8/16/2019 04b_Pachet nr 4

1/29

Capitolul II.

FLUXURI ÎN STRUCTURA SFF

2.1. FLUXUL MATERIAL ÎN STRUCTURA SFF.

Fluxul material în SFF cuprinde:1. fluxul pieselor (reperelor) de prelucrat;

2.fluxul sculelor;3. fluxul dispozitivelor.

Acestor fluxuri le corespund unităţi funcţionale:1. de transport(ST) – transportoare - suspendate

- la sol--- ghidate mecanic--- ghidate optic--- ghidate inductiv

2. de stocare(SS) - magazii, posturi de stocare;3. de manipulare(SM)  - roboţi;

- manipulatoare;Integrarea celor 3 categorii de unităţi funcţionale (ST, SS, SM) crează căi

flexibile de transfer pentru fluxul material într-un sistem flexibil.În figura 2.1 se prezintă schema structurală de circulaţie a unei piese într-un SFF 

Legendă: operaţii de manipulare ⊂⊃ operaţii de depozitare şi stocare

Fig. 2.1. Circula ţ ia unei piese într-un sistem flexibil

Observa ţ ii : 1.Când pentru transport se folosesc roboţi, atunci aceştia funcţionează în poziţionare“punct cu punct”, în comandă cu viteze propor ţionale (se folosesc de obicei pentru transportul sculelor).

2. La transportul pieselor, dispozitivelor se folosesc robocare care realizează deplasări cu gener ări de traiectorii, controlând viteza şi poziţia prin acceler ări/deceler ări.

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

2/29

2.2. FLUXUL INFORMAŢIONAL ÎN SFF.

2.2.1. Destinaţia fluxului informaţional Proiectarea tehnologiei în SFF  se supune concepţiei modulare a SFF,

 pentru fiecare modul fiind alocate componente tehnologice specifice.Proiectul tehnologic în producţia automatizată  flexibil trebuie să 

urmărească trei direcţii:1. stabilirea exactă a necesităţilor şi obţinerea unui flux optim de fabricaţie,

utilizând resurse software corespunzătoare;2. alimentarea directă cu date a dispozitivelor inteligente de prelucrare din

cadrul SFF (m.u. CNC, roboţi, sisteme de transfer, maşini de control automat, etc.).3. conducerea directă a execuţiei pieselor prin terminale de date actualizând

 permanent imaginea producţiei în calculator.

Fig. 2.2. Structura integral ă a modulelor specifice activit ăţ ilor tehnologicedin structura unui SFF  

Structura modulată  a SFF  şi a funcţiilor conexe este prezentată  în figura2.2. Fiecărei funcţii îi corespunde un flux informaţional.

Realizarea fluxului material începând cu intrarea produselor sub formă de piese brute până  la expedierea produselor sub formă  de piese finite presupune

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

3/29

operaţii: de gruparea resurselor, de încărcare, ordonanţare şi control operativ (vezi fig. 2.3).

TEHNOLOGIE

Ordonanţare•  maşinii•  SM/T•   palete

• 

scule etc.

Încărcare•  încărcare a SFF•  lotizare•  încărcare a

Gruparea resurselor •   piese în familii•  maşini în SFF

 Fig. 2.3. Succesiunea secven ţ elor tehnologice 

Ierarhizarea structurii fluxului informaţional este prezentată în figura 2.4:

Fig. 2.4. Ierarhizarea fluxului informa ţ ional

 Nivelul de comandă  a utilajelor - vizează  dispozitivele de automatizare amaşinilor inteligente (automate programabile, comenzi numerice CNC şi DNC).

 Nivelul de conducere a procesului - vizează  conducerea cu calculatorul amai multor dispozitive automate de fabricaţie din cadrul CFP şi CFF, gestiunea

magaziilor, conducerea sistemelor de transport, asigurarea calităţii produselor.

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

4/29

 Nivelul de conducere a producţiei - emite documenta - emite documentaţiade fabricaţie şi prin circuitul de reacţie se determină ce operaţii au fost realizate, ceanomalii au apărut şi ce corecţii sunt necesare.

 Nivelul de planificare şi dispoziţie - administrază  cererile de producţie şigestionează materialele şi capacitatea de producţie.

2.2.2. Organizarea informaţiilor în SFF

Fiecare din componentele prezentate în structura modular ă  a sistemuluiinformaţional din SFF necesită  pentru funcţionare un flux informaţional a căruistructur ă purtătoare (sub formă de programe) este prezentată în fig. 2.6.

SISTEME DE OPERARELIMBAJE DE PROGRAMAREDRIVERE DE ECHIPAMENTE

 NESTANDARD

ELABORARE PROGRAME PIESĂÎNTREŢINERE DATECONDUCERE OPERATIVĂ A FABRICAŢIEICONTROLUL FUNC IONĂRII SISTEMULUI

MIJLOACE DE INTERCONECTARE ECHIP.MIJLOACE DE ORGANIZARE - ADMINISTRAREA BAZEI DE DATE INFORMATICEMETODE DE MODELARE

METODE DE OPTIMIZAREMETODE DE DIAGNOSTICARE

DE BAZĂ

GENERARESISTEM

FUNCŢIONALE

 Fig. 2.6. Organizarea informa ţ iilor în SFF  

2.2.3. Conţinutul fluxului informaţional în SFF

Informaţiile, ca şi acţiunile de automatizare a proceselor tehnologiceasociate unui sistem flexibil de prelucrare, se supun organizării pe trei nivele

ierarhice a funcţiilor de calcul şi de comandă :

I. Pregătirea tehnologică şi planificare fabricaţiei ;II. Comanda şi coordonarea proceselor tehnologice şi informaţionale ;III. Comanda locală  şi supravegherea elementelor sistemului flexibil de

 prelucrare .

