3 mm. Celulele robotizate pentru operaţiile de vopsire automată trebuie să aibă ăn componenţa lor un robot industrial sau un manipulator de vopsire, dispozitive de aducere –evacuare a materialelor şi dispozitive suplimentare de instalare şi poziţionare a obiectului care trebuie vopsit. Obiectele care trebuiesc vopsite sunt aduse în zona de vopsire cu ajutorul unui sistem de transport cu lanţ sau cablu, iar operaţia de vopsire se execută de către robot sau manipulator în următoarele moduri: 1.sistemul de transport şi obiectul care trebuie vopsit sunt în poziţia de repaus, iar suprafaţa de vopsit este acoperită numai prin mişcările efectorului robotului, 2.sistemul de transport relizează deplasarea obiectului în timpul vopsirii în corelaţie cu mişcările efectorului robotului, 3.obiectul staţionează,iar robotul are baza mobilă pe una sau două direcţii,procedeu care se foloseşte în industria navală sau vopsirea unor containere de dimensiuni mari. Se pot folosi şi mese speciale de poziţionare cu mişcări de rotaţie în cadrul celuleor robotizate de vopsire. I.Sisteme robotizate în sectoarele calde Suntem tot în cazul îm care robotul industrial manipulează scule. Un prim exemplu este robotul care manipulează un ciocan pneumatic ce face parte dintr-un cap de forţă şi care efectuiază operaţia de destupare a canalului de turnare la furnale. Un sistem robotizat în confecţionarea formelor de turnătorie are un cap de forţă cu sculă de îndesare(batere) acţionată pneumatic . Operaţiile de: -demaselotare, -curăţirea pieselor turnate, -debavurarea şi polizarea pieselor turnate, forjate sau prelucrate prin aşchiere, se realizează folosind scule adecvate, acţionate prin capete de forţă ale roboţilor.

-7- În operaţiile de debavure-Fig.58. se folosesc senzori de forţă –moment şi scule aşchietoare în formă de disc,deget,etc..În cazul acestei operaţii trebuiesc luate măsuri speciale de izolare antivibratorii a sistemului mecanic a robotului faţă de vibraţiile mecanice ale sculelor,prin introducerea unui cuplaj cu amortizare la nivelul interfeţei mecanice efector final şi dispozitiv de ghidare.

Fig.58.Post de lucru robotizat pentru debavurarea chiulaselor de motor cu 6 cilindrii Curăţirea semifabricatelor turnate se face cu scule de tip daltă în mişcare de translaţie acţionate de capete de forţă pnematice, perii de sârmă rotative, polizoare cu scule disc rotative,capete de forţă pentru sablare, etc.. Roboţii industriali care lucrează în turnătorii sunt protejaţi împotriva unor materiale abrazive sub formă de pulbere sau particule de praf şi nisip în zona de contact a cuplelor cinematice şi de lucru a traductoarelor. Dispozitivele de ghidare ale roboţilor care lucrează în turnătorii sunt în coordonate polare,sferice sau cilindrice, iar gradul de mobilitate cel mai mare îl au roboţii care lucrează la curăţirea pieselor sau la implementarea miezurilor în forme. Sistemul de acţionare la roboţii utilizaţi în turnătorii este cel electric deoarece se poate obţine un grad mare de mobilitate.Pentru manipularea sarcinilor mari,cum ar fi oale de turnare mari cu metal topit,se folosesc roboţi cu acţionare hidraulică.Pentru manipularea unor forme, miezuri sau cutii cu greutate redusă se pot folosi roboţii cu acţionare pneumatică, a căror instalaţii sunt mai insensibile la atmosfera de praf. Sistemul de comandă al roboţilor utilizaţi în turnătorii , în general, trebuie să asigure programe de comandă de tipul punct cu punct(PTP), după traiectorie continuă(CP) sau multipunct (MP) în cazul roboţilor pentru polizarea şi sablarea suprafeţelor. J.Sisteme robotizate pentru prelucrarea prin aşchiere a obiectelor de dimensiuni mari se folosesc în cazul când acestea nu pot fi montate în în dispozitivele de lucru a MUCN, cum ar fi: -subansamble componente ale corpului avioanelor, -caroserii ale autovehiculelor pe linia de montaj, când se efectuiază operaţii de găurire sau frezare, iar sculele sunt manipulate de capetele de forţă ale roboţilor industriali.

-8-

Fig,59.Prelucrarea robotizată a unei componente de avion. Robotul deplasează scula după un şablon Comanda robotului se poate după două faze distincte: 1.deplasarea capului de forţă în zona de efectuare a operaţiei tehnologice prin program punct cu puct(PTP), 2.deplasări în timpul procesului de prelucrare după un program de traiectorie continuă(CP),controlându-se procesul de aşchiere prin intermediul senzorilor de forţă sau moment. K.Utilizarea roboţilor industriali în operaţii de sudare Domeniul sudurii este domeniul în care robotizarea a pătruns cel mai mult. Se folosesc următoarele tipuri principale de sudură electrică: -prin presiune în puncte, -cu arc în mediu protector. Se mai utilizează şi sudarea electrică prin presiune cu role în linie în industria de automobile, când robotul trebuie să conducă rolele de sudare în lungul cusăturii de executat. Procedeele de sudare prin presiune sunt o familie de procedee la care activarea energetică a procesului de sudare este realizată preponderent prin aplicarea unor presiuni ridicate de contact .Sudarea electrică prin presiune se poate realiza în puncte sau în linie. Sudarea electrică prin presiune în puncte .Îmbinarea sudată se realizează prin trecerea curentului electric între electrozi şi piesele de sudat. Nucleul punctului sudat se formează la suprafaţa de separaţie dintre cele două sau mai multe materiale de sudat-Fig.60.

Fig.60.Sudura în puncte la un autoturism cu RI

-9- Sudarea electrică prin presiune în linie . Îmbinarea sudată se realizează prin trecerea curentului între două role-electrod şi piesele de sudat.Se formează o serie de nuclee-puncte sudate care se pot suprapune formând o sudură etanşă sau nu la suprafaţa de separaţie dintre două sau mai multe materiale de sudat. Sursa de putere în ambele cazuri poate fi unul sau mai multe transformatoare sau invertoare. Strângerea electrozilor se poate face mecanic, pneumatic, sau hidraulic. Sudarea cu arc electric –Fig.61.defineşte toate procedeele de sudare electrică prin topire la care cordonul sudat se formează prin solidificarea comună a materialelor de bază şi a materialului de adaos. Procedeul SEI adică Sudarea cu Element Învelit este denumit şi sudura manuală. Procedeul de sudare automată sub strat de flux este o îmbunătăţire a procedeului de sudare SEI şi este o metodă automatizată de sudare prin energie electrică la care învelişul pulverulent existent pe suprafaţa electrodului este înlocuit cu o pulbere fină,denumită flux ce se presară înainte de trecerea electrodului pe suprafaţa materialului.Prin acest procedeu se introduce gaz protector la locul sudării care înlocuieşte învelişul electrodului. Gazul protector are rolul de a proteja zona de sudare efectivă,adică arcul electric şi baia metalică.Deoarece majoritatea metalelor la temperaturi ridicate formează oxizi, care deteriorează caracteristicile mecanice ale îmbinări, este necesar ca în imediata vecinătate a procesului de sudare să nu fie aer. Acest lucru se realizează prin intermediul gazului protector ce poate fi de două tipuri: -MIG(Metal Inert Gas),gazele inerte fiind Argonul,Heliul, folosindu-se la sudura cuprului, aluminiului, titan sau magneziu, -MAG(Metal Activ Gas),folosindu-se la sudura oţelurilor obişnuite, de construcţii sau înalt aliate. Există şi procedeul WIG(Wolofram Inert Gas),la care electrodul din wolfram nu se topeşte,metalul de adaos este adus îm zona de topire sub formă de sârmă , iar protecţia se realizează prin insuflarea unui gaz inert.

Fig.61.Sudură cu arc electric cu RI Dacă în cazul producţiei de serie mare sau de masă se cunosc de mult timp sisteme pentru sudarea automată sau semiautomată, în producţia de serie mică sau mijlocie executarea automată a operaţiilor de sudare necesită mijloace flexibile, care să permită adaptarea rapidă la variabilitatea produselor.Aceste mijloace sunt roboţii industriali de sudare, instalaţiile specifice de alimentare cu material, dispozitive speciale de poziţionare, scule de lucru specifice.

-10- Sudarea prin presiune în puncte sau prin rulare executată de roboţi se utilizează în celulele şi liniile flexibile de fabricaţie pentru asamblarea caroseriilor de autovehicule, rezultând o trecere uşoară de la un tip de autovehicul la altul. Celule şi liniile de fabricaţie pentru sudarea cu arc cu ajutorul roboţilor se folosesc în cazul automatizării operaţiei de sudare în cazul subansamblurilor de tip grindă, traversă, cheson, etc.. În cazul sudurii prin presiune în puncte scula -Fig.62. este un cleşte cu doi electrozi din care unul este fix iar altul este mobil şi acţionat hidraulic.

Fig.62.Tipuri constructive de cleşti pentru sudura în puncte Cleştele este alimentat cu energie electrică printr-un cablu şi prin intermediul a două furtune se asigură răcirea cu apă a acestuia.

Fig.63.Moduri de amplasare a sursei de sudură-SS a.suspendată,b.pe robot,c.înglobată în cleşte Sursa electrică de sudură SS poate fi amplasată în modurile din Fig.63.Schema robotului corespunzătoare montajului din Fig.63.b,de exemplu, este dată în Fig.64.

Fig.64.Schema unui robot de sudare cu sursa de sudură montată pe robot

-11- O parte din greutatea cablurilor şi furtunurilor, cât şi rigiditatea acestora adaugă dificultăţi suplimentare la manipularea cleştelui de sudare, necesitând forţe de chiar 1000 N, rezultând dificultăţi în poziţionarea corectă a cleştelui de către operatorul uman. Pentru ca robotul să execute numai poziţionarea cleştelui fără să preia sarcina gravitaţională, acesta este suspendat prin intermediul unui cablu sau lanţ-Fig.65.

Fig.65.Robot de sudare prin presiune în puncte suspendat de o consolă Robotul de sudare prin presiune în puncte trebuie să poziţioneze electrozii în punctul de sudură programat şi să orienteze axa comună a acestora pe normala la suprafeţele de tablă în punctul considerat.Transferul cleştilor de la un punct de sudură la altul se realizează printr-un program punct cu punct(PTP).Dispozitivul de ghidare a unor astfel de roboţi trebuie să aibă cel puţin 5 grade de mobilitate.Când sistemul de fabricaţie conţine un robot de sudare prin puncte trebuie să existe şi un post de corectare prin frezare a formei electrodului,care se uzează în timp.

Fig.66.Cap de sudare cu arc electric în mediu de gaz protector În cazul când robotul execută operaţia de sudare cu arc în mediu de gaz protector efectorul final este un cap de sudare-Fig.66.,care constă dintr-o piesă tubulară, manipulată de robot, care conduce electrodul sub formă de sârmă, iar în spaţiul dintre electrod şi sârmă se introduce CO2 sau gaz inert.Arcul electric format între electrod şi ansamblul de sudat topeşte electrodul şi metalul topit umple rostul de sudare.Sârma de adaos înaintează datorită unui dispozitiv de de avans montat pe robot iar gazul protector provine dintr-o butelie.Obiectul de lucru , adică subansamblul de sudat, este instalat într-

-12- un dispozitiv de lucru, montat la rândul său pe o masă de poziţionare-orientare-Fig.67.,care îl aduce într-o poziţie favorabilă, când suprafaţa topiturii este orizontală.

Fig.67.Masă de poziţionare-orientare în sudarea robotizată cu arc electric Sistemul de acţionare a roboţilor utilizaţi pentru operaţii de sudare cu arc electric este electric sau hidraulic. O schemă cinematică a unui robot folosit în cazul sudurii cu arc electric în mediu protector este dată în Fig.68.

Fig.68.Robot de sudare cu arc electric ăn mediu protector: SC0-sistem de comandă,CS-cap de sudare,S-sursa de sudare,DAE-dispozitiv de avans adaptiv al electrodului,C0-conductă,BGP-butelie de gaz protector,Se-sârmă electrod. La sudura cu arc electric în mediu protector capul de sudare se deplasează cu viteze mici de 0,01-1,5 m/min şi din această cauză,uneori , se folosesc scheme cinematice care au în componenţă numai cuple cinematice de rotaţie pentru a preîntâmpina fenomenul „stik-slip”,ce apare în cupla de translaţie.cu frecare de alunecare.În timpul sudurii căderea de

-13- tensiune pe electrod şi piesa de sudat este de 30-50 V,iar curentul care străbate circuitul electric este de 100-200 A.În timpul operaţiei de sudare capul de sudare urmăreşte rostul de sudare pe care îl umple cu metalul topit al electrodului.Când este nevoie de umplerea unui rost mai mare capului de sudare i se dă şi o mişcare suplimentară de” ţesere “, compusă din însumarea mişcării de translaţie în lungul rostului cu o mişcare de oscilaţie într-un plan perpendicular pe axa cusăturii-Fig.69.

Fig.69.Traiectorii posibile ale extremităţii efectorului în cazul rostului lat de sudură Această mişcare se poate realiza cu ajutorul unui dispozitiv suplimentar cu un singur grad de libertate numit modul de micromişcare. Amorsarea arcului electric care topeşte electrodul se realizează în urma unui contact iniţial al acestuia cu metalul obiectului urmată de o îndepărtare.Această operaţie va avea loc şi în cazul când are loc o întrerupere accidentală a arcului în timpul sudării sau la lipirea extremităţii electrodului de piesa de sudat.Pentru amorsarea arcului există un dispozitiv de amorsarea arcului alimentat în curent de înaltă frecvenţă. Ca urmare a contactelor repetate ale electrozilor cu piesele care urmează a fi sudate , extremităţile lor se uzează, ceea ce conduce la înrăutăţirea procesului de sudare şi din această cauză forma geometrică a acestor extremităţi trebuie corectată prin frezare. În timpul executării operaţiei de sudare, în duza capului se poate depune zgură, care obturează scurgerea gazului protector.În vederea eliminării inconvenientului, în cavitatea duzei capului de sudare se pulverizează periodic o substanţă chimică antizgură sub formă de soluţie sau ceaţă sau/şi se curăţă zgura prin frezare. Sistemul de sudare robotizat va conţine şi un post de curăţire a capului de sudare necesar pentru tăierea capului electrodului, îndepărtarea prin frezare a stropilor de metal solidificat şi împroşcarea cu lichid împotriva depunerilor de stropi. Sistemul de comandă a roboţilor industriali utilizaţi pentru sudura cu arc trebuie să asigure un program multipunct(MTP) sau de traiectorie continuă(CP).Unii roboţi conţin în sistemul de comandă programe pentru descrierea de către punctul caracteristic a unor segmente drepte sau arce de cerc şi din această cauză este suficient să se programeze parcurgerea succesivă a unor puncte aflate pe axa rostului de sudare, între aceste puncte robotul conducând punctul caracteristic pe segmente sau arce de cerc, echipamentul realizând interpolarea liniară sau circulară.Totodată trebuie să conţină facilităţi pentru realizarea la nevoie a mai multor treceri ale capului de sudare în lungul cusăturii de sudură, dacă este nevoie. Programarea roboţilor industriali utilizaţi în operaţii de sudare cu arc se realizează prin instruire cu telecomandă”teach pendant”, folosind în acest scop panouri de programare cu butoane şi întrerupătoare.Programare prin instruire se poate face simulând procesul de sudură pentru a nu avea pierderi de material.

-14- Dacă abaterile dimensionale ale pieselor ce urmează a fi sudate sunt mici robotul poate repeta fiecare mişcare programată prin instruire. Dacă subansamblurile ce vor fi sudate au abateri mari, pentru evitarea cheltuielilor suplimentare cauzate de o pregătire de lăcătuşerie de precizie mare,robotul utilizat în aplicaţiile de sudare cu arc în mediu de gaz protector se înzestrează cu senzor: tactil sau vizual pentru găsirea capătului de rost şi cu senzor de rost.Mişcările programate în prealabil vor fi corectate adaptiv şi deci suntem în cazul unor servomecanisme de urmărire care au buclă închisă (feedback) cu informaţii de la senzori. Aceşti senzori pot fi:

a) fără contact: -de proximitate: • inductivi; • optoelectronici; • pneumatici. -senzori video cu fascicol laser;

b) cu contact cu senzor de deplasare : rezistiv, inductiv, etc..; Căutările poziţiei rostului de sudare se poate realiza şi cu ajutorul dispozitivului de oscilare a capului de sudare, măsurându-se analogic rezistenţa arcului de sudare , dar metoda prezintă dezavantajul că opertaţia de căutare poate avea loc numai în condiţiile în care arcul este amorsat. În Fig.70.este prezentat un senzor inductiv cu contact pentru urmărirea rostului de sudare.Acesta este montat pe dispozitivul de prehensiune al robotului la o anumită distanţă înaintea capului de sudare şi sesizează geometria reală a rostului de sudare.Este alcătuit dintr-un traductor inductiv diferenţial, al cărui miez feromagnetic este montat pe o tijă asupra căreia acţionează un arc şi palpatorul rostului de sudură prin intermediul unui element profilat solidar cu tija.

Fig.70.Senzor inductiv de contact pentru urmărirea rostului de sudură:

1. senzor inductiv diferenţial de deplasare; 2. palpator; 3. arc.

-15- În Fig.71.este prezentată schema de principiu a unui senzor video cu laser. Senzorul este montat pe dispozitivul de prehensiune a robotului în aşa fel încât planul măturat de fascicolul laser să fie perpendicular pe axa rostului la cca 50 mm înaintea capului de sudare.

Fig.71.Senzor video cu laser pentru urmărirea rostului de sudare 1.motor; 2.traductor de poziţie a arborelui motorului; 3.oglindă pentru reflectarea fascicolului laser; 4.mişcare de baleiere; 5.semifabricat; 6.oglindă pentru vizare; 7.obiectiv; 8.senzori video dispuşi în linie; 9.lentile de focalizare; 10.laser Fascicolul laser este dirijat asupra semifabricatelor prin intermediul unei oglinzi fixate pe un arbore antrenat de un motor electric care execută o mişcare de baleiere, a cărei poziţie unghiulară este cunoscută prin intermediul unui traductur unghiular. Razele laser sunt reflectate de semifabricate şi sunt dirijate de o altă oglindă oscilantă şi detectate de o linie de fotodiode, obţinându-se astfel informaţii despre profilul de sudare. Roboţii industriali folosiţi pentru sudura cu arc electric cu senzori îşi pot corecta adaptiv mişcările programate în prealabil şi în funcţie de deformările elastice şi termice ale pieselor care se asamblează prin sudare. Dispozitivele suplimentare de poziţionare-orientare a subansamsamblelor sunt necesare în cazul configuraţiilor complexe a acestora pentru care şirurile de puncte la sudura în puncte sau cusătura de sudură sunt curbe strâmbe în spaţiu şi este nevoie de un robot cu un număr foarte mare de grade de mobilitate, misiune care este greu de realizat când sarcinile manipulate sunt mari.Astfel, numărul de grade de libertate ale robotului poate să fie mic, iar precizia de realizare a sudurii este mai mare dacă obiectele pregătite pentru sudare se amplasează pe astfel de dispozitive ce pot suporta sarcini mari şi care, de altfel, a fost prezentat anterior. Comanda mişcărilor dispozitivelor de poziţionare-orientare se face separat de robot, dar în concordanţă cu ciclul de lucru a robotului, prin intermediul microprocesorului robotului.

-16- În cazul liniilor flexibile de sudare, în special, la sudarea prin puncte a caroseriilor de autovehicule, de exemplu, locul dispozitivelor de poziţionare-orientare este luat de conveiere speciale pentru deplasarea caroseriei dintr-un punct de sudare în altul. Există şi linii flexibile unde sudura în puncte are loc în timpul deplasării subansamblelor pe conveierul de transport pas cu pas.Comanda unor astfel de linii flexibile se face centralizat cu un calculator de proces. L. Utilizarea roboţilor industriali în controlul dimensional automat Funcţionarea autonomă a unui sistem avansat de fabricaţie este posibil numai prin automatizarea funcţiei de control dimensional al pieselor prelucrate. Se cunosc posibilităţile de control dimensional: a/ Controlul înainte de prelucrare se face pentru semifabricate ca să nu se distrugă sculele sau să se solicite puternic dispozitivul de centrare-fixare; b/ Controlul în timpul prelucrării se realizează urmărind evoluţia dimensiunii piesei care se prelucrează, comandându-se oprirea mişcării de avans a sculei când aceasta s-a realizat; c/ Controlul după prelucrarea piesei pe un post de lucru sau după prelucrarea finală se realizează:

• direct pe maşina-unealtă; • în afara MUCN; • pe maşini automate de măsurat.

Erorile de prelucrare sunt cauzate de uzura sculei şi se elimină prin introducerea unei corecţii de sculă care a prelucrat suprafaţa măsurată şi a efectuării unei corecţii în programul de prelucrare a semifabricatului pe MUCN. Măsurarea şi controlul dimensional se poate realiza cu: 1.sisteme de măsurare: 1.a.staţionare; 1.b.mobile, 2.sisteme înglobate în construcţia MUCN, 3.sisteme de măsurare exterioare. Sistemele înglobate în construcţia MUCN se folosesc în cazul măsurării în timpul procesului de prelucrare şi au în componenţă traductorul de control dimensional de tip : electric inductiv,electric capacitiv, electric cu contacte,fotoelectric, pneumatic, care furnizează un semnal proporţional cu dimensiunea prelucrată,cu o anumită eroare de la dimensiunea impusă. În acest sens sunt cunoscute automatele de control activ-Fig.72. care reprezintă cea mai avansată formă de control al calităţii. Acestea permit: -comanda întreruperii prelucrării atunci când piesa ajunge la dimensiunea stabilită, -reglarea maşinii-unelte, deci a sculei, pentru începerea unui nou ciclu de fabricaţie, -comanda opririi MUCN în cazul ruperii sculei sau când semifabricatul are dimensiuni necorespunzătoare. Sistemul de control activ de pe MUCN este utilizat în produţia de serie mare(de exemplu la fabricarea rulmenţilor ) pe când roboţii de măsurare sunt folosiţi în producţia de serie mijlocie şi mică.

