Capitolul II.Sistemele de comanda automate folosite la masinile unelte

2.1. Clasificarea sistemelor

A.Sisteme de comanda automate rigide. Sistemele de comanda automata rigide se caracterizeaza prin aceea ca succesiunea si durata semnalelor de comanda sunt determinate precis (rigid ) in prealabil si nu depind de valoarea reala a marimii comandate. Schema cinematica structurala a acestor sisteme de automatizare este prezentata in fig.6 si se intalneste frecvent la strunguri automate monoax de profilat si la alte masini de lucru.

A B

Iav=C/D

~

C1

M

Maccama Ki

comandaarbore

P

transv.Sanie

principalArbore

Map

B. Sistemele de automatizare elastice sunt acele sisteme la care succesiunea si durata semnalelor de comanda se pot schimba cu usurinta creand astfel conditii bune pentru utilizarea lor la masini unelte care lucreaza in productie de serie mica si unicate.

Printre sistemele elastice de automatizare citam :• Sisteme cu fise • Sisteme cu bile• Sisteme cu comanda numerica

Ele se caracterizeaza printr-un cost de productie ridicat si o fiabilitate relativ scazuta fata de sistemele rigide, insa sunt mai competitive.

2.3 Sisteme de automatizare cu comanda numerica

Aceste sisteme fac parte din grupa sisitemelor automate elastice lor in ceea ce priveste timpul scurt consumat la reglarea masinii care reprezinta o solutie pentru problema prelucrarii avantajoase seriilor mici de piese, dar este insotit de un cost ridicat al echpamentelor de comanda, ceea ce este un dezavantaj.

Sistemele cu comanda numerica se pot impartii in trei grupe dupa complexitatea lor si modul de folosire la masinile unelte : A. Sisteme cu comanda numerica de pozitionare. B. Sisteme cu comanda numerica de prelucrare liniara. C. Sisteme cu comanda numerica de conturare.

A. Sistemele cu comanda numerica de pozitionare

sunt destinate in special, masinilor de gaurit princoordonate si altor masini unelte unde se ceredoar deplasarea rapida si precisa a piesei de laun punct la altul pe o singura directie sau pedoua directii perpendiculare.

B. Echipamentele cu comanda numerica de prelucrare liniara

La aceste echipamente deplasarea mesei nu seface cu viteza rapida, ci cu viteza lenta de avans,adica in timpul deplasarii de la un punct la altulse produce si procesul de aschiere, deprelucrare a piesei.Aceste echipamente au capacitatea de aprograma simultan cu coordonate deplasarea sivalorile vitezei de avans ( F ), ale turatiei AP (S),scula ( T ) si unele functii premergatoare ( G )sau auxiliare ( M ).

MemorieMec. de citirebanda

cad numericConsurtor de

de c-da

TR

Act

MecComparator

X,YMec

DA

G F S T M

Memorie

A

Mec. de citirebanda

D

CV

de c-da Act

TR

MecComparatorX,Y

Mec

C.Sistemele cu comanda numerica de conturare

Sunt mai complexe si mai scumpe, permitcoordonarea miscarilor pe doua sau maimulte axe ale masinii unelte. Masinileunelte echipate cu comanda numerica deconturare au posibilitatea de a realizacurbe generatoare foarte variate siComplexe. I este interpolar cu ajutorul caruiaechipamentele cu comanda numerica deconturare coordoneaza miscarea pe douaaxe pentru a realiza interpolarea linearasau interpolarea circulara. Toate acestea sunt sisteme inchise, adica

au bucla de reactie.

Memorie

G F S T M

Mec. de citirebanda

CV

DA

TR

X,Y,Z

CP MActMo-da

Clasificarea traductoarelor

a.dupa metoda de masurare : - pentru masurare directa ; - pentru masurarea indirecta;

b. dupa forma semnalului emis de traductor -traductor numeric incremental - care transfma deplasarea reala (marime continuua ) intr-o serie de

impulsuri;- traductor de masurare numeric absolut - deplasarea reala este exprimata printr-un numascris intr-un cod oarecare, de obicei binar; - traductor de masurare analogic - deplasarea reala este exprimata printr-o marime fizicacontinua,( modulata in amplitudine sau in faza ) c. dupa forma marimii de intrare in traductor : - traductor pentru masurari liniare - masurarea deplasarii rectilini a meselor si saniilor;

-traductor pentru masurari rotative -masurarea directa a unghiului de rotatie - masurarea indirecta a deplasarii rectilinii.

d. dupa modul de exprimare a marimii de deplasare : - traductor de deplasare - care dau la iesire masurarea relativa de deplasare ca diferenta a coordonatelor

punctelor finale si punctelor initiale; - traductor de pozitie - care dau la iesire marimea absoluta a deplasarii ca valoare a coordonatei

corespunzatoare punctelor finale a saniei fata de originea coordonatelor.

