1. pag. 1
PROFESIONAL COLEGIUL TEHNIC :GHEORGHE CARTIANU
ECOMPETENŢELOR PROFESIONALE
PROIECT PENTRU EXAMENUL DE
CERTIFICARE A COMPETENTELOR
PROFESIONALE
SPECIALIZAREA:TEHNICIAN PRELUCRARI PE MASINI UNELTE CU COMANDA
NUMERICA
ANUL SCOLAR:2012-2013
INDRUMATOR: ELEV:
PROF:DRAGOMIR ELEONORA FILIBIU STEFAN ANDREI
CLASA:a-XII-a M
3. pag. 3
Cuprins
Capitolul 1……………………………………..pag.4
1.1 Notiuni generale despre CAM si comanda numerica
Capitolul 2 ……………………………………..pag.7
2.1.Schema de bază a controlului numeric
2.2.Ecuaţii lineare în diferenţe
Capitolul 3……………………………………...pag.15
3.1 Clasificarea comenzilor numerice
4. pag. 4
Capitolul 1
1.1 Notiuni generale despre CAM si comanda numerica
A. Comanda numerica:
Conceptul de comanda numerica a fost realizat la Institutul de tehnologie din
Massachusetts (MIT) in anul 1951 pentru obiective ale ingineriei de proces.
"Numeric" inseamna ca intrarile datelor de comanda iau forma unor numere.
Acestea sunt reprezentate in cod binar si pot fi procesate direct de controler.
Numerele trebuie introduse, pentru a descrie geometria piesei (date ale traiectoriei)
si specificatii tehnologice legate de scule si de viteze de lucru (declaratii de
mofdificare) sub forma numerica in fiecare caz. Aceasta descriere prin cifre este
caracterizata de un prefix literar de adresa (DIN 66 025, ISO DP 6983/3 si ISO
646)
Orice comanda la care datele traiectoriei sunt introduse intr-o forma numerica se
considera a fi comanda numerica, indiferent de dispozitivul de intrare sau de
sistemul de stocare a datelor.
B. Programerea:
Programarea piesei reprezinta generarea informatiilor de comanda referitoare la
piesa pentru comanda numerica. Datele traiectoriei si declaratiile de modificare
trebuie introduse intr-un dispozitiv de stocare de date intr-o ordine prestabilita. Un
dispozitiv de stocare de date poate fi banda perforata sau poate fi un dispozitiv
magneric .
Programele pot fi generate on-line, cum ar fi prin intermediul operatorului direct la
masina sau off-line, ca parte a fazei de planificare operationala. Descrierile pieselor
in forma desenelor de executie sau date CAD servesc ca date de iesire pentru
generarea programului, acolo unde se foloseste unul din limbajele de programare
complexe ale ingineriei de proces, cum ar fi EXAPT.
Modelul creat de programe CAD sau MCAD serveste directiile CAM/CAE,
furnizand "entitatea matematico-geometrica" pe care se fac determinari ale
comportamentelor la solicitari si pe care se fundamenteaza comenzile numerice
5. pag. 5
pentru masinile digitale de prelucrare mecanica (frezare, strunjire, electroeroziune,
laser, jet de apa). Cel mai frecvent abrevierea CAM se refera la activitatea de
generare a comenzilor numerice pentru masinile automate de prelucrare prin
aschiere/electroeroziune pe baza modelului digital 3D, insa nu se limiteaza la
aceasta (chiar si masinile de brodat comandate printr-o interfata digitala la un
calculator specializat constituie un exemplu ce se poate incadra aici)
Programarea :Programarea piesei reprezinta generarea informatiilor de comanda
referitoare la piesa pentru comanda numerica.
Cateva programe reprezentative :
HyperMill (Open Mind Software Technologies GmbH) - generarea programelor de
prelucrare numerica pentru masinile automate cu comanda numerica in 2-4 axe; se
instaleaza peste mediul AutoCAD (Autodesk)
SurfCAM (Surfware) - genereaza comenzi pentru masini-unelte cu comenzi
numerice in 2-5 axe
PowerMill (Delcam International) - componenta CAM a unei pachet independent
CAD/CAM
MAGMA (MagmaSOFT GmbH) - se ocupa cu simularea proceselor de turnare a
metalelor
Edge-CAM (PathTrace) - independent sau instalat pe AutoCAD , programul
genereaza secventele de prelucrare prin aschere/electroeroziune pentru masinile cu
comenzi numerice in 2-5 axe de prelucrare .