Pe fiecare dintre aceste nivele apar grupe de sarcini care sunt distribuite şi

executate de elemente şi echipamente de calcul şi automatizare On-Line şi Off-Line:A) Sarcini pentru desf ăşurarea proceselor de prelucrare pe MU, CP, CFP ;

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

5/29

B) Sarcini pentru organizarea şi comanda fluxului de materie ;C) Sarcini pentru achiziţia şi prelucrarea datelor de exploatare.

Avem aşadar două multimi formatoare :- {I ; II ; III} - nivele ierarhice- {A, B, C}  - sarcini.

O analiză  morfologică  a celor două  multimi formatoare detaliază 

componentele fluxului informaţional într-un sistem flexibil de prelucrare :

Tab. 2.1. Generarea morfologică a con ţ inutului flux. informa ţ ional  Pregătirea tehnologică şiplanificarea fabricaţiei I IA IB IC

Comandă şi coordonare aproceselor tehnologice şi

informaţionaleII IIA IIB IIC

Comandă locală şisupravegherea elementelor

sistemului flexibil de prelucrăriIII IIIA IIIB IIIC

A B CSarcini pt.desfasurareaproceselor deprelucrare peMuCNC 

Sarcini pt.organizareasi comandafluxuluimaterial 

Sarcini pt.achizitia siprelucrareadatelor deexploatare 

I A)  Pregătirea tehnologică a fabricaţiei cuprinde :1. elaborarea planurilor de lucru : stabilirea proceselor de lucru, asuccesiunii fazelor de prelucrare, a planului de prindere şi a planuluisculelor ;2.- elaborarea şi gestiunea of-line a programelor CN ;3. pregătirea mijloacelor de exploatare, gestionarea fişierelor pentru

 pregătirea fabricaţiei : scule, maşini, materiale auxiliare, dispozitive).

I B)  Comanda fabricaţiei (secţiunea de planificare) :1. planificarea ciclurilor, a timpilor de fabricaţie şi a capacităţii utilajelor

(planificarea încărcării), luând în considerare starea reală  a maşinilor, amaterialelor, amijloacelor de transport şi de manipulare ;2.elaborarea programelor pentru o periadă planificată  (include : funcţii decomandă  cu repartizarea sarcinilor de fabricaţie, estimarea disponibiltăţiimatertialelor).

I C)  Sistemul informaţional de exploatare internă (management).1. prelucrarea datelor de exploatare pentru planificarea fabricaţiei (calculcosturilor, optimizarea programelor CN, supravegherea calităţii,recunoaşterea locurilor înguste);

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

6/29

2.  prelucrarea datelor de exploatare pentru conducerea fabricaţiei :urmărirea execuţiei sarcinilor, recunoaşterea locurilor înguste, calcululnecesarului de mijloace de prelucrare şi de materiale, reacţii decizionale lasemnalări de avarii şi deranjamente de la unităţile funcţionale ale SFP) ;3. ordonarea şi sistematizarea informaţiilor : statistici, tabele comparative,grafice.

II A)  Funcţii de tip DNC, pentru conducerea numerică directă 

1.  administrarea on-line (în raport cu desf ăşurarea proceselor tehnologicedin SFP) a programelor CN, constând din :

- citirea, memorarea, emisia, copierea, protocolarea şi ştergerea programelor CN ;

- căutarea programelor CN ;- protecţia (la transmisie) a datelor CN ;- comprimarea fişierelor CN ;- corecţia datelor CN (permanent).

2.distribuirea datelor CN, constând din :- pregătirea programelor CN (apelarea programului CN din fişierul

organizat în memoria externă, verificarea parametrilor de începutde program, pregătirea zonei tampon de emisie) ;

- transferul datelor CN (prelucrarea codurilor de programe CN, emisia programelor CN, gestionarea zonelor memoriei de lucru asistemului central de calcul şi a zonelor sale tampon de ieşire).

II B)  Comanda organizatorică a fluxului de materiale :

1. funcţiile par ţiale ale conducerii fabricaţiei constând din :- prelucrarea informaţiilor privind dotarea SFP ;- elaborarea directivelor de detaliu (prelucrarea planului de dotare pe

 baza unor criterii obiectiv definite : încărcare maximă a maşinilor,timpi minimi de alimentare, reechipare, prelucrare) ;

- programarea preliminar ă  a tipurilor şi a ordinii proceselor de prelucrare pentru fiecare unitate funcţională (maşină, utilaj) ;

- supravegherea desf ăşur ării fabricaţiei în ansamblul ei, adisponibilităţilor ;

- elaborarea de comenzi şi de reconfigurare a fluxului de materiale, caurmare a analizei defecţiunilor, a repornirii utilajelor ;

2. funcţia de comandă pentru fluxul de materiale :- prelucrarea informaţiei de stare şi analiza desf ăşur ării procesului de

fabricaţie;- comanda desf ăşur ării transportului (identificarea informaţiei de stare

 privind transportul, eventual emisia comenzilor de poziţionare pentru elementele ST) ;

- controlul schemei sinoptice privind transportul şi depozitareamaterialelor.