Caracteristicile tehnice ale traductoarelor

1. Domeniul de masura .

2. Puterea de rezolutie.

3. Precizia traductorului.

4. Repetabilitatea.

5. Sensibilitatea.

3.2. Metoda numerica si metoda analogica de masurare a traductoarelor

Masurarea numerica a unei deplasari se realizeaza prin impartirea acesteia in elemente ΛS dupa : Masurarea incrementalaIn cazul deplasarii numeric incrementale deplasarea

saniei 1 actionata de elementul 5 prin surubul conducator

2 se masoara cu rigla 6 si dispozitivul de citire 3 atasat l

sania 1 . Rigla 6 este prevazuta cu o retea de linii cu pas

DS, iar dispozitivul 3 este astfel conceput, incat la

deplasarea saniei cu pasul DS, la iesirea sa apare un

impuls . Impulsurile sunt adunate in contorul 4 , suma lor exprimand marimea deplasarilor masurate a saniei 1. Masurarea prin aceasta metoda poate incepe din orice punct al cursei saniei 1 si prin insumarea impulsurilor in contor (reglat initial la zero) se va determina deplasarea, fiind vorba de o masurare relativa.

Masurarea numerica absoluta.Metoda de masurare numeric absoluta folaseste de

asemenea o rigla 6, dar aceasta are mai multe serii de

diviziuni, realizate fiecare cu pasi diferiti. Raportul pasilor

din rindurile de diviziuni, este dat de puterile intregi ale

cifrei 2:20 DS , 21 DS , 22 DS,.....,2n-1 DS . Se obtine

astfel o scala de masurare codificata binar cu n piste.

Dispozitivul de citire al acestei rigle, trebuie sa citeasca

concomitent toate pistele si la iesirea sa, in dispozitivul 4,

se va obtine un numar binar prin care se exprima pozitia

la un moment dat al saniei 1 fata de capatul din stinga al

riglei fara a fi necesar sa cunoastem sau sa luam in

considerare pozitiile anterioare punctului considerat.

Masurarea analogica a deplasarii si

caracterizeaza prin faptul ca semnalul de iesire

din traductor este, de obicei o tensiune a carei

amplitudine sau faza se modifica in mod

continuu o data cu deplasarea masurata. Dependenta dintre marimea sau faza

semnalului si marimea deplasarii este,de regula,

determinata de o functie trigonometrica

si anume sinus sau cosinus. Variatia tensiunii la

iesirea traductorului in functie de deplasare

Traductoare de masura fotoelectrice

Sunt formate din doua elemente principale : • rigla sau discul cu diviziuni:• capul de citire.

Dupa faptul daca in timpul masurarii fascicolul luminos strabate partea transparenta a riglei sau a

discului sau este reflectata de acesta, se cunosc doua tipuri de traductoare de masura fotoelectrice:

• cu citire directa• cu citire prin reflexie

A. Traductoare fotoelectrice incrementale pentru deplasari liniare cu citire directa.

Rigla 2 este confectionata din sticla speciala, cu coeficient de dilatareapropiat de cel al elementului

Masinii-Unelte. Ea are trasate spatiiopace de aceeasi latime cu fantele transparente si se ataseaza

La elementul mobil.Sistemul de citireeste format din lampa 4, lentila 3,pentru paralelizarea fluxului

luminos, diagrama cu fanta 5, obiectivul 6si fotodioda acest sistem fiind atasat la partea fixa a masinii

unelte. La deplasarea elementelor mobile ale Masinii-Unelte cu 1 pas al diviziunii riglei, prin fata fantei

din diafragma 5 , va trece o portiune transparenta prin care fluxul luminos ajunge la celula 1 si la

iesirea acesteia ce va produce un impuls de tensiune. Pentru a obtine deplasarea totala masurata de

traductor, impulsurile astfel obtinute se aduna intr-un contor (numarator de impulsuri)