C-MOLD (AC technology)- simularea proceselor de formare in matrite a maselor
plastice
ESPRIT/MS (D.P. Technology)- solutie integrata in MicroStation Modeler
capabila de frezare in 2 axe si 4/5 pozitii, strunjire si electroeroziune in 2-4 axe.
Euclid Machinist , Strim (Matra Datavision) - componente CAM integrate in
familia CAD/CAM/CAE/PDM Euclid Quantum
Pro/Process, Pro/Casting, Pro/MFG, Pro/MloDesign, Pro/NC-Check, Pro/NCpost,
Pro/SheetMetal; (PTC) - componenedin Pro/Engineer responsabile de pregatirea si
initierea fabricatiei prototipului proiectat .
CATIA Lathe Machining programmer ( pentru programarea strungurilor automate
deservind industriile de utilaj mecanic, automobile, avioane); CATIA Surface
Machining Programmer ; CATIA MultiAxis Machining Programmer ; CATIA
Mold & Die Machining Assistant- membre ale familiei CATIA/CADAM (Dassault
Systemes)
7. pag. 7
Capitolul 2
Schema de bază a controlului numeric
2.2. Ecuaţii lineare în diferenţe
2.1Schema de bază a controlului numeric.
Controlul sistemelor fizice, realizat cu ajutorul calculatorului digital a
devenit din ce în ce mai evident. Dezvoltarea în domeniul logicii digitale folosită
în controlul proceselor a fost generată în bună masură de creşterea flexibilităţii
programelor de control reuşindu-se astfel o dinamică a proceselor de control
simultan cu îndeplinirea de noi cerinţe impuse sistemului. În principal şi istoriceşte
privind aceste succese se datoreazǎ topologiei cu reacţie (feedback) introdusă în
mod special de lucrările lui BODE şi NYQUIST.
Topologia tipică şi actuală a sistemului de bază care permite controlul
răspunsurilor dinamice ale diverselor sisteme este prezentată în figura 1.1.
Fig.1.1.Schema controlului
numeric.
Figura 1.1. permite introducerea urmatoarelor notaţii de baza, care sunt
folosite in decursul acestui curs.
r - referinţa sau comanda de intrare
u - comanda cu care se realizează conducerea procesului
y - mărimea controlată sau mărimea de ieşire
ŷ - mărimea de reacţie – ieşirea unui sensor sau o aproximaţie
a lui y numită marime estimată
ê = r - ŷ - mărimea de eroare actuală
8. pag. 8
e = r - y - mărimea de eroare a sistemului
w - perturbaţia ce actionează din exterior asupra instalaţiei
tehnologice
v - perturbaţia ce actionează asupra traductorului
A/D - conversie analog-digital
D/A - convenţie digital-analog
O funcţionare “satisfăcătoare” a sistemului din fig.1.1 presupune forţarea mărimii
y(t) să urmăreasca variatia mărimii r(t), în ciuda prezenţei perturbaţiilor exterioare
w(t) si v(t).
Este de asemenea de dorit ca procesul de urmărire a lui r(t) de către y(t) să se
producă în condiţiile în care dinamica instalaţiei tehnologice se modifică. Procesul
de apropriere a lui y(t) de r(t), chiar şi în cazul r≡0 este denumit un proces de
reglare.
Dacă sistemul are o bună reglare în prezenţa perturbaţiilor se spune despre sistemul
de control că prezintă o rejecţie a perturbaţiilor. Sistemul de control avand o bună
reglare la modificarea parametrilor procesului este caracterizat drept un sistem de
sensitivitate redusă la aceşti parametrii.
Sistemul avand o bună rejecţie a perturbaţiilor simultan cu o sensitivitate redusă la
perturbaţii se denumeşte un sistem robust.
Problema controlului care a fost discutată mai sus nu se limitează numai la
comanda numerică. Totuşi se poate considera că schema din fig. 1 este cea care
asigură un control continuu al proceselor industriale.