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

7/29

 II C)  Achiziţia de date de exploatare la nivelul conducerii

întregului proces de fabricaţie :1. achiziţia şi memorarea datelor constând din :

- estimarea par ţială de date de exploatare din baza de date de comandă din II B ;

- ADE de la interfeţele de conectare cu procesele ;- prelucrarea primar ă  a datelor : corelaţie logică, completare,

decodificare, memorare temporar ă, control de încărcare în limitede plauzibilitate ;

2. prelucrarea datelor constând din :- calcule aritmetice, interpolări de date ;- reactualizări ale fişelor de materiale şi scule existente şi a informaţiei

referitoare la desf ăşurarea temporală a fabricaţiei ;- supravegherea ciclică  a proceselor şi echipamentelor locale de

automatizare ;- modificare a datelor de comandă  şi raportare la nivelul ierarhic

superior prin protocoale DNC.

III A)  Prelucrarea datelor CN, cuprinde :1.  prelucrarea datelor de geometrie : înterpolare, reglare de poziţie,controlul vitezei în regim de accelerare/decelare, funcţii auxiliare ;2. prelucrarea datelor cu caracter tehnologic : comenzi convenţionale,secvenţiale, schimbarea sculelor, comutarea fluxurilor de energie ;3. prelucrarea logică a semnalelor de comandă şi de stare asociate

maşinilor ;5. corelaţia datelor CN (par ţial).

III B)  Prelucrarea datelor de comandă a ST, SS, SM :1.  comanda stocatoarelor, a magaziilor locale şi a zonelor de tampon dedepozitare pentru piese ;2. identificarea materialelor transportate (în special piese) ;3. estimarea poziţiei reperelor ;4.stabilirea traseelor pentru fluxul de materiale şi comanda desf ăşur ăriitransportului ;5. comanda dispozitivelor de transport şi de manipulare.

III C)  ADE manuală, par ţial sau total automată  la niveluldispozitivelor locale de automatizare.

1. achiziţia informaţiei de stare referitoare la :- MU (stare funcţională, consum energic, timpi de lucru, timpi

auxiliari) ;

- fluxul de materiale (stare, timpi de deplasare, tipul reperelor) ;

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

8/29

- piese (starea prelucr ării, timpi de prelucrare, date privind controlulcalităţii) ;

- scule (uzur ă, durabilitate).2. prelucrarea primar ă şi memorarea temporar ă a datelor de exploatare ;3. preluarea mesajelor de la procese şi prelucrarea lor ;

2.3. ELEMENTE DE INTERFAŢARE A FLUXULUI

MATERIAL CU FLUXUL INFORMAŢIONAL

Operaţiile elementare într-un SFF  sunt coordonate prin fluxulinformaţional. Aceasta necesită  interfaţarea fluxului informaţional cu cel material.Se prezintă în continuare modul în care fluxul informaţional se interfaţează cu fluxulmaterial.

2.3.1. Apelarea fluxului informaţional prin intermediul piesei

Conform acestei metode(v.fig. 2.7), o paletă  personificată  îşi caută  omaşină unelată liber ă, pregătită pentru prelucrare şi capabilă să execute frecvenţa deoperaţii necesare.

Aceasta se realizează prin compararea codului paletei cu numărul maşiniiunelte din sistem.

Operaţiile care au loc sunt cele din legenda figurii.Observaţie  : Personificarea paletei - inscripţionarea (de regulă pe un cip)

 paletei având în vedere tipul piesei, seria piesei, starea piesei (faza, operaţia etc.)

Fig. 2.7. Schemă de apelare a fluxului informa ţ ional prin intermediul piesei  

Ce are specific aceast ă procedur ă ? - alegerea m.u. este întâmplătoare (o alege pe aceea care este liber ă  la

momentul dat);

- toată cantitatea de informaţie sta la UCC de unde este distribuită la diverseMU funcţie de solicitări.

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

9/29

Datorită acestui lucru nu se poate face nici o asociere piesă - MU,comandanumerică a MU neavând la dispoziţie nici o decizie referitoare la piesă ;

- procedura permite flexibilitate mare ;- personificarea paletelor este mai scumpă.

2.3.2. Apelarea piesei prin fluxul informaţional

Conform acestei proceduri, programul de prelucrare este transmis total laCN, care aşteaptă  până  pe bandă  sau în sistemul de transport apare piesa asociată 

 programului.Atunci este selectată şi distribuită MU.

Fig. 2.8. Schemă de apelare a piesei prin fluxul informa ţ ional

Ce are specific aceast ă procedur ă ?

- necesită un schimb de informaţii mai mic cu UCC ;- permite asocierea secvenţelor de prelucrare a pieselor cu anumite maşinisin SFF ;- personificarea paletei este mai simplă şi ca atare mai ieftină ;- este o procedur ă specifică sistemelor cu grad de flexibiliate mai redus.

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

10/29

Capitolul III.

COMPONENTE SPECIFICE AUTOMATIZĂRII

FLEXIBILE A SFF 

3.1. COMANDA ADAPTIVĂ 

Pătrunderea structurilor microprocesor în domeniul conducerii numerice aMU şi în contextul flexibilităţii impuse automatizării de către sistemele flexibile deprelucrare, a f ăcut posibilă implementarea funcţiei de comandă adaptivă pe maşinileunelte.

Prin intermediul traductoarelor specifice, echipamentele CNC, culeginformaţii din procesul de prelucrare, pe care în conformitate cu o strategiepredeterminată, îl pot influenţa calitativ sau tehnico-economic.

Scurt istoric:  Experimentată  încă  în anii 1960 de firme americane şi

japoneze (Acramizer Cincinnati Milacron, Bollinger - USA, Toyota, Makino,Milling, Hitachi - Japonia), o creştere evidentă  a interesului pentru comandaadaptivă  CA  apare începând cu anii 1979-1980 prin pătrunderea structurilormultiprocesor în domeniul conducerii numerice cu calculator a MU şi în contextulde extensii funcţionale şi de flexibilitate impuse automatizării de sistemele deprelucrare.

