94

Capitolul 5

COMANDA MAINILOR- UNELTE, SISTEME DE COMAND

S1. Rolul sistemelor de comandn funcionarea mainii-unelte, clasificarePentru prelucrarea unei piese pe o main-unealteste necesar efectuarea unui

anumit numr de micri de generare, auxiliarei de comutaii care reprezintciclul delucru al mainii-unelte.

Succesiunea micrilor de generare i auxiliare, precum i a valorilor lor nupoate fi oarecare, ele se succed dupun program (plan) care formeazprogramul defuncionare al mainii-unelte i care are la bazinformaiile de lucru reieite dindesenul de execuie al piesei.

Din punct de vedere al variabilitii, informaiile de lucru pot fi constante ivariabile.

Informaiile constante - independente de proces sunt acele informaii care nudepind de piesa de prelucrat i nici de procesul tehnologic executat. Aceste informaiisunt nmagazinate n construcia mainii-unelte prin materializarea lor n ghidaje,lagre, cicluri invariabile etc., ceea ce confermainii-unelte specificitate difereniind-o de altele. Ceea ce diferde la o piesla alta ca informaii de lucru acestea trebuietransmise mainii-unelte n vederea obinerii produsului finit.

Informaiile variabile sau dependente de proces sunt acelea ce depind de piesade prelucrat i de procesul tehnologic adoptat pentru a fi executat. La rndul lor,informaiile variabile pot fi de deplasarei de comutaie.

Informaiile de deplasare sunt cele de tip dimensional - geometric, descriindcurbele generatoare i directoare reale i se exprimprin valorile deplasrilor liniaresau unghiulare ale saniei, sculei etc., referindu-se la realizarea geometriei piesei.

Informaiile de comutaie sunt Adimensionale i se referla: pornire-oprire,schimbarea turaiei sau a avansului, schimbarea sculei, cuplare-decuplare, inversareasensului micrii, indexare - dezindexare, alimentare - evacuare, fixare - eliberare etc.

Pentru realizarea ciclului de funcionare (de lucru), informaiile cu privire ladesfurarea acestuia trebuie transmise i materializate (efectuate) pe maina-unealt,ceea ce se realizeazprin sistemele de comandi acionare.

Sistemele de comandsunt sistemele prin intermediul crora se transmitinformaiile de funcionare (de lucru) i se coordoneaztoate fazele ciclului de lucruale mainilor-unelte n vederea realizrii piesei preconizat.

n cele ce urmeazse vor face referiri lmuritoare privind legtura dintreinformaie, comandi acionare (antrenare - micare).

95

Deoarece maina-unealt nelege numai semnale de naturfizicbinedeterminat, pentru a putea face ca informaiile de lucru sfie transpuse pe maina-unealtn deplasri i comutaii, ele trebuie nzestrate cu putere energic, adiccusemnale purttoare.

Transformarea informaiei din forma de cunotin n forma de semnal itransportul ei n lanul cinematic al mainii-unelte poartdenumirea de comand, iarefectul acesteia n lanul cinematic al mainii-unelte se numete acionare.

Comanda este deci un semnal, iar acionarea sau comutaia sunt micri, primase executla sfritul cii (lanului) de comand, iar a doua n lanul cinematic deacionare, comanda constituind cauza evoluiei ciclului de lucru (funcionare) almainii-unelte.

Comenzile se clasifici se definesc similar informaiilor din care provin,purtnd denumirea de: comenzi de deplasare, comenzi de comutaie etc.

Fazele de realizare a comenzii sunt: (a) - darea comenzii; (b) - transformareacalitativi cantitativa comenziii transmiterea ei la locul de recepie; (c) - execuiacomenzii, desigur consecina fiind acionarea unui element comandat al mainii-unelte.

Pentru mai buna nelegere a acestor noiuni se ia ca exemplu sistemul decomandi de acionare ale unei snii din componena unei maini-unelte (Fig. 5.1),care este acionathidraulic prin circuitul de forformat din sursa de ulei sub presiuneP i motorul hidraulic liniarMH pentru un ciclu de lucrurepetitiv de avansi retragere.

Informaia privindmrimea cursei a fostmaterializatprin cele doulimitatoare de cursLC1, LC2 -poziionate la distana l.Direcia de acionare esteorizontali face parte dininformaiile constante -independente de proces,nmagazinate n construciamainii-unelte prin ghidajelesaniei. Sania este acionatnsensul sgeii sau n sensinvers dupcum este comandat. Astfel, pentru deplasarea saniei n sensul sgeiicama C prin limitatorul de cursLC1 (acionat la sfritul fazei precedente) a generatun impuls electric pe care bobina electromagnetului EM1 l transformcalitativ n forelectromagnetici acioneazelementul de execuie al organului elementar decomand, care este tija sertraului distribuitor SD. Tija se deplaseazspre dreaptapentru a permite uleiului sub presiune sacioneze(prin motorul hidraulic MH) saniade la dreapta la stnga. Sania se deplaseazpncnd cama C ntlnete limitatorul decursLC2, prin acionarea cruia se dcomanda de retragere a saniei.

Figura 5.1 - Sistem electrohidraulic decomandi acionare al unei snii

96

Prin urmare, sistemele de comandcuprind: elemente de comand(saugeneratoare de semnal); elemente de transmitere a semnalului (impulsului de comand)i elemente de execuie, formnd mpreuncircuitul de comand.

Elementele de comandpot fi manuale (butoane, manivele, prghii, roi demn) i automate (mecanice, electrice, electronice, hidraulice, pneumatice icombinate).

Elementele de transmitere (transfer) a semnalului pot fi: mecanice, hidraulice,pneumatice, electrice, electronice, combinate etc.

Elementele de execuie, la rndul lor, pot fi: mecanice, hidraulice, pneumaticeicombinaiile acestora.

n funcie de natura elementelor de comand, dar mai ales funcie de modul degenerare a semnalelor de comand, sistemele utilizate pentru comanda mainilor-uneltese pot clasifica astfel:

- sisteme cu elemente de comandmanual;- sisteme de comandprin copiere;- sisteme de comandcu arbori cu came;- sisteme de comandsecvenial;- sisteme de comandnumeric;- sisteme de reglare adaptivi optimal.

5.2. Sisteme cu elemente de comandmanualLa sistemele de comandmanualimpulsul de comandse dmanual (Fig. 5.2),

operatorul fiind acela care transforminformaia de comand n impuls decomand- acionnd asupra unor butoane,roi de mn, manete, prghii etc.

Coordonarea ciclului defuncionare prin intervenia manualamuncitorului rmne pentru maina-unealtclasicmijlocul de transmitere atuturor datelor introduse de proiectant ndesenul de execuie al piesei. n aceastsituaie, complexitatea mainii i a pieseide prelucrat, preciziile care intervinreclamo mnde lucru calificati de ocontiinciozitate corespunztoare.

Toate aceste nsuiri ce se cermuncitorului pentru a deservi o anumitmainrmn dominate de subiectivismulspecific uman i de factori precum:oboseala, neatenia, lipsa de promtitudinen situaii critice etc., care fac din om unoperator nu chiar perfect. n plus,

Figura 5.2 - Sistem centralizat de comandmanuala 6 trepte de turaii

97

posibilitile omului sunt i ele limitate, avnd n vedere cunui muncitor, orict ar fide calificat, i este imposibil smanevreze micrile simultane a douaxe ale mainii-unelte - ntr-o anumitcorelaie ntre ele - astfel ca sse obin(descrie) un conturprecis. Cu att mai puin se poate vorbi de posibilitile omului, cnd la o main-unealteste necesar sfie manevrate trei sau mai multe axe simultan.

O treapta evoluiei sistemelor de comandmanuala fost aceea a centralizriilocului de dare a comenzii. La aceste sisteme elementul de preluare a semnalului decomandeste comun pentru mai multe elemente de execuie (Fig.5.2), rol ndeplinit deo manet, de o roatde mnetc. Aceste sisteme cu elemente mecanice sunt simpleiservesc pentru comanda unui numr restrns de elemente de execuie, iar amplasareamanetelor(elementelor de comand) trebuie sfie raionali uor memorizabil.

Dezavantajul acestui tip de sistem de comandconstn faptul cpentru a seselecta o turaie doritmecanismele de reglare (cutia de viteze) trebuie streacprinfaza de ntrerupere a micrii - ceea ce ngreuneazcomanda i mrete timpiiauxiliari. Cu toate acestea, multe dintre mainile-unelte universale aflate n exploataresunt dotate cu asemenea sisteme de comand(maini de rabotat, strunguri universale,freze etc.).

O faz superioar n dezvoltarea tehnic asistemelor de comanda constat n apariia sistemelor decomandcu preselectare. Caracteristic acestor sisteme decomandeste faptul cturaia sau avansul necesar la fazaurmtoare de lucru a mainii-unelte se poate preselecta ntimpul fazei curente de lucru n mod manual sau se poateimpune prin program, selectarea propriu-zis(execuiacomenzii) putnd fi mecanic, hidraulic, electricsaucombinaiile acestora.

Exemplul din figura 5.3. prezintun sistem decomandcu preselector electrohidraulic de turaii, careechipeaz mainile-unelte grele, la care punerea nmicare a baladoarelor necesitfore mari. Din aceastcauzelementele de execuie sunt cilindrii hidraulici saucuplaje speciale cu cilindrii nglobai. Pentru comutareabaladoarelor z1 i z2 se folosete ca element de acionaremotorul hidraulic MH care se comandcu distribuitorulelectro-hidraulice D. Preselectarea propriu-zisa turaieii comanda ntregului ansamblu se realizeaz cu unechipament de comandelectricECE.

Sistemele de comand cu preselectare seinterfaeazbine cu sistemele de comandnumeric, aacum sunt realizate i unele sisteme de preselectare ischimbare a sculelor.

O etap a evoluiei sistemelor de comanddupprogram sunti sistemele decomandprin copiere, sistemele de comandcu arbori cu came i sistemele decomandsecvenial.

Figura 5.3 - Sistem decomanda turaiilor

(cu preselectare)

98

S2. Sisteme de comandprin copiereDatoritposibilitii uoare de realizare a unui grad ridicat de automatizare a

unor lanuri cinematice, sistemele de comandprin copiere au o largrspndire,permind totodato prelucrare precisi economic- chiar i n cazul unui numrrelativ mic de piese.

La aceste sisteme, informaiile necesare desfurrii procesului de achiere(informaii de deplasare) sunt materializate pe un ablon sau pe o piesetalon, carereprezintpurttorul de program, de pe care sunt preluate (copiate) de regulautomati transmise mainii-unelte n vederea desfurrii ciclului de lucru sau a o parte dinacesta.

Sistemele de comandprin copiere pot fi clasificate dupmai multe criterii:a. dupmetoda de copiere, se ntlnesc:

- sisteme de copiere plan, la care este materializatpe ablon numaiuna din curbele generatoare sau directoare;

- sisteme de copiere spaial, la care ambele curbe sunt materializate;b. dupmodul de palpare aablonului se ntlnesc:

- sisteme de copiere cu contact mecanic;- sisteme de copiere fr contact mecanic, urmrirea conturului

ablonului fcndu-se prin alte metode (fascicol luminos, laser etc.);c. dupnatura sesizoruluii a elementelor de execuie se deosebesc:

- sisteme de copiere mecanice;- sisteme de copiere hidraulice;- sisteme de copiere electrice;- sisteme combinate de copiere (electro-hidraulic, foto-electricetc.).

Caracteristica de funcionare a sistemelor de copiere este determinatn maremsurde modul de transmitere a informaiilori de rspunsul sistemului de execuie.Ecuaia de transfer a unui lancinematic comandat printr-un sistem de copiere este deforma:

X i Xi e , (5.1)

n care: Xi este mrimea de intrare sesizatde palpator;i este raportul de transfer al lanului cinematic de copiere;Xe este mrimea de ieire (deplasarea sculei);

n cazul unei copieri ideale, analiznd ecuaia (5.1), ar trebui sexisteegalitatea: Xi = Xe , ceea ce duce la reproducerea fidela modelului (ablonului).

Referitor la raportul de transfer, numai la copierea mecaniccu sistem pantografraportul de transfer poate fi subunitar sau supraunitar, n toate celelalte cazuri: i = 1.Pe de altparte, cum lanul cinematic de copiere funcioneazn regim dinamic,ntrzierile rspunsului la semnalul de comandduc la distorsionarea semnalului deieirei la creterea erorii de copiere (prelucrare).

99

Sistemele de comand prin copiere mecanic sunt caracterizate prinsimplitate constructivi sigurann funcionare, fiind folosite la unele strunguri,freze etc.

Principiul comenzii prin copieremecanic dup o direcie a unui lancinematic este prezentat n figura. 5.4.

Informaiile de deplasare suntmaterializate pe un ablon care este fixat pemasa mainii mpreun cu piesa deprelucrat. Cnd masa mainii, M, executmicarea de avans (transport) Vt. , palpatorulP este obligat s urmreasc profilulablonului. Palpatorul fiind legat rigid cucapul de frezat CFv l obligpe acesta surmreascprofilul ablonului cu viteza decopiere Vc, timp n care scula S reproduce nsemifabricat formaablonului.

Micarea principalde achiere, na,a sculei S este asiguratprin motorul deantrenare M1 i mecanismul de reglare Mr,ntreg ansamblu al lanului cinematic principal fiind montat pe sania verticala capuluide frezat.

Dezavantajul acestui tip de sistem constn tendina de uzare rapidaabloanelor - datoritforelor mari de palpare. Astfel, chiar dacgreutatea capului defrezat este echilibrat(G), totui este nevoie de o apsare a palpatorului peablon cu ofor, F, care snvingreciunea forei de achiere, ceea ce presupune execuiaabloanelor din materiale dure sau tratate termic, lucru ce duce la preuri ridicate.

S3. Sistemele de comandprin copiere hidraulicnlturdezavantajelesistemelor mecanice, dezavantaje privitoare la forele mari de palpare i uzareaablonului, putnd fi adaptate la diferite maini-unelte ca accesorii.

Datfiind marea varietate a sistemelor hidraulice de copiere, clasificareaacestora se poate face dupmai multe criterii, cel mai important criteriu fiind naturacomparatorului i a elementului de identificare (de msurare a poziiei). Astfel, sentlnesc: sisteme de copiere mecanohidraulice, electrohidraulice, pneumohidraulicesau diverse combinaii ale acestora.

Sistemele de comandprin copiere hidraulicsunt de fapt sisteme de urmrireautomatla care elementul de execuie este de naturhidraulic, fiind reprezentat deansamblul sertar de distribuie (elementul de comand) i de motorul hidraulic(elementul de acionare propriu-zis).

Principiul constructiv i funcional al unui sistem de copiere mecano-hidrauliceste prezentat n figura 5.5. Organul de execuie al lanului cinematic comandat estecilindrul (CH) unui motor hidraulic cu tija fix, de cilindru fiind solidarizati scula Si corpul 2 al sertarului distribuitor SD.

Figura 5.4 - Sistem de copiere mecanic

100

ablonul materializeazprogramul (traiectoriile generatoare i/sau directoare)dupcare trebuie sse deplaseze scula S - n vederea realizrii(transpunerii) aceluiai

profil pe pies. Lamicarea de avans vt aablonului (isemifabricatului), tijapalpatoare din prelungireasertarului distribuitor SD seva deplasa spre dreapta cumrimea Xi. Ca urmare, areloc trecerea unei cantitide fluid sub presiune (P) ncamera B a cilindruluihidraulic CH i evacuareadin camera A spre rezervor(R) a unei cantiticorespunztoare de fluid,ceea ce permite deplasarea

spre dreapta a cilindrului hidraulic.Odatcu deplasarea cilindrului hidraulic are loc i deplasarea spre dreapta a

sculei S cu mrimea de ieire Xe, dari deplasarea corpului 2 al sertarului SD (care esterigidizat cu cilindrul hidraulic) pncnd Xi = Xe. n acest moment micareacilindrului nceteazdeoarece fanta de alimentare dintre sertari corpul distribuitoruluise obtureaz, cilindrul hidraulic intrnd n repaus. Contactul dintre sertar (palpator)i

ablon este asigurat tot timpul dearcul elicoidal 3, iar deplasareacorpului 2 odat cu carcasa 1reprezintlegtura de reacie, careeste o legturrigid(unitar).

n modul descris mai sus sepot transpune (copia) de pe ablon pepies curbele generatoare saudirectoare necesare generriisuprafeelor piesei, lanul cinematicde copiere automatizndu-se.

Sistemele de comand princopiere electricau echipat n specialmainile de frezat. Mainile de frezatechipate cu acest tip de sisteme decomand au fost utilizate cuprecdere pentru prelucrarea unorsuprafee complexe - neanalitice, cumar fi cavitile de matrie (Fig.5.6)etc., aceasta doar pnla apariia i

concurena mainilor performante cu comandnumeric.

Figura 5.5 - Sistem de copiere mecano-hidraulic

Figura 5.6. Mainde frezat cu masaverticaldotatcu sistem de comandprin

copiere electric avnd posibilitateaprelucrrii n 2 D

101

s5.4. Sisteme de comandcu arbori cu cameSistemele mecanice de comandcu arbori cu came au constituit primele sisteme

de comandautomata mainilor-unelte. Ele fac parte din categoria sistemelor decomandrigide - centralizate, care permit obinerea unei sincronizri sigurei precise atuturor fazelori operaiilor ciclului de lucru.

Elementul central de comandeste arborele cu came (Fig. 5.7), pe care suntdispuse camele care constituie portprogramul mainii-unelte. Pe camele arborelui de

comandse programeazdiferite funcii de comandi de acionare, ca de exemplu:pornirea i oprirea mainii sau a unui subansamblu al acesteia, micrile n cursele delucru i de gol ale suporilor port-scul, alimentarea cu semifabricate, rotirea,deplasarea sau blocarea unor organe ale mainii, precumi alte funcii pentru fazele delucru sau auxiliare

n figura 5.7 este prezentat sistemul de comandi acionare n micarea deavans axial a saniei capului revolver, respectiv a suportului portsculi a sculei pentrustrunjirea longitudinalpe o lungime l a unui semifabricat pe un strung revolverautomat orizontal. Profilul camei se stabilete de ctre tehnolog pe baza unor calculede reglare, pornindu-se de la desenul de execuie al piesei. Astfel, programul de lucrunmagazinat n profilul camei este transmis saniei (n timpul rotirii camei de ctrearborele de comand) printr-o rol, un tachet i o prghie cu sector dinat, punndu-sen micare de avans sania capului revolver prin cremaliera solidarcu aceasta.Contactul permanent ntre tachet i cam(necesar pentru urmrirea profilului acesteia)este meninut de ctre un arc.

Avantajul esenial al acestor sisteme de comandconstn aceea cse potsuprapune fazele de lucru, rezultnd o scurtare a ciclului de prelucrare i mrireaproductivitii mainii-unelte.

Figura 5.7 - Sistem de comandi acionare a saniei capului revolver nmicare de avans axial

102

5.5. Sisteme de comandsecvenialDenumirea comenzii - secvenial- este similarmodului de programare a

ciclului de funcionare al mainii-unelte, care se realizeazn secvene, fazcu faz,realizarea unei secvene din program condiioneazexecutarea secvenei urmtoare.

Aceastcategorie de sisteme de comandpermite ca operaiile ce nsoesctrecerea de la prelucrarea unei piese la alta sse facntr-un timp mai scurt dect lacele precedente, mainile-unelte s devinmai flexibile din punct de vederetehnologic, iar prelucrarea pieselor (chiar n serie mic) sdevinmai economic.

Sistemele de comandautomatsecvenialsunt ntlnite la multe tipuri demaini-unelte ntr-o mare varietate de soluii, constituind o treaptintermediarntresistemele clasice de comandi sistemele de comandnumeric.

Cele mai ntlnite sisteme de comandsecvenialsunt sistemele cu came(clrei), sistemele cu fiei sistemele cu tamburi cu bile.

Un sistem de comandsecvenialcu clrei estei cel prezentat n figura 5.8.Sistemul automatizeaz lanulcinematic de avans al uneiuniti de gurire ce poate faceparte dintr-o main-unealtagregat, sistemul automatizndi lanul cinematic auxiliar careasiguralimentarea mainii cusemifabricate.

Informaiile(geometrice) asupra atingeriipoziiei curselor programatesunt date de amplasarea ladistane corespunztoare alimitatoarele L0L4, Acestea ,prin camele C1, C2 comandalimentarea circuitelorelectromagneilordistribuitoarelor D1, D2i D3.

Astfel, la acionarealimitatoarelor L0 i L4 secomand poziia 1 adistribuitorului D1, celelalte

distribuitoare ocupnd poziiile: D2 (0)i D3 (0), iar motorul hidraulic MHL1 va realizaapropierea rapidde semifabricat a unitii de gurire.

Ciclograma de funcionare pentru cele doumotoare hidraulice este prezentatn figura 5.9. Dupparcurgerea spaiului pentru apropiere rapid(AR), cama C1, (ceacare poartinformaiile dimensionale) acioneazlimitatorul L1 care comandpoziiaD2(1) a distribuitorului, iar motorul MHL1 realizeazavansul tehnologic (AT), vitezade avans fiind reglatprin regulatorul de debit RD.

Figura 5.8 - Sistem de comandi acionaresecvenialcu camei limitatori de curs

103

Parcurgerea spaiului necesar avansului tehnologic este sesizatde limitatorulL2, care comand poziia D1 (2) adistribuitorului i, ca urmare, motorulMHL1 se retrage rapid n poziiainiial, poziie sesizatde limitatorulL0. Prin acest limitator se comandpoziia (1) a distribuitorului D3, caz ncare motorul MHL2 se deplaseazirealizeazalimentarea cu semifabricat,dupcare, la atingerea de ctre camaC2 a limitatorului L3 , motorul seretrage n poziia iniial, poziiesesizatde limitatorul L4. Viteza dedeplasare a motorului MHL2 seregleazcu droselul Dr.

Ordinea secvenelor n desfurarea ciclului de lucru se poate programa icomanda i cu ajutorul unor tamburi ce au orificii n lungul generatoarei, ct i ncircular (Fig.5.10.). n orificiile respective se introduc bile, care acioneazmicrontreruptoarele 2, care sunt poziionate n lungul generatoarei tamburului 1.Dup executarea unei secvene, prinintermediului unui electromagnettamburul se rotete cu un pas pentru a seciti datele din secvena urmtoare.

Un asemenea tambur cu bile seutilizeazi la strungul automat revolvertip DRT 32/40. La acesta, pe un tamburcare conine 32 de canale circulare, sepot programa mai multe funcii, iarnumrul maxim de secvene este egal cu40. De asemenea, se pot programa icicluri elementare pentru strunjirelongitudinali transversal.

Sistemul de introducere - citire aprogramului pe secvene de pe tamburul1 conine un mecanism cu clichet, roata de clichet Rc fiind solidar cutamburul(Fig.5.10). Clichetul C este acionat de electromagnetul Em i permite rotireaintermitenta tamburului cu bile, iar sistemul intrn funciune la o comanddatdelimitatorul de curscare a efectuat controlul secvenei precedente.

n cele prezentate pnacum, informaiile necesare conducerii mainii-unelte aufost memorate de operator sau pe un purttor de program de genulablonului, arborilorcu came, iar mai evoluat de ctre sistemele de comandsecvenial. Dezavantajulprincipal al acestor sisteme de comandl constituie rigiditatea programului, timpulndelungat de confecionare i costul relativ ridicat al acestuia, ceea ce le facerentabile numai la producia de serie marei de mas.

Figura 5.9 - Ciclograma de funcionare asistemului de comandi acionare din

figura 5.8.

Figura 5.10 - Principiul sistemului decomandsecvenialcu tambur cu bile