Referitor la schema din fig.1.1, merită o discuţie dispozitivul A/D – convertor
analog digital. Fizic acest dispozitiv primeşte la intrare un semnal electric (de
obicei acesta este o tensiune electrică) şi generează la ieşire o secventă numerică.
De obicei, ieşirea sensorului, sau ieşirea estimatorului de mărime de ieşire , suportă
procedeul de eşantionare în procedeul de prelucrare propriu A/D cu scopul
construcţiei erorii de reglare în interiorul calculatorului digital. Se va face ipoteza
ca procesul de formare a erorii este periodic, de perioada T, numită perioada de
eşantionare. Periodicitatea acestei construcţii de eroare este realizată prin semnale
de intrerupere generate de către CEAS.
Intreruperile generate de către U.C. a computerului trebuiesc generate după ce
acesta execută toate codurile de execuţie. O asemenea funcţionare a sistemului din
fig. 1 se numeşte funcţionare ciclică (free running). Este posibila si o altă
funcţionare, în care cererea de întrerupere să fie condiţionată si fixată de lungimea
codului de executat.
În concluzie: există o anumită periodicitate în execuţia eşantionărilor şi conversiei
A/D în semnale digitale, proces care introduce clasa de semnale discrete.
Deasemenea în sistem pot fi regăsite semnale de tip continuu precum w şi y. Un
9. pag. 9
sistem care prezintă ambele categorii de semnale se numeşte un sistem de
eşantionare a datelor.
Simultan cu generarea de semnale discrete, convertorul A/D generează semnale de
cuantificare. Evidenţa acestor semnale este datorată caracteristici statice a
convertorului A/D din fig.1.2. De observat că procesul de cuantizare este nelinear.
Un semnal care este simultan discret si cuantificat se numeşte semnal digital. ŷ(t)
2.2. Ecuaţii lineare în diferenţe
Elementul principal al structurii din fig.1.1 este computerul. O caracteristică
de bază a computerului este ca necesită un timp finit în elaborarea unui răspuns, iar
acest răspuns este insoţit de o precizie finită. Acesta este motivul pentru care sunt
necesare unelte speciale pentru alcătuirea de programe pentru un calculator care
funcţionează ca un component de control cu caracteristici de liniaritate.
Deci vom presupune prelucrarea de către convertorul A/D de eşantionare din
sistemul y(t) la momente discrete de timp pe care le dirijează la computer astfel că
ŷ(kT) = y(kT). Sarcina calculatorului este ca din aceste eşantioane să construiască
un semnal de ieşire comunicat procesului industrial prin intermediul convertorului
D/A.
Să considerăm eşantioanele e0,e1, …..,ek si comenzile corespunzătoare u0,u1,
…..,uk-1. Calculatorul realizează o corespondenţă sub forma unei funcţii f:
uk = f(e0,e1, …..,ek; u0,u1, …..,uk-1)
(1.1)
10. pag. 10
Presupunem pentru relaţia (1.1) că f depinde de o mulţime finită de valori
anterioare a lui e şi u şi că aplicaţia f este lineară, aşa încât:
uk = -a1*uk-1-a2*uk-2…. –an*uk-n+b0*ek+b1*ek-
1+…+bm*ek-m
(1.2
)
Ecuaţia (1.2) este numită ecuaţie de recurenţă lineară sau ecuaţie de diferenţe şi are
multe similiariţăţi cu ecuaţiile diferenţiale lineare. Numele de ecuaţie de diferenţe
provine din faptul că se poate exprima ecuaţia (1.2) folosind uk şi diferenţe
(creşteri) în uk definite ca:
1kkk uuu prima diferenţă
(1.3)1kkk
2
uuu a doua diferenţă
1k
1n
k
1n
k
n
uuu a n-a diferenţă
Rezolvând valorile lui uk, uk-1 şi uk-2 în termeni de diferenţe, se obţine:
kk uu
kk1k uuu
k
2
kk2k uu2uu
Astfel pentru o ecuaţie de ordinul 2 cu coeficienţi a1 şi a2 şi b0 (pentru
simplificare b1=b2=0) se obţine:
k0k12k21k
2
2 .eb.u1aau.2.aau.a
(1.4)
(1.4) şi corespondenta (1.2) sunt echivalente, dar pentru implementare pe
calculator forma (1.2) este mai eficientă. Dacă coeficienţii a şi b din (1.2) sunt
constanţi, relaţia (1.2) se numeşte ecuaţie de diferenţe cu coeficienţi constanţi. Se
va arăta mai târziu că astfel de ecuaţii pot controla sisteme dinamice lineare. Să
analizăm metoda de obţinere a soluţiilor pentru (1.2) şi proprietăţile generale ale
acestor soluţii.