Procesul de aşchiere la maşinile cu comandă numerică clasice este precizată prin mărimi de comandă  stabilite apriori, în timpul elabor ării programului de

comandă numerică (off-line), vezi fig. 3.1. a.

Fig. 3.1. Schema de principiu a comenzii adaptive a) - CN  -comanda numerică clasică;

 b) - CNC - CA -comanda numerică cu comandă adaptivă; 

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

11/29

Mărimile de comandă :- tehnologice - t - adâncime de aşchiere se stabilesc

- s - avans de aşchiere în timpul- v - viteza de aşchiere elabor ării

- geometrice - x - deplasarea pe axa x programului- y - deplasarea pe axa y (Off-Line) - z - deplasarea pe axa z la CNC - calsice

Perturbaţii :- variaţii a lui t ca urmare a variaţiei adaosurilor de prelucrare ;- variaţii ale durităţii materialului ;- neomogenitatea materialului.

Perturbaţiile se manifestă  aleator, apar imprevizibil şi pot determina ca

alegerea t, s, v  să  se facă  în condiţiile cele mai defavorabile pentru a asiguracontinuitatea procesului.Din punct de vedere sistemic, procesul este f ăr ă reacţie.Ca atare, procesul se desf ăşoar ă în aceleaşi condiţii (f ăr ă să reacţioneze) fie

că apar perturbaţii, fie că nu apar. Sistemul este astfel nejudicios folosit.Evitarea acestui fenomen se face prin introducerea în sistem a unei recţii,

(v. fig. 3.1. b.)Prezenţa în sistem a regulatorului  (ca element de CA), face posibilă  (prin

compararea informaţiilor din proces cu cele de referinţă) luarea deciziilor On-Line,de modificare a mărimilor de comandă funcţie de proces.Astfel de sisteme sunt numite sisteme cu comandă adaptivă CA.

3.2. CLASIFICAREA SISTEMELOR DE COMANDĂ ADAPTIVĂ 

1. Funcţie de mărimile măsurate:- CA de tip tehnologic - v, s, t - CA de tip geometric - x, y, z (deplasări sau deformaţii)

2. Funcţie de indicii de performanţă:- Sisteme de reglare la valori limită, ACC (Adaptive Control

Constraint) - controlează automat la limită unul dintre parametrii putere, for  ţă , cuplu, protejând la suprasolicitare MU, scula sau

 piesa ;- Sisteme de reglare optimală  ACO (Adaptive Control

O ptimization) - asigurând un criteriu tehnico-economic extremizat(minim sau maxim).

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

12/29

n figura 3.2. este prezentată  o clasificare a sistemelor de comandă adaptivă, evidenţiind limitările, criteriile de performanţă şi traductoarele necesare.

Fig. 3.2. Clasificarea sistemelor de comand ă adaptivă 

Observaţii : 

1. CA - nu poate exista f ăr ă contextul general al comenzii numerice, care-şimenţine în continuare funcţia de generare a traiectoriei punctului de intersecţiesculă-piesă. Rolul CA este de a introduce în mod suplimentar o funcţie de adaptare,

cu destinaţie în mod precis asupra parametrului viteză, ca o extensie a flexibilităţii.

2.  Realizarea unor obiective, precum împăr ţirea automată  a adaosului deprelucrare necesită implementarea funcţie ACO, implicând utilizarea unui procesorcapabil să  execute ÎN TIMP REAL  (On-Line) un volum important de calculearitmetice.

3.  Sistemele CA  geometrice asigurând o anumită  precizie geometrică  asuprafeţei prelucrate, se utilizează în domeniul prelucr ărilor de finisare ;

Sistemele ACC, ACO  definite ca sisteme tehnologice, se utilizează  cuprecădere pentru operaţii de degroşare.

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

13/29

3.3. FUNCŢIA ACC - REGLARE LA VALORI LIMITĂ 

În figura 3.3. este redat principiul reglării la valori limită  (ACC) pentruprelucr ări de strunjire.

Mărimea măsurată  -este curentul   absorbit de la reţea de motorulacţionării principale.

Mărimea reglată  -este  puterea de aşchiere, reflectând gradul de

încărcare a strungului (a maşinii unelte).Mărimea de referinţă  - viteza de avans.

Fig. 3.3. Principiul regl ării la valori limit ă (ACC) pentru prelucr ări de strunjire 

Principiu:  Regulatorul compar ă  mărimea mă surat ă  cu referin ţ a  şitransmite sec ţ iunii CN (de comand ă numerică ) decizii asupracomenzii (regl ării) vitezei de avans. 

Dezavantaj: Acest tip de structuri se caracterizează prin faptul că punctulde măsurare se află  departe de zona de aşchiere,introducând întârzieri între momentul când se producmodificări ale puterii de aşchiere şi momentul când acesteasunt sesizate. Rezultă  aşadar o comportare cu iner ţii mariale reacţiei.

Soluţia: Înlăturarea dezavantajului amintit constă  în măsurarea directă  aeforturilor de aşchiere (for ţa de aşchiere Fz sau a momentului deaşchiere). Aceasta presupune existenţa unor elemente traductoarespecifice parametrului de măsurat (for ţă sau moment) adaptabile

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

14/29

fiecărei cinematici (strunjire, frezare, rectificare etc). Sunt prezentate în continuare câteva traductoare specifice cinematiciicorespunzătoare operaţiilor de strunjire, frezare, rectificare.

Fig. 3.4. Schema de principiu a unui senzor cu traductor magneto elastic. 