-17-

Fig.72.Schema structurală a automatului de control activ 1-cap de măsurare cu element de comparare, 2-amplificator, 3-element de execuţie, 4-maşină unealtă, 5-traductor de reacţie. Controlul semifabricatului instalat în dispozitivul de centrare–fixare a MUCN se poate realiza cu mai mulţi palpatori (capete de măsurat), care pot fi preluate de către un robot din: -magazia de scule a centrului de prelucrare, -depozitul central de capete de măsurat. În Fig.73. este prezentată schema de principiu a unui cap de măsurare cu traductor inductiv diferenţial care funcţionează pe principiul transformării deplasării într-o variaţie a impedanţei unei bobine.

Fig.73. Cap de măsurare cu traductor induciv 1-bobine, 2-miez feromagnetic, 3-ghidaj cu bile, 4-arc, 5-cap de palpare. Pentru măsurarea după prelucrare se utilizează maşini universale de măsurat automate care sunt comandate după un program de comandă numerică.Ele au în componenţă un depozit de capete de măsură şi un robot care realizează schimbarea capetelor de măsurare. Roboţii de măsurare sunt tot roboţi industriali care realizează controlul total al pieselor în timp real, efectuându-se: -controlul dimensional, -controlul formei. cu o precizie de lucru ridicată,dar cu o precizie mai mică decât în cazul automatelor de măsurare. Robotul de măsurare are principiul de funcţionare bazat pe posibilitatea măsurării capului de măsurare faţă de de piesa de măsurat, într-un sistem dat de coordonate. În general,manipulatoarele roboţilor de măsură au trei grade de libertate în coordonate rectangulare. Exită posibilitatea realizării celui de-al patrulea grad de mobilitate prin

-18- folosirea unei mese rotative indexate,care să poarte piese mici şi mijlocii. În cazul când este necesar să se execute măsurători în zone greu accesibile la extremitatea manipulatorului se instalează un subansamblu care se poate roti şi este dotat cu senzor , rezultând o mărire a gradului de mobilitate la o valoare de 4-5. Majoritatea roboţilor de măsură au o construcţie modulară.Cînd manipulatorul se execută în consolă se asigură deplasarea deplasarea acestuia în plan orizontal sau vertical în funcţie de configuraţia piesei de măsurat, cu instalarea acestuia pe o parte sau de ambele părţi ale piesei de măsurat.Pentru controlul pieselor cu gabarit mare, cum ar fi caroseriile autoturismelor , se folosesc roboţi de măsură pe portal sau cadru . Acţionarea electrică a roboţilor pe cele trei axe X,Y,Z se efectuiază de servomotoare de curent continuu cu reductor comandate direct de la microprocesorul de rang inferior. Mişcarea acestora ete controlată prin intermediul traductoarelor de tip : -inductosin liniar, -fotoelectric liniar, cu precizie mijlocie,poziţionarea realizându-se cu o eroare absolută de 0,1 mm.Senzorii capetelor de măsurare, care indică eroarea relativă au scări optice de precizie ridicată. Organul de lucru al roboţilor de măsură este capul de măsurare ,care are posibilitatea rotirii în două plane şi este prevăzut cu palpatoare de măsurare. Capul de măsurare este unul din elementele de bază al robotului de măsură şi inflenţează în mod direct:

• metoda de măsurare utilizată; • structura sistemului de comandă; • gradul de automatizare al procesului de măsurare.

După modul de funcţionare, capurile de măsurare pot fi: capuri de nul care lucrează în regim trigger,emiţând un impuls în cazul unei deplasări mici de până la µ m al palpatorului de măsurare faţă de corpul capului de măsurare; capurile de abatere care măsoară deplasarea palpatorului faţă de corpul capului. Palpatoarele de măsurare pot fi cu: 1-contact(cu cap de palpare din corindon sau rubin); 2-fără contact( cu principiu de măsurare:acustic, optic, electromagnetic,etc.. ). În primul caz, al palpatoarelor cu contact(în număr de maxim 10),schimbarea acestora se realizează automat dintr-un cap revolver sau magazin, amplasat în apropierea robotului de măsură, în partea opusă poziţiei modului de încărcare-descărcare a pieselor şi semifabricatelor. Semifabricatele şi piesele de măsurat,aflate pe palete, se aduc la roboţii de măsură cu robocare sau transportoare cu role de antrenare. Semifabricatul sau piesa de măsurat trebuie să aibă un tip de strângere în dispozitivul de pe paletă asemănător cu cel de pe MUCN, care a prelucrat-o. Roboţii de măsurare trebuie să aibă flexibilitate privind posibilitatea de reglare rapidă pentru controlul diferitor piese şi diferitor cicluri de funcţionare. Roboţii de măsură trebuie să asigure o viteză mare de lucru, dar cu păstrarea preciziei preciziei de măsurare înaltă, deziderat care este posibil prin compensarea erorilor geometrice statice şi dinamice după cele trei coordonate.

-19- Sistemul de comandă al robotului de măsură are două nivele de apreciere a calităţii semifabricatelor şi pieselor: 1.aprecierea unei piese separate dacă aparţine sau nu toleranţei impuse(se aprind led-uri în ambele cazuri), situaţie tipărită la imprimantă; 2.analiza centralizată a datelor măsurărilor pe o staţie separată, care funcţionează sub comanda programului, în scopul prelucrării statistice a datelor separate şi descoperirii din timp a tendinţelor de schimbare a dimensiunilor şi controlul lor pe parcursul duratei de timp date.Dacă una din piese depăşeşte valoarea dimensională programată sistemul va atenţiona operatorul înaintea apariţiei rebutului. Operaţiile de control de calitate şi inspecţie se realizează cu ajutorul unor capete de lucru dotate cu senzori video. În Fig.74.este prezentat un cap pentru controlul calităţii suprafeţei pe care un alt cap al aceluiaşi manipulator depune un strat de etanşare sub formă fluid vâscos care se autolipeşte.

Fig. .Cap de inspecţie cu sensor video montat pe elementul efector al RI 1.robot, 2-sursa de lumină, 3-fascicol de fibre optice, 4-cameră de luat vederi, 5-semifabricate, 6-capul de depunere a fluidului vâscos pentru etanşare Comanda roboţilor utilizaţi în operaţii de măsurare,control de calitate, testare şi inspecţie se realizează prin:

- programe punct cu punct (PTP) în zonele amplasate izolat; - programe de traiectorie continuă(CP) în zonele care prezintă o continuitate în

lungul unei linii.

-1- Curs 11 M.Utilizarea roboţilor industriali în asamblarea automată Prin asamblare sau montaj se înţelege operaţia de construcţie a unui ansamblu prin îmbinarea mai multor obiecte de lucru componente. Montajul este o parte a procesului de producţie şi include operaţii de: -manipulare, -asamblare, -verificare. Sarcinile de asamblare au fost clasificate în 12 clase de operaţii elementare şi s-a constatat că 1/3 din aceste sarcini se referă la introducerea unui obiect de tip ştift în alezaje practicate în obiecte denumite “de bază “ ,de preferinţă pe direcţie verticală şi cu sensul de sus în jos şi 1/4 la operaţia de înşurubare. Robotul industrial prevăzut cu dispozitivul de prehensiune preia “ştiftul “ dintr-un dispozitiv de alimentare –evacuare îl deplasează cu o mişcare impusă de procesul tehnologic până în apropierea alezajului, după care îi impune o mişcare relativă care să realizeze îmbinarea sau inserţia şiftului în alezaj.Prima fază este de căutare, de realizare a coincidenţei axelor ştiftului cu cea a alezajulu, iar a 2a de introducere a ştiftului în alezajul corpului de baz. În cazul înşurubării a 2a fază este de mişcare de rotaţie relativă în jurul axei comune. Pentru siguranţa operaţiei de montaj efectorul final poate fi dotat cu elemente de: 1-complianţă pasivă,care modifică poziţia ştiftului în raport cu alezajul, ca urmare a acţiunii forţelor de contacr, 2-complianţă activă când dispozitivul de prehensiune conţine senzori de forţă sau moment care în buclă închisă de automatizare permite să se modifice adaptiv programul robotului în vederea uşurării inserţiei ştiftului în alezaj. În timpul montajului propriu-zis, robotul trebuie condus după un program cu traiectorie continuă (CP). Când se manipulează cu acelaşi robot mai multe tipuri de obiecte se prevede posibilitatea schimbării automate a dispozitivului de prehensiune. În Fig.75 se prezintă un exemplu de sistem de asamblare cu 3 roboţi. În Fig.76. este prezentat un sistem de asamblare a rotoarelor motoarelor electrice asincrone trifazate cu rotorul în scurtcircuit . Sistemul de alimentare primeşte: -arbori prelucraţi; -rotoare având colivia din aluminiu turnată sub presiune. Robotul RI 1 execută operaţiile: •manipulează un rotor de pe banda BT1 la maşina de broşat MB unde are loc broşarea alezajului pentru arbore; • preia rotorul din maşina de broşat şi îl introduce în cuptorul electric CE prntru a-l încălzi şi şi dilata gaura acestuia (o fază de pregătire înaintea montajului); • preia motorul încălzit din cuptor şi-l aşează în dispozitivul de lucru a presei-P; • preia un arbore de pe banda transportoare BT2 şi-l aduce la presa –P,care îl introduce în rotor;

-2- • preia rotorul asamblat de la presă şi-l introduce în baia de răcire BR; Robotul RI2 execută operaţiile:ia rotorul montat din baia de răcire BR şi alimentează maşinile de rectificat cilindric, după care le introduce pe rând în maşina de echilibrat dinamic şi în final îl evacuiază pe o bandă transportoare.

Fig.75.Sistem de asamblare cu trei roboţi:

a) schema de amplasament; b) vedere general a sistemului de asamblare.

-3-

Fig.76.Sistem de asamblare cu 2 roboţi industriali, maşini-unelte, maşină de echilibrat, etc..

Utilizarea roboţilor în operaţii de montaj prezintă avantajele: • RI oferă posibilităţi mai variate de manipulare şi aşezare a pieselor ; • utilizarea senzorilor permite ca robotul să efectuieze şi alte operaţii legate de montaj: încărcarea, sortarea şi controlul procesului; • se reduce numărul de echipamente periferice necesare în condiţiile în care calitatea montajului creşte; • rezultă o planificare simplificată a producţiei. Dezavantajele roboţilor industriali utilizaţi în ansamblarea automată sunt: • durata unui ciclu de asamblare este mai mare decât cea realizată cu automatele specializate; • costul unui robot industrial de montaj este mai mare decât cel al automatelor specializate cu acţionare pneumatică sau electromecanică. N) Utilizarea roboţilor industriali în activităţi de prelucrare şi manipulare în camere „curate” deci în încăperi în care puritatea aerului este de mare importanţă.Astfel ca să nu se polueze mediul camerei, sistemul mecanic şi de acţionare a RI au zonele de contact din cuplele cinematice capsulate. În general, domeniul de utilizare este cel al fabricării componentelor electronice.

Alimentarea automată cu scule a posturilor de lucru pentru prelucrare a MUCN Necesarul de scule pentru un post de lucru este determinat de următoarele elemente:

-4- • numărul de operaţii diferite ce trebuiesc executate ; • asigurarea sculelor de schimb în cazul distrugerii accidentale a părţii aăchietoare a sculelor; • asigurarea sculelor de schimb pentru sculele care lucrează la un moment dat şi au atins un anumit grad de uzură. Pentru schimbarea automată a sculelor centrele de prelucrare dispun de magazine de scule proprii şi de transfer automat al sculelor între între magazinul de scule ăi dispozitivele de centrare şi fixare a sculei pe maşinile-unelte. Magazinele de scule ale centrelor de prelucrare pot avea următoarele forme : -de disc cu scule amplasate pe suprafaţa frontală sau pe suprafaţa laterală, cu capacitatea de 24-40 de scule, -casetă cu lanţ cu sculele dispuse frontal sau lateral, cu o capacitate de aproximatiâtiv 60 de scule. Pentru transferul automat al sculelor între magazinul de scule şi MUCN se utilizează mâini mecanice duble asigurându-se cicluri de schimbare de durată mică pentru alimentarea sau evacuarea sculei. Acest transfer automat presupune existenţa următoarelor: 1.un sistem de codificare a sculei sau a locaşului acestuia din magazin pentru recunoaşterea sculei programate, 2.un sistem de recunoaştere a codului sculei în magazin amplasat pe lementul efector al robotului, 3.rotirea periodică sau continuă a magazinului de scule pentru căutarea sculei şi oprirea acestuia ân cazul găsirii sculei, 4.un sistem de urmărire a stării sculei în timpul procesului de aşchiere. Mărimea uzurii sculei se poate evalua în următoarele moduri:

a) direct prin măsurare cu senzori; b) indirect prin măsurarea mărimilor:

-curentului absorbit de motorul de acţionare, -momentul de torsiune sau forţa de aşchiere, -reacţiunile din lagărele arborelui principal. Prin măsurarea uzurii se poate comanda schimbarea sculei în cazul depăşirii uzurii limite a acesteia. Mărirea capacităţii magazinului de scule prezintă următoarele dezavantaje: -creşte timpul necesar pentru căutarea sculei programate şi aducerea acesteia în poziţie de schimbare, -creşte gabaritul şi greutatea magazinului de scule ce va duce, în final, la creşterea consumului de energie. Sunt cunoscute două mari grupe de soluţii constructive:

A) Sisteme pentru înlocuirea automată a magazinului de scule pe centrul de prelucrare;

B) Sisteme pentru înlocuirea automată a sculelor în magazinele de scule ale maşinii-unelte cu comandă numerică.

În continuare se vor prezenta soluţiile constructive prezentate anterior. A) Schimbarea automată a magazinelor de scule în centrul de prelucrare

-5- O realizare constructivă este prezentată mîn Fig.77., care conţine o magazie de scule fixă M,care conţine la rândul acesteia magaziile de scule M1 şi M2 , plasate pe ghidaje. Pentru schimbarea magazinului de scule, centrul de prelucrare se deplasează în dreptul în dreptul poziţiei libere a magazinului de scule M şi realizează transferul magaziilor de scule.

Fig.77.Schimbarea magazinelor de scule în centrul de prelucrare O altă situaţie este prezentată în Fig.78., când magazia de scule fixă M are două poziţii : una a magaziei M1 şi alta liberă PL. Cu ajutorul unui robot RI se transportă magazia M2 din centrul de prelucrare CP în poziţia PL a centrului fix M şi magazia M1 de pe M în CP,în locul magaziei M2.

Fig.78.Schimbarea magazinului de scule în cadrul centrului de prelucrare

-6- O altă modalitate de schimbare a magazinului de scule în cadrul centrului de prelucrare este prezentată în Fig.79. Astfel montantul centrului de prelucrare CP se deplasează spre stânga şi este adus în poziţia de predare/ primire a capului revolver CR, cu patru poziţii. După aceea montantul se retrage spre dreapta pentru a face posibilă rotaţia capului revolver cu magazia de scule M1. Magazia M2 este adusă prin rotaţia capului revolver CR în poziţia de predare /primire şi este preluată de centrul de prelucrare prin deplasarea la stânga şi în final CP se deplasează spre dreapta. B) Schimbarea automată a sculelor în magazia de scule a maşinii asigură o mare flexibilitate prin numărul mare de scule folosibile, cu posibilitatea manevrărilor acestora în timp ce MUCN prelucrează semifabricatul.

Fig.79.Schimbarea magazinului de scule în cadrul centrului de prelucrare Soluţiile constructive în acest caz sunt: 1/ se utilizează un magazin de scule suplimentar aşezat lângă MUCN din care se transferă sculele în magazia de lucru a maşinii; 2/ se utilzează un depozit fix de scule, cu scule aşezate în matrice pe verticală, sau cu scule amplasate liniar ; 3/ magazinul de scule a maşinii se alimentează dintr-o paletă de transport adusă la MUCN de un robocar, cu un robot de alimentare situat pe acesta. În continuare se prezintă cele trei soluţii constructive. 1) În Fig.80. se prezintă soluţia cu magazine scule suplimentar de tip lanţ-M2 în vecinătatea MUCN. Pe maşina-unealtă/centru de prelucrare -CP se află un alt magazin de scule de tip lanţ-M1. Sculele din magazinul M2 sunt transferate în depozitul M1 de o mână mecanică dublă MM2 şi mai departe o mână mecanică dublă MM1 aşează scula în dispozitivul de prindere DP.

Fig.80.Sistem de alimentare cu scule în cadrul centrului de prelucrare cu ajutorul unui depozit auxiliar de scule

-7- 2) În Fig.81. se prezintă un sistem suplimentar de scule vertical cu locaşuri în matrice-DS de alimentare cu scule a centrelor de prelucrare.

Fig.81.Sistem de alimentare cu scule a centrelor de prelucrare cu depozit auxiliar de scule vertical de tip matrice Pentru transferul sculelor din acest depozit în depozitul M al centrului de prelucrare CP se foloseşte un robot mobil de tip portal sau punte RI1, iar pentru aşezarea sculelor în dispozitivul de prindere-DP al CP se foloseşte robotul industrial RI2, care transferă sculele din magazia M. 3) În Fig.82.se prezintă sistemul de alimentare cu scule care foloseşte o paletă de transport-P, adusă la un centru de prelucrare-CP cu un robocar R.

Fig.82.Sistem de alimentare cu scule a centrelor de prelucrare folosind paletă de transport

-8- Pe robocar se află un robot industrial-RI care alimentează cu scule magazia-M a centrului de prelucrare-CP.

Sisteme automate pentru manipularea semifabricatelor şi pieselor

Alimentarea cu piese a unei maşini-unelte are mare importanţă în continuarea procesului de prelucrare. Dacă instalaţia de fabricaţie este automatizată atunci şi sistemul de alimentare este automat şi totodată şi operaţi de centrare-fixare a semifabricatelor este automatizată. Sistemele de alimentare automată a maşinilor pot fi: *sisteme de alimentare cu sârmă sau alte semifabricate înfăşurate în colaci; * sisteme de alimentare cu semifabricate sub formă de bară; *sisteme de alimentare cu semifabricate în bucăţi. Un sistem de alimentare automată cu semifabricate trebuie să realizeze fazele următoarele faze, ca şi un operator uman: -orientarea piesei în poziţia necesară pentru alimentare; -aducerea piesei orientate în faţa dispozitivului de centrare-fixare; - introducerea piesei în dispozitivul de centrare-fixare; -extragerea piesei prelucrate şi îndepărtarea acesteia din zona de lucru.. Manipularea pieselor în operaţiile de montaj reprezintă o treime din volumul total de lucru, iar acesta la rândul lui reprezintă 20-70% din volumul fabricaţiei unui produs complex.Realizarea coordonării activităţii de manipulare a semifabricatelor şi pieselor printr-un sistem cibernetic nu este posibil încă în aplicaţiile industriale şi din această cauză se folosesc echipamente automatizate integrate într-un sistem de fabricaţie robotizat. Într-un sistem automat de fabricaţie trebuie să existe şi posibilitatea ca printr-un mecanism să se realizeze avansarea semifabricatelor către un mecanism separator şi alimentare. Avansarea semifabricatelor se poate realiza sub acţiunea forţelor gravitaţionale, de exemplu: 1.cu mişcare continuă: 1.1.cu mişcare rectilinie-Fig.83 a.şi b., 1.2.cu mişcare circulară-Fig.83.c.şi d.. 2.cu mişcare alternativă: 2.1.cu mişcare rectilinie-Fig.83.e, 2.2.cu mişcare circulară-Fig.83.f..

-9-

Fig.83.Posibilităţi de alimentare cu semifabricate/Dispozitive separatoare cu mişcare rectilinie, de rotaţie, alternativă rectilinie sau oscilatorie Transferul pieselor pe plan înclinat în cazul alimentării cu piese se poate realiza ca în Fig.84.,unde sunt date câteva exemple.

Fig.84.Transferul semifabricatelor pe plan înclinat

-10- Alunecarea pieselor pe plan înclinat este condiţionată de învingerea forţelor de frecare şi de stabilitatea piesei pe acesta, neexistând tendinţa de răsturnare a acesteia. În Tab.1., sunt prezentate valorile unghiulare pentru care începe alunecarea pe plan înclinat pentru diverse cupluri de materiale. Tab.1. Cuplul de materiale

Unghiul planului înclinat

oţel-teflon 19,5 oţel- PVC dur 17 oţel- oţel 16 Planul înclinat este folosit adesea pentru transferul pieselor cilindrice. În acest sens se pot întâlni situaţiile privind raportul între lungimea piesei-L şi diametrul ei- D: A/ cu raportul L/D>0,5, când se rostogolesc în direcţie perpendiculară pe axa de simetrie şi se foloseşte planul înclinat fără ghidaj(canal); B/ în cazul pieselor conice,în trepte şi cilindrice cu raportul L/D≤0,5, care se rostogolesc în canalul planului înclinat. În ultimul caz există riscul înţepenirii în acest canal prin aşezarea oblică a piesei cilindrice,de exemplu, ca în Fig.85.

Fig.85.Piesă cilindrică în canal de lăţime b Piesele pentru a nu se înţepeni în canalul de ghidare al planului înclinat trebuie să fie îndeplinită condiţia:

-11- bcrt < LD 22 + Dispozitivele de orientare a pieselor în sistemele automate de fabricaţie sunt folosite, în special, în opereţiile de asamblare. Operaţia de orientare constă din deplasarea piesei în aşa fel încât aceasta să ajungă într-o poziţie univoc determinată în raport cu dispozitivul de lucru. Operaţia de orientare se poate face prin metodele: A.-prin mişcare dirijată ca în Fig.86.,când o rondelă este orientată din poziţia orizontală în poziţia verticală, prin alunecare operaţională într-un jgheab de formă convenabilă.

Fig.86.Orientarea unei rondele prin mişcare dirijată B.- prin cădere liberă, procedeu care constă în lăsarea pieselor să cadă liber, una câte una din dispozitivul de depozitare pe o suprafaţă plană înclinată.Dacă piesa în cădere liberă prezintă mai multe posibilităţi de aşezare, dispozitivul trebuie să sesizeze dacă aşezarea s-a făcut în poziţia dorită sau nu. În caz afirmativ piesa este transferată la operaţia următoare şi în caz contrar piesa revine în depozit. C. –în vibratoare de alimentare cu”şicane “-Fig.87., care pot fi la rândul lor: C.1.active atunci când determină modificarea aşezării piesei pentru a o aduce în poziţia corectă; C.2.pasive atunci când aruncă înapoi în cuva vibratoare cilindrică piesele orientate incorect.