De exemplu fie:
11. pag. 11
2k1kk uuu
(1.5)
Pentru rezolvare este necesar ca la momentul de timp al startului (k = 2) să
fie cunoscute condiţiile iniţiale (u0 si u1 in acest caz) fie ele u0=u1=1. Se obţine
şirul de valori (limitat de exemplu la numărul 10):
k = 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55
Se obţine un şir u care induce faptul că soluţia este instabilă (nemarginită).
De aceea, suntem puşi în faţa problemei de identificare a tipului de răspuns,
făra să rezolvăm ecuaţia şi chiar de a aprecia forma soluţiei. Pentru ecuaţiile
continui ordinare şi diferenţiale cu constante lineare, soluţiile căutate sunt de tip est
.
În cazul ecuaţiilor de diferenţe, lineare, cu coeficienţi constanţi se vor căuta
soluţii de forma zk
unde z inlocuieşte es
iar k este timpul discret.
Dacă presupunem u(k)=Azk
se obţine ecuaţia
2k1kk
AzAzAz
presupunând A 0 şi z 0 se obţine:
1zz2
Acest polinom are soluţiile:
2
5
2
1
z
fie ele z1 si z2. Datorită linearităţii suma acestor soluţii particulare sunt deasemenea
soluţii, deci:
k
2
k
11 zAzAu(k) , iar
din condiţiile iniţiale pentru k=0 si k=1:
21 AA1
2211 zAzA1
şi se obţine:
12. pag. 12
52
51
A1
52
15
A2
Deorece z1>1, z1
k
creşte nemărginit cu k, confirmând soluţia instabilă. Această
rezolvare se poate generaliza. Ecuaţia în z obţinută după substituţia u=zk
este un
polinom în z denumit ecuaţie caracteristică a ecuaţiei în diferenţe. Dacă toate
rădăcinile ecuaţiei caracteristice se află în interiorul cercului de rază unitate,
ecuaţia în diferenţe corespunzătoare este stabilă.
Drept exemplu al originii ecuaţei în diferenţe, cu intrare exterioară, se
consideră problema aproximaţiei unei integrale. Să presupunem că se doreşte
calculul integralei:
t
0
e(t)dtJ
(1.6)
folosindu-se doar valorile discrete e(0), ….. e(tk-1), e(tk) şi a faptului că există o
aproximaţie a integralei de la zero la tk-1 pe care o denumim uk-1. Din aceste
informaţii trebuie calculată uk. Observăm astfel că problema se reduce la
aproximarea ariei unei curbe între punctele tk-1 şi tk şi deasupra axei dt.
Există trei alternative reprezentate în figura 1.4.
Se poate folosi dreptunghiul de inălţime ek-1, dreptunghiul de inălţime ek sau
trapezul obţinut din conectarea lui ek-1 cu ek cu o linie dreaptă. Dacă se alege a treia
opţiune:
Fig.1.4.Metode de integrare.
13. pag. 13
1kk
1kk
ee
2
tt
A
(1.7)
Se obţine formula discretă de integrare:
1kk1kk ee
2
T
uu
metoda trapezoidală
(1.8)
1k1kk Teuu metoda anticipativă
dreptunghiulară (1.9)
k1kk Teuu metoda backward dretunghiulară (1.10
)
Fiecare din ecuaţiile (1.8) ÷ (1.10) reprezintă un caz special de ecuaţie de
diferenţe de tip (1.2).
Astfel se observă că ecuaţiile în diferenţe pot reprezenta modele ale
proceselor fizice şi pot fi evaluate direct
15. pag. 15
Clasificarea comenzilor numerice. Purtãtori de program utilizaţi în comanda
numericã
Maşinile unelte cu comandã numericã sunt caracterizate prin existenţa unui sistem
de automatizare care este cu comandã numericã, adicã informaţiile necesare
realizãrii unei piese sunt codificate pe un portprogram şi prelucrate de cãtre un
echipament corespunzãtor numit ECN (echipament de comandã numericã).