Principiu de funcţionare :

Componenta FTR   a for ţei FZ  modifică  permeabilitatea magnetică  pe atraductorului TR , care este apoi transmisă blocurilor de prelucrare.

Traductorul se caracterizează  prin rigiditate ridicată, repetabilitate bună,

lipsa uzurii.

Fig. 3.5. Schema de principiu pentru măsurarea momentului de torsiune 

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

15/29

Măsurarea momentelor de torsiune se face de regulă cu mărci tensiometricepregătite în diferite montaje (v. fig. 3.5).

Fig. 3.6. Principiul măsur ării uzurei sculei folosind senzori cu fibr ă de sticl ă 

Uzura sculei constitue un parametru de bază  în sistemele cu comandă adaptivă. Sunt cunoscute nenumărate soluţii referitoare la măsurarea uzurii sculei înprocesul de aşchiere având la bază principii optice, acustice, pneumatice etc.

În figura 3.6. principiul măsur ării constă  în comparaţia gradelor dereflectare ale faţetei uzate şi a restului suprafeţei sculei a luminii transmise pesuprafaţa sculei pein nişte benzi de fibre optice.

Senzorul măsoar ă uzura discret la intervale de timp predeterminate.

Observaţie:  Reducerea ciclurilor de prelucrare presupune şi optimizareamişcărilor de apropiere rapidă. Din acest motiv, comenzile adaptive suntînzestrate tot mai frecvent cu senzori pentru apropiere rapidă.

Palpatorul, montat sub plăcuţa de aşchiere, la o distanţă  corespunzătoaresub centrul piesei, permite apropierea rapidă, până la distanţe predeterminate.

Există  nenumărate variante de senzori pentru putere, vibraţii, săgeataarborelui principal, etc.Prezentarea lor nu face obiectul preocupărilor noastre, iar exemplele

anterioare au fost menite să  faciliteze înţelegerea faptului că  înlăturareadezavantajului prezentat mai înainte (iner ţie mare a reacţiei) prin soluţia (măsurarea

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

16/29

directă  a eforturilor de aşchiere) aduce un alt neajuns - complicarea sistemului demăsurare şi utilizarea de senzori specifici fiecărui tip de schemă de aşchiere.

Fig. 3.7. Senzor electro-mecanic pentru apropiere rapid ă a sculei de piesă . 

Alegerea uneia sau alteia din variante necesită totdeauna un compromis (dedorit cu efecte minime). 

Programarea parametrilor tehnologici la maşinile unelte cu CN prevăzutecu ACC se face numai în faza de iniţializare a programului prin indicarea valorilorlimită maximă şi minimă.

Strategia care s-a impus în cazul strunjirii este strunjirea la for ţă constantă.Se ştie însă că for ţa de aşchiere are o variaţie puternic neliniar ă, de tipul:

F C S t k s tz Fzy x

sFz Fz= ⋅ ⋅ ≅ ⋅ ⋅   (3.1.) 

unde:- s - avansul [mm.rot-1];- t - adâncimea de avansare [mm];- Cfz  - constantă  de propor ţionalitate ţinând cont de material,

geometria cuţitului, lichide de r ăcire etc.;- k s - presiune specifică;- yFz , xFz - conform teoriei aşchierii.

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

17/29

Principiu: Analizând relaţia for ţei, se vor lua în considerare, la programare,numai valorile limită ale adâncimii de aşchiere şi ale avansului, valoricare definesc zona în care sistemul adaptiv se autopropulsează.

Fig. 3.8. Principiul prelucr ării la for  ţ a constant ă la strunjire

Într-o astfel de strategie se va programa numai valoarea for  ţ ei maxime deaşchiere.

 Perturba ţ iile care se manifestă asupra procesului de strunjire sunt:- variaţiile importante ale adaosului de material - cu influenţă  asupra

variaţiei adâncimii de aşchiere;- variaţiile durităţii materialului cu influenţe asupra variaţiei for ţei de

aşchiere.Valoarea for ţei programate include o constantă  de propor ţionalitate între

adâncimea de aşchiere şi for ţa maximă admisibilă.

Fz = k s . t . S (3.2)

Ca mărime de reglare a for ţei de aşchiere se va utiliza avansul, ce poate fimodificat prin intermediul vitezei de avans:

sw

n=   , n - turaţia şurubului de avans; (3.3) 

Sarcina - sistemului ACC  este de a regla avansul în aşa fel încât for ţamăsurată în timpul procesului de aşchiere să r ămână constantă.

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

18/29

Dar mai întâi să explicităm influenţa turaţiei şurubului principal de avans nasupra comportării dinamice a procesului de strunjire, caracterizat prin for ţa F detăiere.

Observaţia 1.  Se observă  că  valoarea for ţei de aşchiere se stabilizează, laaplicarea unei adâncimi de aşchiere constantă  şi a unei vitezeconstantă w = ct., după o rotaţie a şurubului de avans.

Observaţia 2.  Evoluţia for ţei se manifestă  de aceiaşi manier ă  la modificareatreptată a vitezei de avans în condiţiile unei aşchieri la adâncime t= ct. (adică  stabilirea for ţei se produce după o turaţie a arborelui principal.

Aceste observaţii sunt importante pentru proiectarea sistemului automat de

menţinere constantă  a for ţei de aşchiere din punct de vedere al promptitudinilorreacţiei.Concluzie: La variaţiile avansului, timpul de reacţie al for ţei trebuie să 

fie > 1/n, altfel for ţa va fi sensibilă  la alte perturbaţii, nu la avans, iar procesul decomandă este nefidel.

