- 7 - MACCHINE UTENSILI A CONTROLLO NUMERICO

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1 - 7 - MACCHINE UTENSILI A CONTROLLO NUMERICO 1 Evoluzione delle macchine a CN Su macchine tradizionali si hanno problemi di: mancanza di flessibilità manodopera specializzata necessità di riconfigurazione macchina a ogni pezzo prodotto difficoltà a mantenere standard inoltre: I metodi di lavorazione sono inefficienti Il costo del lavoro è elevato Necessità di: migliorare l efficienza e la flessibilità dei sistemi produttivi 2

2 Evoluzione delle macchine a CN Come aumentare la produttività? MECCANIZZAZIONE Gestione di un processo o di una operazione attraverso dispositivi: meccanici, idraulici, pneumatici o elettrici L operatore controlla direttamente il processo produttivo e deve verificare continuamente le prestazioni della macchina AUTOMAZIONE E la capacità di eseguire una determinata sequenza di operazioni con poco o nessun intervento umano, usando apparecchiature specializzate e dispositivi che eseguono e controllano il processo manifatturiero. L automazione è un concetto in continua evoluzione. Il vero punto di svolta nell ambito dell automazione è stato l introduzione del Controllo Numerico (CN) negli anni 50 3 Obiettivi e strategie dell automazione Combinare le operazioni per migliorare la qualità, l uniformità, ridurre i tempi ciclo in modo da ridurre il costo del lavoro. Aumentare la produttività attraverso un migliore controllo della produzione (ottimizzazione fasi di carico, lavorazione e scarico). Migliorare la qualità usando processi ripetibili. Ridurre l intervento umano (stanchezza e possibilità di errore) Ridurre il danneggiamento dei pezzi per errata movimentazione. Aumentare il livello di sicurezza degli operatori. Economizzare lo spazio occupato organizzando in modo più efficiente la disposizione delle macchine, dei materiali e della strumentazione ausiliaria. Integrare le varie attività attraverso sistemi CAD-CAM, CAPP, ecc. 4

3 Flessibilità e produttività di vari sistemi di produzione 5 Cos è il CN? E un metodo per controllare il movimento dei componenti della macchina inserendo delle istruzioni codificate sotto forma di dati numerici nel sistema Il sistema interpreta i dati e li converte in segnali I segnali controllano i componenti della macchina come il mandrino, il cambio utensile, la movimentazione degli assi, ecc. 6

4 Concetto di Logica Programmabile Un apparecchiatura elettrica o elettronica viene detta a logica programmata se il comportamento desiderato rispetto alle entrate e alle uscite è ottenuto modificando il programma di un calcolatore in essa contenuto. Per modificare il comportamento dell apparecchiatura occorre preparare un altro programma e inserirlo nel calcolatore modifiche di comportamento di tipo software E fondamentale l uso di una interfaccia programmabile PLC (Programmable Logic Controller) La sezione PLC rappresenta l interfaccia della macchina e gestisce le funzioni ausiliarie, il cambio utensili, il cambio pallet, i dispositivi di sorveglianza e tutti i servizi ausiliari 7 Elementi funzionali del CN Anello aperto, anello chiuso E equipaggiato con sensori e trasduttori per misurare con accuratezza la posizione della tavola, Un sistema di retroazione confronta la posizione attuale della tavola con il segnale fino al raggiungimento delle coordinate stabilite. Il sistema ad anello chiuso è più complicato e più costoso del sistema ad anello aperto. 8

5 Trasduttore di posizione INDUCTOSYN: è un trasduttore diretto il circuito in rame ha passo di 2 mm lo slider è alimentato da tensioni alternate sfasate di 90 la misura amplificata dello sfasamento consente di risalire alla posizione è un trasduttore analogico, assoluto ciclico l unità di governo conta il numero di passi rispetto allo zero asse 9 Trasduttore di posizione RIGA OTTICA: è un trasduttore diretto sulla parte fissa c è un reticolo ottico in oro la parte mobile ha un reticolo di lettura con lo stesso passo su vetro, una sorgente luminosa, un condensatore e celle fotovoltaiche le celle misurano la quantità di luce riflessa e danno in uscita due segnali sfasati di 90 (consentono di stabilire il senso del moto) è un trasduttore analogico, sia incrementale che assoluto 10

6 Trasduttore di posizione ENCODER: è un trasduttore indiretto un disco con feritoie ruota tra un LED e un fotodiodo durante la rotazione della vite della tavola il disco ruota, il segnale di uscita è un onda quadra il numero di feritoie definisce la risoluzione dell asse è un trasduttore digitale, incrementale (la posizione è calcolata in base al passo della vite e al numero di impulsi contati dal riferimento). 11 Sistemi di interpolazione 12

7 Interpolazione continua Le operazioni di posizionamento e di taglio avvengono lungo percorsi controllati ma a velocità diverse L utensile taglia mentre si sposta lungo un percorso prestabilito Necessita di controllo accurato e di sincronizzazione delle velocità e dei movimenti Viene controllata la traiettoria del centro di rotazione dell utensile. Per ogni utensile viene compensata lunghezza e diametro E possibile compensare l usura utensile F y F F x 13 Sistemi di interpolazione Interpolazione lineare L utensile si muove lungo linee diritte dall inizio alla fine, in due o tre assi. Tutti i tipi di profilo possono essere realizzati diminuendo l incremento tra punti successivi. In questo caso molti dati devono essere processati. Interpolazione circolare I dati necessari per il percorso utensile sono le coordinate del punto di arrivo, le coordinate del centro del cerchio e il suo raggio e la direzione dell utensile lungo l arco. 14

8 Struttura di un centro di lavoro 15 16

9 Fresatura 17 Fresatura Tornitura 18

10 Macchina a 5 assi 19 Tornio CNC a due tavole 20

11 Macchina a cinematismi paralleli 21 Fresatrice a 5 assi 22

12 Fresatrice foratrice 23 Macchina a cinque assi 24

13 CAD Computer Aided Design Si basa sull utilizzo del computer per fare progetti, disegni, e modelli di prodotti. Devono consentire lo scambio di informazioni tra sistemi diversi (.IGS,.DXF,.STP..STL, ) 25 CAM Computer Aided Manufacturing E l utilizzo del computer e della tecnologia informatica per assistere alle fasi di realizzazione dei prodotti I sistemi CAM sono combinati ai sistemi CAD infatti le informazioni relative al progetto sono utilizzate per pianificare le fasi di produzione del prodotto Il Database sviluppato dal CAD viene memorizzato e utilizzato in seguito dai sistemi CAM per realizzare e controllare le fasi di asportazione di materiale, definire le attrezzature e controllare le modalità di esecuzione Fondamentale è la possibilità di descrivere il percorso utensile in operazioni di tornitura, fresatura e foratura realizzate mediante macchine utensili a controllo numerico (CN) 26

14 CAM Computer Aided Manufacturing Il programmatore fornisce al sistema CAD CAM le informazioni necessarie per effettuare il percorso utensile che viene ottimizzato dal CAD stesso E possibile visualizzare il percorso e verificare collisioni tra attrezzature, utensili e pezzo Il percorso utensile può essere modificato in ogni momento per fare fronte a problemi realizzativi o di montaggio del componente I sistemi CAM consentono di classificare e memorizzare informazioni relative a parti semplici in modo da poterle poi raggruppare per realizzare parti più complesse o componenti simili 27 CAM: Generazione percorso utensile Tornitura: il percorso dell utensile è generato in un piano, il piano di definizione del profilo da realizzare. 28