Echipamentul transmite maşinii unelte comenzi de deplasare şi comenzi de
comutare, (fig. 10.1.), operatorului uman rãmânându-i doar atribuţii de: alimentare
cu semifabricate, alimentare cu scule, poziţionãri ale sculelor aşchietoare prin
comenzi şi acţionãri manuale, mãsurãtori de control între diferite faze ale ciclului
de lucru, introducerea programului ş.a., unele din aceste operaţii în multe variante
executându-se automat.
Fig. 10.1: Fluxul comenzilor la ECN
Capitolul 3
3.1 Clasificarea comenzilor numerice
16. pag. 16
a) Dupã procedeul de generare prin aşchiere echipamentele de comandã
numericã sunt realizate în urmãtoarele trei tipuri funcţionale:
a1 - ECN de poziţionare
a2 - ECN de prelucrare liniarã
a3 - ECN de conturare
a1 - ECN de poziţionare
Aceste tipuri de echipamente, (fig. 10.2.), sunt destinate în special maşinilor
de gãurit în coordonate şi altor maşini unelte, unde se cere doar deplasarea rapidã
şi precisã a piesei de la un punct la altul, pe o singurã direcţie sau pe douã direcţii
perpendiculare., ECN fiind în acest caz mai simple, mai ieftine datoritã faptului cã
au memoria mai redusã.
Fig. 10.2: Schema bloc a ECN de poziţionare
M. Cit. - mecanism de citire a benzii
I.M.D. - introducere manualã a datelor
Cv. - convertor digital-analog
Mem. - mecanism de memorie
Cp. - mecanism comparator
M. Cd. - mecanism de comandã
M. Acţ. - mecanism de acţionare
T.R. - Traductor de reacţie
a2 - ECN de prelucrare liniarã
Echipamentele din aceastã grupã, (fig. 10.3.), sunt foarte asemãnãtoare cu
cele de poziţionare, cu unele deosebiri în sensul cã la ECN de prelucrare liniarã,
deplasãrile mesei nu se mai fac cu vitezã rapidã ci cu vitezã de avans. Simultan cu
programarea deplasãrilor se pot programa şi vitezele de avans (F), turaţia arborelui
principal (S), scula (T), precum şi unele funcţii pregãtitoare (G) sau auxiliare (M).
17. pag. 17
Fig. 10.3: Schema bloc a ECN de prelucrare liniarã
a3 - ECN de conturare
Echipamentele din aceastã categorie, (fig.10.4.), sunt mai complexe (şi mai
scumpe) şi se caracterizeazã prin aceea cã permit coordonarea mişcãrilor pe douã
sau mai multe axe ale maşinii unelte cu comandã numericã. Datoritã acestei
importante calitãţi a echipamentelor de comandã numericã de conturare, maşinile
unelte dotate cu asemenea echipamente au posibilitatea de a realiza curbe
generatoare complexe, prin simpla programare pe bandã.
Echipamentele de comandã numericã de conturare au în componenţa lor un
mecanism relativ complicat, numit INTERPOLATOR, cu ajutorul cãruia
echipamentul poate coordona mişcãrile pe douã axe pentru a efectua interpolarea
liniarã sau circularã.
Pentru strunguri interpolarea liniarã permite generarea suprafeţelor conice, iar
interpolarea circularã - generarea suprafeţelor sferice (a arcelor de cerc).
La frezare interpolarea liniarã permite generarea unor canale înclinate faţa de
direcţia de deplasare a uneia din sãnii, iar interpolarea circularã generarea unor
canale circulare nu cu ajutorul mesei circulare, ci prin coordonarea mişcãrilor celor
douã sãnii suprapuse ce au deplasãri perpendiculare una faţã de cealaltã.
Fig.
