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.
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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
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Funzioni preparatorie
Come per il tornio a C. N., sono costituite dalla lettera G e da un numero.
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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
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Funzioni ausiliarie (o miscellanea)
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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
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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
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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.
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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).
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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
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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
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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.
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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:
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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
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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
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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)
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