Fig.87.Tipuri de şicane montate la ieşirea din vibratoarele de alimentare

-12- În Fig.87. sunt întâlnite situaţiile:

a) în cazul şicanei cu trapă piesele aşezate incorect ajunse în dreptul trapei decupate cad în cuva vibratorului;

b) în cazul şicanei cu rampă piesele aşezate incorect (culcat) sunt obligate să basculeze în poziţie verticală ;

c) în cazul şicanei cu şină profilată dacă piesele sunt aşezatecorect cu capul în sus ele ajung la operaţia următoare,dacă nu, ele ajung sub şina profilată şi cad înapoi printr-o trapă în cuvă.;

d) în cazul şicanei cu jet de aer comprimat sunt eliminate în cuvă piesele suprapuse.

Alimentarea automată a MUCN din sistemul avansat de fabricaţie Operaţiile din cadrul SRFA de: -alimentare automată cu semifabricate şi piese a posturilor de lucru, -automatizarea depozitării acestora, -automatizarea transportului pieselor, se poate realiza numai prin utilizarea paletelor de piese. Paletele de piese utilizate în sistemele robotizate de fabricaţie pot fi: A) palete dispozitiv de lucru; B) palete de transport. Paletele de piese trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: ¤ să se fixeze pe aceeaşi paletă un număr cât mai mare de piesecu elemente tipizate de centrare-fixare, ¤ să permită manipularea uşoară pe traseul depozit, sitem de transport, maşină-unealtă, ¤ precizie de poziţionare mare pe MUCN, ¤ să nu fie afectate de lichidele de răcire-ungere.

A) Paletele dispozitiv de lucru se utilizează în cazurile alimentării: -centrelor de prelucrare care execută piese prismatice, -strunguri carusel care execută piese de revoluţie, sau când se execută: -piese mari unicat, -piese mici,prelucrate în „buchet”, utilizând elemente de centrare-fixare tipizate pentru serie mică sau specifice pentru serie mare. Paletele dispozitiv de lucruse pot realiza în două moduri: A.1.fără strângere înglobată şi pot avea formele: *pătrată-paralelipiped, *dreptunghiulară-paralelipiped, *circulară-cilindrică, în funcţie de producător.

-13- Suprafaţa superioară a paletei poate fi cu : -găuri de fixare filetate ca în Fig.86., -canaleT(orizontale, orizontale şi verticale,radiale,etc..)

Fig.88.Suprafaţa superioară a unei palete fără strângere înglobată cu găuri de fixare filetate Această soluţie tehnică se foloseşte în cazul paletelor circulare pentru piese de revoluţie prelucrate pe strunguri carusel şi fixate de trei bacuri autocentrante acţionate hidraulic,pneumatic pe faţa superioară a paletei sau piese prismatice. A.2.cu strângere înglobată şi se foloseşte în cazurile: A.2.a.-când producţia tinde să devină de serie mare în cazul liniilor automate flexibile, A.2.b.-cînd se pune problema prelucrării pieselor în „buchet”,adică ete vorba de mai multe piese centrale fixate pe aceeaşi paletă de formă dreptunghiulară.

Fig.89.Paletă cu strângere înglobată cu prelucrarea a două piese prismatice”în buchet „ Soluţia tehnică este cea a prelucrării a mai multor piese „ în buchet„.În Fig.89. este cazul a două piese prismatice-2, strânse cu două elemente de strîngere-1,care sunt acţionate de pistoanele hidraulice sau pneumatice-3 şi care sunt prelucrate, în continuare, împreună.

-14- B) Paletele de transport se utilizează când în componenţa sistemelor de fabricaţie

avansate intră şi strunguri cu arborele principal orizontal şi se mai numesc navete sau magazine de piese. Prelucrare pieselor, în acest caz, nu se poate realiza direct în paletă, iar paleta de transport are şi funcţia de depozitare. Piesa importantă a paletei de transport este este placa superioară care trebuie să depoziteze piese cu diverse forme.-Fig.90.

Fig.90.Moduri de depozitare a diferitor tipuri de piese pe placa superioară (reprezentare pe un rând). În situaţiile din Fig.90. flexibilitatea de înmagazinare se poate obţine prin: -schimbarea plăcii superioare cu elemente de înmagazinare montate, -schimbarea sau modificarea poziţiei acestor elemente de înmagazinare. În Fig.91. este prezentată o paletă cu flexibilitate reglabilă de înmagazinare a pieselor tubulare cu diverse diametre.

Fig.91.Placă de înmagazinare cu flexibilitate de stocare

-15- Paletele de transport de formă circulară au avantajul că se pot amplasa pe suporţi cu mişcare intermitentă, prin care se aduc succesiv piesele de pe paletă în aceeaşi poziţie de prelucrare de către robotul industria.Această situaţie este mult simplificată faţă de cazul când piesele sunt preluate de către robot dintr-un aranjament matricial. Proiectarea plăcii inferioare a paletei de transport se face în funcţie de mijlocul de transport al acesteia,care poate fi robocar,conveior cu role,conveior cu lanţ sau sisteme combinate. Sistemele de depozitare în cadrul sistemelor avansate de fabricaţie Acest sistem este numit şi sistem logistic şi realizează depozitarea automată a semifabricatelor ,pieselor finite, sculelor, paletelor, dispozitivelor, materialelor auxiliare, etc.. şi împreună cu sistemul de transport automat realizează legăturile între toate posturile de lucru ale sistemului avansat de fabricaţie. Flexibilitatea şi productivitatea acestui sistem trebuie să fie superioare celorlalte elemente componente din sistemul tehnologic, pentru ca nefuncţionarea acestuia să nu ducă la întreruperi în funcţionarea posturilor de lucru. Depozitele sau magazinele sunt subansamble în care semifabricatele sunt aşezate în poziţie orientată de către operatorul uman. Cu acestea începe sau se încheie procesul de manipulare a semifabricatelor şi pieselor. Dispozitivele de depozitare pot fi pentru depozitare: -în vrac, în containere(gravitaţionale); -ordonate, categorie în care intră cele mai folosite şi anume “magazinele în cădere”, care folosesc forţa gravitaţională-Fig.92.

Fig.92.Magazine în cădere În sistemele automate de producţie şi anume în operaţia de asamblare sunt folosite depozitele mobile de tip conveiere aeriene sau la sol, în circuit închis sau deschis. De exemplu conveierul aerian este folosit la fabricaţia autovehiculelor, tractoarelor, frigiderelor, maşinilor de spălat, etc.. Depozitele de semifabricate, piese finite, palete, dispozitive, etc. pot fi:

A) fixe; B) mobile.

-16- A) Depozitele fixe pot fi cu celule dispuse:

A.1.vertical pe un rând-Fig.93.a., A.2. vertical pe mai multe rânduri-Fig.93.b., A.3.orizontal în linie-Fig.93.c., A.4.oeizontal inelar-Fig.93.d..

Fig.93.Tipuri de depozite fixe. Depozitele fixe sunt spaţii de depozitare, magazii de stocare.Acestea sunt destinate asigurării unei rezerve tehnologice de semifabricate pentru o staţie sau un grup de staţii, menţinând o continuitate funcţională a sistemului de fabricaţie. În special sunt utile în transferul asincron de repere, dar şi la cuplarea mai multor tipuri de sisteme de transfer. Depozitele fixe pot fi: a.de stocare, când ritmul de procesare a semifabricatelor este mai mare decât ritmul în care se face alimentarea cu semifabricate, b. de avarie, se folosesc pentru a limita efectele pe care le poate avea o avarie la una din componentele fluxului tehnologic, c. de echilibrare şi se folosesc pentru echilibrare timpilor de procesare în punctele de lucru ale liniei de flux. Tehnica depozitări are câteva principii de bază complet contradictorii, cum ar fi: 1.depozitarea se face în ordinea sosirii semifabricatelor, iar ordinea extragerii se face în ordinea depozitării;

-17- 2.depozitarea se face în ordinea sosirii semifabricatelor , iar extragerea în ordinea inversă ordinii depozitării; 3.ordinea depozitării şi cea a extragerii din depozit sunt aleatorii.

B) Depozitele mobile de semifabricate, piese, palete, etc.,realizează uneori şi funcţia de transport între posturile de lucru(staţii), când centrele de prelucrare sunt în număr mic.

Acestea pot fi: B.1.circulare; B.2.ovale. Depozitele mobile circulare se realizează sub formă de mese indexate cu mişcare intermitentă, care foloseşte, de exemplu, mecanismul cu cruce de Malta din Fig.94.

Fig.94. Mecanism cu cruce de Malta pentru indexarea mesei depozitului circular Depozitele mobile ovale au transmisii cu lanţ şi au în componenţă suporţi de palete.Acestea pot lucra în plan orizontal sau vertical.

Fig.95.Depozit mobil oval orizontal cu lanţ

-18- În Fig.95.se consideră transferul paletelor din depozitul(4) oval mobil orizontal cu lanţ(5) pe masa de lucru a unei MUCN(1) prin intermediul robotului industrial(2).După prelucrare robotul preia paleta(3) şi o depune în depozitul mobil(5) în vederea evacuării.

-1- Curs 12 Subsistemul de tranport al sitemelor avansate de fabricaţie Se referă la transportul : • semifabricatelor şi pieselor finite; • sculelor; • dispozitivelor. Acest sistem este eficient când sunt realizate următoarele: 1-Reducerea distanţelor de transport,deziderat care poate fi înfăptuit prin micşorarea posturilor de lucru, lucru care poate fi înfăptui prin adoptarea unui număr mic de centre de prelucrare din cadrul sistemului avansat de fabricaţie, centre în care să se efectuieze un număr mare de operaţii; 2-Reducerea timpului pentru activităţile de transport optime în funcţie de forma şi lungimea traseelor sau conceperea unor trasee cu cât mai puţine intersecţii şi fluxuri inverse, fără timpi de aşteptare; 3-Utilizarea unor sisteme de siguranţă care să nu permită ciocnirile în timpul funcţionării. Sistemele de transport pot fi: A/Situate la sol cu traseu : A.1.liniar de tip : -conveior cu role ; -transportor cu bandă; -transportor cu pernă de aer; -robot mobil ; -cărucior pe şine. A.2.circular de tip: -masă rotativă indexată.; -robocar de construcţie specială. A.3.oarecare : -robocar pe şine; -robocar ghidat (filoghidare,optoghidare,videoghidare) B/Suspendate cu traseu: B.1.liniar de tip: -robot pe portal sau punte ; -cărucior cu monoşină. B.2.oarecare de tip: -lanţ cu cârlige; -cărucior pe şine cu macaze. Sistemele de transport pot fi cu acţiune :

• permanentă , în circuit închis, cum ar fi conveierele cu role, transportoare cu lanţ; • intermitentă, în circuit deschis, cum ar fi roboţi mobili, robocare ghidate, etc..

Sistemele de transport în circuit deschis cuprind, deci: -Roboţi mobili, care manipulează, în general, piese de revoluţie pot fi de tip punte sau portal ; - Robocare , numite şi robotransportoare sau robotrailere, sunt cărucioare ghidate (VGA-Vehicule Ghidate Automat) care se deplasează pe şine sau roţi cu sau fără pneuri-Fig.96..

-2-

Fig.96.Robocare ghidate automat într-un sistem avansat de fabricaţie Sistemul de robocare este un sistem avansat de transport şi manipularede materiale cum ar fi : 1-semifabricate şi piese prelucrate aflate în diverse faze ale fluxului tehnologic de fabricaţie, situate în containere sau palete, 2-subansamble aflate pe fluxul tehnologic de asamblare. În S.U.A.robocarele au fost vehicule destinate, iniţial,transferului de materiale. În Europa au fost concepute drept platforme mobile utilizate în operaţiile de asamblare şi în special în cazul liniilor de asamblare asincrone. Robocarele sunt proiectate să urmărească o cale de ghidare şi sunt controlate de un calculator sau un microprocesor central. Spre deosebire de transportoarele cu role, bandă , conveiere, etc.robocarele au capacitatea de a–şi selecta traseul pentru realizarea operaţiei programate.Sistemul de comandă al robocarelor are informaţii privind încărcătura robocarului, traseul care trebuie parcurs, destinaţia pe trasee cu lungimi medii şi mari. În sistemele avansate de fabricaţie robocarele lucrează împreună cu: * depozite automate AS/RS-Automated Storage and Retrival; * RI, MUCN, instalaţii automate de alimentare-evacuare şi fiind comandate de calculatoare de proces. Istoricul robocarelor este legat de următoarele tipuri constructive care au apărut de-a lungul timpului: a.vehicule cu remorci se utilizează pentru fluxuri de materiale grele(max. 20 t), acolo unde numărul de posturi este mic şi anume în sectoarele calde, în turnătorie sau forjă. b.transportoare cu furci pentru transportul paletelor sau containere uşoare, pentru manipulare la sol sau la înălţimi mari(6-13 m).

-3- c.platforme mobile sau robocare sau VGA,pot transporta o sarcină maximă de 10 t sunt vehicule auomate faţă de primele, care au o automatizare parţială.

Fig.97.Elementele constructive ale unui robocar(VGA) cu filoghidare Robocarele pot avea ghidare pe şine când se manipulează piese grele şi numărul de posturi de lucru este mic şi ghidare liberă pe roţi. În Fig.97 se prezintă elementele constructive ale unui robocar cu elementele componente:sistem de ghidare şi sistemul de conducere al robocarelor. În exteriorul robocarului se află se află sistemul de conducere al robocarelor propriu sistemului avansat de fabricaţie, care asigură conducerea şi coordonarea deplasării robocarelor în condiţii de siguranţă deplină, pentru îndeplinirea sarcinilor de producţie, în conformitate cu programul de manipulare şi transfer. Robocarele pot fi utilizate ca vehicul tractor pentru remorci , tipul din Fig.99.c).,având avantajul unui spaţiu operaţional redus, necesită spaţii reduse pentru accesul la punctele de lucru. În mod obişnuit robocarele se utilizează pentru transportul semifabricate,piese finite, subansamble, etc.pe platforma sa de lucru.

a) b) Fig.98. Robocare cu deplasare numai într-un sens a) şi în ambele sensuri b) în lungul căii de ghidare

-4-

Fig.99.Tipuri de robocare:a)cu furci;b)pentru montaj;c)tractor;d)role;e)lanţ;f)cu elevator Robocarele sunt proiectate să se deplaseze într-un sens Fig.98.a) sau în ambele sensuri Fig.98.b),de-a lungul căii de rulare.Sunt construcţii complexe de robocare unde există posibilitatea unui grad mare de manevrabilitate cu posibilitatea rotirii acestora cu 360o într-un spaţiu redus. Platforma de lucru a robocarelor este concepută să suporte sarcini diverse,să automatizeze operaţiile de încărcare şi descărcare asigurând distribuirea de semifabricate sau piese finite sau de depozitare a lor.Aceasta este veriga de legătura intermediară dintre robocar, RI, MUCN, instalaţie tehnologică şi depozit şi poate avea în componenţă un conveier cu role activ sau pasiv ca în Fig.99.d) sau un conveier cu lanţ, ca în Fig.99.e). sau o platformă cu furci-Fig.99.a). Automatizarea procesului de încărcare sau descărcare se poate realiza şi prin ridicarea sau coborârea platformei de lucru printr-o acţionare hidraulică cu cilindru-piston(platforma elevator) din Fig.99.f).

Fig.100.Tipuri de transfer pe platformele de lucru a robocarelor: a)platforma cu elevator;b)platforma cu furci telescopice;c)platforma cu transportor cu role.

-5- Astfel după cum se observă în Fig.100.a).robocarul se apropie de staţia de încărcare şi când a ajuns în poziţia programată este comandată ridicarea platformei, sarcina fiind transferată robocarului, după care îşi coboară platforma şi se deplasează la următorul post de lucru.Transferul sarcinii pe sau de pe platforma de lucru se poate face şi cu ajutorul unor platforme cu furci telescopice-Fig.100.b). sau cu role -Fig.100.c). Utilizarea vehiculelor ghidate automat-VGA în cadrul sistemelor avansate de producţie impune ca staţiile de lucru să fie dotate cu roboţi industriali RI, să se integreze cu MUCN, staţiile de control automat, depozite automate(AS/RS), posturile de asamblare automată grupate în celule sau linii de fabricaţie flexibile şi linii de asamblare automată din cadrul CIM.După cum s-a precizat anterior sistemele avansate de fabricaţie impun următoarele condiţii robocarelor:flexibilitate,adaptabilitate şi manevrabilitate. Sistemul de alimentare electrică al robocarelor Sursa de alimentare a robocarelor este constituită dintr-un număr de baterii de acumulatoare legate în serie-paralel(300-720 Ah)cu tensiunile posibile de 24-48-80 Vcc. Încărcarea acumulatoarelor se realizează prin:încărcare periodică sau completă. Încărcarea periodică se execută în staţiile de lucru în care robocarul staţionează un timp mai îndelungat.În cazul încărcării complete a bateriilor este nevoie de o staţie de încărcare specializată, în exteriorul fluxului tehnologic,cu posibilităţi de parcare a unui număr mare de robocare.Timpul de staţionare a unui robocar în aşteptarea unei noi sarcini de fabricaţie ar trebui să fie egal cu timpul de încărcare. Încărcarea totală a bateriilor se poate realiza prin: -folosirea unei cuple automate de cuplare a bateriilor la un redresor, -utilizarea unui troleu montat pe robocar prin care se închide circuitul redresor exterior şi bateriile robocarului, -conectarea prin intervenţia unui operator, -utilizarea unor baterii de schimb încărcate.

Fig.101.Casetă conţinând baterii de acumulatoare ghidată pe role Prin utilizarea bateriilor de schimb încărcate s-a găsit o soluţie constructivă de folosire a unei casete care conţine baterii şi care este ghidată pe role, prin care se micşorează timpul de staţionare a robocarului pentru efectuarea acestei operaţii auxiliare.-Fig.101. Având în vedere faptul că timpul de încărcare a unor baterii de acumulatoare este de 4 ore şi timpul de răcire este de 2 ore, deci robocarul poate să aibă un timp de funcţionare

-6- continuă de aproximativ 17 ore, rezultă că este nevoie să se realizeze o optimizare a numărului de robocare în cadrul sistemului avansat de fabricaţie şi din acest punct de vedere. Sistemul de tracţiune al robocarelor Acesta se compune din servomotorul sau servomotoarele de curent continuu cu turaţie variabilă controlată şi transmisia mecanică care antrenează roţile de tracţiune. Se pot întâlni situaţiile: *un servomotor electric antrenează cele două roţi de tracţiune prin intermediul unei transmisii diferenţiale, *pe fiecare roată de tracţiune este montat câte un servomotor electric. Comanda servomotoarelor electrice de tracţiune este asigurată de microcalculatorul de bord, dar se poate realiza de la pupitrul de comandă şi de către un operator în caz de avarie. Frânarea acestor servomotoare se execută folosind frâne electromagnetice sau mijloace electronice de frânare dinamică. Variaţia turaţiei servomotoarelor de tracţiune se face prin modificarea tensiunii de alimentare rotorice cu ajutorul unor convertoare statice c.c.-c.c.-Chopper,denumite şi V.T.C.(Variator de tensiune continuă),care transformă c.c. tot în c.c.modificându-se la ieşire valoarea medie a tensiunii,care numai este o constantă Ud2 ≠ ct.,faţă de intrare unde era Ud1=ct.,Fig.102.

Fig.102.Schema de principiu a convertorului static c.c.-c.c.-V.T.C. Acest convertor se caracterizează prin forme de undă discontinue ale tensiunii şi curentului prin indus.

Fig.103.Formele de undă ale tensiunii şi curentului prin indus în cazul amplificatoarelor PFM

-7- Se utilizează în acest caz: -amplificatoare cu tranzistoare de putere, cu frecvenţa variabilă a impulsurilor PFM(Pulse Frecquency Modulated amplifier) –Fig.103; -amplificatoare cu tiristoare . La baza conducerii(comenzii) avansului robocarelor stă algoritmul cinematic (comanda în viteză).În Fig.104.este prezentată schema bloc a servomecanismului de avans a robocarului.

Fig.104.Servomecanismul de avans a robocarului Unde v2-mărime impusă de microprocesor-tensiune, v1 –tensiune dată de tahogenerator(1) care este tensiunea buclei de reacţie de viteză, ε u -eroarea de viteză C-bloc comparator dintre tensiunea impusă şi cea reală, K-bloc de preamplificare şi amplificare finală, 2-motor electric de c.c., 3-transmisie mecanică. Tensiunea de intrare poate fi impusă într-un program de tip numeric, dar poate fi convertită în semnal analogic într-un convertor numeric-analogic rezultând tensiunea v2 , care se compară cu tensiunea dată de tahogenerator v1 , iar după blocul C de comparare rezultă eroarea ε u =v2 –v1 , care este amplificată de amplificatorul K.Amplificatorul alimentează în final mservomotorul (2).Atât timp cât mărimea impusă este egală cu tensiunea dată de reacţia de viteză şi eroarea este 0 servomotorul nu se roteşte. Sistemul de ghidare a robocarului Ghidarea robocarelor se poate realiza cu un sistem reprezentat în Fig.105.care cuprinde: -senzor inductiv pentru direcţionarea robocarului în cazul filoghidării, -servomotor de c.c. sau pas cu pas, -traductor de poziţie dacă servomotorul este de c.c., -transmisie mecanică cu element intermediar flexibil,o curea sincronă, -microîntrerupătoare de capăt de cursă pentru limitarea mişcării roţii motoare, -volanul pentru manevrare robocarului în caz de avarie, -echipament electronic de comandă.

-8-

Fig.105.Sistemul de ghidare al robocarului Când cuplul rezistent nu este important se poate folosi motorul pas cu pas comandat de un amplificator cu lăţime variabilă a impulsurilor PWM(Phase Width Modulated amplifiers).Această acţionare are şi avantajul unei poziţionări de mare precizie. Conducerea direcţiei robocarului în cazul folosirii ambelor tipuri de servomotoare se face după algoritmul geometric( comandă în poziţie).La servomotorul de c.c. ar trebui prevăzut şi un traductor de turaţie pentru a avea stabilitate dinamică în funcţionare. Pentru cupluri rezistente foarte mici în cazul utilizării servomotorului pas cu pas s-ar putea să nu fi nevoie de traductor de poziţie.-Fig.106.

