UNIVERSITA degli STUDI di BERGAMO FACOLTA di INGEGNERIA. Corso di AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

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1 UNIVERSITA degli STUDI di BERGAMO FACOLTA di INGEGNERIA Corso di AUTOMAZIONE INDUSTRIALE Prof. Andrea Cataldo

2 ARGOMENTI delle ESERCITAZIONI CONTROLLO NUMERICO in AULA CONTROLLO del MOTO per MACCHINE UTENSILI in AULA PROGETTAZIONE del CONTROLLO MATLAB - SIMULINK in LABORATORIO

3 PERCORSO UTENSILE DESIDERATO OBIETTIVI R z y x Part program N1 G00 X 0.00 Y N2 G01 X 0.00 Y N3 G02 X Y I J N4 G01 X Y N5 G02 X Y I J N6 G01 X Y N7 G02 X Y 0.00 I J N8 G01 X Y 0.00 N9 G02 X 0.00 Y I J (0,0) Motore Rotativo Motore Lineare

4 CONTROLLO NUMERICO? Il controllo numerico è un dispositivo Hardware e Software utilizzato per controllare macchine utensili tramite istruzioni di comando codificate in un programma detto PART PROGRAM, nel quale vengono fornite le indicazioni geometriche e tecnologiche necessarie a realizzare il pezzo. Az. Asse Y Az. Asse Z Az. Asse X Az. Ausiliari UNITA PART PROGRAM IN PUT Part Program INTERFACCIA UOMO-MACCHINA MACCHINA OUT PUT CONTROLLO del MOVIMENTO (Moto) Segnali di Controllo Asse CONTROLLO ASSE (Modulante) Segnali Ausiliari CONTROLLO LOGICO

5 (1) PART PROGRAM? Il Part Program è file di testo [Standard ISO 6983 (G-CODES)] in formato ASCII, ovvero una stringa di caratteri alfanumerici in cui ogni mattoncino è costituito rispettivamente da un valore letterale e da un valore numerico. N010 G91 X25.00 Y10.00 Z F150 S1100 T06 M06 REGOLE 1. Ogni stringa inizia sempre con un mattoncino recante la lettera N che indica il numero del blocco di comando (linea di codice del Part Program) da eseguire.

6 2. Il mattoncino con la lettera G indica le funzioni preparatorie cioè quelle operazioni che servono a preparare i movimenti e le posizioni dell utensile. G00 Posizionamento rapido dell utensile: massima velocità programmata G01 Interpolazione lineare : l utensile percorre una retta G02 Interpolazione circolare dell utensile in senso orario G03 Interpolazione circolare dell utensile in senso antiorario G17 X-Y Piano principale; G18 Z-X Piano principale G19 Y-Z Piano principale G90 Sistema di riferimento assoluto G91 Sistema di Riferimento Incrementale 3. I mattoncini con le lettere X, Y, Z, fornisco informazioni riguardo il percorso utensile, ovvero la posizione degli assi di riferimento principali [mm, pollici].

7 4. La lettera F (feed) indica la velocità di avanzamento dell utensile [mm/min]. 5. La lettera S (speed) indica la velocità di rotazione del mandrino [giri/min]. 6. La lettera T (tool) indica l utensile selezionato. 7. La lettera M indica le funzioni ausiliarie, ovvero le funzioni di controllo per i dispositivi ausiliari. M02 Programma finito M03 Mandrino acceso senso orario M04 Mandrino acceso senso antiorario M05 Mandrino spento M06 Fermata per cambio utensile M08 Valvola liquido aperta M09 Valvola liquido chiusa M30 Programma fermo, avanzamento /rotazione off

8 CONCLUSIONI (1) Istruzioni MODALI: istruzioni che rimangono valide finché non vengono riassettate per esempio: G90, G1, F1000, S500, X5, Z5, Y5. Istruzioni NON-MODALI: sono le istruzioni che valgono solo per la riga di comando che li contiene, per esempio: T03, M06, M03. Assi Principali (X,Y,Z) Rotazioni Principali (A,B,C) Assi Secondari (U,V,W) Y B Z C A X

9 PREPARAZIONE del PART PROGRAM? b. AUTOMATICA utilizzata per geometrie complesse: sfruttando il CAD ed il CAM (Computer Aided Manufacturing) si genera un file CLDATA, scritto in un linguaggio indipendente dal CNC, che viene successivamente trasformato in Part Program. a. MANUALE utilizzata solo per geometrie semplici

10 (1) ESEMPIO 50,0 17,5 R 10,00 P2 P3 P4 P5 Operazione di CONTORNATURA sapendo che: Y il sistema di riferimento è assoluto le posizioni P1,P2, P5 sono posizioni intermedie di lavorazione. 50,0 45,0 X P1 P0

11 50,0 (1) SOLUZIONE Operazione di CONTORNATURA : 17,5 50,0 R 10,00 P2 P3 P4 P5 Y P1 P0 45,0 X N10 G90 G17 F300 S1000 T01 M06 M03 N30 G19 Y0 Z-10 N40 G01 G17 Y50 N50 X17.5 N60 G03 X37.5 I10 J0 N70 G01 X50 N80 X0 Y0 N90 M30 P0 N20 G00 X0 Y-10 P1 P2 P3 P4 P5 Ritorno a P1

12 P0 N10 G90 G17 F300 S1000 T01 M06 M03 N20 G00 Y-10 P1 N30 G19 Y0 Z-10 P2 N40 G01 G17 Y50 P3 N50 X17.5 P4 N60 G03 X37.5 I10 J0 P5 N70 G01 X50 Ritorno a P6 N80 X0 Y0 N90 M30 - N10 N20 = N30 indica = indica il primo la 50,0seconda blocco di e la comando; terza 17,5 R 10,00 -riga G90 di = comando; indica che si lavora con il sistema di - riferimento G00 = posizionamento assoluto (X,Y,Z); rapido -dell utensile; G17 = indica che tutta la lavorazione avviene - Y-10 - G01 Z-10 solamente = interpolazione = indica sul le piano coordinate lineare XY; -dell utensile F300 l utensile = velocità che segue si di sposta avanzamento una linea rispetto retta; agli 300mm/min; assi di Y riferimento; - S1000 = velocità di rotazione del mandrino di 1000 giri/min; 50,0- I10 J0 = Centro del cerchio in - T01 = utensile del tipo 01; coordinate relative al punto iniziale. In - M06 = indica 45,0 X che avviene un cambio questo caso vuol dire che ci si sposta utensile; di 10 lungo l asse x (I) e di 0 lungo - M03 = indica che il mandrino viene l asse y (J). ruotato in senso orario; P2 P3 P4 P5 P1 P0

13 (2) CONTROLLO del MOVIMENTO Conversione del Part Program in un formato interno al CNC Compensazioni/Correzioni al Programma Preparazione dei Profili di Velocità della Lavorazione (Look Ahead) Preparazione dei Blocchi Interpolazione del Percorso Utensile Trasformazioni Cinematiche e Sincronizzazzione Controllo di Posizione in Anello Chiuso Controllo fino a 16 Assi (Velocità e Corrente) e 8 simultaneamente Esecuzione dei Blocchi Funzioni Ausiliarie Esecuzione di programmi da RAM, dischi e periferiche esterne Editing o caricamento di programmi durante lavorazione Funzionamento in automatico e ripresa lavorazione Gestione della vita utensile. PLC integrato

14 L INTERPRETAZIONE Part Program Lettura/verifica di consistenza del Part-Program Interpretazione Interpretazione Preparazione Strutturata Dati Interna (allocazione memoria, conversione part-program nel formato dati intero) Struttura dati interna Impostazione delle Operazioni Modali e NON Modali nella Struttura Dati Interna

15 LA PREPARAZIONE Struttura dati interna Applicazione Trasformazioni Sistemi di Riferimento (passaggio dal sistema di riferimento ZP al sistema di riferimento ZM) Preparazione Preparazione Applicazione Compensazioni Utensile (G47,G50,etc..) Struttura dati interna Preparazione del Profilo di Velocità su più blocchi (LOOK ahead)

16 L INTERPOLAZIONE Interpolazione Percorso Utensile Applicazione Trasformazioni Cinematiche Interpolazione Interpolazione Controllo Finecorsa del Volume di Lavoro in real-time Posizioni desiderate/attuali Ricezione ed Invio Segnali al PLC Trasferimento e Ricezione Dati dal Controllo di Posizione

17 Precisazioni a. GENERAZIONE della TRAIETTORIA a t LINEARE CIRCOLARE PARAMETRI RELAZIONE ANDAMENTO GRAFICO 2D dp = PF P0 ds = dp v = d(pf-p0) / dp P0 = vettore posizione iniziale calcolato all istante t = 0 dθ = s(t)/r; D = direzione della rotazione ds = lungh. Arco di circonferenza Py(t) P(t) = P0 + s(t) * v Px(t) Py(t) x = rcos(θo + D*dΘ)+PC(1) y = rsin(θo + D*dΘ)+PC(2) Px(t) v [A B C D] = coefficienti della Spline calcolata s t SPLINE P = [ABCD][u³ u² u 1]t Punti della Spline calcolati P = [A B C D] * [s³ s² s 1] t considerando il t 1 t 2 t 3 t parametro PROFILO di VELOCITA 0 < u <1

18 Precisazioni b. TRASFORMAZIONI CINEMATICHE Relazioni algebrico matematiche che legano le accelerazioni, velocità e posizioni dei singoli assi con le accelerazioni, velocità e posizioni dell utensile. Z axes Y axes z * y V V V x y z = V 0 V 1 V ax ay az X axes = x J( q) q

19 CONTROLLO di POSIZIONE Posizioni desiderate/attuali Trasferimento Dati tra Interpolatore ed Azionamenti Controllo Controllo di di posizione posizione Applicazione Algoritmi per il Controllo della Posizione Interpolazione fine a Livello Asse Velocità desiderate/attuali Monitoraggio dell Errore d Inseguimento, Velocità Posizione

20 AZIONAMENTI Velocità desiderate/attuali Controllo di Velocità Posizione Controllo di Corrente Azionamenti Azionamenti

21 (3) CONTROLLO ASSE Chiusura anello di posizione nel CN Controllo asse CNC Motore Dinamo tachimetrica Regolazione velocità Encoder Regolazione posizione Chiusura anello di posizione nell azionamento Controllo asse CNC Motore (4) CONTROLLO LOGICO PLC (Controllo Logico Programmabile - def. Standard 61131). Sistema elettronico a funzionamento digitale dotato di una memoria programmabile per l archiviazione di istruzioni aventi funzioni specifiche, di tipo logico, di sequenziamento, di temporizzazione, di conteggio e di calcolo aritmetico, nonché per controllare, mediante ingressi ed uscite digitali e/o analogiche, macchine e processi.

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