Scurt istoric
Comanda numerica este primul echipament electronic de conducere
automata a unei masini-unelte, care a aparut in anul 1960. In anul 1970 se atinge
un prim varf cu echipamente care asigura controlul integral al procesului de
prelucrare cu masini-unelte, dar de flexibilitate redusa, datorita utilizarii, aproape
in exclusivitate a structurilor hardware cu sisteme de comanda specializate pentru
tipuri specifice de masini-unelte.
Se cunosc patru generatii de realizare a echipamentelor de comanda
numerica (ECN); cu elemente discrete, semiconductoare cu germaniu, sau siliciu,
cu circuite integrate si echipamente comanda numerica directa DNC. Programarea
manuala cedeaza tot mai mult programarii asistate de calculatorul electronic.
Formele noi de programare si conducere cu calculatoru 919g61j l, a masinii unelte cu
comanda numerica cu calculatorul CNC (Computerized Numerical Control)
foloseau minicalculatoare integrate in echipamentul masinii pentru comanda unui
singur agregat, iar cele cu comanda numerica directa DNC (Direct Numerical
Control) folosesc microprocesoare pentru comanda unui grup de masini-unelte.
Dezvoltarea sistemelor de comanda DNC si a centrelor de prelucrare a
facut posibila crearea sistemelor integrate flexibile de prelucrare, deosebit de
economice, in conditiile variate ale productiei industriale.
Scurta descriere a procesului de conducere automata a masinilor-unelte
Intr-o lume aflata in permanenta schimbare, in contextul cresterii varietatii
orto-tipo-dimensionale a calitatii produselor, abilitatea de a raspunde cu
promptitudine si eficienta la modificarile rapide ale necesitatilor si preferintelor
tot mai variate ale beneficiarilor, automatizarea s-a transformat intr-un adevarat
comandament al activitatii industriale, impunand producatorilor de bunuri
materiale acceptarea unei atitudini noi fata de capacitatile si sistemele traditionale.
In etapa actuala de dezvoltare si perfectionare a tehnologiilor folosite in
constructia de masini, prelucrarea prin aschiere cu ajutorul masinilor-unelte
comandate electronic ocupa un loc foarte important, deoarece deocamdata,
reprezinta o metoda economica de realizare a pieselor cu precizie dimensionala
ridicata. Astfel, in intreprinderile constructoare de masini, prelucrarile prin
aschiere reprezinta inca 60-75% din totalul manoperei uzinale consumate.
Dar cel mai mare avant il are, incontestabil, tehnologia informatica,
caracterizata, in principal, prin cresterea flexibilitatii, a memoriei calculatoarelor
si a vitezei de operare.
Atributele flexibilitatii fabricatiei pentru masinile-unelte cu comanda numerica sunt:
Avantajele utilizarii masinilor unelte cu comanda numerica[1]
Masinile-unelte moderne corespund in marea lor majoritate cerintelor de flexibilitate, productivitate sporita, structura cinematica simpla, actionari moderne, comanda realizata cu echipamente CNC pe un numar mare de axe (5 sau mai multe). De asemenea, acestora le sunt specifice: rigiditatea ridicata, precizia crescuta, o buna comportare dinamica si termica.
Caracteristicile cinematice, constructive si functionale sunt determinate de
complexitatea si diversitatea pieselor si materialelor de prelucrat, tipul productiei, materialele si performantele sculelor aschietoare, procedeelor tehnologice si parametrilor de process foarte diversi. Astfel, turatiile de aschiere sunt situate la multe din masini in domeniul Dnas: 50 30000 rot/min sau mai mult, vitezele miscarilor de pozitionare au valori ridicate, de 10000 15000 mm/min.
In ceea ce priveste piesele prelucrate (flanse, arbori, carcase, capace, placi, batiurii etc.) acestea sunt destinate unor produse din domenii foarte diverse: constructii de masini, energetic, nuclear, special, aerospatial, aparate, masini si utilaje etc. Acestea sunt
constituite dintr-un numar mare de suprafete cu pozitii si orientari diverse, fabricatia actuala trebuind sa asigure prin sistemele tehnologice corespunzatoare prelucrarea dintr-o singura prindere.
Aceste cerinte fac ca masinile-unelte sa fie prevazute din conceptie cu o structura
cinematica, cu ansambluri si sisteme de actionare si comanda specifice realizarii miscarilor de generare si de pozitionare. Intre acestea se regasesc unele sisteme care realizeaza inmagazinarea si transferul sculelor aschietoare, sisteme de paletare, mese rotative cu pozitie reglabila pe una, doua sau trei axe, capete revolver (la strunguri, masini de gaurit, masini de frezat, masini de rectificat), capete de frezat cu pozitionare unghiulara precisa pe una, doua sau trei axe (la masini de alezat si frezat, masini de frezat longitudinal, masini de tip Gantry, strunguri).
Utilizarea unor astfel de accesorii asigura fabricatia flexibila a unor piese prevazute cu un numar mare de suprafete interioare si exterioare orientate vertical, orizontal, sau pe oricare directie intre acestea, utilizand combinatiile dintre mese rotative si ansamblu arbore principal cu pozitionare dupa doua sau trei axe comandate numeric.
Astfel, se utilizeaza eficient facilitatile echipamentelor de comanda numerica. Rezulta o utilizare optima a sculelor aschietoare, precizie in generarea curbelor generatoare (plane sau spatiale) si/sau directoare, rugozitate mica a suprafetelor prelucrate.
Competitivitatea
Industria constructoare de masini este puternic influentata de capacitatea
unui producator de a se adapta la schimbarile tehnologice, ca si la viteza de
realizare a unui nou produs. Practica demonstreaza ca operatorul uman va trece in
spatele terminalelor, intervenind inteligent in adaptarea robotilor si a sistemelor
flexibile la gradul de organizare a productiei, la caracterul de unicat si la planul de
fabricatie.
Particularitatile si tendintele fabricatiei in constructia de masini pot fi
caracterizate prin:
impact al revolutiei tehnico-stiintifice, costul ridicat al mainii de lucru cu
calificare superioara; exigentele sporite in domeniul calitatii si preciziei de
prelucrare; dificultatea de a acoperi cu operatori umani cel de-al treilea schimb al
zilei de lucru; faptul ca 70-80% din volumul productiei are caracter de serie mica
si mijlocie, in loturi repetitive (sub 50 bucati), la tactul de 1-20 piese pe ora, atat
de ordin tehnico-economic, cat si social, pentru tendintele ce se manifesta in
prezent in conceptia si exigentele carora trebuie sa le raspunda actualele masini
aschiere nu reprezinta o solutie eficienta pentru cresterea productivitati muncii,
aceasta, pe de o parte, din cauza limitarilor tehnice si tehnologice conditionate de
vitezele optime de aschiere (determinate pe baza unui aparat matematic riguros,
care tine seama atat de conditionarile tehnice, cat si de cele tehnologice, de
materialele sculelor aschietoare etc.), iar pe de alta parte, din cauza ponderii foarte
mici pe care o detine timpul efectiv de prelucrare din totalul timpului necesar
executarii unui produs. Astfel, in conditiile in care piesa ramane pe masina unealta
o fractiune din timp reprezentand doar 5% din timpul total necesar
executarii ei, reiese deci ca timpul efectiv de prelucrare detine o pondere de numai
30% din acest procent, restul fiind necesar reglajelor, pozitionarilor, controlului,
mersului in gol. In acest context, reducerea timpilor auxiliari insotita in paralel de
maximizarea gradului de incarcare si a coeficientului de utilizare a masinilorunelte
au constituit solutii menite sa conduca la automatizarea fabricatiei.
coloana vertebrala a procesului de integrare pe baza tehnicii computerizate a
productiei. Ea se realizeaza prin asocierea unor dispozitive si utilaje complexe cu
sisteme de informatizare complicate, integrand intr-o viziune ierarhica unitara functiile de control, manipulare, transport si depozitare.
Calculatorul de proces. Componenta de baza in structura proceselor de prelucrare
Tehnica computerizata in structura proceselor de prelucrare a prezentat
trasaturile unei evolutii ascendente ca urmare a automatizarii masinilor-unelte
izolate, integrarii lor in sistem si a procesului de prelucrare condus de calculator.
Primul pas in computerizare a fost facut datorita introducerii masinilor cu
comanda numerica care permiteau ca datele programului piesa, memorate pe
purtatori adecvati (banda perforata, banda magnetica) sub forma de date numerice
codificate (in cod ISO, ELA etc.), impreuna cu informatiile de reactie provenite de
la traductoarele masinii sa fie decodificate si prelucrate numeric de catre un sistem
de comanda, ce emitea ulterior comenzii catre elementele de executie. Datorita
pretului ridicat al comenzii numerice (C.N.), complexitatii hardware-ului, fiabilitatii
scazute si gabaritului mare al calculatoarelor din prima generatie, s-a produs
un nou sistem de comanda prin calculator a masinilor-unelte, mai performant si la
un pret mai scazut, numit sistemul C.N.C. (Computerized Numerical Control sau
comanda numerica cu calculatorul), destinat conducerii unei singure masini-unelte
sau mai multor masini identice, pe care se executa aceleasi operatii, particularitatea
sa constituind-o integrarea in echipamentul masinii a unui microcalculator cu
programare libera. Functiile acestuia erau multiple, pornind de la citirea, memorarea, verificarea si editarea programelor piesa, supravegherea si comanda pozitiei sculei, afisarea pozitiei organelor mobile ale masinii, ajungand la modificari ale sistemului de referinta, interpolari pe mai multe axe (liniara, circulara, parabolica), comanda adaptiva si rulare de programe de test si diagnoza.
Utilizarea in arhitectura echipamentelor de comanda numerica specifice
masinilor-unelte a minicalculatoarelor, circuitelor integrate si in prezent a microprocesoarelor cu un grad de integrare pe scara larga a permis regandirea functiilor
echipamentelor, modularizarea sistemelor de comanda si reducerea ciclurilor de
elaborare a programelor, prin inlocuirea partiala sau totala a logicii cablate (cu suport fizic, relee, circuite tranzistorizate) cu logica programata (software). Cu toate acestea, cerintele crescande ale proceselor de aschiere, concretizate in restrictii deosebite de timp, necesitatea crearii unor functii de comanda, sporirea numarului de axe controlate pe masina-unealta, facilitatile imbunatatite de programare, diversificarea conditiilor de exploatare in medii industriale, nu au putut fi satisfacute integral decat in momentul in care procesarea serie, specifica arhitecturilor monoprocesor, a fost inlocuita de procesarea paralela a datelor, obtinuta prin dezvoltarea de tip multiprocesor. Astfel, s-a oferit echipamentelor de comanda un grad ridicat de adaptare si disponibilitate, indispensabile integrarii lor in structura sistemelor flexibile.
Limbaje de programare a comenzilor numerice
Calculatorul reprezinta elementul de legatura fundamental, care confera unitate, flexibilitate, mobilitate si autonomie operationala intregului system flexibil. Acesta s-a impus ca un mijloc eficient de rationalizare, integrare si optimizare a productiei, ca mijloc de colectare, prelucrare, transmitere si depozitare a volumului impresionant de informatii specifice desfasurarii unui proces de fabricatie, constituind elementul cheie al realizarii conceptului de flexibilitate, caracteristic proceselor de productie moderne.
Asistarea de catre calculator a proiectarii si fabricatiei, precum si a altor compartimente ale activitatii unei intreprinderi industriale: pregatirea, planificarea, supravegherea productiei, aprovizionarea, desfacerea si asigurare calitatii etc. incearca sa surprinda caracterul dinamic al interactiunii dintre functii, impunand crearea unui modul nou in jurul informatiilor despre produs, corespunzator arhitecturi spatiale, integratoare multinivel.
Calculatorul a reusit sa faca, in domeniul tehnologiilor de fabricatie, trecerea de la masina-unealta traditionala la masina informatizata, capabila sa actioneze inteligent.
Limbajele de programare a comenzilor numerice
Dezvoltarea limbajelor de programare a comenzilor numerice (APT,
EXAPT, TELEAPT, IFAPT, MITURN), aparitia robotilor industriali, comandati
de calculator si a dispozitivelor de manipulare si transport a pieselor si sculelor cu
comanda informatizata, conveiere, robocare, transfocatoare etc., au pregatit
conditiile necesare realizarii interconectarii diverselor masini izolate, in cadrul sistemelor de prelucrare, prin intermediul calculatorului.
Dezvoltarea actuala si viitoare in domeniul automatizarii masinilor-unelte
Dezvoltarea actuala si viitoare in domeniul automatizarii poate fi
sintetizata prin urmatoarele tendinte:
maririi numarului de scule, cresterii preciziei, etc..
pentru game largi de tipodimensiuni.
numerica, prin cresterea gradului de universalitate, reducerea costului de productie
si a gabaritului.
prevazute cu sisteme de schimbare a sculelor individuale, scula cu scula, sau in
bloc, a intregii cutii multiaxe, precum si sistemul de schimbare automata a
semifabricatului - asemenea masini poarta denumirea de complexe tehnologice,
datorita posibilitatilor foarte largi de prelucrare.
robotizarea lor.
optionala.
Programarea prelucrarii unor piese complexe necesita un mare volum decalcule, greu rezolvabile, prin metode si prelucrare manuala, generatoare de erori datorate programatorului uman, motiv pentru care se face cu ajutorul
calculatorului electronic, numindu-se programare asistata.
Bibliografie
[1] Ispas, C., Predincea, N., Ghionea, A., Constantin, G. (1997). Masini-unete. Mecansime de reglare. Editura Tehnica, Bucuresti.
|
