Centri di lavorazione e loro programmazione manuale
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Centri di lavorazione e loro programmazione manuale
Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione CENTRI DI LAVORAZIONE I “centri di lavorazione” sono macchine a controllo numerico capaci di svolgere tutte le lavorazioni nelle condizioni ottimali di taglio, anche su particolari complessi. La lavorazione avviene in maniera completamente automatica. Il sistema è flessibile perché permette la lavorazione di pezzi diversi. I centri di lavorazione, pur avendo strutture diverse a seconda delle dimensioni, della destinazione ecc., hanno molti elementi in comune: - - struttura monolitica posizionamento del pezzo su un carro composto da tavole che si muovono in varie direzioni (longitudinale, trasversale, verticale, rotatorio) sopra guide temprate e con l’ausilio di viti a ricircolazione di sfere alimentazione di ciascun movimento con apposito motore magazzino utensili, predisposti e preregistrati, con cambio automatico di essi controllo numerico continuo Vantaggi - riduzione del costo di lavorazione dei pezzi, grazie alla diminuzione dei tempi di preparazione, di trasporto, di macchina e di controllo riduzione del rapporto tra area occupata e quantità di pezzi prodotti diminuzione del numero di operatori riduzione del numero di infortuni, grazie alla maggiore automazione della macchina ottimizzazione del ciclo di lavorazione Programmazione manuale di un centro di lavoro (e della fresatrice a controllo numerico) Il centro di lavoro, come una fresatrice a C.N., dispone di almeno tre assi X, Y e Z, i quali consentono il posizionamento del pezzo in un punto qualunque dello spazio. Gli assi X e Y rappresentano gli assi del piano mentre l’asse Z, che é verticale, rappresenta l’asse del mandrino. Il Controllo Numerico Continuo é generalmente di due tipi: - 3D (o tridimensionale), quando controlla contemporaneamente i tre assi X, Y e Z 2D e mezzo, quando controlla contemporaneamente due assi (per esempio X e Y), mentre il terzo asse (per esempio Z) viene utilizzato per impostare la profondità di passata. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 1 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione - Lavorazioni tipiche effettuate su un centro di lavoro (o su una fresatrice a C.N.) - fresatura frontale di spianatura fresatura frontale con spallamenti fresatura periferica di contornatura fresatura 3D con fresa raggiata centratura foratura maschiatura svasatura lamatura Le lavorazioni eseguibili possono essere: - parassiali con interpolazione lineare di due assi con interpolazione lineare di tre assi con interpolazione circolare con interpolazione ad elica con arrotondamento di angoli con profili elaborati mediante equazioni matematiche con matrici di fori con profili ripetitivi tasche e scanalature ...... Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 2 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione - Funzioni preparatorie Come per il tornio a C. N., sono costituite dalla lettera G e da un numero. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • G00 - posizionamento con movimento rapido G01 - interpolazione lineare con movimento di lavoro G02 - interpolazione circolare oraria con movimento di lavoro G03 - interpolazione circolare antioraria con movimento di lavoro G04 - tempo di sosta (arresto temporizzato a fine blocco degli avanzamenti, definibile a scelta dall’operatore) G17 - piano di lavoro XY G18 - piano di lavoro XZ G19 - piano di lavoro YZ G40 - percorso utensile sul profilo (e annullamento compensazione raggio utensile G 41 e G42) G41 - percorso utensile (o compensazione raggio utensile) a sinistra del pezzo G42 - percorso utensile (o compensazione raggio utensile) a destra del pezzo G54 - spostamento origine su asse X G55 - spostamento origine su asse Y G56 - spostamento origine su asse Z G57 - spostamento origine su asse X e Y .......... G80 - annulla ciclo fisso G81 - ciclo di foratura poco profonda (centrinatura) G82 - ciclo di lamatura G83 - ciclo di foratura profonda G84 - ciclo di maschiatura G85 - ciclo di alesatura G86 - ciclo di barenatura G87 - ciclo di esecuzione tasche rettangolari G88 - ciclo di esecuzione asole (e sedi di chiavette) G89 - ciclo di esecuzione tasche circolari G90 - programmazione assoluta G91 - programmazione incrementale G94 - avanzamento in mm/min G95 - avanzamento in mm/giro G96 - velocità di taglio costante (giri mandrino in m/min) G97 - giri mandrino in giri/min - Funzioni ausiliarie (o miscellanea) • • • • Come per il tornio a C. N., sono costituite dalla lettera M e da un numero. M00 - arresto esecuzione programma M01 - arresto programma a predisposizione M02 - fine programma (con avanzamento del nastro) M03 - rotazione mandrino in senso orario M04 - rotazione mandrino in senso antiorario M05 - stop rotazione mandrino Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 3 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione M06 - cambio automatico dell’utensile M07 - inserimento refrigerante M09 - disattivazione uso refrigerante M13 - rotazione oraria del mandrino ed inserimento refrigerante (M03 + M08) M14 - rotazione antioraria del mandrino ed inserimento refrigerante (M04 + M08) M30 - fine programma con ritorno all’inizio - Zero pezzo Per la lavorazione di un pezzo, la macchina deve sempre essere posizionata su quote prestabilite. Come mezzo di aiuto per la definizione delle posizioni su un piano o nello spazio, si utilizzano le coordinate: ogni posizione, per esempio nel piano XY, é fissata tramite l’indicazione delle sue due coordinate, cioè i valori di X e i valori di Y. Per esempio il punto P nel piano XY ha le coordinate X=15 mm e Y=20 mm. Per rendere più semplice la programmazione, si possono far coincidere gli assi coordinati con gli spigoli del pezzo (e si fissa il pezzo sulla tavola in modo che gli assi della macchina siano paralleli agli assi coordinati). L’origine, indicato con un simbolo circolare alternativamente colorato, sarà il punto di riferimento per tutte le quote assolute. E’ conveniente assumere come “origine del pezzo” lo spigolo in basso a sinistra, in modo che il pezzo da lavorare si trovi nel quadrante in alto a destra dove gli assi del piano hanno segni positivi: - Definizione del piano di lavoro Il piano di lavoro e l’asse sul quale va impostata la profondità di passata, devono essere definiti con opportune funzioni preparatorie. In particolare si ha: - G 17: definisce il piano di lavoro XY, che é quello più utilizzato, essendo la parte superiore del pezzo in lavorazione; l’asse Z rappresenta la profondità di passata - G 18: definisce il piano di lavoro XZ mentre l’asse Y rappresenta la profondità di passata - G 19: definisce il piano di lavoro YZ mentre l’asse X rappresenta la profondità di passata Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 4 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione - Programmazione assoluta e programmazione incrementale La tipologia di programmazione prende il nome dalla modalità di quotatura del pezzo da realizzare. Per evitare difficoltà di calcolo delle quote, é bene quotare il pezzo con le indicazioni numeriche che poi si intende utilizzare nella programmazione. Nella quotatura assoluta tutte le quote sono riferite ad un unico punto, che é il punto “zero pezzo”. La corrispondente “programmazione assoluta”, che è attiva all’accensione della MU/CN, si definisce con la funzione preparatoria G90. La quotatura assoluta ha il vantaggio che eventuali modifiche geometriche di singole posizioni non influenzano le quote di altre posizioni. Nella quotatura incrementale solo la prima quota è riferita al punto zero pezzo, mentre ogni altra quota è riferita alla precedente. La corrispondente “programmazione incrementale” si definisce con la funzione preparatoria G91. La quotatura incrementale ha il vantaggio che visualizza immediatamente la distanza tra una posizione ed un’altra, evitando calcoli. Nulla vieta di utilizzare una quotatura “mista” e quindi una “programmazione