1. Prelucrarea CNC a pieselor

1.1. Considerații generale asupra prelucrărilor CNC Prelucrarea CNC are în vedere toate tipurile de prelucrări mecanice prin așchiere, dar și pe cele de

prelucrare neconvenționale prin eroziune electrică, electro magnetică, abraziv cavitațională, cu fascicule

și cu raze etc.

Prelucrarea în sinea ei este realizată pe principiile cunoscute și analizate în celelalte lucrări de

laborator. Dacă comenzile sunt cunoscute procesul de realizare al programului de prelucrare pe mașini

comandate cu calculatorul este mai complex implicând mai multe etape pentru realizarea acestuia.

Prima dintre etape este cea de generare a reperului în spațiul tridimensional uzual numit și generare

CAD. A doua etapă este cea de realizare a împărțirii reperului generat în mai multe părți care se vor

supune procesului de prelucrare în mod distinct, iar acestea la rândul lor se vor supune unui proces de

secționare în straturi de o anumită grosime dependente de procesul de prelucrare efectiv considerat numit

uzual și CAM. Ultima etapă este cea de prelucrare efectivă care este asigurată de mașina de prelucrare

numită în mod uzual și CNC.

În ordinea operațiilor de prelucrare primele sunt cele de prelucrare prin rotație a semifabricatului

caz în care vorbim uzual de strunjire. La această prelucrare scula așa după cum se poate observa și din

(figura 1.1.1.) efectuează mișcarea de translație îndepărtând materialul în straturi sau treceri succesive

la exterior sau interior, iar semifabricatul se rotește cu o anumită turație.

Fig.1.1.1. Strunjire CNC schema

La prelucrarea prin frezare scula efectuează uzual mișcarea de rotație și mai rar translație/translații,

iar semifabricatul pe cele de translație în vederea realizării procesului de prelucrare (figura 1.1.2.).

Fig.1.1.2. Frezare CNC schema

La prelucrarea de găurire scula efectuează mișcările de rotație de prelucrare și translații de

prelucrare, iar piesa în mod uzual stă fixă sau se deplasează dacă cursele de prelucrare sunt relativ scurte

(figura 1.1.3.).

Fig.1.1.3. Găurirea CNC schema

La prelucrările de tăiere cu fascicule sau jeturi, scula efectuează mișcările de translație iar piesa

este fixă pe masa de prelucrare (figura 1.1.4.).

Fig.1.1.4. Prelucrare cu jet, fascicule sau gaze tăietoare CNC schema

Pentru realizarea reperelor prin rapid prototyping sau 3D Printing (imprimare rapidă 3D), desenul

în spațiu este prelucrat în straturi succesive și funcție de metoda de generare prin imprimare vom obține

un reper cu o structură mai compactă sau mai puțin compactă. Există după cum se vede din cele

prezentate mai multe variante de generare prin imprimare 3D. Dintre acestea vom enumera:

• realizarea de repere prin plastifierea de materiale plastice care se depun în linii și straturi

succesive pe suprafața plană de generare, metodă numită și FDM (Fusion Deposit Material)

sau FFF (Fuse Filament Fabrication) care se poate traduce ca depunere de material prin

plastifierea acestuia pe o suprafață plană sau spațială (figura 1.1.5.);

• realizarea de repere prin fotoplimerizarea de materiale de tip rășină care sunt sensibile la

radiații ultraviolete întărindu-se în prezența acestora numită în mod uzual și SLA

(StereoLithogrAphy) care se poate traduce ca întărire de material în prezența unui spot de

lumină sau a unui fascicul laser de radiație ultravioletă (figura 1.1.6.);

• realizarea de repere prin sudarea de particule între ele numit în mod uzual SLS (Selective

Laser Sintering) care se poate traduce ca sudarea de particule la zona limitrofă dintre

acestea în punctul sau zonele de contact cu ajutorul unui fascicul laser de putere adecvată

punctului de topire a materialului supus procesului de realizare a reperului (figura 1.1.7.);

Pentru toate aceste procedee și multe altele programul CAM este gândit pentru a permite realizarea

comenzilor mașinii unelte după axe și mișcări de rotație. Vom prezenta trei dintre programele mai larg

utilizate de tip CAM, dar există la ora actuală o multitudine de astfel de programe, unele dedicate unei

singure prelucrări, altele pentru mai multe prelucrări.

Primul dintre acestea este programul CAM Inventor care are mai multe versiuni dintre care cea

gratuită este prezentată ca și bară de procese de prelucrare în (figura 1.1.8.) observându-se existența

operațiilor uzuale de prelucrare 2D de găurire, frezare. Bara profesională are adăugată și operația de

strunjire.

Fig.1.1.8.a. Bară prelucrare CAM INVENTOR gratuită

Fig.1.1.8.b. Bară prelucrare CAM INVENTOR profesională

Al doi-lea program este cel de la Autodesk care este gratuit și care se numește FUSION 360 la

care există o singură versiune la momentul editării de forma celei din (figura 1.1.9.).