Având în vedere că  menţinerea constantă  a vitezei de aşchiere areimportanţă  deosebită  asupra calităţii suprafeţei, la diametre diferite, echipamentelemoderne CNC asigur ă  menţinerea constantă  a vitezei de aşchiere v la diferite

diametre a piesei.În aceste condiţii devine recomandabilă menţinerea constantă  a puterii deaşchiere P (în locul for ţei) prin măsurarea momentului M, între for ţa, moment,viteză existând relaţia:

P M n F rn= =2 2π π   (3.4) 

Fig. 3.9. Evolu ţ ia for  ţ ei de aşchiere la t=ct., la pătrunderea şi ieşirea din aşchiere

 

Fig. 3.10. Evolu ţ ia for  ţ ei de aşchiere înraport cu avansul (viteza de reac ţ ie) 

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

19/29

Prin urmare în fig. 3.11 este reprezentată  schema bloc a unui sistem dereglare automată a puterii de aşchiere utilizând drept măsur ă a gradului de încărcarea maşinii momentul de aşchiere M.

CNA - convertor numeric - analogicCAN - convertor analogic - numeric 

Fig. 3.11. Schema bloc a sistemului automat de reglare a puterii de aşchiere 

Mărimea de comandă este viteza de avans wr, preluată ca referinţă de CNC.Comenzile emise de CNC sunt convertite din numeric în analogic, în blocul

CNA, sunt transmise procesului de aşchiere sub forma de viteză  de avans. Untraductor de moment măsoar ă  momentul de aşchiere. Un bloc multiplicator ⌧ înmulţeşte M cu nk pentru a rezulta puterea (P = M2πn), care este transmisă unui

bloc comparator Σ  unde se compar ă cu puterea de referinţă Pr.Eroarea ε este multiplicată, în sensul de a putea măsura pe mai multe scări

multiplii (sau submultiplii) puterii de referinţă Pr.La ieşirea din regulator se obţin procente din şr (referinţa de avans). Se

multiplică  cu Sr, apoi cu W şi se obţine viteză  de avans de referinţă, care seconverteşte în semnal numeric şi se transmite comenzii numerice. Funcţie de aceastaechipamentul emite o nouă frază de comandă numerică.

Pentru a respecta condiţia, timpul de reacţie >1/n, în schema bloc seintroduce un bloc care memorizează valoarea maximă a momentului pe o perioadă egală cu timpul necesar unei rotaţii a şurubului de avans.

Dacă succesiunea frazelor de CN implică apariţia curselor în gol (apropierede piesă, ieşiri temporare din material), acestea se execută cu viteze de avans rapide.

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

20/29

3.4. APLICAŢIE TEHNOLOGICĂ A ACC : DIVIZAREAAUTOMATĂ A ADAOSULUI DE PRELUCRARE

Pe lângă  funcţia de reglare la valori limită, funcţia ACC rezolvă  şiproblema împăr ţirii automate a adaosului de prelucrare, asigurând astfel următoareleavantaje:

-independenţă de forma piesei brute;

-reducerea timpilor de prelucrare;-protecţia MU şi a sculei;-simplificarea programării CN datorită  faptului că  nu se mai

programează  decât conturul piesei, nemaifiind necesare informaţii referitoare laadaosul de prelucrare.

• Divizarea automată  a adaosului de prelucrare reprezintă  o soluţieimportantă  pentru conducerea flexibilă  cu echipamente CNC, deoarece cu acelaşisuport informaţional pot fi lansate în execuţie piese brute, cu adaosuri de material

mult diferite f ăr ă a fi afectate siguranţa maşinii şi a sculelor.Se explicitează  în continuare principiul divizării automate a adaosului deprelucrare, în legătur ă cu fig. 3.12, 3.13, 3.14, 3.12.a, 3.13.a, 3.14.a.

Fig. 3.12. Schema de principiu a împăr  ţ irii automate a adaosului de prelucrare.

Divizarea automată a adaosului de prelucrare urmează fazele:Precizare: Conturul piesei este programat.

Faza 1. Scula se deplasează  cu avans rapid până  într-o zonă  de proximă vecinătate cu piesa (stabilită eventual de un senzor de proximitate).Apoi mişcarea continuă cu avans de lucru până în zona de contact cu piesa (poz.1).Datorită adâncimii de aşchiere prea mari t = tmax este depăşită limita s ≤ smin  iar înscopul menţinerii P = ct, este determinată întreruperea execuţiei frazei de comandă 

numerică curentă (din programul piesei conceput la nivel de contur).Faza 2. Se memorează poziţia reală a sculei iar procesorul de divizare automată generează o frază de CN care are în vedere micşorarea adâncimii de aşchiere (adică deplasarea după axa X).

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

21/29

Faza 3. După  retragere generatorul de comenzi generează  o nouă  frază  dedeplasare după axa Z până la intersecţia cu profilul.

În exemplul prezentat s-au executat trei retrageri succesive după  care s-aexecutat prima trecere pararelă cu axa Oz.Faza 4. La ieşirea cuţitului din piesă S ≥ Smax, este iniţiată întoarcerea în punctuldinaintea ultimei retrageri pe direcţia X.

Dacă nu mai apar alte restricţii celelalte treceri se execută similar cu modul

de execuţie a primei treceri.

Observaţii: 1. Există două moduri de împăr ţire automată a adaosului de prelucrare:

a)  Divizarea adaosului de prelucrare paralel cu axa Oz la care după oreducere a adâncimii de aşchiere, este construită  o frază  CN dedeplasare paralelă cu axa Oz până la intersecţia cu conturul piesei.

Această strategie este dedicată pieselor cu adaos mare de prelucrare din

 bare cilindrice.