15 CAM: Generazione percorso utensile Fresatura: per le geometrie elementari il percorso dell utensile è generato in un piano. Realizzazione di Tasche Contornatura 29 CAM: Generazione percorso utensile Fresatura: Per le geometrie complesse il percorso dell utensile si differenzia fra operazioni di sgrossatura e operazioni di finitura: nella sgrossatura il percorso dell utensile coinvolge solitamente l utilizzo simultaneo di 2 o 3 assi nella finitura il percorso dell utensile è generato come percorso nello spazio e solitamente è realizzato mediante l uso simultaneo di più di 3 assi 30

16 CAM: Generazione percorso utensile 31 CAM: Generazione percorso utensile Fresatura di finitura di geometrie complesse 3 assi 4 assi 5 assi 32

17 CAM: Generazione percorso utensile Z level Contouring: curve di livello a Z costante 33 CAM: Generazione percorso utensile Curve di intersezione con un fascio di piani paralleli 34

18 CAM: Generazione percorso utensile Curve a parametro geometrico costante 35 CAM: Generazione percorso utensile Percorso a spirale 36

19 CAM: Generazione percorso utensile Percorso radiale 37 CAM: Generazione percorso utensile Problemi nella generazione delle traiettorie utensile compensazione utensile approssimazione con segmenti di retta 38

20 CAM: Generazione percorso utensile Problemi nella generazione delle traiettorie utensile Finitura: calcolo della rugosità teorica 39 CAM: Generazione percorso utensile Problemi nella generazione delle traiettorie utensile controllo dell interferenza 40

21 CAM: Simulazione del percorso Ripresa di parti non lavorate 41 CAM: Generazione percorso utensile Requisiti di un sistema CAM: gestione di curve complesse nelle spazio; gestione di superfici complesse; gestione di modelli solidi; capacità di simulazione grafica. 42

22 Il processo CAD/CAM Pezzo Finito Attrezzature di fissaggio Modello di Manufacturing Impostazione database di Manufacturing Impostazione operazione Definizione sequenze NC Creazione CL-file Post processore Macchina Utensile CNC Pezzo Grezzo Macchine utensili (celle di lavoro) Utensili Aggiornamento modello 43 Il processo CAD/CAM/CAE CAE simulazione modello concettuale definizione assieme CAD disegno tecnico dimensionamento materiale database manipolazione attrezzature traiettorie utensile sequenze assemblaggio CAM 44

23 Computer Integrated Manufacturing (CIM) Per integrare maggiormente le funzioni caratterizzanti un processo manifatturiero diventa necessario inserire i computer in una rete aziendale che gestisca tutti gli aspetti di progettazione, pianificazione, produzione, distribuzione e gestione (CIM). Il CIM rappresenta una metodologia di gestione delle informazioni sia attuali che storiche (attraverso database). 45 CIM Nell ambito delle lavorazioni manifatturiere c è una grande enfasi sull integrazione. Integrazione significa che i processi, le operazioni manifatturiere e la loro gestione sono trattate come un sistema in modo da consentire un controllo completo della realtà aziendale. In questo modo produttività, qualità e affidabilità possono essere ottimizzate e i costi ridotti. 46

24 CIM Fattori quali: Aumento della competitività globale Fluttuazione delle condizioni di mercato Richiesta dei consumatori per elevata qualità, basso costo e rapidità di consegna Aumento della variabilità dei prodotti Riduzione della vita dei prodotti Hanno determinato la necessità di un approccio integrato alla produzione. Nei sistemi di produzione integrati (CIM) funzioni quali ricerca e sviluppo, progettazione, produzione, assemblaggio, collaudo e controllo qualità sono tra loro integrate. 47 CIM Il CIM è caratterizzato da sottosistemi completamente integrati. L output di ogni sottosistema serve da input per altri sottosistemi. Ci sono due livelli: Pianificazione Planning: include attività come previsione, schedulazione, pianificazione richieste materie prime, fatturazione. Esecuzione Execution: include produzione, controllo di processo, gestione dei materiali, prove, verifica. 48