2.3.2 Traductoare fotoelectrice incrementale pentru deplasari liniare cu citire prin reflexie

Traductoarele prezente au dezavantajul ca riglele de

sticla pe care se face citirea trebuie sa fie

protejate foarte bine impotriva murdariei, a patrunderii

corpurilor straine si a atingerii sau lovirii

accidentale. Din acest motiv se prefera traductoarele

fotoelectrice cu citire prin reflexie care utilizeaza

rigle metalice si care sunt testate prin razele de lumina

reflectate de rigla. Aceste traductoare se pot

realiza in doua variante:• cu citire simpla;• cu oglinzi poligonale.

Rigla 1 se executa din metal si este prevazuta cu

diviziuni absorbante si reflectante de lumina, de

aceeasi latime, pasul divizarii fiind p. Capul de

citire al riglei are in componenta sa sursa de

lumina 4 , care emite un flux luminos divergent,

dirijat catre contrareteaua 2 de lentila 3

Contrareteaua 2 este confectionata din sticla sau un alt materialtransparent si este prevazut cu patru portiuni transparente despartiteprin portiuni opace.Portiunile transparente au latimea p/2, ca siportiunile reflectante ale riglei 1 , dar sunt distantate intre ele cu p+p/4. Razele de lumina care trec prin portiunile transparente ale contraretelei2 cad, ex. rigla l sub un animit unghi de incidenta si atunci candintalnesc pe rigla portiuni reflectante, atunci ele sunt reflectate de

lentilaspre sistemul optic 5 , care paralelizeaza razele reflectate si le trimitepe fotoelementele 6 . La fiecare deplasare a riglei 1 cu un pas aldiviziunilor, fluxul luminos ce cade, de ex. pe prima celula variaza de lazero la un max. si din nou la zero, tensiunea electrica la iesireafotoelementelor avand o variatie asemanatoare.

2.3.4. Traductoarele de masura fotoelectrice liniare pentru metoda numerica absoluta.

traductorul furnizeaza deplasarea masurata aelementului

mobil sub forma unui numar binar scris intr-un cod

oarecare.Partile componente la traductorului

sunt, in acest caz, o rigla codificata si capul de

citire fotoelectrica. Rigla are un numar de piste

egal cu numarul rangurilor numarului binar prin

care se exprima numarul zecimal ce corespunde

deplasarii maxime a elementului mobil al MU (

de ex. 17 piste pentru un numar zecimal cu 5

ranguri ). Incrementul liniar este considerat pasul

de divizare al pistei 20 ,care determina puterea

de rezolutie a traductorului. Celelalte piste ale

riglei au incrementul de divizare mai mare decat

al pistei 20 cu putera intreaga a lui 2, adica 21

DS , 22 DS , etc. Rigla codificata se confectioneaza din

sticla transparenta. Daca in ordinul numarului binar ce

corespunde pozitiei respective avem cifra binara "1",

atunci portiunea respectiva de pe rigla se lasa

transparenta, iar daca ordinul este "0" binar, portinea

respectiva va fi opaca.

2.3.5. Traductoare fotoelectrice rotative pentru metoda numerica incrementala

Constructia si principiul de functionare ale

acestor traductoare sunt aproximativ aceleasi cu

Ale traductoarelor binare incrementale, cu

deosebirea ca locul riglei incrementale este

preluat de un disc incremental. Acesta este

confectionat din sticla si pe el se executa

diviziuni dispuse radial, alternativ

opace si transparente marimea incrementului

fiind egala cu pasul Dj al diviziunilor. Discul

incremental 1 se fixeaza pe axul 2 al

traductorului, iar acesta se cupleaza cu surubul

conducator al saniei cu ajutorul unor cuplaje

elastice de precizie. Lumina emisa cu lampa 3

este paralelizata de lentila 4 si dirijata spre

fotoelementele 6 prin portiunile transparente ale

discului 1 si ale contraretelei 5.