Fig.106.Schema bloc a servomecanismului de comandă a direcţiei cu motor pas cu pas fără reacţie de poziţie, unde : MPP-motor pas cu pas,TM-transmisie mecanică,R-roată de direcţie. Ghidarea robocarului se poate realiza prin : a)Calea de rulare ( de tip şină),care cu toate că are lungimi de metri, are dezavantajul că ocupă prea mult loc pe padoseala spaţiului de lucru şi din această cauză , uneori, şina se suspendă. b)Fir conducător amplasat în pardoseală şi parcurs de un curent de înaltă frecvenţă- Fig.107., numit şi fir activ, iar procedeul filoghidare. Curentul care străbate conductoruleste de ordinul mA şi cu o frecvenţă de ordinul KHz.

-9-

Fig.107.Ghidare prin fir activ Unde: A0 –amplificator operaţional electronic A-amplificator electronic de putere M-servomotor de c.c. cu excitaţie separată Ex Conductorul activ creează un câmp electromagnetic în jurul lui, iar în bobinele amplasate de o parte şi de alta al acestuia se induc tensiuni electromotoare care se compară în amplificatorul operaţional A0 .Diferenţa rezultată este amplificată de amplificatorul de putere A, care alimentează motorul M ce acţionează direcţia robocarului.Prin acest servomecanism se caută să se anuleze diferenţa tensiunilor electromotoare induse în bobine. Traseul conductor poate constitui şi un canal de comunicaţii între robot şi postul central de comandă. Sunt cunoscute două variante: 1-Robocarul urmăreşte o singură buclă a traseului cablat prin care trece un curent la o singură frecvenţă-monofrecvenţă. 2-Robocarul urmăreşte un traseu complex programat şi unde reţeaua este alcătuită din mai multe conductoare prin care circulă curenţi de frecvenţe diferite-multifrecvenţă. În acest caz robocarul în zonele de intersecţie a traseelor alege acel traseu programat prin intermediul unui discriminator.Filoghidarea prin acest procedeu se utilizează în cazul celulelor flexibile de asamblare. c)Controlul fotoelectric al direcţiei cu ghidaj pasiv cu bandă sau vopsea reflectorizantă, iar procedeul se numeşte optoghidare, se relizează utilizând o bandă argintată lipită pe pardosea şi un proiector.Lumina este proiectată şi dirijată către fotoelementele Fs şi Fd .Tensiunile date de montajele acestor fotoelemente sunt comparate în amplificatorul operaţional A0 iar eroarea este amplificată de amplificatorul final de putere A, care alimentează servomotorul de c.c.cu excitaţie separată M, ce acţionează sistemul de direcţie a robocarului.Prin acest servomecanism se caută să se anuleze diferenţele de tensiuni date de montajele electronice ale fotodiodelor Fs şi Fd .Se mai poate folosi şi o bandă de vopsea albă mărginită de două benzi negre pentru realizarea contrastului.

-10-

Fig.108.Optoghidarea d)Ghidarea discontinuă ,spre deosebire metodele prezentate anterior care sunt metode de ghidare continuă, aceasta se realizează prin detectarea de către o cameră Tv a unor puncte reflectorizante dispuse discontinuu de pe traseul de lucru a robocarului.Ghidarea se poate realiza şi codat prin citirea datelor de pe un suport magnetic sau benzi vopsite. e)Videoghidarea prin cablaj pasiv. În acest caz robocarele folosesc vederea artificială şi algoritmi sofisticaţi de inteligenţă artificială, roboţii considerându-se autonomi.

Fig.109.Videoghidarea cu cameră video liniară Senzorul folosit pentru videoghidare poate fi monocameră Tv liniară cu rigletă cu senzori optici, cu monocameră Tv bidimensională-monoviziune, sau cu duoă camere Tv bidimensionale-stereoviziune. În Fig.109.este reprezentată videoghidarea cu cameră video liniară cu fotodiode sau riglete cu senzori optici şi folosirea pe traseu a unor marcaje cu bare. Corectarea poziţiei robocarului se face prin identificarea marcajului prin citirea codului de bare de pe traseu.

-11- Analiza mişcării robocarelor În Fig.110.se prezintă robocarul care virează în situaţiile constructive ale acestuia: a) robocarul are o roată directoare; b)robocarul are două roţi directoare cu axe mobile şi aceeaşi viteză unghiulară; c)robocarul are două roţi directoare cu axe fixe şi viteze unghiulare diferite .

Fig.110.Diverse tipuri de robocare în viraj R-raza de virare,A-ampatamentul,β -unghiul de virare a roţii directoare E-ecartamentul roţilor, I-centru instantaneu de rotaţie. În cazul a) rezultă:

βtg

AR = ( )

În cazul b) rezultă:

-12-

RE

Atg+

=

2

2β ( )

sau:

22

Etg

AR −=β

( )

iar legătura dintre cele două unghiuri de virare a roţilor rezultă din:

RE

Atg+

=

2

2β ( )

2

1 ER

Atg−

=β ( )

şi prin raportare rezultă:

ββ 21 22 tg

ERERtg ⋅

−+

= ( )

În cazul c) rezultă : *vitezele periferice liniare ale roţilor sunt : rV ω22 = ( ) rV ω11 = ( ) unde:ω1 ,ω2 sunt vitezele unghiulare de rotaţie ale roţilor 1 şi 2 r-razele roţilor robocarului. *aceleaşi viteze faţă de centrul instantaneu de rotaţie considerând viteza unghiulară de virare a robocarului Ω :

+Ω=

22

ERV ( )

−Ω=

21

ERV ( )

şi în final raportând aceste ecuaţii în V1 şi V2 rezultă:

ωω

ωω

12

21

2 −+

⋅=ER ( )

-13- În Fig.111.sunt prezentate diverse variante de robocare şi unde s-au notat: MPP-motor pas cu pas, MCC-motor de curent continuu, RT-roată de tracţiune, RD-roată de direcţionare, RP-roată de pivotare, MS-mecanism de stabilizare.

Fig.111.Tipuri constructive de robocare În funcţie de numărul de roţi motoare, de direcţionare şi de pivotare , din Fig.111. rezultă următorele soluţii constructive: A/Configuraţia triciclu cu trei roţi,din poziţiile a), b),c), care are dezavantajul instabilităţii construcţiei şi avantajul simplităţii construcţiei. Construcţia din poziţia a) permite deplasarea robocarului numai pe o singură direcţie şi într-un singur sens. La construcţia din poziţia b), este posibilă mişcare în ambele sensuri datorită existenţei mecanismului de sincronizare MS. Astfel cele două roţi din spate sunt sincronizate

-14- mecanic prin intermediul unui mecanism cu bare comandat şi controlat de un motor pas cu pas. Varianta din poziţia c) are în componenţă două motoare de curent continuu comandate electronic. B/Configuraţia “ caro” se regăseşte în poziţiile d), e), f), g), h) îi oferă o stabilitate corespunzătoare robocarului. Varianta din poziţia d) este o variantă dublu triciclu obţinută prin dublarea variantei a) Pentru a reduce numărul de motoare de tracţiune de la două la unul ,sincronizarea mişcărilor roţilor , pentru angajarea în curbă, este asigurată de o transmisie cu curea sincronă, ca poziţia e). Varianta din poziţia f) constă din folosirea a două servomotoare de curent continuu comandate electronic. Varianta din poziţia g) permite deplasarea robocarului pe două direcţii ortogonale în ambele sensuri iar transmisia cu curea sincronă dă posibilitatea robocarului să se rotească într-un sens sau altul. Construcţia din poziţia h) are în componenţă o transmisie cu curea pentru reducerea numărului de motoare şi o transmisie diferenţială cu roţi dinţate. Oprirea cu precizie a robocarului Robocarul trebuie să se oprească cu o precizie foarte mare de cca. ± 0,25mm, în dreptul fiecărui post de lucru,în cazul operaţiilorde transfer automat. Înainte de ajunge în postul de lucru robotul recepţionează comenzi de oprire cu precizie de la sistemul de conducere sau prin intermediul unui cod de bare marcat pe podea.Pentru opriri cu precizie mai mare robocarul se va angaja într-un amplasament prevăzut cu dispozitive de blocare de tip: -comandate prinr-o comandă exterioară (electrică, mecanică, hidropneumatică) -automate când se ajunge la o anumită valoare prestabilită a forţei sau momentului. Microcalculatorul de bord Sistemul avansat de fabricaţie are un sistem central de conducere şi cu toate acestea şi robotul are un microcalculator de bord cu rolul de a comanda vehiculul, în scopul monitorizării performanţelor acestuia pe baza datelor primite privind poziţia şi viteza acestuia. Microcaculatorul de bord facilitează următoarele operaţii: -controlul manual al funcţionării, -activarea sau dezactivarea sistemului de siguranţă -controlul stării bateriei, -eliberarea frânei. Instrucţiunile destinate microcalculatorului de bord sunt generate de sistemul de conducere central, care controlează zona şi transmite comenzile robocarului.Robocarul comunică datele privind starea sa sistemului central de conducere. Sistemul de comunicare poate fi continuu sau discret.

-15- • Sistemul de comunicare continuu permite robocarului şi sistemului de conducere să transmită şi să retransmită informaţiile în tot timpul ciclului de lucru utilizând frecvenţa radio sau comunicarea prin firele incluse în calea de ghidare activă. • Sistemul de comunicare discret asigură schimbul de informaţii între robocar şi controlerul de trafic zonal numai în anumite puncte bine stabilite pe traseul vehiculului. Această metodă are dezavantajul că defecţiunea poate apare între două puncte de comunicaţie şi în această situaţie sistemul de control nu cunoaşte situaţia. Comunicarea continuă este folosită mai puţin datorită preţului de cost ridicat şi faptului că undele radio sunt perturbate de interferenţe cauzate de procesele de sudare sau funcţionarea motoarelor de mare putere din spaţiul industrial. Sistemele de siguranţă ale robocarului al unui robocar execută următoarele operaţii: -opreşte robocarul în caz de avarie, -evită coliziunea cu alte robocare, echipamente periferice sau alte obiecte aflate pe traseul acestuia, -protecţia operatorilor. Fiecare robocar este utilat cu sirene care emit semnale sonore şi becuri cu lumină intermitentă galbenă,astfel,semnalizând funcţionarea robocarului.

Fig.112.Sistem de protecţie a operatorului în caz de coliziune Etape în faza de coliziune Robocarul se opreşte în caz de avarie când se pierde semnalul de frecvenţă care indică traiectoria urmată de vehicul.Pentru evitarea coliziunii s-au conceput sisteme anticoliziune care protejează robocarul de alte robocare sau alte obiecte ajunse accidental pe traseul acestora.Aceste sisteme de siguranţă constau dintr-un emiţător-receptor ultrasonic sau optic multifuncţional, montat pe suprafaţa frontală a robocarului ,care comandă reducerea vitezei când acesta se apropie la cca 1m de obstacol sau oprirea când distanţa devine de 0,5m. Pentru evitarea coliziunii a două robocare într-o intersecţie de trasee, controlerul de trafic zonal va avea un program anticoliziune care va face ca un singur vehicul să intre în intersecţie.

-16- Pentru protecţia robocarului şi a obiectelor de pe traseu acestea vor avea bare de cauciuc plasate pe şasiul vehiculului atât în părţile frontale cât şi laterale, echipate cu microîntrerupătoare, fotoelemente sau traductori de proximitate. Pentru protecţia operatorilor şi în primul rând avertizarea lor , în afară de lumina galbenă intermitentă şi sirene robocarul are în componenţă butoane de oprire de avarie cu reţinere situate pe partea frontală a acestuia.Pentru siguranţa operatorilor s-a limitat viteza maximă admisă la 1m/s,cu toate robocarul se poate deplasa cu 4,5 m/s. În Fig.112. se prezintă un sistem de protecţie a operatorilor cu tampoane de poliuretan, care au înglobate limitatoare cu contacte normal deschise şi care se închid la coliziunea cu operatorul prin comprimarea acestora şi se comandă, în final, oprirea robocarului. Aplicaţii ale utilizării robocarelor în sisteme avansate de fabricaţie Într-un sistem avansat de fabricaţie problema de bază este optimizarea traficului de robocare pentru o anumită traiectorie proiectată. Pentru rezolvarea acestei situaţii este nevoie de sistemul de planificare asistat de calculator, CAPS-Computer Aided Planning System, care asigură comanda la distanţă a tuturor robocarelor în toate staţiile de lucru pentru încărcarea sau descărcarea semifabricatelor sau pieselor, fixate sau nu pe palete , deplasarea robocarelor pe traiectoria prestabilită, durata staţionărilor, deplasarea la staţia de încărcare a bateriilor, etc..Având în vedere tabelul de componenţă al desenului de ansamblu se stabileşte, conform MPS-Master Production Schedule, fluxul de aprovizionare cu materiale a depozitului automat. Optimizarea fluxului de materiale este asigurată de programul de planificare a necesarului de materiale, MRP-Material Requirement Planning, care programează perioada de achiziţie a diferitelor cantităţi de materiale, perioada de introducere a acestora în depozite, respectiv de scoatere şi de transfer cu ajutorul sistemului de robocare. Exemplul 1 În Fig.113.este prezentat un sistem avansat de fabricaţie care conţine două maşini-unelte

Fig.113.Sistem avansat de fabricaţie cu comandă numerică-MUCN, un depozit intermediar pentru semifabricate-DIS, un depozit intermediar pentru produse finite-DIPF, trei roboţi industriali-RI, un robocar-VGA şi sistemul de comandă central al sistemului avansat de fabricaţie-SC.

-17- Robocarul în poziţia 1-VGA1 asigură transferul semifabricatelor din depozitul D1 în depozitul intrmediar de semifabricate DIS prin intermediul robotului RI1. De aici semifabricatele sunt preluate de robotul RI3 care alimentează maşinile de lucru MUCN 1 şi MUCN 2. Acelaşi robot preia piesele prelucrate de maşinile-unelte şi le depune în depozitul DIPF. Robotul RI 2 manipulează piesele finite din DIPF pe platforma robocarului ajuns în poziţia 2-VGA2, care le transferă, în final, în depozitul D2 ,situat la ieşirea din sistem. Exemplul 2 În Fig.114.se prezintă o linie tehnologică de asamblare automată a caroseriilor de automobile(BMW) care utilizează robocare pentru transportul subansamblurilor..

Fig.114. Linie tehnologică de asamblare automată a caroseriilor de automobile În cadrul schemei bloc posturile de lucru sunt: 1.preluarea automată a componentelor caroseriei, 2.posturi de aşteptare în vederea intrării în fluxul tehnologic de montaj, 3.locuri de muncă servite de operatori umani pentru prima operaţie tehnologică, 4.depozit intermediar(tampon)automat, 5.locuri de muncă servite de operatori umani pentru a doua operaţie tehnologică, 6.depozit intermediar(tampon)automat, 7.locuri de muncă servite de operatori umani pentru a treia operaţie tehnologică, 8.depozit intermediar(tampon)automat, 9.post de control, 10.locuri de muncă destinate recondiţionărilor, 11.stand de probă, 12.predarea automată a caroseriei.

-18- În Fig.115.a) şi b) se prezintă un robocar utilizat în transferul caroseriilor pe linia tehnologică de asamblare şi un detaliu din aceasta. Sistemele de robocare permit funcţionarea într-un regim discontinuu, cu opriri repetate în diferitele posturi de montaj,ceea ce le recomandă pentru liniile de asamblare asincrone.Principalul avantaj al liniei de asamblare asincrone constă în faptul că poate funcţiona în ritmul de lucru al operatorului, ceea ce nu este posibil în cazul liniilor de asamblare sincrone.

Fig.115.Robocare utilizate în transportul caroseriilor pe liniile tehnologice de montaj ale automobilelor Sistemul de conducere şi de comandă al robocarelor transmite fiecărui vehicul în parte comenzile de identificare al sarcinilor care constau dintr-un pachet de informaţii privind locul de preluare a sarcinii, tipul acesteia adică:semifabricat, piesă sau subansamblu, traseul de parcurs, destinaţia sa şi momentul în care este necesară ajungerea acesteia la destinaţie Exemplul 3 În Fig.116.se prezintă schema de organizare a unui sistem de robocare suspendate al firmei Translift. Sistemele de robocare suspendate se compun din robocare suspendate, calea de ghidare care materializează traiectoriile care trebuiesc parcurse, dispozitivele de comutare şi sistemul de conducere şi control al robocarelor. Sistemul din figură conţine: 1.zona de aşteptare care este şi locul unde se efectuiază depăşirile; 2.macaz tip placă turnantă pentru schimbarea direcţiei de mers prin rotire cu 900 ; 3.macaz pentru deplasarea robocarului în plan orizontal sau vertical, fără întreruperea şinei de ghidare, macaz care facilitează aducerea obiectului transportat în zona de lucru; 4.elevator pentru transportul pe verticală, asigurând transferul la diverse niveluri, prin retragerea şinei de ghidare;

-19- 5.zona de parcare unde se retrag robocarele în aşteptare de noi comenzi.

Fig.116. Sistem de robocare suspendate Alimentarea cu energie electrică a robocarelor suspendate se face prin cele două linii de ghidare cu tensiune joasă nepericuloasă(42V,50Hz).Robocarele rulează pe cele două linii de ghidare prin intermediul rolelor metalice acoperite cu un bandaj din masă plastică pentru reducerea zgomotului în timpul deplasării.Robocarele pot fi comandate şi manual în caz de necesitate, nu numai prin intermediul calculatorului.

Fig.117.Sistem de robocare suspendate(Opel) În Fig.117.se prezintă un alt tip de sistem de robocare folosit pentru transportul motoarelor termice la montajul final.

-20- Optimizarea subsistemului de transport într-un sistem avansat de fabricaţie Constă în determinarea numărului de mijloace de transport într-un sistem avansat de fabricaţie ţinând cont de : -cantitatea de materiale ce trebuie transportată; -rata fluxului de piese transportată(piese/oră) notată Rt; -planificarea fabricaţiei( schema fluxului tehnologic); -rutele de transport şi distanţele Lt (m); Fluxul de piese sau rata de transport Rt se măsoară în : *număr de piese transportate/ oră; *număr de palete transportate/ oră. Pe o paletă sunt amplasate una sau mai multe piese, caz în care sunt prelucrate în „buchet”(piese de revoluţie sau prismatice). Rata de transport este determinată de planificarea producţiei, respectiv de rutele de transport. Acestea din urmă sunt materializate, de exemplu, de o diagramă de transport de la un post la altul-Fig.118.

Fig.118.Schema unui flux tehnologic-(i,l,k,j ) sunt posturi de lucru. De exemplu pentru traseul il se fac notaţiile: Rt

il –rata de transport pe traseu ; Lil -lungimea traseului ; ş.a.m.d.pentru celelalte trasee. Activitatea de transport pe un traseu este, în general :

⋅= m

hpiese

LRA ttt ( )

-21- Activitatea de transport pe întregul sistem avansat de fabricaţie:

⋅== ∑∑ m

hpiese

LRAT tttAt ( )

În activităţile de transport există şi timpi de pierderi datorită: -curselor de mers în gol; -traficului aglomerat; -timpilor de încărcare sau descărcare; -imperfcţiunilor în planificarea transportului. Pierderile pot fi încorporate în eficienţa sistemului de transport-Et dată de relaţia:

FLVTVL

LF

V

LT

V

LV

L

E tgcmct

tt

c

gm

c

t

c

t

t ⋅++

=⋅++

= ( )

unde Lg –lungimea curselor în gol Tm –timpul necesar manipulării în staţiile de predare sau primire a pieselor Fc –factor de trafic Vc –viteza vehicului de transport (în general este considerată constantă)

( )hV

L

c

t -timpul efectiv al misiunii pe un vehicul pe un traseu

V

LT

V

L

c

gm

c

tT ++= ( )

Este timpul total al misiunii pe un vehicul pe un traseu. Capacitatea totală de transport a fiecărui vehicul este:

⋅= m

hpiese

En

TC

tpt

At

( )

unde: np -număr de piese pe unităţi de sarcină care poate fi: np=1 la palete cu o singură piese; np >1 la palete pentru piese prelucrate în”buchet”. Pentru un vehicul rezultă:

-22- numărul de misiuni pe oră pe vehicul:

TF

Nt

mhv = ( )

unde: T este exprimat în ore-h. În general se impune: numărul de misiuni pe oră pe sistem-Nmhs şi rezultă: numărul de vehicule pe un traseu Nvt :

N

NN

mhv

mhsvt = ( )

Dacă numărul de vehicule pentru fiecare traseu diferă se va considera valoarea maximă în calculul numărului de vehicule pe sistemul avansat de fabricaţie:

( )NN vts max= ( ) În cazul când sistemul avansat de fabricaţie are un subsistem de transport care conţine robocare cu deplasare pe sol cu acţionare electrică, la optimizare trebuie să se ţină cont şi de timpii de încărcare şi răcire a bateriilor de acumulatoare.

-1- Curs 13-14 Maşini-unelte cu comandă numerică-MUCN integrate în sistemele avansate de fabricaţie Istoric Un echipament cu comandă numerică este acela la care instrucţiunile care permit funcţionarea maşinii-unealtă sunt transmise sub formă codificată. Prima maşină cu comandă numerică se poate considera maşina de ţesut a lui Jacquard din anul 1800, care avea ca port program o bandă perforată. Comanda numerică a apărut în SUA în anii 1949-1959, la construcţia formelor complicate ale pieselor avioanelor şi elicopterelor, unde se foloseau procedee de copiere după şablon sau model.Aceste echipamente dispuneau de organe de comandă acţionate prin cablu iar introducerea datelor se făcea prin cartele perforate. Prin apariţia microprocesoarelor şi progresului în domeniul electronicii suporturile şi transmiterea de date au putut fi asigurate cu ajutorul benzilor magnetice, dischetelor, etc.. Programul de lucru s-a putut introduce, pe parcusul timpului, în echipamentul de comandă numerică utilizând: -cartela, banda perforată, când informaţiile erau citite de cititor de cartelă sau bandă perforată; -benzilor magnetice sau dischetelor; -manual prin intermediul unui panou prevăzut cu taste, comutatoare butoane, etc.; -calculatorul prin intermediul unei interfeţe.

