Lucrare de laborator 1

Obiective :

1. Descrierea sistemelor de control a axelor unei masini-unelte cu CNC

2. Identificarea punctelor folosind sistemul de coordinate Cartezian

3. Identificarea miscarilor unei masini-unelte cu CNC

4. Identificarea tipurilor de pozitionare: pozitionarea incrementala si pozitionarea absoluta.

1.1 Sisteme de control a axelor unei masini

O masina-unealta cu control numeric utilizand un calculator (MU-CNC), reprezinta o masina-unealta cu comanda numerica (MU-NC), ce utilizeaza un calculator pentru controlul acesteia.

Diferenta intre MU-CNC si MU-NC este legata de urmatorul aspect.

In cazul MU-NC toate functiile masinii sunt controlate de elemente electronice montate in controller-ul acesteia.

In cazul MU-CNC functiile masinii sunt introduse sub forma de parametrii de catre producatorul masinii-unelte in momentul fabricarii.

Aceste tipuri de masini-unelte dispun de o tastatura pentru introducerea manuala a datelor (MDI) unui program. Aceste programme sunt stocate in memoria RAM (Random Access Memory) a computerului masinii-unelte si permite editarea, procesarea sau rularea acestora. Toate acestea insa, in momentul in care MU-CNC este oprita, vor fi sterse.

Unele MU-CNC dispun de ecrane LCD sensibile la atingere, altele au ecrane monocolore, altele de ecrane cu tub catodic, ce permit simularea grafica 3D sau 2D a proceselor de aschiere.

Figura 1.1 Tipuri de unitati de control a masinilor-unelte

Unitatea de control a masinii-unelte (UCMU) (Machine Control Unit - MCU) este cea care genereaza, stocheaza si proceseaza programele CNC. Tot UCM gestioneaza controller-ul de miscare al masinii-unelte, ce se prezinta sub forma unui program software. In Figura 1.1 este prezentata o astfel de unitate de control.

Avantajele aduse de MU-CNC sunt :

- reducerea spatiului necesar partii de hardware si posibilitatea adaugari de noi functii.

- posibilitatea introducerii si a altor elemente componente ale masinii-unelte in simulari (scule, port-scule, masa masinii-unelte, …)

- posibilitatea stocarii unui numar foarte mare de programme

- posibilitatea conectarii MU-CNC la o retea LAN si utilizarea avantajelor ce deriva de aici (formarea unei retele de MU-CNC, transmiterea programelor prin retea, salvarea acestora in retea, …) Figura 1.2

Figura 1.2 Retea LAN de MU-CNC

In acest moment pe piata exista foarte multe tipuri de controller-e ce realizeaza controlul miscarilor. Printre acestea am putea enumera : Okuma, Mazak, Fanuk, GE, Bendix, … Acestea nu prezinta doar similaritati fizice, ci si a seturilor de programe.

Controlul axelor unei MU-CNC vizeaza doua categorii de sisteme:

- sistemul de control punct cu punct,

- sistemul de control al traiectoriei continue.

Sistemul de control punct cu punct

Utilizand acest sistem de control scula nu este in contact permanent cu piesa. Printre operatiile specifice acestui tip de control putem enumera : gaurirea, alezarea cu alezor,alezarea cu bara de alezat, filetarea, perforarea (Figura 1.3).

Figura 1.3 Sistemul de control al miscarii punct cu punct

Sistemul de control al traiectoriei continue

Acest tip de control poarta acest nume pentru ca se mentine un contact permanent cu piesa in timpul prelucrarii formei (Figura 1.4).

Figura 1.4 sistemul de control al traiectoriei continue

Ar trebui notat faptul ca acest tip de control se realizeaza prin interpolarea fiecarei poziitii a unei scule. Interpolarea este o metoda matematica de aproximare sau de pozitionare exacta pe o traiectorie prestabilita. Pozitiile realizate prin interpolare au o marja de eroare fata de traiectoria calculata, erorile incadrandu-se intr-o anumita toleranta. Majoritatea controller-elor aproximeaza curbele printr-o serie succesiva de segmente a caror dimensiune permite incadrarea in campul de toleranta. Acest lucru determina reducerea segmentelor cat mai mult posibil (Figura 1.5).

Figura 1.5 Utilizarea interpolarii la controlul traiectoriei continue

Bucla sistemului pentru controlul traiectoriei sculei

O bucla de reactie transmite semnale electrice controller-ului motorului si primeste raspuns de la acesta sub forma de impuls electric.

In acest moment exista doau tipuri de sisteme ce gestioneaza miscarile unei masini-unelte cu CNC :

- sistem cu bucla de reactie deschisa

- sistem cu bucla de reactie inchisa

Sistem cu bucla de reactie deschisa

Un astfel de sistem utilizeaza motoare pas cu pas pentru a realiza miscarile unei masini-unelte. Aceste motoare, realizeaza un numar fix de rotatii, de regula de 1.80, pentru fiecare impuls primit. Motoarele pas cu pas sunt conduse de semnale electrice transmise de unitatea de control a masinii-unelte. Aceste motoare sunt legate la masa masinii. In momentul in care motorul primeste semnalul, se realizeaza rotirea surubului si implicit deplasarea mesei masinii. In momentul in care s-a incheiat comanda controller-ul motorului trimite un semnal care indica faptul ca motorul a incheiat miscarea.

Acest sistem, insa, nu verifica si exactitatea pozitionarii in functie de miscarea programata (Figura 1.6).