Fig. 3.13. Schema împăr  ţ irii automate a adaosului de prelucrareîn strategia - paralel cu axa piesei. 

 b)  Divizarea adaosului de prelucrare paralel cu conturul final al piesei -la care după  o reducere a adâncimii de prelucrare este construitconturul deplasat echidistant (expandat).

Această  strategie se recomandă  pentru prelucr ări de piese forjate cuadaosuri de prelucrare mici.

Fig. 3.14. Schema împăr  ţ irii automate a adaosului de prelucrareîn strategia - paralel la conturul piesei  

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

22/29

 Fig.3.12.a.Lista de cod numeric fara impartirea automata a adaosului

%1(CICLU PREL. LONG. EXT.)

N5 G32 X Z T0101N10 G04 I2N15 G00 G96 X63 Z-48 F5 S60 M41N20 G01 Z-57N25 G00 X64 Z-56N30 Z-48N35 X61N40 G01 Z-57

N45 G00 X62 Z-56N50 Z-48N55 X59N60 G01 Z-57N65 G00 X60 Z-56N70 Z-48N75 X57N80 G01 Z-57

N85 G00 X58 Z-56N90 Z1N95 X55N100 G01 Z-57N110 G00 X56 Z-56

 N115 Z1 N120 X53

 N125 G01 Z-57 N130 G00 X54 Z-56 N135 Z1 N140 X51 N145 G01 Z-57 N150 G00 X52 Z-56 N155 Z1 N160 X49

 N165 G01 Z-57 N170 G00 X50 Z-56 N175 Z1 N180 X47 N185 G01 Z-57 N190 G00 X48 Z-56 N195 Z1 N200 X45N205 G01 Z-57

 N210 G00 X46 Z-56 N215 Z1 N220 X43.75 N225 G01 Z-57 N230 G00 X45 Z-56

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

23/29

N235 Z1N240 X42N245 G01 Z-22.5N250 G00 X43 Z-21.5N255 Z1N260 X40N265 G01 Z-18.5

N270 G00 X41 Z-17.5N275 Z1N280 X38

N285 G01 Z-15.73N290 G00 X39 Z-15N295 Z0N300 X38

N305 G01 Z-15.73N310 X43.75 Z-25.61N315 Z-57

 N320 X63 N325 G36 X Z N330 G00 G96 G26 X28 Z0 F4 S20M41 N335 G01 Z0 N340 X36 N345 X37 Z-1

 N350 Z-16 N355 X42.75 Z-25.959 N360 Z-58 N365 X61 N370 X63 Z-60 N375 G36 X Z..

. N590 G36 X Z M02

 

Fig. 3.13.a Lista de cod numeric cu impartirea automata a adaosului parallel cu axa Z

%1(CICLU PREL. LONG. EXT.) N5 G32 X Z T0101 N10 G04 I2 N15 G36 XZ

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

24/29

 N20 G92 X1 Z1 N25 G00 G38 G96 X67 Z4 R2 F0.5 S200 M41 L1 N30 G36 X Z N35 G92 X Z N40 G96 G26 X36.5 Z4 F0.1 S200 M41 L1..

 N190 G36 X Z M02L1 N200 G01 X36.5 Z0 N205 X37 Z0 N210 Z-16 N215 X42.75 A150 N220 Z-58 N225 X61.5

 N230 X63 A135 N235 G39 X67 M22

Fig. 3.14.a Lista de cod numeric cu impartirea automata a adaosului parallel la contur

%1(CICLU PREL. LONG. EXT.)

 N5 G32 X Z T0101

 N10 G04 I2 N15 G00 G96 X37 Z0 F5 S60 M41.. N590 G36 X Z M02

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

25/29

Analiza fig. 3.12a,.3.13.a, 3.14.a unde sunt prezentate trei moduri diferitede programare a unei maşini unelte cu comandă  numerică  - programarea tuturordeplasărilor, folosirea ciclurilor automate, folosirea comenzii adaptive - permiteurmătoarele concluzii:

a) în cazul programării tuturor deplasărilor (fig. 3.12..a) se obţine oeconomie relativă de traseu a vârfului sculei în dauna unui număr mare de linii deprogram (cu dezavantajele legate de gestionarea memoriei în cazul unor programe

mari);  b) în cazul folosirii ciclurilor automate (fig. 3.13.a) se face o economie delinii de program în dauna unui traseu neeconomic al vârfului sculei (datorită specificităţii parametrilor de definire a ciclului);

c) folosirea comenzii adaptive (fig. 3.14.a) necesitând doar definireaconturului permite economisirea de linii de program şi traseu optim al vârfuluisculei.

3.5. FUNCŢIA ACO - OPTIMIZARE INDICI TEHNICO-ECONOMICI

Performanţa tehnico-economică  a unui post de transformare (maşiniaşchietoare, maşini de sudat etc.) dintr-un sistem flexibil de prelucrare este apreciată prin indicatori tehnici (durabilitatea sculei) sau tehnico-economici (cost şiproductivitate).

Sistemele de reglare optimală ACO optimizează procesul de prelucrare dinpunct de vedere al productivităţii sau al costului prelucr ării.Prezentarea funcţiei ACO  ca o componentă  specifică  automatizării

flexibile, se face pe un post de transformare prin aşchiere, pe schema cinematică afrezării plane.

Indicele de performanţă este productivitatea aşchierii Q exprimată  în Kg /$, iar mărimile de comandă sunt viteza de avans şi turaţia arborelui principal, n.

Considerând ca funcţie obiectiv:

f xQ

( ) =1

  (3.5) 

 problema optimizării devine:

min f(x) , unde ( )x x W R  = ∈, ,n 2  cu f(x) : R 2 →R, iar domeniul admisibil R din R 2 este definit prin restricţii

de tipul r i

 , restricţii inegalitate.