Fig.119. Freză cu CN Comanda numerică-CN se aplică la: -maşini-unelte( exemplu Fig.119.Freză cu CN) având scule cu tăiş; -instalaţii de debitare cu laser ; - instalaţii de prelucrare prin electroeroziune;

-2- - instalaţii cu fir; -instalaţii de asamblare; - maşini de măsurat tridimensional; -roboţi industriali. Particularităţi constructive mecanice ale MUCN MUCN trebuie să îndeplinească condiţiile: 1-forţele de frecare între elementele în mişcare relativă de rotaţie sau translaţie cum ar fi lagărele sau ghidajele să fie minime; 2-jocuri minime în acestea şi evitarea fenomenului de mişcare sacadată numită „stik-slipp”, determinată de întreruperea peliculei de fluid; 3-deformaţii termice reduse; 4-posibilităţi mari de reducere a vibraţiilor. Condiţiile 1, 2, şi 3 pot fi îndeplinite în mare măsură utilizând-se transmisia şurub-piuliţă cu bile, a piuliţelor hidrostatice sau levitaţia magnetică. Avantajele tehnice şi economice ale comenzii numerice În anii 1970-1980 comanda numerică nu era rentabilă decât la realizarea seriilor mari de piese, deoarece pregătirea fabricaţiei şi programarea era greoaie din cauza echipamentelor electronice de comandă care nu erau performante. Astăzi echipamentele electronice de comandă pot să efectuieze în timp real corecţii legate de geometria sculelor şi comanda numerică poate fi utilizată economic în cazul seriei mici sau pentru fabricaţii individuale de piese cu forme simple, dând flexibilitate ridicată procesului de fabricaţie. Faptul că programele numerice sunt transmise direct de la calculator volumul mare de informaţii permite prelucrarea unor piese cu proces tehnologic complex. Structuri de bază în conceptul comenzii numerice Se pot distinge două structuri de bază în conceptul comenzii numerice al maşinilor-unelte: A.fără confirmarea poziţiei reale a organului mobil al maşinii, B.cu confirmarea poziţiei reale a organului mobil al maşinii. Între cele două sisteme se pot face mai multe comparaţii de natură tehnică şi economică, care în final conduc la alegerea unuia sau altuia dintre ele. Se prezintă în continuare cele două structuri de echipamente cu comandă numerică.

A. ECN fără confirmarea poziţiei reale a organului mobil al maşinii sau comanda în circuit deschis este prezentată în Fig. 120..

Fig.120. ECN în circuit deschis

-3- unde: i-mărime de intrare, impusă prin programul de CN, c-mărime de comandă, m- mărime de execuţie, e-mărime de ieşire, ECN-echipament de comandă numerică, EE-element de execuţie, EA-elementul acţionat al maşinii Blocul ECN furnizează la ieşire semnalul de comandă c, de obicei o mărime electrică, care constituie mărimea de comandă. În corelaţie cu elementul de execuţie –EE, mărimea de comandă poate fi : -o informaţie numerică codificată, -o mărime analogică a cărei valoare determină viteza organului de execuţie în deplasarea maşinii. EE furnizează mărimea de execuţie –m, care poate fi un cuplu(moment) sau forţă şi poate fi motor electric de c.c., motor asincron comandat prin convertizor de frecvenţă, motor electric pas cu pas, motor electrohidraulic pas cu pas sau motor hidraulic. EA constă dintr-un mecanism care determină deplasarea relativă dintre sculă şi piesa de prelucrat. B.ECN cu confirmarea poziţiei reale a organului mobil al MUCN în circuit închis şi de de comandă a maşinii până la coincidenţa mărimilor de intrare şi ieşire”i”respectiv „e,” este prezentat în Fig.121.

Fig.121. ECN cu circuit închis Md-sistem de măsură a deplasării Acţionarea MUCN se realizează pe căile:

- electrică cu motoare rotative sau liniare; - hidraulică sau pneumatică cu motoare rotative sau liniare

Considerând acţionarea electrică putem întâlni situaţiile: 1. acţionarea principală se realizează cu:

-motoare asincrone alimentate sau nu de convertizoare de frecvenţă, -motoare de c.c. cu excitaţie separată alimentate de variatoare electronice de turaţie cu tiristoare; 2. acţionarea avansului MUCN se realizează în două cazuri de realizare obiectivelor: 2.a.poziţionarea şi prelucrarea liniară când sunt suficiente numai comenzi de viteză cu carateristicile funcţionării discontinue având în componenţă cutii de viteză şi motoare

-4- asincrone comandate sau nu în tensiune şi frecvenţă sau motoare electrice de c.c. cu excitaţie separată cu variatoare electronice de turaţie, motoare electrice sau hidraulice pas cu pas. 2.b.conturarea, când este strict necesară reglarea continuă a vitezei de avans care se poate realiza cu acţionări rapide cu motoare electrohidraulice sau cu motoare de c.c. de construcţie specială.

a) b) Fig.122.Mecanisme de avans cu acţionare cu motor de c.c.-EMCC

a) cu piuliţă-şurub; b) cu pinion cremalieră . Mecanismele de avans pot fi cu : a)piuliţă-şurub cu sau fără reductor; b)pinion creamalieră, aşa cum sunt reprezentate în Fig.122.

Fig.123.Posibilităţi de reglaj electronic a ECN Circuitele de comandă a ECN sunt capabile să controleze toate mărimile posibile: -poziţie, -viteză, -cuplu. ca în Fig. !23. Cicuitele de comandă a mecanismelor de avans pot fi cu buclă:

-5- • închisă având comandă:

*analogică; *analog-numerică;

• deschisă având comandă numerică. În Fig.124.este reprezentată comanda analogică mişcării de avans a unei MUCN cu buclă închisă. Mărimile de referinţă impuse de panoul ECN sunt comparate cu tensiunile buclelor de reacţie date de traductorul de poziţie TD şi de cel de viteză TG după care sunt amplificate în cadrul regulatorului electronic şi care comandă o punte cu tiristoare PT, ce alimentează motorul de c.c. cu excitaţie separată EMCC.Acest motor funcţionează atât timp cât erorile sunt diferite de 0.

Fig.124.Comanda analogică a mişcării de avans cu ajutorul servomecanismului În Fig.125. este prezentată schema unui servomecanism de avans având comandă analog –numerică.

Fig.125.Servomecanism de avans cu comandă analog-numerică şi buclă de reacţie închisă. unde: Cp-comparator electronic de impulsuri,DAC convertor numeric-analogic,Mcc-motor de c.c., R-reductor, S-şurub,M-masă,P-piesă,Fd-freză deget, TD-traductor de poziţie şi Md-mijloc de măsurare. Când momentul rezistent tehnologic nu depăşeşte anumite valori se poate folosi comanda digitală în buclă deschisă a unui motor pas cu pas.

-6- Structura şi funcţiile MUCN Funcţiile comenzii numerice sunt legate de: -realizarea unor traiectorii impuse ale punctelor de interacţiune dintre sculă şi piesă, cu o anumită precizie, -asigurarea posibilităţilor de integrare a instalaţiei într-o structură de fabricaţie unitară şi flexibilă, -realizarea unor parametrii optimi ai regimului de prelucrare, -introducerea de date numerice de la echipamentele periferice sau manual, -memorarea informaţiilor, -comanda şi supravegherea desfăşurării diferitor etape tehnologice ale procesului de fabricaţie, -comparare datelor programate cu cele reale, -calculul corecţiei de sculă, -conversia mărimilor(numeric/analogic sau analogic/numeric.).Forma numerică este folosită în ECN, iar cea analogică în echipamentul electric convenţional-EEC

Fig.126.Configuraţia unei MUCN. După cum se observă din Fig.126.echipamentul de comandă numerică-ECN se ataşează maşinii-unelte convenţionale MUC, ceea ce face ca o aceeaşi maşină-unealtă (strung, maşină de frezat, maşină de alezat şi frezat, etc..) să poată fi dotată cu echipamnte de comandă numerică provenind de la diverşi producători, dar care să realizeze funcţiile maşinii respective. Programul de lucru adică informaţiile de comandă numerică se pot introduce în echipamentul de comandă numerică pe următoarele căi: -manual prin intermediul unui panou prevăzut cu taste, butoane, comutatoare, etc.,

-7- -de la un calculator PC prin intermediul unui bloc de interfaţă. Informaţiile introduse prin programul de comandă numerică sunt transmise şi prelucrate de către ECN şi sunt furnizate echipamentului electric sau electrohidraulic al maşinii-unelte. Informaţiile privind deplasarea reală a elementelor maşinii-unelte sunt furnizate de către traductoarele de măsură a deplasării prin blocul de măsură, care conţine un bloc de comparaţie ce compară deplasarea reală cu cea programată, mişcarea încetând când cele două valori coincid. Echipamentul de comandă numerică-ECN are în componenţă şi minicalculatoare de tip CNC-Computerized Numerical Control. În acest caz funcţiile comenzii numerice sunt realizate pe baza unor algoritmi de calcul şi nu prin structura „hardware” a blocurilor funcţionale. ECN au blocuri de interfaţă în vederea legării la un calculator electronic de la care să primească programul de lucru prin transmisie directă. Echipamentul de comandă numerică-ECN are două funcţii generale: A.asigură controlul în buclă închisă a deplasării. Prin aceasta se asigură condiţii pentru obţinerea unei precizii ridicate de prelucrare; B. transmite echipamentului electric sau electrohidraulic comenzi secvenţiale privind alegerea regimului tehnologic de aşchiere stabilit prin program: -turaţia arborelui principal, -turaţia motorului lanţului de avans, -selectarea sculei, -răcirea sculei.

Fig.127.Modificarea vitezei de avans pentru mărirea preciziei de prelucrare unde:VR-viteza de avans rapid,VF-viteza de avans programat,A0-punctul de anticipare a opririi,ZP –zona de reducere a vitezei de avans. În continuare sunt prezentate cele două funcţii. A.ECN controlează în orice moment poziţia organului mobil cu ajutorul unui sistem de traductoare. Când cota programată a fost atinsă, echipamentul dă o comandă de oprire. Pentru a se obţine cota programată cu precizie foarte mare se comandă micşorarea vitezei de avans, contracarând efectul negativ al inerţiei sistemului mecanic.

-8- Controlul deplasărilor programate pe fiecare axă se realizează prin intermediul erorii, adică a distanţei rămase de parcurs până la cota programată.În Fig.127. se prezintă variaţia vitezei de avans pentru reducerea erorii de prelucrare 0=ε .

Fig.128.Optocuplor din coponenţa blocului de interfaţă dintre ECN şi EEC B.Transmiterea comenzilor secvenţiale de la ECN la EEC se face de către o interfaţă de ieşire care conţine optocuploare.Schema electrică a unui optocuplor –Fig.128. este compusă din două elemente pricipale: -o sursă de lumină care poate fi o diodă fotoemisivă, -un detector, ca de exemplu, un fototranzistor sau fototiristor. Pentru optocuploare sunt soluţii constructive capsulate formate din diode fotoemisive cu un fototranzistor. Construcţii avansate de MUCN Având în vedere condiţiile mecanice pe care trebuie să le îndeplinească MUCN, prezentate anterior , sunt prevăzute următoarele: -Folosirea unor lagăre de rostogolire sau hidrostatice cu posibilitatea controlului şi reglării precise a a jocului din lagăr, ceea ce conduce la creşterea preciziei mişcării de rotaţie, la creşterea coeficientului de amortizare a vibraţiilor, la creşterea rigidităţii lagărului, la reducerea încălzirii, deci a deformaţiilor termice care au pondere mare în erorile de prelucrare. -Utilizarea unor ghidaje de rostogolire sau a unor ghidaje hidrostatice care au efecte privind precizia mişcării de translaţie , asupra coeficientului de amortizare a vibraţiilor, asupra reducerii încălzirii prin micşorarea coeficientului de frecare şi asupra rigidităţii ghidajului. -Utilizarea transmisiei şurub-piuliţă cu bile cu recirculaţie prin care se transmite mişcarea fără joc la săniile de avans. -Utilizarea unor motoare electrice, de exemplui, cu turaţie reglabilă în limite largi, cum ar fi motorele de c.c. cu perii comandate de variatoare electronice, motoarele asincrone trifazate comandate prin convertizoare de frecvenţă sau motoare pas cu pas şi comandă PWM. -Utilizarea unor sisteme de schimbare automată a unui mare număr de scule. Clasificarea echipamentelor de programare numerică –ECN Suprafaţa unei piese este generată de către maşina unealtă prin mişcarea relativă dintre sculă şi piesă. Această mişcare relativă este executată de două sau mai multe mişcări ale elementelor maşinii-unelte: mese, sănii, suporţi, după axele de coordonate ale acesteia.

-9- Maşinile-unelte cu comandă numerică-MUCN pot fi , deci: A.fără dependenţă funcţională între mişcările săniilor după axele de coordonate, cum ar fi maşini de găurit în coordonate, maşini de alezat şi frezat, strunguri,..Dintre acestea se deosebesc: A.1.MUCN la care scula nu acţionează asupra piesei în timpul deplasărilor între anumite poziţii programate,ca de exemplu:maşini de găurit în coordonate, maşini de rectificat interior în coordonate, etc.. A.2.MUCN la care în timpul deplasării săniilor după axele de coordonate scula acţionează asupra piesei,de exemplu în cazul strungurilor pentru strunjire în trepte sau maşini de rectificat cilindric în trepte, etc.. B.cu dependenţă funcţională între mişcările săniilor după axele de coordonate, ca de exemplu:maşini de frezat profile, strunguri pentru profile, maşini de rectificat profile,.maşini de debitat cu oxigaz, plasmă sau laser, etc.. Deci ECN pot fi: 1/Echipamente de poziţionare În acest caz se pune problema de a efectua scula o deplasare dintr-un punct în altul sau se poate deplasa piesa iar scula să rămână fixă şi deci echipamentul de poziţionare efectuiază comenzi punct cu punct-Fig.129.. Situaţia este întâlnită la maşinile de găurit în coordonate, la maşinile de ştanţat CN, maşinile de filetat CN , etc..

Fig.129.Comanda punct cu punct în cazul ECN de poziţionare 2/Echipamente de prelucrare liniară Acestea sunt caracterizate prin faptul că între axele comandate nu există nici o legătură funcţională în timpul prelucrării.Spre exemplu se poate întâlni:

1. frezarea unui profil în formă de „L„într-o placă cu ajutorul unei freze deget; 2. strunjirea în trepte a unui semifabricat cilindric-Fig.130.

Fig.130.Prelucrare liniară prin strunjire

-10- 3.Echipamente de conturare În acest caz axele maşinii sunt comandate simultan , între ele existând o dependenţă funcţională. Prelucrarea profilelor în plan, ca în Fig.131. se numeşte conturare în 2D.

Fig.131.Prelucrare prin conturare cu freză deget În cazul conturării 3D se prelucrează suprafeţele spaţiale după axele x,z şi z.. Conturarea 2 ½ D realizează prelucrarea suprafeţelor spaţiale pe”felii”. Astfel se secţionează suprafeţele cu plane paralele cu unul din planele de coordonate şi se execută traiectorii de conturare 2D, după curbele de intersecţie dintre aceste plane şi suprafaţă. MUCN au, în general, echipamente complexe, combinate, de exemplu un strung CN este prevăzut nu numai cu echipament pentru prelucrări liniare, ci şi cu un echipament care realizează şi funcţia de prelucrare prin conturare numerică, sau o maşină de alezat şi frezat care are echipamente pentru poziţionare pentru prelucrarea găurilor , prelucrare liniară dar şi pentru conturare numerică. Subsistemul de măsurare a MUCN Principiul de funcţionare a controlului mişcării principale şi de avans se bazează pe principiile de funcţionare a servomecanismelor de urmărire, adică de control a poziţiei în permanenţă în timpul funcţionării MUCN. Pe maşinile-unelte de calitate directorul de comandă cunoaşte poziţia programată şi poziţia reală a elementului mobil şi le compară în permanenţă pentru a determina deplasarea pe care o are de executat efectorul. Se poate concluziona că precizia MUCN depinde de precizia de măsurare a poziţiei şi deci de controlul deplasărilor. Modul de măsurare a deplasărilor poate fi: 1.Măsurare directă Deplasarea liniară a organului mobil este măsurată direct ca în Fig.132.a şi b. În acest caz o riglă gradată este fixată pe masa maşinii şi se deplasează prin faţa unui cititor optic. 2.Măsurare indirectă se realizează prin rotaţia unui disc legat cinematic de organul mobil ca în Fig.133. După natura deplasărilor măsurate traductoarele de deplasare pot fi: -traductoare liniare utilizate pentru măsurarea directă a deplasărilor liniare-Fig.132.a .. -traductoare rotative care măsoară direct deplasări unghiulare fiog.132.b sau indirect deplasări liniare-Fig.133.. În funcţie de natura semnalelor de ieşire ale traductoarelor acestea pot fi:

-11- -traductoare analogice, ale căror mărimi electrice de ieşire au o evoluţie continuă în timp, -traductoare numerice care oferă la ieşire tensiuni electrice sub formă de impulsuri dreptunghiulare.

a)măsurare directă a poziţiei liniare cu traductor liniar:1/cititor;2/riglă cu diviziuni.

b)măsurare directă a poziţiei unghiulare cu traductor unghiular 1-servomotor,2-masă,3-sistem de măsurare,4-şurub cu bile,5-piuliţă. Fig.132.Măsurarea incrementală directă a poziţiei

Fig.133.Măsurarea incrementală indirectă a poziţiei 1-masă,2-disc gradat,3-şurub,4- generator de semnal. Traductoarele numerice sunt:

-12- -incrementale-Fig.132. şi Fig.133; -absolute, iar fiecare există în două variante: liniară şi rotativă. Traductoarele numerice incrementale folosesc principiul divizării unităţii de lungime sau unghi într-un număr finit de elemente.Fiecare element este reprezentat la ieşirea din traductor prin semnale logice(0 sau 1)-Fig.134.

Fig.134.Distanţă l reprezentată prin incremente Un traductor numeric incremental –TNI oferă la ieşire un număr de impulsuri dreptunghiulare pentru fiecare unitate de deplasare parcursă de elementul mobil. Mărimea măsurată nu poate fi determinată la un moment dat , nereprezentând poziţia. Contorizând însă impulsurile într-un interval de timp se obţine un număr pe baza căruia se calculează deplasarea efectuată de elementul mobil în intervalul de timp respectiv. Din Fig.134., rezultă l = 6∆ L, unde ∆ L este incrementul de deplasare.

CC-cap de citire format din LEDuri şi fototranzistoare FE, R-riglă gradată.

a) sistem de măsurare a deplasărilor liniare

-13-

1-rigla gradată; 3-poziţia curentă a mesei; 2-poziţia anterioară a mesei; 4-masa în poziţia de referinţă b) poziţii în deplasarea mesei faţă de traductorul liniar incremental Fig.135.Măsurarea incrementală a poziţiei relative Senzorul traductorului liniar este compus dintr-o riglă incrementală şi capul de citire, iar cel rotativ include discul incremental şi capul de citire.Elementul mobil este capul de citire la varianta liniară şi discul incremental la cea rotativă. Rigla sau discul incremental conţine fiecare câte o reţea de zone active intercalate cu interstiţii, toate de aceeaşi lăţime ∆ L sau ϕ∆ . Pentru citirea lor se foloseşte procedeul optic, când zonele transparente-active alternează cu zonele opace-inactive. Rezoluţia unui traductor incremental optic este dictată de lăţimea zonei active sau interstiţiu. În Fig.135. este prezentată schema de principiu a măsurării poziţiei relative cu traductor incremental liniar optic.

Fig.136.Principiul scării optice de măsurare a deplasării relative O schemă a instalaţiei de măsurare incrementală liniară optică este prezentată în Fig.136. Traductoarele numerice absolute. În acest caz se foloseşte acelaşi principiu de divizare a unităţii de lungime sau unghi într-un număr finit de elemente.Fiecare element este reprezentat la ieşirea din traductor printr-un semnal 0 sau 1. Aceste traductoare se realizează în două variante constructive: -liniară,care conţine cap de citire şi riglă codificată; -rotativă,care conţine cap de citire şi disc codificat.

-14- Rigla şi discul sunt realizate din sticlă transparentă cu zone active-transparente şi zone pasive-opace. Codificarea acestora se poate face în cod binar natural sau Gray şi se materializează prin trasarea unor piste paralele pe riglă sau concentrice pe disc cu zone opace şi transparente.Numărul acestor zone dictează rezoluţia măsurării.

Fig.137.Rigla codificată în binar natural Fie o riglă codificată în binar natural-Fig.137. cu 4 piste notate 20, 21, 22, 23 ,care vor da cele 4 canale de impulsuri. Incremantul de deplasare este ∆ L,iar zonele opace sunt haşurate. În zona de citire AA’ , în dreptul fiecărei piste de o parte şi de alta a riglei transparente se află o diodă fotoluminiscentă şi un fototranzistor sau diodă fotosensibilă.

Fig.138.Disc codificat în binar natural Similar rezultă şi discul codificat în binar natural din Fig.138. Semnalele electrice de ieşire ale senzorilor optici sunt aplicate unui adaptor care conţine preamplificatoare, formatoare de impulsuri şi etaje finale. Pentru a îmbunătăţi poziţionarea şi traiectoria este indicat să se controleze şi viteza de deplasare(folosind traductor analogic sau incremental), deci în concluzie trebuie să se controleze: poziţia şi viteza mesei, prin două bucle de reacţie(feedback)-Fig.139. Comenzile poziţiilor simple fără bucle de reacţie se îmântîlnesc la MUCN cu încărcare mică. Aceste maşini utilizează motoare pas cu pas comandate de un număr de impulsuri proporţional cu deplasarea programată. Sub acţiunea cuplului rezistent se poate întâmpla ca deplasarea să nu fie cea programată şi din această cauză se utilizează această comandă pentru echipamentele uşoare.

-15-

Fig.139.Servomecanism de avans pe o direcţie cu bucle de reacţie de poziţie şi viteză Eroarea de urmărire Această eroare numită şi de avans apare ca urmare a răspunsului dinamic a servomecanismelor de avans care acţionează pe cele trei axe x,z şi z.

Fig.140.Abaterile de la trasele programate ale sculelor Aceste întârzieri dinamice produc o deformare a traiectoriei reale, în raport cu traiectoria şi viteza de deplasare programată .În acest sens cu toate că se folosesc bucle de reacţie (feed-back), servomecanismele de avans pe cele trei axe trebuiesc proiectate, în aşa fel, încât aceste abateri să fie minime.În Fig.140. (cazul de exemplu a frezării cu freză deget pe maşină CN )se prezintă traiectoriile reale şi programate într-un plan XOY. Aceste abateri apar ca urmare a răspunsurilor dinamice ale servomecanismelor de avans privite ca servomecanisme de urmărire.

