Avantajele utilizării maşinilor-unelte cu comandă numerică

Masini-Unelte

de Zoltan Korka

Avantajele utilizării maşinilor-unelte cu comandă numerică

Se poate spune că un echipament este cu comandă numerică dacă instrucţiunile care permit funcţionarea maşinii sunt transmise în formă codificată. Conform acestei definiţii, prima maşină cu comandă numerică a fost războiul de ţesut a lui Jacquard (1800) care avea ca port program o bandă perforată.

Prima maşină-unealtă cu comandă numerică (prototip) a apărut în anul 1952 (MIT). Ea a fost dezvoltată în USA începând cu 1942 pentru a satisface nevoile industriei aeronautice: realizarea suprafeţelor complexe cum ar fi paletele elicei elicopterelor sau buzunarele de diverse forme în panouri mari de aluminiu.

Iniţial, aceste echipamente dispuneau de elemente de comandă alimentate prin cablu, iar introducerea datelor se făcea prin cartele perforate. Cu apariţia microprocesoarelor şi cu progresul electronicii, costul acestor echipamente a scăzut până prin anul 1970. Suporturile şi transmiterea de date au putut fi asigurate cu ajutorul disketelor, a benzilor magnetice etc.

Figura 1 - Schema structurală a unei mașini de frezat cu comandă numerică

 

Figura 2 - Reprezentarea schematică a unui echipament clasic cu comandă numerică

 

Această evoluţie, care a asigurat prelucrarea datelor în timp real, a permis creşterea posibilităţilor oferite de acest tip de comandă şi a favorizat integrarea acestora în construcţia de echipamente automatizate.

Utilizarea comenzii numerice (CN) nu se limitează numai la maşini-unelte cu care se îndepărtează material cu ajutorul unor scule cu tăiş, ci ea este prezentă şi la instalaţiile de decupat cu fascicul laser, la prelucrarea prin electroeroziune cu electrod sau cu fir, la operaţiile de asamblare etc. Ea se întâlneşte, de asemenea, astăzi, la comanda meselor maşinilor de măsurat tridimensionale, la roboţi şi la alte echipamente.

Figura 3 - Programare numerică

 

În zilele noastre, producţia de piese mici nu poate fi considerată realizabilă fără maşini rapide cu comandă numerică. Cu aceste maşini-unelte se poate realiza producţia în orice formă, cu precizie ridicată. În prezent, maşinile-unelte CN asigură o precizie de prelucrare ridicată, putând ajunge până la ±(0,015–0,02) mm, în cazul centrelor de prelucrare.

La prelucrarea suprafeţelor complexe cu maşini-unelte convenţionale, înaintea realizării procesului de prelucrare propriu-zis, a fost necesară realizarea unui prototip din lemn sau din alt material, care, apoi, a fost supus unei scanări şi copiat cu precizie variabilă într-o piesă nouă. Acest proces era considerat un mult prea mare consumator de resurse umane şi/sau de materiale. Astfel, mulţi angajaţi lucrau mai multe zile la o piesă complexă, care, cu tehnologia actuală, se poate produce într-un timp considerabil mai scurt şi cu mare precizie. Este necesar, însă, un model construit cu ajutorul calculatorului.

Evoluţii

Comanda Numerică Computerizată (CNC) este comanda unei maşini-unelte prin utilizarea de numere, litere şi simboluri. Este un sistem în care mărimile programate sunt direct introduse şi înmagazinate într-un  anumit format, apoi automat citite şi decodificate pentru a determina mişcarea corespunzătoare a maşinii pe care o comandă.

2. Avantajele tehnice şi economice ale comenzii numerice

În anii ’70 - ’80, era frecventă afirmaţia referitoare la comanda numerică cum că aceasta nu era rentabilă decât la realizarea seriilor mari de piese sau la generarea suprafeţelor complexe cu profil evolventic. Această judecată era în parte justificată, dacă se ţine cont de greutatea cu care se realiza pregătirea fabricaţiei şi pro­gramarea (numeroase calcule geometrice făcute de mână, timpi mari de schimbare a tehnologiilor, iar dispozitivele de înregistrare şi de citire a informaţiilor erau dificile şi implicau activităţi laborioase).

La vremea respectivă, capacităţile slabe de calcul ale echipamentelor electronice de comandă nu permiteau să se efectueze în timp real corecţii legate de geome­tria sculelor şi restricţionau programatorul să definească traiectoriile axelor pentru fiecare sculă sau punct generator de pe fiecare sculă. Altfel spus, el trebuia să scrie programul pentru o sculă dată, iar reascuţirea obliga la corecţia programului. În paralel cu aceasta, costul ridicat al echipamentelor nu putea fi acceptat decât la seriile mari şi consecutive de fabricaţie.

Astăzi, comanda numerică poate fi utilizată într-o manieră economică şi în cazul seriei mici sau pentru fabricaţii de piese unicat, chiar dacă acestea din urmă au forme complicate.

În exemplul din figura 4, relativ la o placă pe care se efectuează găuriri simple şi filetare, se observă că la realiza­rea unei piese avem un câştig de 1h15’ faţă de prelucrarea pe maşini-unelte convenţionale, în timp ce la prelucrarea a 2 piese câştigul este de 4h15’, iar la o serie de 10 piese deja se ajunge la un câştig de aproximativ de 40h.