R = { x / r i ≤ 0; i = 1, ... , m }  (3.6)

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

26/29

Se consider ă că Q =M

T  (3.7) 

unde:M - masa de metal aşchiat în intervalul T;T - durabilitatea sculei;

f x f w n aw n bw n cwg

m

q

n yp yp( ) ( , )= = + +−

  −

− − −1

11 1 1   (3.8) 

unde:a, b, c, q, m, y p - constante care depind de materialul piesei, tipul sculei.Se defineşte R, ca subdomeniu din spaţiul R 2(w,n) delimitat de restricţiile

elementare corespunzătoare care caracterizează complet procesul de frezare.

Fig. 3.15. Graficul durabilit ăţ ii trasat în coordonate w, n 

Restricţiile elementare r i  se vor exprima analitic prin funcţii obţinute carezultat al modelării matematice a procesului de frezare.

1.  Restricţii de moment de torsiune maxim la arborele principal.

Mt ≤ Mtmax conduce la C1.W- n ≤ 0 ( r1  ) (3.9) 

2. 

Restricţia de moment de încoroiere maxim la arborele principal.

Mî ≤ Mîmax  →  C2.W - n ≤ 0 ( r2  ) (3.10) 

3.  Restricţia determinată de avansul pe dinte la frezare.

Smin ≤ S =w

n z• ≤ Smax C3

.W - n ≤ 0 ( r3  ) (3.11) 

-C4.W - n ≤ 0 ( r4  ) (3.12) unde:z - reprezintă numărul de dinţi ai frezei;S - avansul pe dinte;

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

27/29

4. 

Restricţii determinate de acţionarea lanţurilor cinematice de avans.

wmin ≤ w ≤ wmax  w - C5 ≤ 0 ( r5  ) (3.13) 

-w + C6 ≤ 0 ( r6  ) (3.14) 

5. 

Restricţii determinate de acţionarea principală 

nmin ≤ n ≤ nmax  n - C7 ≤ 0 ( r7  ) (3.15) 

-n + C8 ≥ 0 ( r8

  ) (3.16) unde:nmin - turaţia minimă;nmax - turaţia maximă;

6. 

Restricţii determinate de puterea motorului

P ≤ Pmax  C9nyp - nyp-1 ≤ 0 ( r9  ) (3.17) 

unde:P - puterea la ambele maşini P= 3 UIcosϕ.

Fig. 3.16. Reprezentarea grafică a celor 6 tipuri de restric ţ iişi a domeniului optimizat ACO 

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

28/29

 

Fig. 3.17. Structur ă implementând ACO 

Implementarea strategiei de conducere optimală  necesită  structuri   ce potexecuta acţiuni de măsurare, calcul şi decizie, modificare a referinţelor de comandă w*r  şi n*r  .

Astfel de structuri trebuie să  fie capabile pentru acţiuni corectoare încâtvectorul x(W, n) să fie menţinut în domeniul .

Fig. 3.17 prezintă structura de principiu capabilă să realizeze funcţii ACO.Procesul în interiorul unei astfel de structuri se desf ăşoar ă etapizat:

Etapa 0.  Iniţializare: x Wo( , n) x(W, n)→  Se fixează  valoarea iniţială  a vectorului x(W, n) la o valoare medie

x W( , n) , rezultată ca urmare a preluării unei baze de date referitoare la tehnologiaprelucr ării.

Etapa 1.  Se demarează  procesul şi prin traductori analogici se culegdate despre Mt sau Mî, w, n, U, I, cosϕ pentru motorul acţionării principale. Acestedate prin sistemul de interfaţare analogic-numeric ajung în procesul ACO. Înprocesul ACO ajung şi datele de referinţă, emise numeric. Se calculează 

3UI P RCcos ( ), ( )ϕ  wPn

1-q

 şi w / n (z.s).

Etapa 2.  Se testează  încălcarea restricţiilor r i  . Dacă  sunt încălcaterestricţiile se introduce acţiunea corectoare corespunzătoare grupului de restricţii:

8/16/2019 04b_Pachet nr 4

29/29

 Grupul derestricţii

Restricţiielementare

Corecţia activată 

R 1  r 1 , r 2 , r 3  w ← w - Δw ; n ← n + Δn (3.18)

R 2  r 9 , r 5  w ← w - Δw ; n ← n - Δn (3.19)

R 3  r 7 , r 8  w = ct., n ← n + Δn

sau n ← n - Δn(3.20)(3.21)

R 4  r 4

  w ← w + Δw ; n ← n - Δn (3.22)R 5  r 6  w ← w + Δw, n = ct. (3.23)

Dacă  vectorul x(W, n) r ămâne în interiorul domeniului R , adică  nici orestricţie nu este încălcată, înseamnă  că  regimul de aşchiere poate fi intensificat,adică poate fi crescut fie avansul fie turaţia.

Etapa 3.  n ← n + Δn

Etapa 4.  După  un timp de aşteptare corespunzător perioadei deeşantionare a măsur ătorilor TACO, de regulă egală cu timpul unei turaţii a şurubuluide avans (vezi considerentele din fig. 3.9  şi 3.10), ciclul se reia cu etapa 1.Succesiunea celor 4 etape se produce cu iner ţii foarte mici încât se poate afirma că procesul se desf ăşoar ă  în timp real. Structurile ACO  includ de regulă  structurileACC  astfel că  operaţia de divizare automată  a adaosului de prelucrare estedisponibilă şi în cadrul lor.