Scarica Controllo numerico e più Dispense in PDF di Analisi Numerica solo su Docsity! 03/10/2012 1 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico1 SISTEMI DI PRODUZIONE CONTROLLO NUMERICO Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico2 CONTROLLO NUMERICO: DEFINIZIONE •Forma di automazione programmabile •Attrezzatura della macchina controllata attraverso il programma delle istruzioni (caratteri alfanumerici codificati in un appropriato formato) relativo al pezzo (da realizzare, misurare, ecc.) Informazioni fornite alla macchina (inserite nel programma) contenenti i dati geometrici e tecnologici del pezzo Nuovo pezzo ⇒ nuovo programma Adatto a produzioni di basso e medio volume nelle quali si necessita di macchine versatili 03/10/2012 2 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico3 COMPONENTI DI UN SISTEMA A CN • Programma delle istruzioni (part program) • Unità di controllo o di governo della macchina (MCU) • Attrezzatura part program MCU attrezzatura Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico4 • Programma delle istruzioni: • riporta i comandi dettagliati, tradotti dal disegno del pezzo, che guidano il funzionamento dell'attrezzatura • preparato dal programmatore • Unità di controllo: • hardware elettronico e di controllo che legge e interpreta il programma trasformandolo in segnali che azionano i servomeccanismi determinando il movimento dell'attrezzatura • Attrezzatura: • componente ella macchina che entra a diretto contatto con il pezzo (mandrino, tavola porta pezzo, ecc.) COMPONENTI DI UN SISTEMA A CN 03/10/2012 5 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico9 • ZERO FISSO: • origine posizionata sempre nello stesso punto • ZERO MOBILE: • origine posizionata in un punto qualsiasi • posizione dello zero decisa dal programmatore ORIGINE DEL SISTEMA DI COORDINATE Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico10 • POSIZIONAMENTO ASSOLUTO: • posizione definita sempre rispetto all'origine del sistema di riferimento • POSIZIONAMENTO INCREMENTALE: • posizione definita rispetto a quella raggiunta precedentemente • passaggio dalla posizione iniziale a quella finale ottenuto operando una sommatoria di incrementi ⇒ si dovrà tener conto dell'accumulo degli errori dovuti alle singole misure POSIZIONAMENTO ASSOLUTO E INCREMENTALE 03/10/2012 6 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico11 Esempio: • Esecuzione foro nel punto x=10 mm e y=10 mm • Piastra forata in precedenza nel punto x=25 mm e y=30 mm • Posizionamento assoluto: posizione definita attraverso le coordinate del punto (x=25 mm e y=30 mm) • Posizionamento incrementale: posizione definita mediante le coordinate x=15 mm e y=20 mm POSIZIONAMENTO ASSOLUTO E INCREMENTALE 10, 10 25, 30 ∆x=15 ∆y=20 x y posizione iniziale posizione finale Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico12 • Controllo numerico punto a punto (o di posizionamento) • Controllo numerico continuo (o di contornitura) TIPI DI CONTROLLO NUMERICO 03/10/2012 7 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico13 • Obiettivo MCU: controllo posizione attrezzatura (utensile, tavola, tastatore, ecc.) • Semplice e poco costoso • Adatto in operazioni come foratura e saldatura per punti CN PUNTO A PUNTO (PTP) x y punto di partenza traiettoria utensile operazione realizzata in ciascuna posizione Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico14 CN CONTINUO • Obiettivo dell’MCU: controllo continuo di posizione, traiettoria e velocità dell’attrezzatura • Possibilità di realizzare traiettorie rettilinee e circolari, forme coniche e altre definibili matematicamente grazie ad un modulo interpolatore che elabora i dati numerici dei punti della curva e fornisce agli assi i segnali relativi • Più complesso, flessibile e costoso del PTP • Esempi di lavorazioni: tornitura, fresatura e saldatura elettrica ad arco 03/10/2012 10 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico ENCODER • Dispositivo elettromeccanico che converte la posizione angolare del suo asse rotante in segnali elettrici numerici digitali • Nella forma più semplice si possono distinguere due parti: • corpo (parte fissa) con all'interno la componentistica elettrica/elettronica • rotore (parte rotante) che normalmente termina con un albero da collegare all'asse di cui si desidera effettuare la lettura • Informazioni relative alla posizione o allo spostamento del rotore rispetto al corpo trasmesse dai segnali elettrici d'uscita Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico ENCODER Tachimetrici • Traccia a tacche bianco-nere fissata sull'oggetto di cui si vuole misurare lo spostamento • Ciascun passaggio scuro-chiaro rilevato da un sensore che invia un impulso registrato da un contatore • Distanza misurata proporzionale al numero di impulsi • Numero di impulsi contati nell'unita di tempo proporzionale alla velocità Relativi (incrementali) • Segnali elettrici d'uscita proporzionali allo spostamento del rotore rispetto al corpo • Semplici circuiti possono leggere e visualizzare la velocità e l'accelerazione dell'asse in esame, ma non la posizione istantanea • La posizione assoluta del rotore può essere ricavata mantenendo un costante conteggio dei segnali elettrici d'uscita Assoluti • Posizione istantanea del rotore rispetto al corpo codificata dai segnali elettrici di uscita • Decodificazione e visualizzazione della posizione angolare dell'asse in esame attraverso un adeguato circuito • Dati relativi allo spostamento dell'asse (direzione, velocità e accelerazione) derivati dall'elaborazione della sua posizione assoluta nel tempo 03/10/2012 11 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico ENCODER • In grado di misurare: – spostamenti angolari, quando, il rotore è collegato su un asse, viene usato per rilevare direttamente la posizione angolare di quest'ultimo – spostamenti lineari, quando viene montato su un asse rotante che movimenta un carro (ad es. con un sistema vite/chiocciola – velocità di rotazione e accelerazioni, quando l'apparecchiatura di lettura è utilizzata per rilevare direttamente questi dati • Applicati su: robot industriali, macchine utensili, strumenti di misura, plotters, divisori, A. Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico RIGA OTTICA • Trasduttore usato per misurare spostamenti lineari di elevata precisione • Principio di funzionamento simile a quello dell'encoder ottico • Su di un elemento viene depositato tramite fotoincisione un reticolo di cromo a passo costante • Una testina di lettura, traslando, genera degli impulsi mediante la lettura ottica del reticolo di cromo • In uscita si avranno due forme d'onda sfasate tra di loro di 90° che opportunamente interpretati e da una logica, forniranno informazioni su entità e verso della traslazione • Permette di ottenere precisioni dell'ordine di circa 5 µm per metro 03/10/2012 12 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico DINAMO TACHIMETRICA • Costituita da un rotore che ruota all'interno di uno statore, entrambi muniti di un avvolgimento • Avvolgimento dello statore e alimentato da una tensione di eccitazione Vi • Nascita sull'avvolgimento del rotore di una tensione Vo proporzionale alla velocità di rotazione dell'albero: Vo = K × Φ × n • K: costante costruttiva della macchina • Φ: flusso magnetico originato da Vi • n: numero di giri dell'albero motore • Tensione Vo trasmessa all'esterno tramite un sistema collettore-spazzole Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico24 TRASDUTTORI NEL CONTROLLO AD ANELLO CHIUSO 03/10/2012 15 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico29 PRECISIONE CR funzione di fattori come: • capacità di memorizzare bit da parte della MCU • sistema di guida del CN (es. n° di angoli di step di un motore passo-passo) • capacità dei trasduttori (es. n° di impulsi per giro generati da un encoder) CR Punto di controllo Asse controllato Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico30 PRECISIONE • Situazione peggiore: posizione desiderata tra due punti di controllo adiacenti • Presenza di errori meccanici ⇒ precisione definita dalla somma tra l'errore dovuto a CR e quelli meccanici • Errori meccanici trattati mediante distribuzione gaussiana intorno ad un punto di controllo σ⋅3 + 2 CR = Precisione 2 CR = Precisione precisione distribuzione degli errori meccanicipunti di controllo posizione desiderata risoluzione del controllo ripetibilità CR punto di controllo Asse controllato posizione desiderata punto di controllo 03/10/2012 16 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico31 RIPETIBILITÀ Rappresenta la capacità del sistema di controllo di tornare in una posizione precedentemente raggiunta • Influenza la capacità della macchina di produrre pezzi con stesse dimensioni • Principale fonte di errore: errori meccanici σ⋅σ⋅± 6 = 3 = tàRipetibili precisione ripetibilità risoluzione del controllo posizione desiderata punti di controllo distribuzione degli errori meccanici Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico32 INTERPOLAZONE • Forme da generare continue - CN digitale ⇒ traiettoria divisa in segmenti • Compito del programmatore lungo e complesso • Presenza, nel modulo di interpolazione, di programmi che calcolano i punti intermedi da seguire per generare una particolare traiettoria e le velocità dei singoli assi • Programmi di interpolazione usati: • lineare • circolare • elicoidale • parabolica • cubica 03/10/2012 17 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico33 INTERPOLAZIONE LINEARE: • generazione di traiettorie rettilinee • punti iniziale e finale e velocità definiti dal programmatore • calcolo dei punti intermedi e delle velocità su ciascun asse da parte del modulo interpolatore INTERPOLAZIONE CIRCOLARE: • generazione di traiettorie circolari • coordinate dei punti estremi dell'arco di cerchio e del centro (ovvero le coordinate di tre punti per i quali passa l'arco di cerchio) e velocità definite dal programmatore • traiettoria costituita da una serie di segmenti calcolati dal modulo interpolatore che calcola anche le velocità di avanzamento su ciascun asse INTERPOLAZONE Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico34 INTERPOLAZIONE CIRCOLARE: INTERPOLAZONE 03/10/2012 20 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico39 CARATTERISTICHE DEL CNC Compensazione di lunghezza e diametro utensile • Dimensioni utensile non definite con estrema precisione nel programma in quanto si può procedere: • inserendo manualmente nell’MCU le dimensioni reali dell’utensile • dimensioni, che possono differire da quelle programmate, usate per la compensazione automatica del percorso utensile • usando un sensore posizionato a bordo macchina • grandezza misurata usta per la correzione del percorso utensile Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico40 CARATTERISTICHE DEL CNC Calcoli di accelerazione e decelerazione •Funzione utilizzata quando l’utensile si sposta a velocità elevate, soprattutto se il cammino è soggetto ad improvvise deviazioni •Evita che l’utensile lasci dei segni sulla superficie del pezzo •Velocità diminuita progressivamente prima della deviazione per poi tornare al valore stabilito una volta effettuata la curva 03/10/2012 21 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico41 CARATTERISTICHE DEL CNC Interfacce di comunicazione • Macchine CNC dotate di interfacce di comunicazione che permettono la connessioine con altri computer o dispositivi di controllo per: • il download di programmi da un file dati centrale (DNC) • l’immagazzinamento di dati operativi come tempo di ciclo, conteggio dei pezzi in lavorazione, ecc. • il collegamento con periferiche come i robot per le operazioni di carico e/o scarico macchina Diagnostica • Capacità di diagnosticare in linea alcuni problemi, quali possibili cause di malfunzionamento o guasti e di indicare le azioni necessarie per il ripristino del corretto funzionamento Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico42 UNITÀ DI CONTROLLO DI MACCHINE CNC Parte hardware che distingue i sistemi CNC dai tradizionali CN Formata da: • unità centrale di elaborazione (CPU) • memoria • interfacce I/O • controlli assi macchina e velocità mandrino • controlli di sequenza per altre funzioni della macchina 03/10/2012 22 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico43 UNITÀ CENTRALE DI ELABORAZIONE (CPU) Cervello dell’MCU e può essere divisa in tre sezioni: •sezione di controllo: •recupera i comandi e i dati dalla memoria e genera segnali che attivano gli altri componenti della MCU •unità logica-aritmetica: •permette la realizzazione di varie operazioni di calcolo (addizione, sottrazione, moltiplicazione), conteggio e funzioni logiche richieste dal software •memoria ad accesso diretto: •provvede alla creazione di una memoria temporanea per immagazzinare i dati che vengono poi elaborati dalla CPU Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico44 MEMORIA • Memoria principale: • formata dalla ROM (memoria a sola lettura) e dalla RAM (memoria ad accesso casuale) • software del sistema operativo ed programmi di interfacciamento delle macchine contenuti nella ROM • programmi delle istruzioni contenuti nella RAM • Memoria secondaria: • usata per memorizzare programmi di grandi dimensioni e file di dati che sono trasferiti alla memoria principale solo quando necessario • dispositivi di memoria secondaria: floppy disk, CD rom e hard disk usati per memorizzare i programmi delle istruzioni, le macro e altri software 03/10/2012 25 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico49 CONTROLLO NUMERICO DISTRIBUITO (DNC) • Sviluppato a partire dagli anni ‘70-’80 in seguito alla notevole crescita del n° di macchine CNC installate • Comporta il controllo di un certo numero di macchine CNC mediante un singolo computer attraverso un collegamento diretto e in tempo reale • Configurazione costituita fondamentalmente da un computer centrale connesso alle varie MCU • Permette la comunicazione bidirezionale dei dati tra computer centrale e omputer periferici Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico50 CONTROLLO NUMERICO DISTRIBUITO (DNC) DATI E INFORMAZIONI INVIATE DAL COMPUTER CENTRALE ALLE MCU DATI E INFORMAZIONI INVIATE DALLE MCU AL COMPUTER CENTRALE Programmi delle istruzioni Conteggio dei pezzi Elenco degli utensili necessari Tempo di ciclo effettivo Istruzioni per il setup della macchina e per l’operatore Statistiche sulla vita degli utensili Tempo di ciclo relativo al programma Statistiche sui tempi di utilizzo e di fermo macchine dai quali valutare utilizzazione e affidabilità Informazioni sulla schedulazione della produzione Dati sulla qualità dei prodotti 03/10/2012 26 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico51 CONTROLLO NUMERICO DISTRIBUITO (DNC) Assumere diverse configurazioni a seconda: • del numero di macchine presenti • della complessità delle lavorazioni • delle richieste di sicurezza • della disponibilità di apparecchiature e delle preferenze Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico52 CONTROLLO NUMERICO DISTRIBUITO (DNC) •Sistema organizzato in modo gerarchico •Funzionamento di alcuni computer satellite, responsabili del funzionamento di un certo numero di MCU, coordinato dal computer centrale 03/10/2012 27 Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico53 CONTROLLO ADATTATIVO Sistema macchina-utensile-pezzo in continua evoluzione durante il processo a causa di variazioni: • di forma e dimensioni del grezzo rispetto a quanto previsto • delle forze di taglio dovute a: • disomogeneità del materiale lavorato • variazioni dello spessore del sovrametallo • della geometria dell’utensile • della configurazione geometrica della MU Scelta dei parametri di taglio conservativa Dipartimento di Meccanica Università Politecnica delle Marche Sistemi di Produzione: Controllo Numerico54 CONTROLLO ADATTATIVO va controllo adattativo controllo numerico va vt