91

Click here to load reader

Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

  • Upload
    ovidiu

  • View
    137

  • Download
    5

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

1. Introducere. Definirea Maşinilor Unelte. M.U. se defineşte ca fiind o maşină de lucru având ca scop formarea pieselor, pe procese

bazate pe îndepărtarea adaosului de prelucrare sub formă de aşchii sau particule în anumite condiţii economice, precizie dimensională şi de formă şi calitate a suprafeţei.

Maşina – în sensul larg al cuvântului, este construcţia care transformă forma energiei din mecanică în altă formă sau, în sens invers, din alta formă în energie mecanică.

Maşinile se clasifică în : - maşini de forţă (energetice)- maşini de lucru

Maşina de forţă furnizează energie sub diferite forme, inclusiv mecanică.Maşina de lucru primeşte energie sub diferite forme, o transformă şi execută anumite

obiecte sau produse.Grupurile de maşini se numesc agregate.Maşina de lucru este construcţia ce efectuează lucrări de execuţie parţiala sau produse, prin

mişcări cu diferiţi parametri şi transformări de energie.Domeniul maşinilor de lucru: industria: extractivă, metalurgică, chimică, prelucrătoare,

uşoara, alimentara, etc.Maşina unealta este o maşina de lucru având rolul de a modifica forma şi dimensiunile unor

corpuri, în general metalice, prin procesul de aşchiere, cu o anumită capacitate de producţie, precizie dimensională şi calitatea suprafeţei. Maşinile unelte se pot utiliza independent sau în grupuri de maşini-unelte cu funcţionare corelata succesiv prin o parte a procesului de producţie rezultând liniile tehnologice.

1.1.Clasificarea Maşinilor Unelte. Enumerarea tuturor genurilor şi tipurilor de M.U. este dificila datorită numărului mare ale acestora cât şi creări de genuri şi tipuri noi, în concordanţă cu evoluţia continuă a ştiinţei şi tehnicii. În vederea uşurării studierii şi analizei construcţiei funcţionale a M.U. se utilizează următoarele criterii de clasificare :

- după procesul de prelucrare- după gradul de specializare- după precizie- după mărime- după greutate

Clasificarea după procedeul de prelucrare se apreciază ca fiind cea mai completă deoarece se bazează după criteriul tehnologic.După aceste criterii este făcută clasificarea M.U. în ţările industriale Germania, Rusia, Franţa Anglia. După procedeul de prelucrare M.U. se împart în mai multe grupe denumirea grupei provenind în majoritatea cazurilor din denumirea procedeului. Fiecare grupă conţine la rândul său mai multe subgrupe, în plus unt prezentate şi codul numeric.

Nr. Crt Grupa Subgrupa COD1. STRUNJIRE Strunguri Normale

FrontaleCarusel

AutomateSpecializate

331-110331-120331-130331-140331-150331-170

- 1 -

Page 2: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

331-1802. Găurire Alezare

Maşini de găuritMaşini de alezatMaşini orizontale de alezat şi frezat

Verticale şi universaleMaşini de găurit radialeMaşini de găurit in coordonateAlte maşini de găuritMaşini de alezat Maşini de alezat şi frezat

331-210

331-220

331-230331-240331-260

331-270

3. Frezar e Maşini de frezatMaşini de debitatMaşini de retezat

Maşină de frezat universală şi orizontalăMaşini de frezat verticaleMaşini de frezat longitudinaleMaşini de frezat specializateMaşini de debitatMaşini de retezat

331-310

331-320331-330331-340331-350331-370331-380

4. Rectificare Maşini de rectificatMaşini de ascuţitMaşini de suprafinisarePolizoare

Maşini de rectificat rotundMaşini de rectificat planMaşini de rectificat specializateMaşini de ascuţit

Maşini de suprafinisatMaşini de suprafinisat specializate Polizoare

331-410

331-420331-430331-440331-450331-460331-470

331-480331-490

5. Danturare filetare Maşini de danturat Maşini de filetat

Maşini de frezat danturi Maşini de mortezat, rabotat şi broşat danturiMaşini de rectificat şi superfinisat danturi Alte maşini de prelucrat danturiMaşini de filetat externeMaşini de filetat universaleAlte maşini de filetat

331-510

331-520

331-530

331-540

331-550

331-560331-670

- 2 -

Page 3: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Maşini de rectificat filete 331-580

6. Rabotare Mortezare Broşare

Maşini de rabota Maşini de mortezatMaşini de broşatMaşini specializateMaşini de echilibrat

Maşini de rabotatMaşini de rabotat şi frezatMaşini de mortezatMaşini de broşatMaşini specializateMaşini de echilibrat