10.4: Schema bloc a ECN de conturare
18. pag. 18
b) Cel de-al doilea criteriu de clasificare a echipamentelor de comandã numericã
ţine seama de legãturile ce se pot stabili între acestea şi maşina-unealtã din acest
punct de vedere existând:
b1 - ECN fãrã buclã de reacţie
b2 - ECN cu buclã de reacţie
b1 ECN fãrã buclã de reacţie
Sunt cunoscute şi sub denumirea de echipamente de comandã numericã cu circuit
informaţional deschis, stabilesc o legãturã informaţionalã cu maşina-unealtã doar
într-un singur sens: de la echipamentul de comandã numericã la maşina-unealtã.
Informaţiile, introduse manual sau pe portprogramul PP, sunt transformate în
semnale de comandã, sub forma unor mãrimi electrice, şi aplicate echipamentului
de execuţie (EE), care, la rândul lui, le livreazã echipamentului acţionat (EA) sub
forma unor mãrimi de comandã a acţionãrii lanţurilor cinematice auxiliare sau
lanţurilor cinematice de avans. Constructiv, acest tip de echipament de comandã
numericã este cel mai simplu, cel mai ieftin, dar şi cel mai puţin precis, de aceea, la
cele existente se impun condiţii severe mecanismelor de acţionare.
b2 ECN cu buclã de reacţie
Echipamentele cu buclã de reacţie, (fig. 10.9), sunt cunoscute şi sub
denumirea de echipamente de comndã numericã cu circuit informaţional închis -
stabilesc o legãturã informaţionalã cu maşina-unealtã în ambele sensuri; în plus,
faţã de cazul precedent, mai existã o legãturã între poziţia elementului acţionat şi
echipamentul de comandã numericã, legãturã numitã buclã de reacţie şi care este
realizatã prin intermediul sistemului de mãsurare (SM). Sistemul de mãsurare (SM)
determinã poziţia elementului acţionat, stabilind mãrimea de ieşire e, care este
transmisã echipamentului sub forma mãrimii de reacţie r, aceasta fiind comparatã
cu mãrimea de intrare (de referinţã) i. La coincidenţa celor douã mãrimi se opreşte
acţionarea echipamentului electronic.
19. pag. 19
d) Din punct de vedere al utilizãriicalculatorului electronic
d1 - Sistemul CNC (Computerized Numerical Control)
Acest sistem este folosit pentru conducerea unei singure maşini-unelte -
calculatorul electronic preluând o parte din funcţiile echipamentului de comandã
numericã.
Echipamentele de tip CNC utilizeazã calculatoare de capacitate micã
(minicalculatoare) pentru comanda unei maşini-unelte sau a mai multor maşini-
unelte identice pe care se executã aceleaşi operaţii.
Sistemele CNC au în componenţã: minicalculatorul, interfaţa (legãtura
minicalculatorului cu maşina-unealtã), cititorul de bandã, programul de comandã,
blocul de comandã adaptiv, blocul pentru mãsurarea erorilor cinematice.
d2 - Sisteme DNC (Direct Numerical Control)
Utilizeazã calculatoare electronice de capacitate mare pentru comanda centralizatã
a unui grup de maşini-unelte cu comandã numericã.
Comanda directã se referã atât la comanda propriu-zisã a maşinii-unelte, cât şi la
realizarea altor funcţii cum ar fi: programarea automatã a pieselor, supravegherea
maşinii-unelte, corecţia programelor piesã, funcţii legate de organizarea şi
planificarea procesului de fabricaţie ş.a. La aceste sisteme de comandã, un mare
avantaj îl constituie eliminarea cititorului de bandã, element slab al echipamentelor
de comandã numericã. Sistemele DNC cuprind urmãtoarele: sistemul de programe
standard şi specializate (elaborate de fabricantul calculatorului) şi programele
piesã, elaborate de utilizatorul maşinii-unelte.
Atat DNC cat si CNC pot lucra in varianta ACC si ACO
ACC – Adaptiv Control Constrain (comanda adaptive de constrangere)
Sistemul MU e constrans sa lucreze intre anumite limite
[ s{nmin=;nmax= sau F{wmin=;wmax= ] ale parametrilor regimului de aschiere
ACO – Adaptiv control optimization ( comanda adaptive optimala )
In baza unui soft dinainte stabilit, in fct de tipul SF care se prelucreaza si tupul
sculei cu care se face prelucrarea se fac calcule regimului optim de aschiere si se
afiseaza pe display avansul, turatia si scula cu care trebuie facuta prelucrarea