-16- Bazele programării MUCN Eficienţa economică a MUCN depinde de: programarea acestora şi de capacitatea sistemelor de programare utilizate. Stadiul actual al procedeelor de programare pe MUCN Prin programare NC( Numerical Control) se înţelege elaborarea informaţiilor de comandă pentru prelucrarea unei piese pe o MUCN. Programarea NC se poate face prin programarea: -manuală NC; -asistată de calculator(conversaţională sau utilizând produse CAD/CAM). În ultimul caz este nevoie de un software de programare special, care oferă programatorului un dialog şi o reprezentare grafică a valorilor introduse. Simularea grafică şi dinamică a prelucrării este o posibilitate de control vizual, înainte să fie utilizat la prelucrarea pieselor pe maşina-unealtă NC. Alegerea procedeelor de programare se face în funcţie de: -locul programării, care poate fi birou sau atelier, -caculatorul utilizat: CNC,PC , -mijloace ajutătoare şi de control. În acest sens sunt întâlnite situaţiile prezentate în continuare. Programarea prin înregistrarea datelor”Teach-In”constă în stabilirea manuală a poziţiilor cu maşina şi memorarea valorilor de poziţie indicată. Procedeul este neadecvat pentru o MUCN, adecvat pentru roboţii idustriali. Spre exemplu la o maşină de frezat NC, aceasta palpează suprafaţa curbă a unui model, memorând continuu coordonatele punctelor de poziţie. Aceste informaţii le utilizează în programul de prelucrare prin frezare a unei suprafeţe identice. Programarea manuală se realizează de către un programator utilizând anumite reguli standardizate. Verificarea programului se poate face numai după prelucrarea unei piese, după care se efectuiază eventuale corecţii. Această metodă are dezavantajul realizării programului într-un timp foarte mare,din care cauză creşte preţul produsului şi nu se pot realiza prelucrări tridimensionale sau foarte complexe. Programarea orientată în atelier-WOP( Workshop Oriented Programming).Aceasta a fost posibilă cu ajutorul calculatoarelor CNC(Computerized Numerical Control), care permite integrarea unui sistem de programare special privind grafica şi dialogul de deservire interactiv.Astfel CNC are o comandă eficientă cu introducerea datelor manuală, iar programarea poate fi realizată de operatorul maşinii-unelte cu comandă numerică. Deci MUCN are integrat programul WOP. Acest tip de programare proprii atelierului este utilizată pentru prelucrările de strunjire, frezare, ştanţare şi ambutisare. Panou WOP extern maşinii-unelte NC(suplimentar) a apărut din necesitatea ca programatorul să nu programeze direct maşina. Această soluţie se aplică la o singură MUCN şi nu la mai multe maşini NC. Programul WOP pe PC-AT(Personal Computer-Advenced Technology) se poate folosi în locul panourilor suplimentare care ar deservi mai multe maşini-unelte NC, rezultând ,asfel, un sistem de programare universal. Foarte mulţi utilizatori refuză MUCN cu software-WOP integrat şi preferă sistemul de programare universal utilizabil atât pentru atelier cât şi pentru biroul de programare.Cu acest tip de programare

-17- universală NC este posibilă o programare sigură, rapidă şi simplă a tuturor MUCN. În sfârşit produsele sistemelor CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing) fac ca preţurile de elaborare a documentelor de prelucrare să se reducă considerabil. În concluzie programarea asistată de calculator atât cea conversaţională cât şi cea utilizând produse CAD/CAM are avantajul, în primul rând, a nefolosirii unor programatori superspecializaţi pentru comanda MUCN ca în cazul programării manuale Noţiunea DNC DNC reprezintă prescurtarea din limba engleză a noţiunii:Direct Numerical Control ( comanda numerică directă) sau (Distributed Numerical Control). Cu alte cuvinte un calculator de proces comandă: • mai multe MUCN ; • maşini de ascuţit scule • maşini automate de măsurare ; • roboţi industriali. legate prin cabluri electrice.

Fig.141.Sistem DNC Un sistem DNC este prezentat în Fig.141.Prin sistemele DNC s-a urmărit reducerea costurilor pentru comenzile numerice şi comanda unui număr mare de utilaje NC. Funcţiile principale ale DNC sunt: -memorarea şi gestionarea NC într-un calculator central, -distribuirea programelor NC la maşinile-unelte, -retransmiterea programului corectat de la CNC la calculatorul central,

-18- -compararea programului iniţial cu cel corectat în scopul identificării şi operării rapide a modificărilor , -simularea grafică a desfăşurării prelucrării cu reprezentarea conturului piesei şi al sculei, -gestionarea pieselor şi paletelor, -memorarea şi gestionarea de date ale sculelor, valori de corecţie, deplasări ale punctului de zero şi transmiterea în CNC. În cazul sistemelor DNC nu se includ MUCN care nu dispun de memorie integrată. Toate programele-piesă trebuie să aibă informaţii de identificare care să conţină: -numărul piesei, -numărul desenului, -tipul maşinii, -sculele necesare, -dispozitivele necesare, -instrucţiuni de prindere, -instrucţiuni speciale de prelucrare. Programele-piesă trebuie să fie prevăzute cu indici de eliberare sau blocare pentru siguranţă. Apelarea acestor programe trebuie să fie simplă, posibil de realizat de operatori neinstruiţi în NC şi să se poată executa simultan la mai multe utilaje NC. În general, firmele de soft comercializează sisteme integrate CAD-CAM, uşor de utilizat pe orice PC care dispune de interfeţe cu AUTOCADul prin fişiere în ambele sensuri, cu utilizări pentru prelucrările pe MUCN:frezare, strunjire, electroeroziune cu fir, etc.. Blocul de comandă, reglare şi control a unui sistem avansat de fabricaţie Sistemele pentru comanda mişcării într-un sistem avansat de fabricaţie au rolul de a controla cu precizie ridicată a: • poziţiei ; • vitezei; • caracteristicilor dinamice, a unor servomecanisme care intră în componenţa unor echipamente de prelucrare sau asamblare.

Fig.142.Sistem de comandă şi control automat

-19- Structura unui astfel de sistem este reprezentată în Fig.142.. Software-ul unui sistem de comandă şi control are rolul de determina secvenţele componentelor din sistem şi a furniza comenzile corespunzătoare către controllere. Controllerele supervizează sistemul prin intermediul reacţiilor(feedback) şi au la bază, în prezent,prelucrarea digitală a semnalelor(DSP). Amplificatoarele(driver) preiau semnalele de putere redusă de la controllere şi le amplifică , astfel ca puterea electrică să, fie suficientă pentru acţionarea motoarelor electrice. Comanda într-un sistem avansat de fabricaţie poate fi: - manuală, -automată. Comanda manuală se întâlneşte în cazul schemelor electrice de pornire-oprire sau inversare de sens a motoarelor electrice din sistemele de acţionare. Comanda automată presupune derularea automată a unor secvenţe de lucru şi generarea unor traiectorii pe baza unui program. Tipurile de sisteme de comandă automată sunt prezentate în continuare.

Deci comanda automată a sistemelor avansate de fabricaţie se poate realiza prin; • sisteme dedicate; • dispozitive de automatizare secvenţială(automate programabile); • comanda numerică; • comanda cu ajutorul calculatorului.

-20- Sistemele dedicate au în componenţă microprocesoare de următoarele tipuri: -de uz general( utilizate în sistemele de calcul); -specializate(utilizate numai în sistemele dedicate); -pentru procesare digitală de semnal-DSP(utilizabile în sistemele de control al mişcării ). În Fig.143. sunt prezentate două sisteme dedicate cu arhitectură de tip von Neumann şi de tip Harvard.

a.Sistem dedicat cu arhitectură de tip von Neumann

b.Sistem dedicat cu arhitectură Harvard Fig.143.Arhitecturi de sisteme dedicate Componenţa unui sistem dedicat este: 1.Unitatea centrală adică microprocesorul care are atribuţiile: -execută instrucţiunile din memorie, -efectuiază calcule sau procesează asupra datelor corespunzătoare instrucţiunilor, -iniţializează schimbul de date cu perifericele. 2. Ceasul are în componenţă circuite cu semnal de tact cu oscilator cu cuarţ şi asigură efectuarea secvenţială a operaţiilor. 3.Memoria realizează următoarele: -memorează instrucţiunile din program, -memorează datele utilizate în program:variabile şi constante, -schimbă informaţii cu microprocesorul-date. 4. Perifericele asigură legătura dintre microprocesor şi exteriorul sistemului.

-21- 5. Magistralele sunt reţele de conexiuni între microprocesor şi elementele componente ale sistemului dedicat, menţionate anteriorior şi pot fi:date,adrese,control. Dispozitive de automatizare secvenţială-Automatul programabil Automatul programabil(PLC) este un echipament electronic destinat automatizărilor industriale, care înlocuieşte circuitele de comandă secvenţială în logică cablată având în componenţă un microcontroller, unde există hardware şi software special adaptat mediului industrial.

Fig.144.Structura unui automat programabil-PLC Sistemele dedicate sunt combinaţii de structuri de calcul hard şi soft, circuite electronice şi respectiv componente electromecanice concepute pentru a realiza o funcţie specifică, dedicată unei aplicaţii. Spre deosebire de sistemele dedicate, automatele programabile, având în vedere faptul că funcţiile pe care le execută echipamentul sunt stabilite prin programarea şi reprogramarea memoriei electronice, rezultă că au o flexibilitate foarte mare. Arhitectura generală a unui automat programabil –Fig.144. este desfăşurată în jurul unei magistrale de date la care sunt conectate circuitele de intrare-ieşire, unitatea centrală şi memoria sistemului. Variabilele de intrare sunt realizate sub forma diverselor elemente de comandă şi măsurare incluse în sistemele operaţionale şi auxiliare ale roboţilor:limitatoare de cursă, mărimi mecanice măsurate electric de la traductoarele de deplasare incrementale sau absolute sau chiar de la sistemele de măsurare analogică după o conversie analog numerică. Variabilele de ieşire dirijează acţiunea elementelor de execuţie de tipul contactelor , electrovalvelor , elementelor de afişare, etc.. Circuitele de interfaţă intrare-ieşire au rolul de a converti semnalele de intrare de diverse forme în semnale logice adaptate unităţii centrale şi de a transforma semnalele

-22- logice ale unităţii în semnale de ieşire corespunzătoare acţionării impusă de sistemul de forţă al maşinii. Unitatea de comandă coordonează toate transformările de date furnizate de proces , efectuiază operaţii logice asupra datelor recpţionate şi asigură alocarea corespunzătoare a rezultatelor obţinute la ieşirile programate. Unitatea de programare permite introducerea şi definitivarea programului în raport cu evoluţia maşinii şi cu modificările impuse în secvenţele funcţionale de bază ale acestuia. Unitatea centrală este o unitate logică care interpretează un număr mic de instrucţiuni care exprimă funcţiile de bază într-un proces de conducere: -instrucţiuni de evaluare a unor instrucţiuni booleene cu păstrarea rezultatului la o variabilă de memorie sau la o ieşire, scădere, comparaţie, etc.; -instrucţiuni de salt condiţionat, de subrutină şi de indexare. Executarea instrucţiunilor este ciclică ceea ce determină o simplificare considerabilă a structurii logice interne şi evită introducerea unui sistem de întreruperi prioritare.Ţinând cont de constantele de timp proprii acţionării roboţilor industriali, se impune ca timpul de baleiaj al unui program de conducere să fie inferior celei mai mici constante de timp. În acest fel se asigură preluarea tuturor informaţiilor privind elementele semificative ale mişcării şi interpretarea lor imediată. În ceea ce priveşte modul de lucru programul de memorie este executat secvenţial (serial).Datorită vitezei mari de prelucrare utilizatorul are senzaţia modului de lucru cu prelucrarea în paralel a informaţiei, specific sistemelor de logică cablată la care semnalele sosesc ţi sunt prelucrate practic în paralel(simultan). Procesorul este elementul care determină posibilităţile instalaţiei. Astfel memoria automatelor programabile stochează programe şi date şi este în general o memorie de dimensiune mică, între 1 la 8 biţi, standardizate de obicei la 8 sau 16 biţi. Acest număr precizează numărul de poziţii binare care pot fi prelucrate simultan . La instalaţiile unde pentru comandă nu sunt necesare calcule aritmetice , prelucrări de text, etc. se folosesc procesoare de 1 bit. Automatele programabile au un mare avantaj constând din simplitatea limbajului de programare. O persoană nefamiliarizată cu tehnici specifice de informatică poate să programeze uşor şi rapid un automat. Programarea constă dintr-o scriere directă a unor secvenţe de instrucţiuni sau de ecuaţii plecând de la o diagramă, organigrame de stări, expresii logice, etc.Unele automate utilizează, pentru programare, un limbaj similar unei logici cablate, altele preferă limbaje simbolice de tip boolean, ceea ce le conferă o supleţe deosebită. Ca suport pentru programare se pot folosi schemele electrice cu contacte şi relee ale unei instalaţii existente sau noi , care urmează a fi echipate cu comandă cu logică programată. În domeniul programării automatelor se folosesc limbajele prezentate în continuare. a)Limbaje dedicate. Acestea sunt: PSE, DOLOG (AEG), STEP (SIEMENS), SUCOS (KLOECKNER MOELLER), MELSEC (MITSUBISHI). b)Limbaje universale sunt utilizate la anumite echipamente din clasă superioară, apropiate de calculatoarele de proces şi la unele implementări de echipamente cu logică programată, utilizând microsisteme de calcul. Dintre aceste limbaje se pot aminti limbajele: BASIC, FORTRAN, PASCAL. Dezavantajele acestor programe sunt: necesită programatori experimentaţi, iar productivitatea activităţii de programare este redusă.

-23- c)Introducerea directă a schemelor electrice clasice de comandă cu contacte în echipamentul de programare este o metodă răspândită şi constă în transformarea, folosind simbolurile grafice pentru contacte, a schemelor cu contacte şi relee clasice, pe monitorul calculatorului pentru controlul corectitudinii programului secvenţial. După aceea echipamentul de programare al automatului transpune imaginea grafică în cod maşină. În acest caz echipamentul de programare este scump, dar permite introducerea iterativă rapidă a schemelor electrice de comandă. Comanda numerică a fost prezentată anterior şi poate realiza în cadrul unui sistem avansat de fabricaţie următoarele: -introducerea de date de la periferice sau manual; -realizarea unor traiectorii impuse ale punctelor de interacţiune sculă-piesă, cu o anumită precizie; -comanda şi supravegherea desfăşurării diferitor etape tehnologice ale procesului de fabricaţie, -realizarea unor parametrii optimi ai regimurilor de prelucrare; -asigurarea posibilităţilor de integrare a instalaţiei într-o structură de fabricaţie unitară şi flexibilă. Are aplicabilitate în cazul MUCN, utilajelor tehnologice pentru prelucrări pe baza tehnologiilor neconvenţionale şi liniilor flexibile de fabricaţie. Comanda prin calculator În acest caz este vorba de un sistem de conducere directă prin calculatorul numeric a unui grup de maşini, de la 2-3 maşini la totalitatea unităţilor de fabricaţie dintr-o intreprindere. Acest tip de sisteme au avantajele: -programele sunt memorate în calculator cu posibilitatea de modificare rapidă a lor; -sunt înglobate atât comenzile de prelucrare propriu zise cât şi pregătirea procesului de fabricaţie, programarea pieselor, întreţinerea şi inventarierea sculelor, transportarea şi stocarea pieselor, etc.. Sunt cunoscute următoarele arhitecturi a unor astfel de sisteme: 1.-sunt înglobate mai multe structuri CNC, fiecare asigurând funcţionarea instalaţiei tehnologice la parametrii nominali, fără supravegherea procesorului central; 2.-utilizarea la nivelul fiecărei MUCN a unor dispozitive de automatizare secvenţială, rezultând astfel o dependenţă totală de sistemul central de comandă.

TPSEM - CURS 5 1

MASINI UNELTE SI UTILAJE

TPSEM - CURS 5 2

MASINI – constructii care transforma energia mecanica intr-o alta forma de

energie sau transforma energia de o anumita forma in energie mecanica.

Masini de forta (energetice) – furnizeaza

energie sub diferite forme, inclusiv energie

mecanica

Masini de lucru – primesc energia, de obicei

electrica, pe care o transforma in alte forme de

energie, executand anumite obiecte sau

produse.

TPSEM - CURS 5 3

Masini de lucru

Utilaj tehnologic – masini de lucru din alte ramuri industriale

Instalatii si utilaje

Masini unelte – masini de lucru din industria

prelucratoare

TPSEM - CURS 5 4

Masini unelte – masini de lucru avand rolul de a modifica forma si dimensiunile unor corpuri,

in anumite conditii de productivitate, precizie dimensionala si calitate a suprafetei.

Masini unelte tipice – au un procedeu de

prelucrare tipic (caracteristic)

Masini unelte agregate – utilizeaza mai multe scule care

prelucreaza simultan, fiind construite din parti normalizate sau

unificate.

Centre de prelucrare – masini unelte multioperationale, caracterizate

prin posibilitatea de a schimba automat mai multe scule si de a utiliza mai

multe procedee de prelucrare, toate fiind caracteristice.

Linie tehnologica automata – mai multe MU, agregate si centre de prelucrare, cu

asigurarea automatizarii tuturor operatiilor de prelucrare, control si transport.

TPSEM - CURS 5 5

DUPA GRADUL DE SPECIALIZARE

Masini unelte universale

Cu destinatie larga, pe care se pot executa

cateva procedee pe langa cel tipic, pentru o

gama larga de piese, in productii individuale

sau de serie mica

Masini unelte specializate

Pe care se prelucreaza un anumit tip de piese

cu un procedeu de baza sau tipic (masini de

danturat cu freza-melc, de rectificat cu arbori

canelati, etc), fiind destinate productiei de serie

Masini unelte speciale

Destinate prelucrarii unei piese de o anumita

forma si cu anumite dimensiuni, utilizate in

fabricatia de serie mare si de masa (inclusiv

cele agregate)

TPSEM - CURS 5 6

DUPA PRECIZIA DE PRELUCRARE

Masini unelte de precizie normala Masini unelte de precizie ridicata

Masini unelte foarte precise sau

etalon

DUPA MARIME

Masini unelte mici Masini unelte mijlocii

Masini unelte mari

TPSEM - CURS 5 7

DUPA PROCEDEUL DE PRELUCRARE

Masini unelte conventionale

Utilizeaza procedee de prelucrare

conventionala

Masini unelte neconventionale

Utilizeaza procedee de prelucrare

neconventionala

TEHNOLOGII NECONVENTIONALE

Sunt procedee de prelucrare

complementare celor conventionale

avand un grad avansat de automatizare

si indicatori tehnologici superiori

TPSEM - CURS 5 8

TEHNOLOGII CONVENTIONALE DE PRELUCRARE A PIESELOR

1. TEHNOLOGII de prelucrare la cald

TurnareaIn forme temporare

In forme permanente

Deformarea plastica

Laminarea

Extrudarea

Trefilarea (tragerea)

Forjarea

Ambutisarea

Tratamente termice si termochimiceTratamente termice pentru oteluri

Tratamente termochimice

TPSEM - CURS 5 9

2. Sudarea, lipirea si debitarea

3. TEHNOLOGII de prelucrare la rece

Presare la rece Operatii de taiere (retezare, decupare, stantare, tundere)

Operatii de deformare plastica (ambutisare, fasonare,

formare)

Finisare suprafetelor prin prelucrari mecanice

Razuire

Lepuire (procedeu tehnologic de prelucrarea unor suprafete pentru imbunatatirea

calitatii si obtinerea unei precizii dimensionale ridicate, inaccesibile altor procedee

de prelucrare prin aschiere, care se realizeaza cu ajutorul unor pulberi abrazive in

suspensie, introduse intre scula de lepuire si suprafata de prelucrare)

Lustruire

Honuire (procedeu de suprafinisare a alezajelor cilindrice utilizand scule abrazive

sub forma unor bare prismatice, cu granulatie foarte fina, montate intr-un cap

purtator numit hon.

TPSEM - CURS 5 10

Strunjire

Gaurire si alezare

Frezarea (prelucrarea suprafetelor plane, profilate riglate, curbe in plan sau in

spatiu, utilizand scule cu mai multe muchii aschietoare)

Rabotarea (procedeu de prelucrare prin aschiere a suprafetelor pe directie

longitudinala sau transversala printr-o miscare principala rectilinie-alternativa si o

miscare de avans intermitent)

Mortezarea

Prelucrari prin aschiere

TPSEM - CURS 5 11

TEHNOLOGII NECONVENTIONALE DE PRELUCRARE A PIESELOR

Sunt procedee de prelucrare complementare celor conventionale avand un grad

avansat de automatizare si indicatori tehnologici superiori.

Se utilizeaza in cazul unor piese si materiale cu proprietati specifice deosebite si

cu configuratii complexe.

Utilizeaza predominant energia electrica sub diverse forme, termica, mecanica,

radianta, electrochimica sau combinatii.

Aplicarea se face sub forma de impulsuri Densitati energetice ridicate

Prelucrari cu viteze mari

TPSEM - CURS 5 12

ELECTROTEHNOLOGII

Gama de procedee in care energia electrica are un rol activ, nemijlocit, in

schimbarea formei, continutului sau structurii semifabricatului.