Fig.1.1.9. Bară prelucrare CAM Fusion 360

Nu în ultimul rând trebuie să prezentăm sistemul compus de la CATIA sau SolidWORKS care

permite funcție de procesul de prelucrare să se activeze anumite bare specifice procesului de prelucrare

(figura 1.1.10.).

Fig.1.1.10. Bară prelucrare CAM CATIA

Se poate observa că programele de generare CAM au o structură relativ similară cu mici diferențe

legate de modul de realizare a comenzilor sau a programului.

Partea de comandă a mașinii unelte de tip CNC este structurată pe două principii diferite. Primul

este cel al unui sistem de comandă CNC conceput pe structură și arhitectură electronică proprie, cu

componente pe scară largă de integrare. Cel de al doilea principiu este cel al comenzi cu sisteme de

comandă pe bază de microcontroler sau microprocesor care asigură comanda mașini după o logică a

unor programe de generare unele gratuite, altele cu licență.

1.2. Prelucrarea prin strunjire Prelucrarea prin strunjire are la bază generarea de repere specifice care se pot realiza prin strunjire.

Așa după cum se cunoaște strunjirea este un proces de prelucrare la care semifabricatul efectuează

operația de prelucrare prin rotație, iar scula (cuțitul de strunjire) efectuează mișcarea de deplasare axială

longitudinală și respectiv transversală.

Pentru a se putea realiza programul de prelucrare avem nevoie de desenul 3D al reperului care se

supune procesului de prelucrare. Vom lua în cazul nostru un reper de tip cilindric cu un orificiu central

și cu un canal exterior de tip canelură. Desenul reperului este cel din (figura 1.2.1.) și se poate observa

că pentru realizarea acestuia se vor realiza doi pași distincți. Primul este cel de realizare a schiței

reperului, care după aceea în jurul axei de rotație a semifabricatului va fi rotit cu 360° (figura 1.2.2.).

Important de reținut este că schița va fi realizată cu axa Z de rotație în plan orizontal și axa X în plan

vertical, elemente datorate în mod special axelor mașinii unelte de prelucrare (strungului).

Fig.1.2.1. Schiță reper care se va supune procesului de prelucrare prin strunjire

Fig.1.2.2. Schiță reperului rotită complet pentru prelucrarea prin strunjire

În acest moment cu elementul generat se pot realiza cele două faze distincte necesare pentru

realizarea procesului de prelucrare. Prima este cea de generare a desenului de execuție al reperului

(figura 1.2.3.). A doua este cea de realizare a programului de prelucrare a piesei (figura 1.2.6.). Prima

se va realiza în modulul specific de realizarea a desenului numit și Drawing în care vom dispune toate

elementele specifice desenului de execuție (figura 1.2.4.)

Fig.1.2.3. Desen de execuție reper pentru prelucrarea prin strunjire

Fig.1.2.4. Desen de execuție reper pentru prelucrarea prin strunjire

Se poate observa că nu avem limite pentru cotele de pe desen (abateri și toleranțe). Acest lucru nu

înseamnă că cotele dimensionale se vor realiza la valoarea întreagă înscrisă pe desen. În caseta de

condiții tehnice este trecută clasa de precizie în care se vor realiza cotele dimensionale și respectiv

precizia de formă și poziție a elementelor geometrice care compun reperul. Pentru aceasta va trebui să

avem în vedere datele din (figura 1.2.5.) care corespund clasei mijlocii m dimensionale înscrise de

proiectant pe desenul de execuție.

Vom trece acum la realizarea programului de prelucrare a piesei cu ajutorul calculatorului.

Succesiunea operațiilor este foarte importantă și în același timp orientarea reperului în vederea realizării

procesului de prelucrare prin strunjire indiferent dacă acesta se realizează manual sau cu calculatorul.

Din analiza reperului se poate observa că avem pentru acesta mai multe elemente specifice, două

suprafețe cilindrice exterioare, o canelură și un orificiu. Deoarece există diferență între cele două

suprafețe cilindrice exterioare prinderea semifabricatului se va realiza pe partea cu diametru mai mare,

astfel încât la o singură prindere cu cuțitul exterior să putem să realizăm procesul de prelucrare.

Fig.1.2.5. Abateri limită pentru desen de execuție reper pentru prelucrarea prin strunjire

Primul lucru pe care trebuie să îl realizăm este poziționarea reperului în vederea realizări

procesului de prelucrare în raport cu semifabricatul din care acesta se va realiza.