2.3.6. Traductoare fotoelectrice rotative pentru masurarea numerica absoluta

Acste traductoare au in constructia lor discuricodificate binar la care pistele corespunzatoareOrdinelor binare sunt dispuse pe ineleconcentrice. Folosirea unui singur disc codificatprezinta dezavantajul ca,la deplasari de masuratmari sau la puteri de rezolutie ridicata, discultrebuie prevazut cu multe piste,iar divizareatrebuie sa fie foarte fina. Acestea implicadificultati mari la realizarea discului, mai ales lapistele interioare. Acest dezavantaj este inlaturatprin folosirea mai multor discuri, codificate inCodul binar natural sau codul binar zecimalDiscurile D din figura sunt prevazute fiecare cupatru piste, pe ele codificandu-se numerelezecimale de la 0 - 15 ( l6 diviziuni pe pista 20) .Discurile sunt legate intre ele prin transmisiilemecanice T cu raport de transmitere l6:1,ordinele binare pe care la citeste fiecare discfiind cele aratate in figura. Numarul binar careexprima deplasarea masurata va fi format dinordinele indicate de fotodiodele FD, cu ajutorulcarora sunt citite pistele discurilor

2.4 Traductoare de masura electrice

Traductoarele analogice in functie de domeniul de masurare pot fi grupate in:• traductoare analogice ciclic absolute la care domeniul de masurare este mai mic de

10 mm, pentru cele liniare,si mai mic de 3600, pentru cele rotative;• traductoare analog absolute cu domeniul de masura mai mare decat in cazul anterior

prezentat.

Traductoarele de masura electrice spre deosebire de trductoarele fotoelectrice sunt, in mod obisnuit, analogice.

O solutie frecvent folosita al resolvenului pentru masurarea deplasarilor unghiulare sau

indirect, a celor rectilinii Statorul 1 al rezolverului (fig. 24, a ) este prevazut cu doua perechi de poli asezate echidistant, pe fiecare pol existand o infasurare. Infasurarile polilor diametral opusi sunt legate in serie formand doua circuite : x1 - y1 si x2 - y2 . Rotorul are o singura pereche de poli si este prevazut cu o singura infasurare a1 - b1 . Reprezentarea simplificata a acestor infasurari este data in fig.24 b.

Daca infasurarilor statorului li se aplica doua tensiuni alternative, E1 si E2,, in infasurarea rotorului se va induce o tensiune alternativa determinata de unghiul de pozitie a al rotorului fata de infasurarea de referinta, x1 - y1 . In functie de raportul in care se gasesc tensiunile E1 si E2, exista doua variante de functionare a acestui resolven : A - cu tensiuni in raport de amplitudine:- cu tensiuni in raport de faza.

INDUCTOSYINUL Se realizeaza in doua variante:-inductosyinul liniar-inductosyinul rotativ si reprezinta in principiu, un selsin desfasurat in plan fara miez de fier.

Inductosyinul liniar

El este format din doua parti : rigla R, atasata la elementul mobil si cursorul C . Ambele sunt executate din materiale antimagnetice ( sticla, otel nemagnetic sau ceramica), cu coeficient de dilatare termica cat mai apropiat de cel al masinii-unelte. Pe rigla este imprimata o infasurare in unghi drept, cu mai multi poli si cu pasul p = 4 mm sau p = 0,2 toli. Cursorul C are imprimate doua grupe de infasurari, cu acelasi pas ca al riglei, dar decalate intre ele cu 900 electrice prin deplasarea infasurarii din dreapta cu p/4 fata de polii riglei R . Intre rigla si cursor exista un cuplaj magnetic, ele formand un transformator cu doua infasurari secundare (infasurarile cursorului), fara miez de fier, ceea ce conduce la necesitatea alimentarii sale cu o tensiune alternativa de inalta frecventa de cca 2 KHz. Deplasarea relativa dintre rigla si cursor echivaleaza cu rotirea cu unghiul a in cazul sensinului: la deplasarea cu un pas al infasurarilor (p) , faza vectorului tensiunii la iesirea infasurarilor cursorului se schimba cu 3600 ( rotatia vectorului cu a = 3600 ). O rotire cu un unghi asa de mare la deplasarea cu un pas permite masurarea deplasarii dintre unghiul electric cu o precizie de 0,001 rad ceea ce corespunde unei deplasari liniare de 0,5 m m .