Figura 1.6 Sistem cu bucla de reactie deschisa

Sistem cu bucla de reactie inchisa

Motoarele utilizate in aceste sisteme sunt speciale si ele poarta numele de servo-motoare. Acestea pot utiliza curent continuu sau curent alternativ sau pot fi hidraulice. Motoarele hidraulice sunt cele mai puternice si din acest motiv sunt utilizate la masinile-unelte cu CNC de mari dimensiuni. Majoritatea masinilor-unelte cu CNC folosesc insa motoare de curent alternativ pentru ca puterea dezvoltata este suficienta.

Un servo-motor nu opereaza precum unul pas cu pas. Viteza, dar si puterea, servo-motoarelor depinde de valoarea curentului care il strabate la un moment dat.

Aceste motoare pot fi conectate direct la brosa, ca in cazul servo-motoarelor care realizeaza rotirea sculelor, sau printr-un ansamlu surub-piulita la masa masinii-unelte.

De monitorizarea continua a distantei parcurse de masa masinii-unelte se ocupa unitatea de feedback, unitate ce transmite informatiile inapoi unitatii de control a masinii-unelte.

Unitatea de control a masinii-unelte poate corela valoarea intensitatii curentului transmis servo-motorului pe masura ce masa masinii-unelte se apropie de punctul de oprire, astfel incat, precizia de pozitionare sa fie cat mai ridicata si intr-un interval de timp cat mai redus (Figura 1.7).

Figura 1.7 Sistem cu bucla de reactie inchisa

1.2 Identificarea punctelor folosind sistemul de coordinate Cartezian

Pozitia sculei in orice moment este controlata de un sistem de coordinate asa numit Cartezian. Acesta este compus din 3 linii directionale, numite axe, intersectate la un unghi de 90 de grade. Punctul de intersectie poarta numele de origine. Planul XY este impartit in 4 cadrane. Fiecare pereche de coordonate (X, Y) determina pozitia pe cele doua axe X si Y a punctului respectiv fata de origine, in functie de cadranul in care se situeaza (Figura 1.8).

Figura 1.8 Sistemul de coordinate Cartezian

Avand in vedere conventiile fizicii elementare, un punct material – sau in cazul nostru o piesa care este compusa dintr-o infinitate de puncte materiale – poseda in raport cu un punct de referinta spatial fix (origine) 6 grade de libertate. Acestea pot fi reduse la 3 trasnlatii in lungul axelor OX, OY, OZ si 3 rotatii in jurul vectorilor paraleli acelorasi axe si denumite A (in jurul axei OX), B (in jurul axei OY) si C (in jurul axei OZ) (Figura 1.9).

Figura 1.9 Cele 3 axe carteziene si cele 6 grade de libertate

1.3 Identificarea miscarilor unei masini-unelte cu CNC

Echipamentele CNC executa operatiile de prelucrare prin aschiere prin combinarea miscarilor de translatie cu cele de rotatie. Astfel, fiecare producator de masini-unelte cu CNC isi alege tipul de combinatii pe care le considera mai avantajoase (Figura 1.10).

Spre exemplu masa masinii-unelte se poate deplasa in planul orizontal (deplasare dupa axele X si Y), iar brosa se deplaseaza dupa axa Z, dar are si miscarea de rotatie in jurul propriei axe.

Masini-Unelte cu X<2m

Masini-Unelte cu X<3m

Masini-Unelte cu X>3m

Figura 1.10 Miscari posibile ale unor masini-unelte cu CNC

1.4 Identificarea tipurilor de pozitionare: pozitionarea incrementala si pozitionarea absoluta.

Termeni fundamentali

Punct de referinta

Punctul de referinta este un punct fix de pe maşina unealta. Dupa cuplarea la retea a maşinii, axele trebuie sa fie deplasate în punctul de referinta. Dupa aceea sistemul de control va fi capabil sa interpreteze şi datele de coordonate absolute.

Sistem de coordonate

Dimensiunile indicate în desenul piesei sunt măsurate dintr-un anumit punct al piesei. Acel punct este originea sistemului de coordonate al piesei. Aceste date dimensionale trebuie să fie scrise la adresa coordonatei în programul piesă. De exemplu X340 înseamnă un punct cu coordonatele 340 mm în sistemul de coordonate al piesei (Figura 1.11).

Figura1.11 Sistemul de coordonate al piesei

Sistemul de coordinate specificat în care comanda numerică interpretează poziţiile este diferit de sistemul de coordonate al piesei. Pentru executarea unei piese corecte, trebuie impusă aceeaşi origine pentru cele două sisteme de coordonate în comanda numerică. Aceasta se poate face de exemplu prin deplasarea centrului sculei într-un punct al piesei cu poziţie cunoscută şi impunerea sistemului de coordonate al comenzii numerice la acea valoare.

Figura1.12 Sistem de coordonate al piesei raportat la sistemul de coordonate al masinii

Specificarea coordonatei absolute

Când sunt specificate coordinate absolute, scula se deplasează pe o distanţă măsurată de la originea sistemului de coordonate, adică într-un punct a cărui poziţie a fost specificată prin coordinate (Figura1.13).

Figura 1.13 Specificarea coordonatei absolute

Specificarea coordonatei incrementale

În cazul unei specificări incrementale a datei, sistemul de control va interpreta coordonata astfel încât scula se va deplasa cu o distanţă măsurată din punctul în care se află în acel moment (Figura1.14).

Figura 1.14 Specificarea coordonatei incrementale

Datele de intrare ale coordonatei pot fi specificate ca valori absolute sau incrementale. Într-o specificare absoluta, trebuie specificate pentru comanda numerica coordonatele punctului final, pentru datele incrementale trebuie specificata distanta de parcurs pana la acel bloc (Figura 1.15).

G90: programare de date absolute

G91: programare de date incrementale

G90 şi G91 sunt functii modale – aceste functii se apeleaza o singura data la inceputul programului, ele ramanand active pana la dezactivarea lor.

Figura 1.15 Tipuri de comenzi