331-610

331-620331-630331-640331-650331-690

7. Maşini de prelucrat metale prin alte procedee de desprindere a metalului

331-700

8. Maşini unelte agregateLinii de transferC.P. Sisteme de maşini

Agregate (direcţii de prelucrare)Agregate (elemente de indexare)Agregate (număr de poziţionări)Linii de transferC.P.Sisteme de maşini

331-810

331-820

331-830331-840331-870331-880

Clasificarea de mai sus poate fi completată pentru fiecare maşină prin precizarea unor caracteristici importante ca şi natura mişcărilor existate nr de sănii şi direcţiile lor de deplasare nr de cărucioare şi modul lor de antrenare, dimensiunile externe ale pieselor ce pot fi executate pe maşina, domenii de reglare a vitezelor mişcărilor etc.

După gradul de specializare : - M.U. universale

- M.U. specializate- M.U. speciale

M.U. universale : se caracterizează prin posibilităţile tehnologice largi, putând asigura prelucrarea pieselor cu o mare cu o mare varietate de tipodimensiuni şi din materiale diferite. Acest lucru impune la M.U. a unor domenii largi de reglare a turaţiilor şi a avansurilor. Aici se încadrează strungurile normale, M.F. universale, Maşini de alezat şi frezat, Maşini de rectificat universale.M.U. specializate : prelucreazaă piese de aceeaşi tip dar dimensiuni diferite, de exemplu M. frezat arbori cotiţi, M. rectificat arbori cotiţi.M.U. speciale : execută o anumită operaţie pentru o anumită piesă sau pentru o gamă extrem de redusă de dimensiuni.Exemplu :

- După precizie : - M.U. de precizie normală - M.U. de precizie ridicată - M.U. foarte precise- După mărimea M.U. : - foarte mari

- mari - mijlocii - mici - foarte mici

- 3 -

Page 4: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

1.2.Simbolizarea Maşinilor Unelte.

- se face plecând de la clasificarea făcută după primul criteriu cu un grup de cifre sau un grup de litere şi cifre din care rezulta denumirea maşinii şi caracteristica tehnică cea mai importantă a acesteia. La noi în ţară se utilizează următoarele grupuri de litere:

SN – strung normalNC – strung caruselG – maşină de găuritAF – maşină de alezat şi frezatŞ – şepingFD – maşină de frezat danturiRE – maşina de rectificat rotund exteriorRI - maşina de rectificat rotund interiorRP - maşina de rectificat planFU - maşina de frezat universalăFU – maşină de frezat de sculărieFC – ferăstrău circularFA – ferăstrău alternativ

Exemple de simbolizare:

SN 400 - S.N. cu diametru maxim de prelucrat de 400 de mmS 425 – şeping cu cursă maximă de 425 mmSC 2500 – strung carusel cu diametru platou de 2500 mmFU 350 – maşină universală de frezat cu lăţimea mesei de 350 mm

1.3.Mişcările Maşinilor Unelte.

Prelucrarea completă a unei piese pe MU impune realizarea unui număr minim de mişcări, ce se succed într-o anumită ordine şi care se repetă ciclic la prelucrarea oricărei alte piese de acelaşi tip.

Mişcările necesare sunt: - mişcări de generare- mişcări auxiliare

Mişcările de generare sunt executate de MU şi se execută în timpul procesului de prelucrare.

Mişcările auxiliare sunt executate în afara procesului de prelucra şi sunt executate la MU neautomate de către operatorul uman. Ele se mai numesc şi mişcări ajutătoare, sau în gol. Ele sunt: alimentate cu piese, alimentarea cu scule, transportul semifabricatelor, reglarea lanţurilor cinematice, poziţionarea reciprocă piesă-sculă, comutări (comenzi) şi protecţia MU şi a operatorului uman. Ele se pot repeta o singură dată în ciclu sau de mai multe ori.

Mişcările de generare sau de executare după rolul lor în diferitele faze ale ciclului de lucru se denumesc astfel:

- pentru formarea suprafeţelor - de pătrundere- de divizare sau periodice- ajutătoare

- 4 -

Page 5: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

şi sunt realizate de către scule, piese sau ambele.

Mişcarea executantă poate fi:- liberă sau independentă – când viteza sa este dictată de parametrii tehnologici

sau de funcţionare. Poate fi liniară (L) sau rotativă (R). Ex: mişcarea L la broşare.

- elementară sau componentă , când valorile vitezei sale sunt corelate cu vitezele altei mişcări, dependenţă dictată de condiţiile tehnologice sau de funcţionare. Ex: MP+MAv la găurire.