Au ca baza efectele fizico-chimice ale curentului electric

Termice (efect Joule)

Chimice (transport in solutii de electrolit)

Dielectrice (descarcari electrice)

Magnetice (producerea de campuri magnetice intense)

Luminoase (descarcari in gaze)

TPSEM - CURS 5 13

Particularitati:

Ponderea materialelor speciale prelucrabile eficient numai cu aceste metode a

crescut

S-au dezvoltat noi echipamente de prelucrare cu facilitati deosebite, ce aduc

castiguri substantiale de productivitate si calitate la costuri competitive

Echipamentele electrotehnologice pot fi informatizate si deci usor de integrat in

sisteme de prelucrare flexibile

TPSEM - CURS 5 14

ELECTROTEHNOLOGII ACTIVE: realizeaza indepartarea sau depunerea de material,

modificarea formei sau structurii acestuia

PROCEDEUL DE PRELUCRARE AGENTUL EROZIV

Eroziune electrica Descarcari electrice de impuls

Eroziune cu plasma Arc electric sau jet de plasma

Eroziune electrochimica (dizolvare anodica) Electrolit in camp electric

Eroziune chimica Substanta chimica activa

Eroziune complexa (electrochimica si

electrica)

Arc electric nestationar si electrolit in

camp electric

Eroziune cu radiatii corpusculare si

electromagnetice

Radiatie corpusculara sau

electromagnetica

Eroziune complexa (abraziva si cavitationala) Suspensie abraziva

TPSEM - CURS 5 15

1. Defectoscopie electromagnetica Cu camp magnetic

Cu curenti turbionari

2. Defectoscopie cu laser

3. Defectoscopie cu ultrasunete

4. Iradierea

5. Procedee electrostatice

ELECTROTEHNOLOGII PASIVE: cuprind procedeele de masura, control, transmisie de

date, etc

TPSEM - CURS 5 16

TEHNOLOGII SI MASINI UNELTE CONVENTIONALE

Masini-unelte: sisteme electromecanice destinate prelucrarilor prin aschiere

TPSEM - CURS 5 17

ORGANE SI COMPONENTE SPECIFICE MASINILOR UNELTE

1. PIESE PORTANTE

Sunt piesele mari ale masinilor-unelte, care:

preiau, transmit sau sustin incarcarile din functionare si din greutati proprii

conduc miscari

sustin diferite sisteme, componente, dispozitive, piese de prelucrat

Caracteristici:

Rigiditate

Rezistenta la vibratii

Greutate minima

TPSEM - CURS 5 18

Batiu

MontantiTraversa

Masa de

lucru

TPSEM - CURS 5 19

Sunt realizate din:

fonta cenusie pentru MU, conform STAS 8541-86

fonta modificata (cu grafit lamelar sau globular)cu rezistenta la uzura mai mare

fonta aliata (slab aliata cu Ni, Cr, Mg, Ti, V) cu caracteristici mecanice

superioare

Piese portante

Fixe

-Batiuri

-montanti

-traverse fixe

-Papusi fixe

-carcase

Mobile

Pentru scule

(Suporti)

Pentru piesee

(Mese)

Sunt prevazute cu sanii care permit

deplasari pe sistemele de ghidare

ale pieselor portante fixe

TPSEM - CURS 5 20

2. SISTEME DE GHIDARE

Au rolul de a conduce saniile pieselor portante mobile ale MU, suportand fortele pe

care acestea le transmit in timpul functionarii masinii.

Conducerea si ghidarea trebuie sa se realizeze cu precizia prescrisa initial si in

durata, atat in stare libera cat si sub sarcina nominala.

TPSEM - CURS 5 21

Caracteristici necesare:

viteza saniei trebuie sa respecte valoarea transmisa, fara oscilatii

Trebuie controlate

forta de frecare,

regularitatea miscarii la viteze mici si la pozitionare

Rigiditatea statica

Capacitatea de amortizare

Costul executiei

TPSEM - CURS 5 22

Sistem de

ghidare

TPSEM - CURS 5 23

Sistem de

ghidare

TPSEM - CURS 5 24

Dupa directia fortei rezultante

Deschis

Conduce sania numai pentru anumite

directii ale fortei rezultante

Inchis

Conduce sania pentru orice

directie a fortei rezultante, sania

avand numai un grad de libertate,

pentru deplasare sau rotire.

Sania

TPSEM - CURS 5 25

Dupa tipul frecarii intre fatetele saniei si

ale piesei portante

Cu frecare mixta – caracterizate prin frecare

uscata, limita si lichida

Cu frecare lichida – caracterizate prin

prezenta unei “pene” de ulei

Cu alunecare – intre fatetele imbinate contactul se face direct sau printr-un lichid

de ungere

TPSEM - CURS 5 26

De rulare – intre fatetele imbinate prezinta corpuri de rulare care pot fi role, bile sau

ace.

Combinate

Avantaje:

Forte de frecare foarte mici, ceea ce evita mersul sacadat al saniei la viteze

mici

Precizie ridicata de pozitionare

Permit viteze de deplasare mari

Durabilitate mare in exploatare

Dezavantaje:

Executie complicata

Capacitate redusa de amortizare a vibratiilor

Dificultati in realizarea unei protectii bune

TPSEM - CURS 5 27

3. LANTURI CINEMATICE

montant

batiu

sanie

masa

Papusa mobila

Schema cinematica

simplificata

masa

sanie

Papusa mobila

TPSEM - CURS 5 28

4. SISTEME DE ACTIONARE

Electrice

Hidraulice

Pneumatice

Mixte

TPSEM - CURS 5 29

ACŢIONAREA SĂNIILOR CU EMCC PRIN

TRANSMISIE DINŢATĂ REDUCTOARE ŞI ŞURUB-

PIULIŢĂ.

Transmisie

dinţată

reductoare

Mecanism şurub-piuliţă

EMCC

Sanie

EMCC

Mecanism

pinion cremalieră

Sanie

ACŢIONAREA SĂNIILOR CU EMCC PRIN TRANSMISII

REDUCTOARE ŞI PINION-CREMALIERĂ.

TPSEM - CURS 5 30

EMCC

TG

Regulator

~3

Valoare de

referinţă

ACŢIONAREA SĂNIILOR CU EMCC ALIMENTAT ŞI

COMANDAT PRIN CONVERTOR DE PUTERE.

Avantajele prezentate de acţionările hidraulice le recomandă în acţionarea săniilor

maşinilor-unelte:

•viteză constantă pe toată cursa saniei;

•reglarea continuă a vitezei;

•inversarea cu uşurinţă a sensului mişcării, cu efecte dinamice reduse;

•posibilitatea automatizării ciclului de lucru prin telecomandarea aparatului

hidrostatic.

TPSEM - CURS 5 31

Sanie

Greutatea

saniei

MHL

SNÎ

SNÎ

SSU

Distribuitor

deplasabil

Pompă Filtru

SISTEM DE ACŢIONARE HIDRAULICĂ A UNEI SĂNII CARE

EXECUTĂ MIŞCAREA PRINCIPALĂ RECTILINIE –

ALTERNATIVĂ PE VERTICALĂ.

TPSEM - CURS 5 32

Proces de prelucrare

Material

Energie

Informatii

Piesa

Informatii de lucru: totalitatea datelor initiale, rezultate din desenul de executie si

din planul de operatii sau fisa tehnologica, necesara prelucrarii.

5. COMANDA MASINILOR-UNELTE

TPSEM - CURS 5 33

Informatii constante sau independente de proces: cele inmagazinate in constructia

MU si a sculelor.

Informatii variabile sau dependente de proces: cele dependente de piesa de

prelucrat si de procesul tehnologic, ele deservind miscarile dependente de

sistemul de comanda;

informatii dimensionale: datele initiale asupra formei si dimensiunilor

curbelor generatoare si directoare ale piesei

informatii de deplasare

informatii de comutare

informatii adimensionale sau tehnologice: datele initiale asupra

tehnologiei de prelucrare, pentru a se obtine piesa in conditii tehnico-

economice impuse

TPSEM - CURS 5 34

Comanda manuala

Comanda automata

Comanda numerica

TPSEM - CURS 5 35

TEHNOLOGII SI MASINI UNELTE NECONVENTIONALE

TPSEM - CURS 5 36

I. ELECTROEROZIUNEA

Este un procedeu de prelucrare prin eroziune electrica bazat pe fenomene erozive

complexe, discontinue si localizate ale unor descarcari electrice prin impuls amorsate

separate in mod repetat intre electrodul scula si piesa.

Caracteristici

energia electrica se introduce direct la suprafata obiectului prelucrat

impulsurile au o durata stabilita pentru a se putea face o preluare a materialului

de toata zona interstitiului de lucru

regimul de lucru trebuie sa asigure o productivitate mare cu uzura minima a

electrodului scula

starea initiala trebuie restabilita continuu pentru ca procesul sa se reproduca

fidel

Se impune circulatia, eventual fortata, a lichidului de lucru

TPSEM - CURS 5 37

Avantaje

Permite prelucrarea materialelor bune conducatoare de electricitate, indiferent

de proprietatile fizico-chimice ale acestora

Ofera conditii economice la prelucrarea pieselor de forma complexa

Asigura precizie ridicata a piesei prelucrate

Piesele pot fi atat de dimjensiuni mari, cat si de dimensiuni mici

Se exercita o actiune mecanica minima asupra piesei de prelucrat

Tipuri

Prelucrarea prin eroziune cu descarcari amorsate prin strapungerea unui

mediu dielectric cu un electrod

Prelucrarea prin eroziune cu contact electric

TPSEM - CURS 5 38

Prelucrari cu descarcari in medii dielectrice

+

-

E

Initierea unei descarcari intre electrodul scula si piesa cu

purtatori de sarcina ioni si electroni

+

-

EEtapa descarcarii luminiscente

+

-

E

Accentuarea efectelor ionizante, intre cei doi electrozi se

formeaza un canal de plasma cu conductivitate electrica mare

si temperatura ridicata, descarcarea evoluand spre descarcarea

in arc electric.

TPSEM - CURS 5 39

+

-Formarea unei bule de gaze in jurul canalului de descarcare, cu

presiuni si temperaturi mari in interior, ceea ce provoaca

fenomene de piroliza (descompunere termica ) a lichidului de

lucru.

Prin intreruperea curentului, bula de gaze dispare, iar

particulele de metal din zonele topite sunt antrenate de

fenomenele hidrodinamice, formandu-se mici cratere.

+

-

TPSEM - CURS 5 40

Fenomene de baza:

Termice, determinate de cedarea brusca a energiei cinetice a sarcinilor electrice in

miscare

Produce topire, lenta sau rapida, sau vaporizare, lenta sau rapida

Este preferabila topirea

Metalul evacuat se solidifica apoi in lichidul de lucru, acesta evacuandu-l din

interstitiul de lucru.

Mecanice si hidrodinamice, generate de formarea bulelor de gaz, expasiunea si apoi

spargerea lor la intreruperea curentului

TPSEM - CURS 5 41

Caracteristici ale materialelor pentru electrod si piesa:

Sa prezinte uzura minima in cursul procesului

Sa aiba rezistivitate electrica relativ mica

Sa fie stabile la coroziune

Sa poata fi usor de prelucrat

Sa aiba cost redus.

Electrod scula

Materiale: cuprul, grafitul, pseudoaliajul W-Cu

Tip:

Electrod profilat

Electrod sub forma de fir

TPSEM - CURS 5 42

Electrod profilat

Piesa

Electrod filiform

Piesa

TPSEM - CURS 5 43

Cu electrod profilat Cu electrod fir

TPSEM - CURS 5 44

Lichidul de uzinare

Asigura mediul electroizolant intre piesa si scula

Asigura vehicularea particulelor de metal prelevate

Caracteristici:

Sa aiba o rigiditate dielectrica mare si buna capacitate de racire

Sa nu produca prin descompunere gaze nocive sau compusi corozivi

Sa aiba vascozitate mica si capacitate buna de udare, pentru a patrunde in

interstitii

Sa fie stabil chimic si sa nu produca reziduri conducatoare

Sa fie neutru chimic

Sa aiba temperatura ridicata de inflamare

Sa aiba un pret accesibil.

TPSEM - CURS 5 45

Lichidul Avantaje Dezavantaje Utilizari

•Apa

deionizata

•Nu carbureaza suprafata,

• nu murdareste, cost

redus,

•se obtine rugozitate mica

Pot apare procese de:

•Electroliza

•Oxidarea suprafeteler

•Prelucrari materiale

conductoare

•Petrol

•Ulei de

transformator

•Formare pelicula grafit

pe electrod

•Buna eliminare a

particulelor

•Murdarire cu cenusa

fin dispersata

•Inflamabilitate

•Rugozitate mare

•Degrosare

•Finisare

•Apa

industriala

•Suspensii

apoase

•Murdarire minima

•Cost redus

•Imbatranire rapida

•Corodare datorita

proceselor

electrochimice

•Degrosare

•Alcool etilic

•Alcool

metilic

•Murdarire minima

•Rugozitate mica

•inflamabilitate •Prelucrare de

precizie

TPSEM - CURS 5 46

Prelucrari prin electroeroziune cu contact

Se bazeaza pe amorsarea descarcarilor in arc nestationar prin intreruperea

contactelor electrice parcurse de curent, contacte stabilite temporar intre electrodul

scula si obiectul de prelucrat, aflate in miscare relativa.

Prelucrarea se face sub actiunea concomitenta a descarcarilor in arc nestationar si a

actiunilor mecanice si termice care apar la suprafata de contact.

Strunjirea (la prelucrarea otelurilor

inoxidabile, refractare sau greu

prelucrabile)

TPSEM - CURS 5 47

Piesa

Scula

Netezirea, se realizeaza prin

deformarea asperitatilor incalzite

sub presiunea sculei

+ -

Ascutirea sculelor aschietoare,

asigura economie la materialul

abraziv.

TPSEM - CURS 5 48

+-

Rectificarea suprafetelor plane sau

profilate

Se utilizeaza discuri metalice

Se lucreaza la viteze periferice mari(10-50 m/s)

Consum de energie redus (1.4…1.8 kWh/kg)

TPSEM - CURS 5 49

Sistem de

control pentru

deplasarea

capului

Generator

de puls

Electrod

Sistem de control

pentru

deplasarea mesei

de lucru

Utilaj de prelucrare prin descarcare electrostatica

Cuva cu lichid de

uzinare

Sistem de

recirculare a

lichidului de

uzinare

TPSEM - CURS 5 50

II. PRELUCRARE ELECTROCHIMICA

Reprezinta un proces complex compus din actiunea electrochimica, electroeroziva

si mecanica, exercitata de agentul chimic, curentul electric si electrodul-scula asupra

materialului piesei.

Se bazeaza pe aplicarea fenomenelor de electroliza provocate de trecerea

curentului electric printr-o baie ce contine o solutie apoasa de saruri, producandu-se

trecerea in solutie a materialului anodului si respectiv depunere la catod.

Se foloseste pentru prelucrarea

electrochimica (piesa de prelucrat

reprezinta anodul)

Se foloseste pentru depunerile galvanice

(piesa de acoperit este la catod)

Fenomenul de eroziune electrochimica nu este influentat de duritatea

materialului.

Se utilizeaza la prelucrarea unor piese din oteluri refractare, inoxidabile, carburi

metalice, etc.

TPSEM - CURS 5 51

Solutie apoasa de saruri

Placi metalice conectate

la o sursa de c.c.

Sarurile se disociaza in ioni negativi si pozitivi

Deplasarea ionilor spre electrozii de semn contrar

CATOD (-)

Se degaja hidrogen

Are loc depunere de metal

ANOD (+)

Se degaja oxigen

Are loc trecerea metalului in solutie

TPSEM - CURS 5 52

PROBLEME:

Degajare de hidrogen si vapori de

saruri, care sunt substante nocive.

Formarea unui strat de compusi neutri (pelicula

pasiva), la anod, care face dificil contactul

metalului cu solutia.

Trebuie evacuate fortat Trebuie indepartat acest strat printr-un

procedeu denumit depasivare

Depasivare

hidrodinamica

Stratul este indepartat

prin circulatia fortata

a electrolitului sub

presiune

Depasivare naturala

Stratul este indepartat

prin degajare de gaze

sau prin dizolvare in

electrolit

Depasivare abraziva

Stratul este

indepartat prin

combinarea

procesului de

eroziune

electrochimica cu

actiunea de

depasivizare fortata

pe cale mecanica,

cu ajutorul unei

scule abrazive

TPSEM - CURS 5 53

Tensiune joasa de c.c.

Sursa de alimentare de

curent mare si

tensiune redusa

Sistem de

ajustare a

vitezei

Utilaj de prelucrare prin electrocoroziune

Cuva cu electrolit

Sistem de

recirculare a

electrolitului

TPSEM - CURS 5 54

III. EROZIUNEA COMPLEXA

Prelucrarea are loc prin actiunea simultana a dizolvarii anodice, a topirii

materialului sub actiunea curentului electric si printr-o actiune de indepartare a

particulelor dizlocate si de depasivare.

Pelicula

pasiva

Asperitati

Electrod scula(-)

Piesa(+)

Electrolit

Factori ce influenteaza procesul:

Factori electrici(curent, tensiune)

Factori mecanici(viteza si presiune)

Factori chimici(calitate, densitate I

debit electrolit in zona de lucru)

TPSEM - CURS 5 55

IV. EROZIUNEA CU RADIATII

Reprezinta actiunea eroziva a unui fascicul de radiatii de mare energie, focalizat

la locul de prelucrare.

Utilizeaza diferite tipuri de lentile:

Electrice

Magnetice

Electromagnetice

Optice

Pot fi:

Tip fascicul de fotoni (laser)

Tip fascicul de electroni

Pentru radiatii corpusculare

Pentru radiatii electromagnetice

luminoase

TPSEM - CURS 5 56

A. Prelucrarea cu laser

Emisia laser: fascicul de radiatii electromagnetice cu urmatoarele proprietati specifice:

Directionalitate foarte buna

Monocromicitate deosebita

Intensitate foarte mare

Avantaje:

Posibilitatea de a prelucra orice material (metalic sau dielectric), indiferent de

densitate;

Proces de prelucrare aproape instantaneu;

Deformatii termice si tensiuni interne foarte mici;

Prelucrarea are loc fara contact mecanic scula-piesa;

Precizie ridicata;

Nu necesita atmosfera de lucru controlata si nici masuri de protectie-securitate

deosebite.

TPSEM - CURS 5 57

Situatii caracteristice:

La densitati mai reduse de putere se produce incalzirea piesei pe o adancime

ce depinde de constantele termofizice de material si de durata impulsului.

La cresterea densitatii de putere la valori peste 105W/cm2 apare topirea

materialului la suprafata si incalzirea inspre interior.

Pentru densitati mai mari de putere se produc vaporizarea la suprafata, topire si

incalzire spre interior.

La valorile mari ale densitatii de putere (1011W/cm2) se petrec vaporizarea,

topirea si incalzirea materialului, iar vaporii sunt ionizati formandu-se plasma.

TPSEM - CURS 5 58

Generator

laser

Modulare,

diagramare si

conducerea

fasciculului

Focalizarea

fasciculului

Piesa de

prelucrat

Masa pentru fixare si

pozitionare

Comanda

pozitionareBloc de

comanda

Sursa de

alimentareMonitorizare

Schema de principiu a unei instalatii cu laser

TPSEM - CURS 5 59

Sistem de

control al

miscarii

pentru

focalizarea

spotului

Generator

Sistem de

pozitionare a

materialului

de prelucrat

TPSEM - CURS 5 60

OPERATII TEHNOLOGICE CE UTILIZEAZA EROZIUNEA CU LASER

Tratamente termice

Tipuri

durificare superficiala,

alieri de suprafata,

calire superficiala,

acoperiri de protectie,

fixari de pelicule cu compozitie prestabilita

Caracteristici:

Temperatura de incalzire a materialului trebuie

sa fie mai mica decat cea de topire

Timpul de mentinere trebuie sa fie optim

TPSEM - CURS 5 61

OPERATII TEHNOLOGICE CE UTILIZEAZA EROZIUNEA CU LASER

Sudarea cu laser

Avantaje:

Influenta redusa a zonelor invecinate(sudura la folii si microfire pe depuneri metalice

realizate pe dielectrici, materiale magnetice).

Se pot suda materiale greu sudabile sau cu puncte de fuziune foarte diferite: otel-Al,

Cu-Be, etc.

Vitezele de sudare pot ajunge la 120…140 m/s.

Se pot realiza suduri in incinte inchise sau greu accesibile.

Se pot executa suduri extrem de fine.

Se preteaza usor in procese automate.

Se poate realiza fie sudura cap la cap fie prin suprapunere.

Utilizeaza laseri cu fascicul continuu sau cu impulsuri.

TPSEM - CURS 5 62

B. Prelucrarea cu fascicule de electroni

Fasciculul de electroni emisi de catre un catod incalzit si accelerati intr-un generator

numit tun electronic produce energie termica la impactul cu suprafata unui metal.

Energia poate fi dirijata astfel incat sa produca incalzirea, topirea sau vaporizarea

materialului.

Procesul de prelucrare are loc intr-o incinta vidata.

Gama de operatii tehnologice:

Tratamente termice, d<104W/cm2

Sudare si aliere superficiala, 104W/cm2 <d< 106W/cm2

Se pot realiza suduri intre materiale refractare si greu fuzibile (titan, wolfram, tantal,

zirconiu) si de dimensiuni foarte mici.

Perforari, taieri, d>106W/cm2

Permite realizarea de gauri adanci, retele de gauri de mici dimensiuni(0.05 mm) si taieri

profilate ale foliilor greu fuzibile, ale filierelor pentru fibre de sticla, etc.

TPSEM - CURS 5 63

Filament generator de electroni

Catod

Anod

Diafragma pentru concentrarea fasciculului

Sistem electromagnetic de focalizare

Dispozitiv de deflexie

Piesa de prelucrat

Tun electronic

SFF 2006-2007 Curs 2 1

CURS 2

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

TIPURI DE SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

TRANSFERUL IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 2

Dupa modul de organizare a fluxurilor de procesare se pot

distinge:

Cu flux serial

Cu flux paralel

Cu flux mixt

TIPURI DE SISTEME AUTOMATE DE FABRICATIE:

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 3

Sisteme automate de fabricatie cu flux serial - cel mai uzual mod de

organizare a fabricatiei, in situatia in care productia are un caracter stabil sau

cvasistabil, comenzi mari si relativ constante in timp, volum mare de procesare.

Se caracterizeaza prin existenta simultana a (m) sau (m-2)

semifabricate aflate in diverse faze de procesare, numarul lor

fiind egal cu cel al statiilor

Pentru cele cu dispunere liniara

Pentru cele cu dispunere circulara (sunt prevazute 2

statii suplimentare pentru incarcarea semifabricatului

de baza si extragerea produsului finit)

OBS. m este numarul de statii

O buna eficienta se obtine pentru un numar de statii cuprins

intre 8-16 cu un optim pentru 12.

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 4

Varianta liniara

Cea mai raspandita solutie de amplasare

Statiile de procesare sunt repartizate in lungimea unui

sistem de transfer clasic, de tip conveior sau banda

transportoare

Dispunere rectangulara Dispunere poligonala

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 5

Varianta circulara

Statiile de procesare sunt repartizate pe o circumferinta

Transferul interfazic este realizat cu ajutorul masinilor de

indexare

Este specifica fabricatiei produselor de dimensiuni mici si

foarte mici (in industria electronica, electrotehnica, de

orologie, etc)

Ocupa o suprafata redusa in mediul uzinal si se reduc

distantele de transfer interfazic de la o statie la alta

Masina de indexare introduce totusi un anumit grad de

rigiditate, nepermitand, de exemplu, modificarea

succesiunii statiilor de procesare sau introducerea cu

usurinta a magaziilor tampon.