mista”, attivando e disattivando le funzioni G90 e G91. Per evitare spiacevoli inconvenienti (spostamenti diversi da quelli voluti), dopo aver utilizzato la programmazione incrementale G91, é bene reimpostare la programmazione assoluta G90. Tali funzioni preparatorie sono infatti “modali” e, come tali, rimangono attive fino a quando non vengono sostituite. Quotare in assoluto od in incrementale, all’atto della programmazione comporta delle variazioni, oltre che numeriche, anche del segno algebrico. Vediamo l’esempio seguente nel quale si considerano solamente gli spostamenti, trascurando le informazioni tecnologiche e quelle ausiliarie. 1) caso di programmazione assoluta (G90) X 30, Y10 X 80 Y 80 X 30 Y 10 Posizionamento nel punto 1 Spostamento nel punto 2 Spostamento nel punto 3 Spostamento nel punto 4 Spostamento nel punto 5 ( ≡ 1) Essendo tutti i punti nel piano X,Y e riferiti ad un unico punto origine (zero pezzo), tutti gli spostamenti sono positivi. La programmazione, quindi, è facile. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 5 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione 2) caso di programmazione incrementale (G91) X 30, Y10 X 50 Y 70 X - 50 Y - 70 Posizionamento nel punto 1 Spostamento nel punto 2 Spostamento nel punto 3 Spostamento nel punto 4 Spostamento nel punto 5 ( ≡ 1) La programmazione appare in questo caso più complessa, perché ogni spostamento é riferito alla quota precedentemente raggiunta. Il segno algebrico dello spostamento dipende dallo spostamento degli assi: a) X positivo per spostamenti longitudinali verso destro ed X negativi per spostamenti longitudinali verso sinistra; b) Y positivi per spostamenti trasversali in avanti ed Y negativi per spostamenti trasversali indietro. - Struttura del programma Come per il tornio a C. N., la programmazione manuale di un centro di lavoro e di una fresatrice a C. N. C., prevede un programma composto da vari “blocchi”, indicati con la lettera N, nei quali con caratteri alfanumerici sono indicati gli spostamenti, i parametri di taglio, i cambi utensili ecc. Per prima cosa occorre dare un nome al programma. Ciò é fatto mediante la lettera “O” seguita da quattro cifre. Per esempio O0001. All’interno del programma é possibile inserire un commento racchiuso tra parentesi. Per esempio (lavorazione di contornatura). Di seguito sono indicati alcuni dei simboli utilizzati nella stesura di un programma. Codice % N G X, Y, Z I, J, K M Descrizione E’ il simbolo che indica l’apertura e la chiusura del programma di lavorazione E’ la lettera, seguita da un numero, che indica la successione dei blocchi E’ la lettera, seguita da un valore numerico, che rappresenta una funzione preparatoria (per esempio uno spostamento in rapido, uno spostamento con velocità di lavoro, una traiettoria rettilinea o una traiettoria curvilinea, ecc. Un blocco può contenere più funzioni G. Sono le lettere che indicano le coordinate di spostamento sui tre assi (rispettivamente longitudinale, trasversale e verticale) Sono le lettere che rappresentano i “parametri di interpolazione”, necessari per esempio per individuare le coordinate del centro di una traiettoria curvilinea. E’ la lettera, seguita da una valore numerico, che rappresenta una funzione ausiliaria, di supporto alla lavorazione (per esempio il senso di rotazione del mandrino, l’attivazione o meno del refrigerante ...). Un blocco può contenere una sola funzione M (nel caso di più funzioni M il controllo esegue solo l’ultima). Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 6 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione Nelle fasi di avvicinamento o allontanamento dal pezzo, nelle quali lo spostamento avviene alla velocità massima consentita dalla macchina, si utilizza la funzione preparatoria G00, modificabile comunque tramite un potenziometro esterno. In questo caso il moto può avvenire contemporaneamente su tre assi fino alla posizione di cambio utensile (rapido allontanamento) o fino ad una “distanza di sicurezza” del pezzo (rapido avvicinamento). Esempio di blocco per movimento rapido: G00 X100 Y100 Z2 Durante la fase di lavoro (che é “preparata” mediante la funzione G01 nel caso di lavorazione lineare e mediante la funzione G02 o G03 nel caso di lavorazione curvilinea rispettivamente oraria o antioraria), oltre che l’indicazione delle coordinate X, Y, Z del punto da raggiungere, devono essere indicati con appositi codici i parametri di taglio. Come per il tornio si ha: Simbolo Descrizione T Lettera iniziale della parola inglese “tool” (utensile), seguita dal numero dell’utensile da utilizzare S Lettera iniziale della parola inglese “speed” (velocità), seguita dal numero di giri del mandrino (in giri/min assieme alla funzione G 97) o dal valore della velocità di taglio (in m/min assieme alla funzione G96) F Lettera iniziale della parola inglese “feed” (alimentazione), seguita dal valore della velocità di avanzamento (in mm/min insieme alla funzione G94, in mm/giro se insieme alla funzione G95) Esempio di blocco per movimento di lavoro: G01 X50 Y10 S1200 F120 M03 - Compensazione raggio utensile All’accensione del C.N. risulta attiva la funzione di lavorazione che possiamo definire “posizione sopra il profilo”. Tale funzione impone, soprattutto nel caso delle contornature, di definire un percorso utensile, rispetto al profilo del pezzo, maggiore o minore di una quantità pari al raggio dell’utensile. Con una tale programmazione, qualora si dovesse cambiare l’utensile, si dovrebbe modificare il programma. Per evitare ciò é possibile fare controllare automaticamente al C. N. il percorso seguito dall’asse fresa rispetto al profilo del pezzo. In pratica, il Controllo Numerico, che ha memorizzato l’utensile col suo diametro (oltre che con la sua altezza), si posizionerà a destra o a sinistra del profilo programmato aggiungendo o togliendo una quantità pari al raggio, a seconda Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 7 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione della funzione preparatoria indicatagli. Questa capacità é denominata “compensazione raggio utensile” (in sigla CRU). In particolare si ha: 1) posizione esterna al profilo - funzione G41: fresa a sinistra del profilo con percorrenza oraria funzione G42: fresa a destra del profilo con percorrenza antioraria 2) posizione interna al profilo - funzione G41: fresa a sinistra del profilo con percorrenza antioraria funzione G42: fresa a destra del profilo con percorrenza oraria La direzione di percorrenza é scelta dal programmatore. Il correttore raggio utensile fresa é attuato dal codice G41/G42 mediante la lettera D relativa all’utensile adoperato e dovrà essere indicato nello stesso blocco della funzione (per esempio, nel caso dell’utensile T1: G41 X100 Y10 D1). Per ottenere una corretta compensazione del raggio utensile, é necessario portarsi, prima dell’attivazione della CRU, ad una distanza dal pezzo opportuna, che per il C. N. Fanuc utilizzato sul centro di lavoro FAMUP/EMCO, é pari a 3 volte il valore del raggio utensile (cioé 1,5 D) lungo le coordinate di lavoro sia in X che in Y. Per esempio, se la fresa ha diametro D = 16 mm, la distanza cui portarsi prima di attivare la CRU (G41 o G42) deve essere: X ≥ 1,5 D = 24 mm Y ≥ 1,5 D = 24 mm L’attivazione e la disattivazione della CRU, lavorando sul piano G17, deve sempre avvenire nel piano XY e mai in Z, per evitare che la macchina compia movimenti addizionali non controllabili. La funzione G40 annulla la compensazione raggio utensile. Tale funzione non va posta da sola nel blocco del programma (procurerebbe allarme alla macchina). Esempio di blocco con G40 é il seguente: G00 G40 X-60 Y-60 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 8 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione La funzione G43 applica il correttore lunghezza H dell’utensile che deve lavorare e, insieme all’indicazione T, richiama in posizione l’utensile che dovrà eseguire la lavorazione successiva (tempo mascherato). Per esempio: G43 H1 T2. - Interpolazione circolare e parametri