Figura 4 -  piesa de prelucrat

 

Acest câştig de timpi de execuţie provine din chel­tuielile mai reduse de punere în fabricaţie şi de prelucrare a datelor pentru un reper.

  • Material prelucrat: lemn de esenţă tare;
  • Viteza de aşchiere: 8 – 15 m/min.;
  • Seria de fabricaţie: 3 – 12 piese;

 

 Informaţiile iniţiale, cum că prelucrările pe maşini-unelte cu comandă numerică sunt nerentabile, trebuie, deci, să fie actualizate.

 

Progrese în domenii conexe şi avantaje oferite de MUCN

Asistenţa informatică permite definirea mai rapidă a modelului geometric al piesei, a proiectării rapide a tehnologiei de prelucrare, calcule rapide şi în timp real pentru stabilirea condiţiilor de operare. În acest context, timpii necesari pentru asigurarea programării pot fi reduşi la jumătate, iar timpii de execuţie a celor 10 piese, de ase­menea, pot fi reduşi la jumătate. (figura 5)

Figura 5 - Timpi de realizare a piesei pentru prelucarea pe MU convenționale și CN

 

Aceste avantaje sunt datorate, în general, aportu­lui tehnic adus de comanda numerică, dar sunt mult mai vizibile în cazul programării asistate de calculator, care elimină restricţiile legate de timpii de programare, permiţând:

  • scoaterea în exteriorul postului de lucru a sarcinilor legate de modelarea geometrică, cinematică şi tehnologică a procesului de prelucrare;
  • reducerea timpilor pentru mersul în gol, prin realizarea în regim automat a secvenţelor procesului de prelucrare, prin punerea în poziţie de lucru a sculelor cu viteze de deplasare rapide, prin schimbarea automată a sculelor, prin schimbarea automată a vitezelor cu ajutorul sistemelor de comandă a motoarelor de acţionare;
  • reducerea numărului de operaţii care erau necesare pentru efectuarea de lucrări precise: trasare, utilizare de linete, eliminarea dispozitivelor de copiat;
  • realizarea de suprafeţe complexe – prin deplasarea după mai multe axe simultan şi posibilitatea realizării de piese cu suprafeţe mult mai apropiate de necesităţile funcţionale;
  • definirea condiţiilor optime de lucru, pentru că aceste maşini oferă posibilitatea de a face să
  • varieze continuu viteza de lucru şi, astfel, creşte durata de viaţă a sculelor;
  • diminuarea gradului de implicare a factorului uman, prin creşterea gradului de automatizare
  • a echipamentelor şi prin diminuarea sarcinilor de control, care sunt efectuate în timpul derulării operaţiilor de prelucrare, de echipamente speciale;
  • posibilitatea de a asigura flexibilitatea în raport cu evoluţiile tehnice actuale în materie de
  • moduri de schimbare a sculelor, de proiectare geometrică şi tehnologică sau de utilizarea unor sisteme de procesare a datelor CFAC (Concepţia Fabricaţiei Asistată de Calculator).
  • integrarea echipamentelor periferice (dispozitive pentru măsurarea sculelor, manipulatoare, roboţi etc) sau integrarea MUCN în ansambluri automatizate (celule flexibile, linii de fabricaţie).

 

Se observă în figura 6 că o maşină-unealtă prelucrează propriu-zis doar 10-15% din timpul efectiv de producţie, diferenţa până la 100% fiind timpi pentru reglare, poziţionare, schimbarea sculei sau a piesei.

Automatizarea şi comanda numerică au permis creşterea de la 15% la 35% a timpului real de aşchiere.

Schimbarea automată a sculelor, reglajul automat şi schimbarea piesei la sfârşitul procesului de prelucrare a condus la un timp real de prelucrare propriu-zis de aproximativ 65%. Evident, această analiză a ignorat durabilitatea sculei şi opririle din motive de avarii sau de organizare.

Figura 6 - Productivitatea pentru diverse categorii de MU, în funcție de nivelul de automatizare

 

Relativ la aportul tehnic şi economic al comenzii numerice, se pot concluziona următoarele:

  • comanda numerică permite progresul spre excelenţă în fabricaţie pentru că ea asigură: precizie ridicată, repetabilitate, fiabilitate - flexibilitate şi calitate, indispensabile într-o economie de piaţă. 
  • comanda numerică asigură fabricaţia de piese complexe cu eforturi materiale şi financiare minime.

Bibliografie

1. Belgiu, G., „Curs Bazele proceselor de fabricaţie”, Universitatea Politehnică Timişoara, 2008

2. Boros, I., Gherman, A. G., Babeu, H. E., „Mijloace şi tehnici modern de măsurare şi control la piesele obţinute prin prelucrări mecanice”, Buletinul AGIR nr. 1-2/2008

3. Bondrea, I., „Modelarea şi simularea proceselor de producţie”, Ed. Universităţii din Sibiu, 1998

4. Chung, A. Ch., „Simulation, Modeling. Handbook. A Practical Approach” Industrial and manufacturing engineering series. CRC Press LLC, ISBN 0-8493-1241-8, Boca Raton London, New York Washington 2004

5. Constantin, G., „Bazele proiectării asistate”. Editura Bren, ISBN 973-648-249-9, Bucureşti, 2004

6. Drăgoi, M. V., „Curs şi Îndrumar de laborator C.N.C”, Universitatea Transilvania, Braşov, 2006


ZOLTAN KORKA este  dr. ing., KORKA ZOLTAN- IOSIF I.I.



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord