1.2 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 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)

C. Notiuni generale despre masinile cu comanda numerica

Axele si miscarile MUCN :

O masina unealta cu comanda numerica este alcatuita din masina unealta propriu-zisa si echipamentul de comanda numerica (CNC) . Din aceasta cauza , MUCN sunt fabricate in colaborare, de mai multe firme, unele realizand partea clasica, altele fiind specializate in partea de comanda numerica.

Echipamentele CNC ale masinilor unelte se prezinta intr-o gama foarte larga, fiind concepute dupa principiul comenzilor numerice de pozitionare sau de conturare. .

Echipamentele CNC se folosesc, in principal, la urmatoarele categorii de masini-unelte :

* masini de frezat

* masini de gaurit

* strunguri

*masini de rectificat

* masini de electroeroziune cu fir

* centre de stantat cu comanda numerica .

La acestea se adauga centrele de prelucrare si unele masini neconventionale, cum ar fi masinile de prelucrat prin eroziune electrica si chimica, masini de injectat mase plastice si masini de prelucrare cu plasma.

Din punctul de vedere al tehnologului programator sunt importante urmatoarele caracteristici ale echipamentului CNC :

- numarul de axe

- purtatorul de program

- memoria pentru inmagazinarea programelor

- modul de introducere a programelor

- posibilitatile de adaptare pentru legatura cu o memorie externa

- precizia obtinuta

Orice masina unealta executa miscari in raport cu niste axe specifice fiecareia. Stabilirea corecta a axelor este foarte importanta in cazul MUCN, deoarece programul tine cont de aceste axe. In comanda numerica s-a introdus notiunea de axa ca fiind o deplasare liniara sau o rotatie . Aceste miscari sunt executate de organele mobile ale masinii unelte cu comanda numerica .

Pentru a identifica axele unei MUCN, acestora li se atribuie o anumita simbolizare precizata in recomandarea ISO R- 841/1968 sau in STAS 8902 - 71 . Teoretic exista cazul general, cu 3 axe de translatie (X,Y,Z) si 3 axe de rotatie (A, B,C) in jurul primelor 3. Se spune ca avem in acest caz o masina in 6 axe. Daca tot ansamblul este montat pe un suport care la randul lui poate executa miscari, putem vorbi de masini in 7, 8 sau 9 axe . Aceste masini sunt de o mare complexitate si se proiecteaza de obicei pentru un scop foarte precis . Masinile care se intalnesc in practica au de obicei 2-5 axe, cele mai multe avand 2 sau 3 axe.

Cele mai cunoscute echipamente CNC sunt :

- Sinumerik, al firmei Siemens , Germania

- FANUC, Japonia

- Alcatel, Franta

-Mikromat, Germania

Axele pentru miscarile rectilinii formeaza un sistem de coordonate ortogonal drept care verifica regula mainii drepte. Axele de coordonate se atribuie diferitelor ghidaje dupa anumite reguli, dupa cum urmeaza :

Axa Z este paralela cu axa arborelui principal al masinii . Astfel, la o masina de gaurit sau de frezat, arborele principal antreneaza scula, in timp ce la un strung, axa Z coincide cu axa piesei. Daca masina nu are arbore principal, axa Z se alege perpendicular pe suprafata de asezare a piesei. Sensul pozitiv al axei Z corespunde deplasarii prin care se mareste distanta dintre piesa si scula.

Axa X este in general, orizontala si paralela cu suprafata de asezare a piesei. Ea este axa principala de deplasare in planul in care se face pozitionarea piesei fata de scula.

Axa Y se alege astfel incat sa formeze impreuna cu celelalte un sistem ortogonal drept, care se poate determina si cu regula mainii drepre din fizica.

Miscarile de rotatie se noteaza astfel :

- A - rotatie in jurul axei X

- B - rotatie in jurul axey Y

- C - rotatie in jurul axei Z

Obtinerea miscarilor se face fie prin deplasarea piesei, fie prin deplasarea sculei . Prin deplasare se intelege atat translatia cat si rotatia . Astfel, deplasarea sculei pe axa +X corespunde cu o deplasare a mesei pe directia -X. Acest lucru produce de multe ori confuzie in randul programatorilor MUCN si al operatorilor de la masina. Se greseste la stabilirea sensului de parcurs. Pentru a stabili corect sensurile de deplasare pe directia axelor se va respecta urmatoarea regula. : Pentru stabilirea sensului miscarilor se considera piesa ca fiind fixa iar miscarile sunt executate de scula.

In general nu toate axele unei MUCN sunt comandate numeric. Frecvent se contraleaza doua sau trei axe.In cadrul centrelor de prelucrare si a unor masini de frezat complexe, numarul axelor controlate poate ajunge pana la 6 ( 3 translatii si 3 rotatii) .

Daca axele X, Y, Z sunt comandate simultan, spunem ca avem o MUCN in 3 axe. Daca insa avem control pe toate cele 3 axe, dar numai 2 pot fi comandate simultan, cea dea treia ramanand fixa, se spune ca avem o masina in 2.5 axe (doua axe si jumatate) .

D. Programul si comanda numerica:

Sisteme de referinta

Orice miscare executata de MUCN se raporteaza la un sistem de referinta ortogonal drept. Originea sistemului este punctul in care X=0, Y=0, Z=0 respectiv A=0, B=0, C=0. Alegerea originii este arbitrara, atat pentru axele de translatie cat si pentru axele de rotatie.

Originea sistemului de referinta asociat masinii unelte poarta denumirea de punct zero al masinii sau nulul masinii . Pe MUCN, punctul zero al masinii reprezinta un punct fix si bine stabilit in spatiu, odata cu montarea traductoarelor si testarea masinii, adica a tuturor reglajelor in regim de comanda numerica. Fata de acest punct se pozitioneaza piesa de prelucrat pe masina. Masina in sine, axele de coordonate si punctul zero sunt de fapt un sistem rigid din punct de vedere geometric, cu un sistem de axe bine stabilit.

Orice piesa pe care o vom prelucra trebuie mai intai pozitionata fata de sitemul de coordonate rigid al masinii (OmXmYmZm) sau sistem absolut si apoi identificat punctul de unde incepe prelucrarea ( punctul de start) . Programul se scrie insa, fata de un sistem de referinta al piesei (OpXpYpZp) numit si sistem relativ, care se alege de programator. Acest sistem este legat de sistemul absolut al MUCN printr-un vector de pozitie. Aceasta operatiune se numeste pozitionarea piesei . Programatorul va trebui sa indice pe fisa tehnologica unde a ales sistemul d referinta si unde este punctul de start . Pozitionarea piesei are ca efect transformarea coordonatelor piesei din sistemul (OpXpYpZp) in sistemul (OmXmYmZm) printr-o translatie efectuata automat de MUCN.

In practica programarii, primul pas care trebuie facut este alegerea sistemului relativ al piesei (OpXpYpZp). Acest sistem se alege in asa fel incat exprimarea deplasarilor sculei sa se faca cat mai comod dupa desenul piesei.

Un alt criteriu ar fi posibilitatile de pozitionare a semifabricatului pe masa masinii. Nu exista reguli precise pentru alegerea acestui sistem. Cel mai bun ajutor in acest sens este experienta programatorului .

Pentru piesele spatiale trebuie sa se stabileasca cu atentie si planul Z=0. Aceasta alegere este foarte importanta deoarece in planele paralele cu planul X0Y au loc deplasarile de pozitionare ale sculei, iar o greseala de programare poate duce la atingerea accidentala a piesei de catre scula. Ca o masura de prevedere este indicat ca planul Z=0 sa se aleaga pe o suprafata plana cu altitudinea cea mai mare ( in cazul in care arborele principal este vertical)

E. Limbajul comenzii numerice :

Programele MUCN sunt formate dintr-o succesiune de coduri care definesc fazele de prelucrare ale unei piese. Un program este alcatuit in principal din fraze care sunt scise intr-o suucesiune logica. Fiecare fraza se compune din mai multe cuvinte NC. Un cuvant este compus dintr-o adresa urmata de un grup de cifre. Adresa defineste memoria sau circuitul de executie din unitatea de comanda in care trebuie sa ajunga comanda iar grupul de cifre defineste comanda.

In cadrul frazelor fiecare comanda se transmite codificat printr-o succesiune de caractere . Un carcter reprezinta de fapt o combinatie de gauri de pe un rand al benzii perforate sau o combinatie de biti in cazul suportilor magnetici. Totalitatea caracterelor utilizate in programarea MUCN alcatuiesc codul de programare.

Atat in cazul benzilor perforate cat si al memoriilor magnetice, frazele sunt separate prin niste caractere speciale (LF, CR).

Aranjarea cuvintelor in fraza defineste un format care asigura interschimbabilitatea benzilor suport-program pentru diferite sisteme de comanda numerica. In principiu, cuvintele pot fi codificate pe banda in orice ordine, dar considerente de ordin practic si logic impun o anumita ordine, cum ar fi :

N- numarul blocului ( frazei) ;

G - functii pregatitoare ;

X,Y,Z- adrese geometrice

F,S,T - adrese tehnologice

M- functii auxiliare

Informatiile pe care le contine un program provenite din desenul piesei si fisa tehnologica se pot clasifica in informatii geometrice, tehnologice si auxiliare.

F. Informatii geometrice :

Informatiile geometrice transmit MUCN date referitoare la directia si sensul de deplasare, precum si marimea acestor deplasari. Toate echipamentele au posibilitatea de deplasare in coordonate absolute sau relative. Orice deplasare relativa dupa o anumita directie, este pozitiva daca miscarea se face in sensul pozitiv al axei respective si negativa daca se face in sens contrar.

Structura cuvintelor prin care se transmit informatii geometrice cuprinde o adresa, prin care se defineste axa dupa care are loc deplasarea, urmata de un grup de cifre reprezentand coordonata unui punct. Semnul coordonatei se plaseaza imediat dupa adresa, prin el se precizeaza sensul de deplasare pe axa respectiva.

Exista si o serie de echipamente numerice la care semnul "+" nu este obligatoriu de specificat. La astfel de echipamente lipsa oricarui semn de dupa adresa va fi interpretata ca fiind semnul "+".

In scriere formala, pentru un anumit echipament, un format cu cuvinte de adresa se poate indica (DIN 66025) astfel :

N20 G02 X-243.75 Y+32.05 I+245.70 J-16.05 F40 S450 T02 M3

in care : N20 - numarul frazei, G02 - adresa pentru tipul traiectoriei ( aici arc de cerc) X,Y- punctul de la capatul arcului, I,J- centrul arcului de cerc, F40- avansul , S450- turatia, T02- numarul de ordine al sculei, M03- pornirea arborelui principal.

Pe echipamentele moderne se pot programa, in afara de coordonate, si alte informatii geometrice referitoare la compensarea lungimii si a diametrelor sculelor. Cu aceste informatii se pot "corecta" din exteriorul programelor, coordonatele de pe banda perforata (magnetica) in functie de lungimea sau diametrul sculei.

Acest lucru este foarte important deoarece permie scrierea programelor fara a cunoaste lungimea si diametrul sculei. Ambele corectii se introduc de pe consola echipamentului de comanda numerica printr-o adresa specifica, urmata de un grup de cifre care reprezinta valoarea corectiei.