d’interpolazione I, J e K Il movimento dell’utensile su un arco di cerchio é identificato mediante le funzioni preparatorie G02 (interpolazione circolare oraria) e G03 (interpolazione circolare antioraria). Supponendo di lavorare sul piano XY, dopo essersi posizionati nel punto iniziale dell’arco con un movimento attuato in interpolazione lineare G01, nel blocco successivo (che definisce l’interpolazione circolare), oltre alle coordinate X e Y del punto finale dell’arco o raccordo, é necessario indicare il valore del raggio dell’arco stesso o inserire i cosiddetti “parametri di interpolazione I e J”. Gli indirizzi I, J e K rappresentano le distanze, con valori negativi o positivi, del centro dell’arco che si deve ottenere, rispetto allo zero pezzo. In pratica, I, J e K sono le distanze dell’origine del pezzo dal centro di rotazione. Il parametro I é come se fosse la distanza X sul piano cartesiano, il parametro J é come se fosse la distanza Y. Prima della definizione dell’interpolazione, é sempre necessario un blocco di posizionamento in G01 sul punto di inizio dell’arco, come illustrato nell’esempio a fianco. Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 9 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione - Cicli fissi o Macroistruzioni di programmazione I cicli fissi, o macro, sono dei sottoprogrammi parametrizzati, cioè contengono una serie di operazioni nelle quali i valori numerici sono stati sostituiti da variabili alfanumeriche alle quali é possibile dare tutti i valori caratteristici dell’operazione da svolgere. In sostanza, i cicli fissi sono delle sequenze di lavorazione definite. Le macroistruzioni riguardano lavorazioni molto utilizzate quali la foratura, l’alesatura, la filettatura, l’esecuzione di tasche ecc... I cicli fissi normalmente presenti nelle MU/CN sono i seguenti: • • • • • • • • • • G80 - annulla ciclo fisso G81 - ciclo di foratura poco profonda (centrinatura) G82 - ciclo di lamatura G83 - ciclo di foratura profonda G84 - ciclo di maschiatura G85 - ciclo di alesatura G86 - ciclo di barenatura G87 - ciclo di esecuzione tasche rettangolari G88 - ciclo di esecuzione asole (e sedi di chiavette) G89 - ciclo di esecuzione tasche circolari 1) Ciclo di foratura semplice (o a tuffo) G 81 (es.: centrinatura e forature poco profonde) Si indica con R la distanza di sicurezza. R é il valore, rispetto a Z = 0, a cui la punta ritorna prima di compiere qualsiasi movimento in X e/o Y. La sequenza caratteristica del ciclo di foratura G 81 é, per esempio: G 81 Z - 10 R 5 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 10 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione T 16 M 06 G 00 X - 30 Y 0 G 43 Z 5 H 15 S 1400 F 210 M 03 G 81 Z - 20 R 3 M 08 G 80 G 00 Z 200 M 09 M 05 Cambio utensile Posizionamento rapido sul punto di foratura Applica correttore lunghezza utensile e Posizionamento con velocità di lavoro alla quota Z = 5 mm Ciclo fisso di foratura (distanza di sicurezza R = 3 mm) Annulla ciclo fisso, allontanamento rapido e refrigerante OFF Stop mandrino 2) Ciclo di foratura profonda con scarico del truciolo G 83 Si tratta di una foratura a tratti con scarico del truciolo dopo un percorso pari a Q e ritorno al livello R dopo aver raggiunto la profondità - Z. La sequenza caratteristica del ciclo di foratura G 83 é, per esempio: G 83 Z - 115 Q 35 R 2 Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 11 Classe 5^ - Tecnologie mecc. di proc e prod. - UdA n° 2: Macchine utensili a controllo numerico - Centri di lavorazione 3) Ciclo di maschiatura sinistra G 74 La sequenza caratteristica del ciclo di maschiatura G 74 é, per esempio: G 74 Z - 30 R 5 F 1500 dove: G 74 = funzione preparatoria al ciclo fisso Z = - 30 é la profondità in mm del foro da filettare (con inversione automatica della rotazione mandrino con ritorno) R 5 = distanza di sicurezza F 1500 = valore dell’avanzamento = passo * numero di giri (nell’esempio = 3 * 500) Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola - ITIS “Galilei” – Conegliano - Pag. 12