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 6

PROC

AUT

Statia 1

Statia 2

Statia 3

Statia 4

Statia 5

INPUT

OUTPUT

Masina de

indexare

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 7

Sisteme automate de fabricatie cu fluxuri paralele – se utilizeaza in

situatia in care produsul finit necesita un numar mic de operatii, ce pot fi

realizate intr-o singura statie de procesare, dar volumul productiei este

mare.

Se caracterizeaza prin existenta a (m) semifabricate aflate in

aceeasi faza de procesare, numarul lor fiind egal cu cel al statiilor

OBS. m este numarul de statii

Timpul de fabricatie este aparent de (m) ori mai mic decat cel

real, iar productivitatea este de (m) ori mai mare decat a unei

singure statii.

Necesita multiplicarea punctelor de introducere a

semifabricatului si a celor de preluare a produsului finit.

Exemple de utilizare: productia reperelor universale( suruburi,

piulite, roti dintate, curele de transmisie, etc)

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 8

PROC

AUT

Statia 1

PROC

AUT

Statia 2

PROC

AUT

Statia 3

PROC

AUT

Statia n

Varianta liniara

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 9

PROC

AUT

Statia 1

PROC

AUT

Statia 3

PROC

AUT

Statia 2

PROC

AUT

Statia 4

Varianta circulara

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 10

Sisteme automate de fabricatie cu fluxuri mixte – imbina principiile

discutate anterior, in cazul general existand un numar de (n) fluxuri

paralele identice, fiecare organizat serial din (m) statii de procesare.

Se caracterizeaza prin existenta a (nxm) semifabricate aflate in

diverse faze de procesare.

Variantele cu dispunere circulara sunt mult mai rare datorita

complicarii gestiunii intersectiilor dintre fluxurile de transfer.

Acest tip de sistem asigura o reconfigurare dinamica, si anume,

defectarea accidentala a unei statii poate fi suplinita in mod

dinamic de sistemul de control general prin redistribuirea

sarcinilor sale catre celelalte statii de acelasi tip.

Productivitatea este in cazul general de (n) ori mai mare decat

cele seriale.

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 11

TRANSFERUL IN SISTEMELE AUTOMATE DE FABRICATIE

Este realizat cu dispozitive speciale ce asigura :

Deplasarea semifabricatelor intre statiile de procesare

Alte functii auxiliare: fixarea, schimbarea orientarii, etc.

Alegerea tipului de transfer depinde de:

Tipul operatiilor efectuate

Numarul statiilor de procesare

Greutatea si numarul pieselor transportate, existenta

posturilor manuale

Viteza de transport impusa

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 12

Din punct de vedere al principiului de deplasare, transferul poate

fi :

Transfer continuu

Transfer sincron (intermitent)

Transfer asincron (la cerere)

Solutii speciale de transfer

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 13

Transfer continuu – semifabricatul este deplasat continuu, cu viteza

constanta, ceea ce necesita adaptarea permanenta a tuturor statiilor de

procesare la variabilitatea sa pozitionala.

Se utilizeaza

fie pentru fabricarea produselor de dimensiuni mici, ce pot fi blocate

temporar in dreptul statiilor automate de procesare fara a parasi sistemul

de transport

fie in cazul produselor cu inertie foarte mare ce suporta mai ales

prelucrari in posturi manuale (montaj general automobile)

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 14

Transfer sincron – semifabricatul este deplasat discontinuu si este

stabil la fiecare statie de procesare pe durata operatiilor efectuate,

aspect ce favorizeaza procesarea automata.

Se impune ca timpii de procesare ai tuturor statiilor sa fie

sensibili egali

Introduce rigoare in transport si este folosit in SAF cu statii

exclusiv automate ce realizeaza produse cu inertii mici si medii

(repere mecanice, caroserii auto).

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 15

Transfer asincron – semifabricatul paraseste statia curenta imediat ce

operatiile de procesare s-au incheiat si relativ independent de situatia

curenta din celelalte statii.

Se creaza avantajul unei anumite continuitati(in timp ce unele

semifabricate sunt in faza de procesare, altele sunt supuse

procesului de transfer.

Ofera o flexibilitate deosebita, permitand introducerea

magaziilor tampon, echilibrarea mai buna a timpilor neuniformi

de prelucrare ai statiilor, compensarea statiilor mai lente prin

multiplicare si functionare in paralel.

Se utilizeaza in cazul in care SAF include si statii automate si

posturi manuale.

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 16

Transfer paletizat – semifabricatul este asezat pe palete tipizate, special

proiectate pentru a crea facilitati de miscare, pozitionare, fixare,

prindere/eliberare, preluare a mai multor tipuri de semifabricate, etc.

Este specific SAF in care se realizeaza procese de asamblare

sau prelucrari succesive ale aceluiasi semifabricat de baza

(industria constructoare de masini)

Paletele purtatoare sunt realizate pe baza imaginii negative a

semifabricatului.

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 17

Solutii speciale de transfer – include un grup de tehnici moderne ce

sporesc substantial gradul de flexibilitate al SAF, tinzand spre

universalitatea transferului bazata exclusiv pe reprogramare.

Solutii pentru transferul local in SAF

In camp electromagnetic

Prin vibratii

Solutii pentru transferul global in SAF

Sisteme de roboti mobili cu cai de ghidare predefinite sau de roboti

mobili autonomi

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 18

ASPECTE MECANICE SI CONSTRUCTIVE ALE

TRANSFERULUI IN SAF

Se pot evidentia trei clase de mecanisme frecvent utilizate

Mecanisme specifice transferului liniar

Mecanisme specifice transferului circular

Mecanisme specifice solutiilor speciale de

transfer

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 19

Mecanisme specifice transferului liniar

Sistem de

actionare

Grinda

oscilanta

Tija de

comanda

Suport

rigid

Semifabricat

Paleta

Mecanism cu grinda oscilanta

Intr-un singur ciclu de miscare a grinzii se asigura deplasarea cu un pas

a tuturor paletelor cu semifabricate, rezultand deci un transfer sincron.

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 20

Mecanism conveior cu role

Role

Sunt posibile mai multe solutii constructive:

Cu toate rolele antrenate mecanic

Numai cu anumite role antrenate mecanic

Cu rolele libere la rotatie

Impune adoptarea unui transfer paletizat si a unor dispozitive de blocare

sau ridicare de pe conveior.

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 21

Mecanism cu cale conducatoare

Calea conducatoare este de regula un lant sau un ansamblu de doua

lanturi cu viteze sincronizate

Paletele sunt antrenate de lant datorita prezentei unor gheare mecanice

ce realizeaza automat cuplarea mecanica in pozitiile de referinta ale

lantului.

M

Roata motoare Roata pentru

tensionare

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 22

Dispozitive auxiliare pe traseu:

Sisteme de sustinere si ghidare, ce asigura orizontalitatea anumitor

portiuni de traseu, modificari de nivel sau de directie

Sisteme de tensionare sau intindere a transportorului, destinate

prevenirii decuplarii mecanice de pe sistemul de antrenare

Sistemul de antrenare, ce poate fi unic sau multiplu, caz in care trebuie

rezolvata problema perfectei sincronizari intre vitezele dezvoltate

pemntru prevenirea ruperii transportorului.

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 23

Transferul liniar cu manipulatoare

O prima solutie este dotarea fiecarei statii cu un manipulator cu 2-3 grade de libertate

(mana mecanica)

Toate manipulatoarele incep sincron ciclul specific, preluand de la transportorul

principal semifabricatul aferent statiei si introducandu-l in zona de prelucrare

Dupa ce toate manipulatoarele au incheiat ciclul de deservire, transportorul principal

avanseaza cu un pas.

PROC

AUT

PROC

AUT

PROC

AUT

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 24

O a doua solutie elimina transportorul principal, utilizandu-se un singur manipulator

cu o structura cinematica arborescenta (mai multe brate si mai multe terminale)

Dispunerea uzuala este in varianta portal, dar este posibila si amplasarea plana

PROC

AUT

PROC

AUT

PROC

AUT

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 25

Mecanisme de transfer ce utilizeaza gravitatia

Semifabricate

Produse finite

Evacuare rebuturi

Tije ce efectueaza o miscare pe verticala cu trei pozitii

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 26

Mecanisme specifice transferului circular

Au la baza utilizarea masinilor de indexare

Masa circulara sectorizata, cu unghiuri la centru

egale, a carei rotatie se realizeaza discret , valoarea

unei deplasari elementare fiind pasul unghiular al

masinii

Numarul sectoarelor coincide cu numarul statiilor

de procesare, la care se adauga inca doua pentru

incarcare/descarcare.

Statia 1

Statia 8

Paleta

purtatoare

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 27

Cuplarea mai multor masini de indexare

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SFF 2006-2007 Curs 2 28

Comanda masinilor de indexare

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

CURS 5

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIECOMANDA MANUALA

COMANDA AUTOMATA

COMANDA NUMERICA IN SISTEME FLEXIBILE DE

FABRICATIESTRUCTURA SI FUNCTIONAREA COMENZII NUMERICE

COMANDA MANUALA( de exemplu scheme de pornire/oprire sau inversare de sens ale

masinilor electrice din sistemele de actionare)

COMANDA AUTOMATA, ceea ce presupune derularea automata a unor secvente de lucru si

generarea de traiectorii (pentru scula prelucratoare, piesa sau alte subansamble) pe baza unui

program.

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

Intreruptor

Contacte

contactorReleu termic

Element termic

Contact

auxiliar

contactor Bobina

contactor Contact

releu

termic

COMANDA MANUALA

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

Dulap de comanda COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

COMANDA AUTOMATA

Dispozitive de

automatizare

secventiala

Sisteme dedicate

Comanda

numerica

Comanda cu

calculatorul

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

Echipament

Maşină

Celulă

Zonă

Host

Echipamente, utililaje,

elemente necesare producţiei

( vane, motoare, sisteme de

acţionare aferente, etc)

Roboţi, benzi transportoare,

maşini-unelte

Grupare logică de maşini

utilizate pentru a adăuga

valoare unuia sau mai multor

produse

Grupare logică de celule (linie

tehnologică, linie flexibilă de

fabricaţie, etc)

Hală de producţie, nivel

intreprindere

Sisteme de comandă dedicate

(microcontrolere, DSP, etc)

Automate programabile, sisteme

de comandă numerică

Automate programabile, sisteme

de comandă numerică, PC

Calculator de proces

PC

MODELUL PE CINCI NIVELE ŞI SISTEMELE DE COMANDĂ AFERENTE.

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SISTEME DE COMANDĂ DEDICATE

(embedded systems)

Un sistem dedicat este un sistem integrand in structura sa si un computer, creat si

dezvoltat pentru o aplicatie anume.

Aplicatii in Sistemele flexibile de fabricatie: sisteme de control al miscarii

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

MICROPROCESOARE

DE UZ GENERAL (general purposes)

SPECIALIZATE

PENTRU PROCESARE DIGITALA DE SEMNAL

Se utilizeaza in general in sistemele

de calcul.

Se utilizeaza in sistemele dedicate.

Se utilizeaza in general in sisteme

de control al miscarii.

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

ARHITECTURA

SISTEMELOR DEDICATE

•execută instrucţiunile din memorie;

•efecutează calcule sau procesare asupra datelor, corespunzător

instrucţiunilor,

•iniţializează schimbul de date cu perifericele.

Unitatea centrală (UC),

microprocesorul

Ceasul

•asigură efectuarea secvenţială a operaţiilor şi este de

obicei implementat printr-un oscilator cu quarţ.

•stochează instrucţinile din program;

stochează datele (constante sau

variabile) utilizate de program;

schimbă date cu microprocesorul.

Memoria

Periferice

Magistrale

•asigură anumite servicii microprocesorului şi permite

conexiunea cu exteriorul.

•o reţea de conexiuni între microprocesor şi celelelalte

elemente componente.De date

De adrese

De control

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

Microprocesor

Ceas

Memorie Periferice

Date

Adrese

Control

Sistemul de magistrale

Sistem dedicat cu arhitectură Von Neumann.

Sistem dedicat cu arhitectură Harvard.

Microprocesor

Ceas

Memorie

date

Periferice

Date

Adrese

Control

Sistemul de magistrale Data

Bus

Memorie

program

Date

Adrese

Control

Sistemul de magistrale Program

Bus

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

PROGRAMAREA SISTEMELOR DEDICATE

Program în

limbaj de

nivel

superior

Program în

limbaj de

asamblare

Cod

obiect

Compilator Asamblor

Linker

Program în

limbaj de

asamblareCod

obiect

Asamblor

Program

executabil

Loader

Sistem

target

Emulator

Debugger

instrument de tip cross-development

Program

sursă

Sistem host

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

DISPOZITIVE DE AUTOMATIZARE SECVENTIALA

Automatul programabil este un echipament destinat automatizărilor

industriale, care înlocuieşte circuitele de comandă secvenţială în logică

cablată.

5 Vdc

Sursă

alimentare

automat UC

Modul

intrare

Modul

ieşire

Sursă

separată

pentru

elementele de

execuţie

Alimentare asigurată de utilizator

Alimentare UC şi I/O

Date

Principalele elemente ale unui automat programabil.

~

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

Microprocesor

ROM:- Sistem de operare

- Programe aplicaţie

- Drivere

- Funcţii preprogramate

RAM:- Programe utilizator

- Date configuraţie

- Date retentive

- Imagine date intrare

- Imagine date ieşire

- Alte date adresabile

- Date de lucru

- Buffer comunicaţie

ROM protejat (baterie)

sau EEPROM- Programe utilizator

- Date configuraţie

- Date retentive

GESTIONARE

COMUNICAŢIE

Unitate

programare

Echipamente

Slave

LAN – Local Area Network

Module I/O

locale

Staţii I/O externe

(remote)

Module I/O de extensie

Structura unităţii centrale

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

Blocuri de intrare/ieşire

Blocurile analogice I/O - conectează la automatul programabil

senzori al căror semnal de ieşire este proporţional cu valoarea

mărimii măsurate, respectiv, actuatoare a căror de ieşire variază

proporţional cu semnalul primit de la automat.

Plaje de valori : 4÷20 mA, 0÷20mA, 0÷5 V, -5÷5 V, 0÷10 V,

-10÷10 V

Blocurile digitale I/O - se conectează la senzori

şi actuatoare care funcţionează pe principiul

ON/OFF, semnalele de intrare/ieşire fiind

semnale digitale.

Modulele inteligente I/O au în structură propriul

microprocesor şi propria memorie. Aceste blocuri

au fost proiectate şi realizate pentru scopuri

speciale, cum ar fi numărătoare de frecvenţă înaltă,

sau module de servocontrol pentru motoare

electrice.

Modulele de comunicaţie sunt

module inteligente care permit

transferul de date de la/la UC

spre/dinspre o reţea de

comunicaţie.

Module externe de

conectare - pentru intrări

şi ieşiri aflate la distanţe

considerabile de

automatul programabil

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

APLICATII

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

Comanda de pornire/oprire

motoare electrice

Avantaje:

-Gabarit redus

-Modificari usoare si rapide

-Pot integra functii de monitorizare

si diagnoza

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

SISTEME DE COMANDA NUMERICA

Variante:

logica cablata – comanda conventionala

logica programata – Computerized Numerical control –(CNC)

Avantajele LP fata de LC

Permite modificari post-procesor

Permite eliminarea erorilor cauzate de fiabilitatea mai redusa a cititoarelor de banda

Economie de timp prin eliminarea derularii benzii perforate

Introducerea unor noi functii fara modificari hardware

Standardizari hardware, modificarile de adaptare la diferite tipuri de masini referindu-se

la structurile de interfata

Sisteme de comanda numerica: sisteme la care comanda si controlul se realizeaza

pe baza unui program

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

APLICATIIMasini unelte cu comanda numerica

Utilaj tehnologic pentru prelucrari pe baza tehnologiilor neconventionale

Linii flexibile de fabricatie

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

Este un sistem de conducere directa prin calculator numeric a unui grup de masini, de la 2-3

masini la totalitatea unitatilor dintr-o sau intreprindere.

Programele sunt memorate in calculator, modificarea lor facandu-se simplu si rapid.

Inglobeaza atat comenzile de prelucrare propriu-zisa cat si pregatirea procesului de fabricatie,

programarea pieselor, intretinerea si inventarierea sculelor, transportarea si stocarea pieselor,

etc.

De obicei se adopta structuri pentru conditii locale bine definite.

Variante:

Inglobarea mai multor structuri CNC, fiecare asigurand functionarea instalatiei

tehnologice la parametri nominali si in absenta procesorului central;

Utilizarea la nivelul fiecarei MU a unor dispozitive de automatizare secventiala, dar

gradul de dependenta de sistemul central devine total.

SISTEME DE CONDUCERE PRIN CALCULATOR

COMANDA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

STRUCTURA SI

FUNCTIONAREA CN

LA NIVELUL UNUI

SEMFunctiile CN

Structuri generale de CN

COMANDA NUMERICA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

FUNCTIILE COMENZII NUMERICE

Informatiile primite, deciziile luate si comenzile elaborate intr-un

sistem complex mecanic, electric, hidropneumatic si electronic, sunt

gestionate la nivelul CN.

Realizarea unor traiectorii

impuse ale punctelor de

interactiune scula-piesa, cu o

anumita precizie

Realizarea unor parametri

optimi ai regimurilor de

prelucrare

Comanda si supravegherea

desfasurarii diferitelor etape

tehnologice ale procesului de

uzinare

Introducerea de date de la

periferice sau manual

Asigurarea posibilitatilor de

integrare a instalatiei intr-o

structura de fabricatie unitara

si flexibila

Functii ale CN

COMANDA NUMERICA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

1. Echipamente de comanda

secventiala si supraveghere a etapelor

tehnologice: au ca scop realizarea unei

serii de operatii ce se succed intr-o

ordine bine definita, cu precizarea ca

starea sistemului la un moment dat

depinde mai putin de conditiile

instantanee si mai ales de un ciclu dat

2. Echipamente de introducere de date si

afisare de cote: sunt o dezvoltare a celor

de comanda secventiala, realizand un

dialog om-masina si o obiectivizare a

urmaririi proceselor.

3. Echipamente de pozitionare a organelor mobile:

asigura comanda succesiva a axelor si in timpul

deplasarii nu se executa prelucrari; reprezinta

primele echipamente cu comenzi programate, adica

la care parametrii de stare ai sistemului la un moment

dat sunt precizati printr-un program prin care se

comunica masinii instructiunile necesare efectuarii

operatiilor.

Se pot realiza in

structura numerica si

logica cablata pentru

masini serie sau cu

automat programabil

pentru masini

siprocese speciale

Structuri si functii

ale CN

COMANDA NUMERICA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

4. Echipamente de prelucrare pe

directii paralele cu axele: deplasarile

pe axe sunt independente, dar se pot

realiza simultan cu uzinarea. In plus,

utilizeaza algoritmi de conducere

adaptativ-optimali.

5. Echipamente de conturare:

deplasarile pe axe se pot realiza

simultan si pentru realizarea

traiectoriilor impuse, informatia de

deplasare este predominata.

6. Echipamente pentru conducerea

centrelor de prelucrare simultana pe

mai multe axe: reprezinta extensii ale

variantelor 4 si 5, cu programe evident

mai complexe.

Structuri si functii

ale CN

Volumul mare de informatii necesita

prelucrarea datelor intr-o faza

externa procesului de prelucrare cu

apel la limbaje de programare

speciale.

COMANDA NUMERICA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

Consola operatorului

asigura dialogul om-

masina:

Componenta tehnologica – pentru schimbare

program, parametri, regimuri, etc

Componenta ergonomica – pentru urmarirea comoda a

desfasurarii procesului, manecrare usoara.

Variante de utilizare Cu introducerea de date direct in cod masina si

selectare comenzi prin chei sau comutatoare

specializate

Cu utilizarea unui limbaj de nivel superior,

conversational, ale carui elemente se introduc cu

tastatura alfanumerica.

COMANDA NUMERICA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

STRUCTURA COMENZII NUMERICE

BLOC

INTRODUCERE

DATE

BLOC DE

CALCUL

BLOC DE

MASURA

BLOC DE

AFISARE

BLOC DE

INTERFATARE I/O

Elemente

componente ale

unei CN

COMANDA NUMERICA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

BLOC INTRODUCERE DATE

Realizeaza legatura echipamentului cu operatorul, fiind de obicei, un panou

ce contine un sistem de afisare si o tastatura.

Este un ansamblu de module si programe care prelucreaza informatia

introdusa in echipament sub diverse coduri, o converteste intr-o forma

acceptabila si o repartizeaza la celelalte blocuri.

Introducerea programului piesa se poate realiza:

Direct de la operator – manual;

Cu periferice specializate (cititor de banda perforata, de banda magnetica)

Direct de la calculator (sistem CNC).

COMANDA NUMERICA IN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

BLOC DE INTERFATARE I/O

Realizeaza schimbul semnalelor de comutatie cu echipamentul

conventional.

Are o structura de microcalculator, functiile de adaptare intre echipamentul

de comanda si cel conventional realizandu-se prin mijloace software.

CN in logica cablata

Interfata apare ca un bloc

adaptor

CN in logica programata

Interfata se realizeaza pe

o structura de μC

(interfata programabila)

BLOC DE CALCUL

Executa prelucrari asupra informatiilor de deplasare continute in programul

piesa, operatiile aritmetice necesare elaborarii incrementilor de deplasare

care sunt apoi introdusi in circuitul de masura a pozitiei si in memoriile de

deplasare reala aferente fiecarei axe, unde se scad sau se aduna informatiei

existente.

Ecuatia de miscare definita prin programul piesa determina deplasarea

relativa a sculei aschietoare fata de piesa prelucrata.

Este realizat la variantele mai noi in jurul unui microprocesor de 16 sau de

32 de biti rezultand viteze de lucru net superioare.

Generare

secvente de

lucru

Calcul date

momentane si

absolute

Controlul

comportarii in

regim dinamic al

buclelor de

pozitie

Optimizarea

regimurilor de

accelerare

Generarea

traiectoriilor

intre puncte

Functiile

Blocului de

calcul