Fig.1.2.6. Reperul care se va prelucra prin strunjire

Semifabricatul nostru este o bară laminată pentru acest exemplu deoarece orificiul are diametru

mic, iar piesa are o lungime apropiată de valoarea diametrului. Deci semifabricatul din care vom realiza

piesa se va tăia la o valoare de lungime egală cu adausul de prelucrare pentru strunjirea de degroșare a

suprafețelor frontale, care pe strung este de 2 mm. Lungimea semifabricatului va fi deci de 75 mm +de

două ori 2 mm. Diametrul semifabricatului va fi de 50 mm la care adăugăm un adaos de prelucrare de

degroșare de 2 mm pe rază deci vom avea un semifabricat cu diametrul de 54 mm conform cu standardul

de semifabricate laminate (figura 1.2.7.). Așa după cum se poate observa și din () avem mai multe opțiuni

de setat inițial înaintea realizării procesului de prelucrare. Prima este tipul procesului de prelucrare care

pentru cazul nostru este cel de strunjire (Turning) și a modului de reprezentare în cazul acestuia care este

setat implicit după rază ca și valoare numerică.

Fig.1.2.7. Poziționare reper pentru prelucrarea prin strunjire

De asemenea este importantă poziționarea originii axelor de prelucrare deoarece acestea sunt cele

după care mașina de prelucrare se va deplasa. În al doilea ecran tab se vor seta dimensiunile

semifabricatului (figura 1.2.8.) conform observațiilor prezentate anterior. În acest moment etapa de

poziționare este finalizată și vom trece la realizarea etapelor de prelucrare efectivă a suprafețelor piesei

care se dorește a se realiza din punct de vedere practic.

Fig.1.2.8. Poziționare semifabricat în raport cu reperul pentru prelucrarea prin strunjire

Prima operație de prelucrare este cea de strunjire frontală. Pentru realizarea acesteia avem nevoie

de un cuțit de prelucrare care are în vedere operația de prelucrare care este de degroșare și în același

timp materialul care se va prelucra. Piesa noastră fiind din oțel aliat Ck45 (OLC45) vom utiliza un cuțit

cu plăcuță din carbură sau material mineralo ceramic. Pentru aceste materiale și semifabricatul piesei

elementele de regim de prelucrare pentru strunjire frontală se determină din tabelele producătorului de

plăcuțe. Pentru alegerea sculei trebuie avută în vedere de asemenea geometria acesteia funcție de

suprafețele care se vor supune procesului de prelucrare. În (figura 1.2.9.) se prezintă considerațiile

principale pe care trebuie să le avem în vedere pentru alegerea sculei la prelucrarea de degroșare. Pentru

determinarea regimului de prelucrare vom utiliza calculatorul de regim pentru care (figura 1.2.10.)

trebuie în primul rând să selectăm materialul care se va supune procesului de prelucrare (figura 1.2.11.).

Fig.1.2.9. Alegerea sculei pentru realizarea prelucrării prin strunjire [catalog SECO]

Fig.1.2.10. Calculator pentru calcul regim pentru prelucrarea prin strunjire

Fig.1.2.11. Selectare material pentru calcul regim pentru prelucrarea prin strunjire

De asemenea este importantă alegerea unității de măsură și a tipului plăcuței care se va utiliza

pentru prelucrare care pentru cazul nostru având în vedere și schemele de prelucrare este de tip TK2000.

Cu acestea se poate realiza calculul pentru viteza de așchiere având în vedere că adâncimea de prelucrare

este de 2 mm și avansul de prelucrare pentru plăcuța aleasă este de 0,35 mm/minut. Importante sunt și

celelalte valori (figura 1.2.12.) care se pot schimba funcție de geometria sculei așchietoare.

Material DIN C 45

Rm 530 N/mm² Calitate TK2000

Unghiul de atac al sculei -6 °

Rupător de aşchii 46 Unghiul de atac 95,0 °

Raza la colţ 0,80 mm

Adâncimea de aşchiere 2,00 mm Avansul 0,35 mm/r

Durata de viaţă a sculei dorită 15 min Grosimea aşchiei 0,27 mm

Viteza de aşchiere 330 m/min

Fig.1.2.12. Calculul regimului de prelucrare pentru prelucrarea prin strunjire

Viteza de așchiere este importantă pentru determinarea turației semifabricatului. Determinăm

turația prin împărțirea vitezei la diametru și înmulțirea cu raportul 1000/Π rezultând 1946 rot/minut. Cu

acestea vom selecta scula și regimul în interfața de definire a primei operații cea de strunjire frontală

(figura 1.2.13.). După selectarea elementelor specifice sculei în prima dintre setările tabulatorului vom

trece la setările pentru celelalte elemente specifice, care la strunjire frontală sunt cele de apropiere și

îndepărtare a sculei de suprafața supusă procesului de prelucrare care este ultimul tab. Vom modifica

numai unghiul de intrare de la 45° la 90°, deoarece este mai ușor de realizat din punct de vedere practic.

Fig.1.2.13. Strunjire suprafață frontală de prelucrare pentru prelucrarea prin strunjire

Fig.1.2.14. Strunjire suprafață frontală de prelucrare pentru prelucrarea prin strunjire

Urmează prelucrarea suprafeței cilindrice exterioare și după aceea a treptei cilindrice. Prelucrarea

se realizează cu același cuțit de prelucrare ca și la strunjirea frontală cu avans însă longitudinal (figura

1.2.15.).