- compusă – când rezultă din compunerea a două, trei sau patru mişcări elementare. Traiectoriile relative ale mişcării compuse sunt curbe complexe în spaţiu.

Mişcările executate sunt efectuate de către anumite subansamble sau subsisteme denumite generic verigi executante. (port cuţite, arbori principali, mese, sănii, suporţi).

Ciclul de lucru reprezintă totalitatea mişcărilor de generare necesare prelucrării unei piese pe MU sau un sistem de MU.Ciclul de funcţionare reprezintă ansamblul mişcărilor de generare şi mişcărilor auxiliare necesare pentru prelucrarea unei piese pe o MU.

1.4.Scula aşchietoare

- cu un dinte (cuţit)

- cu mai mulţi dinţi (freze)

A = corpul cuţitului – faţete, muchii care alcătuiesc geometria cuţituluiB = coada cuţitului – partea de prindere în port sculăFγ = faţă degajare (aşchii)Fα = faţă de aşezare - principală (Fα) – faţă care atinge prima materialul

- secundară (Fα’)Fγ∩ Fα = Tp - tăiş principalFγ ∩Fα’ = Ts - tăiş secundarTp∩Ts = Vc - vărf cuţit - ascuţit a)

- teşit b)- rotunjit c)

- 5 -

Page 6: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

1.5.Unghiurile cuţitului

Alcătuiesc geometria cuţitului.

Ή1 – unghi de atac principalΉ1’ – unghi de atac

secundarε - unghiul la vârful cuţitului

γ – unghiul de degajareα - unghiul de aşezareβ - unghiul de ascuţire a sculei

aşchietoare

- 6 -

Page 7: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

1.6.Uzura

Uzura este fenomenul de deteriorare a tăişului sculei aşchietoare în timpul procesului de prelucrare, deteriorarea care conduce la căderea preciziei de prelucrare şi respectiv a calităţii suprafeţei..

Uzura : - pe faţa de aşchiere – a- pe faţa de degajare – b- pe ambele – c

- văzută pe faţa de aşezare (a)

Apariţia uzurii determină modificarea unghiiului alfa (α):

- văzută pe faţa de degajare (b)

Apariţia unor cratere care modifică valoarea unghiului de degajare γ măsurând-ul:

- (c)

Conduc la modificarea geometriei unghiului alfa şi beta. Uzura în general este influenţată de următorii factori :

- 7 -

Page 8: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

- de materialul de prelucrare- de materialul sculei aşchietoare- de parametri reg. de aşchiere- de forţele de aşchiere- de geometrica sculei aşchietoare- de condiţiile în care se efectuiaza prelucrarea

1.7.Durabilitatea

Durabilitatea sculelor aşchietoare T, reprezintă intervalul de timp în minute între două reascuţiri succesive ale sculei.

De regulă durabilitatea este în strânsă legătură cu viteza sculei aşchietoare.Durabilitatea s.a. se determină cu formula lui Taylor :

CT = --------- Vn

c – ct. care depinde de cele două materiale aflate în contactv – viteza cu care se execută prelucrarea

Durabilitatea este influenţată de o serie de factori:De obicei se ia în considerare durabilitatea economică.

- 8 -

Page 9: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

2. Compunerea generală a Maşinilor Unelte

MU sunt construcţii complexe specifice procedeelor de prelucrare care se execută. Cu toate acestea MU sunt compuse din următoarele părţi, având funcţii specifice, deosebite, după cum urmează:

A. Acţionările , grupează mecanismele şi componentele ce asigură realizarea mişcării executate şi transmiterea puterii.

B. Părţile portante , care cuprind piesele de bază şi sistemele de preluare a forţelor şi momentelor necesare efectuării procesului de prelucrarecrare (batiuri, sănii, mese, verigi executante).

C. Parţi de comandă prin care se stabilesc parametrii de funcţionare şi se conduce total sau parţial ciclul de lucru.

D. Sisteme auxiliare care asigură realizarea şi menţinerea condiţiilor de funcţionare optime ale MU. Acestea cuprind sistemul de ungere-răcire a sculei şi eventual de spălare a acesteia, de termostatare a zonei de lucru sau a MU, de indepărtare a aşchiilor şi rezidurilor sau de spălare a MU.

E. Sistemul de alimentare şi evacuare cu ajutorul căruia se asigură introducerea pieselor în poziţiile de prelucrare şi apoi eliberarea lor de pe MU la sfârşitul ciclului de lucru.

2.1.Acţionările.

Acestea grupează componentele optice, electrice, hidrostatice şi sistemele de transformare a mişcărilor utilizate în construcţia MU.

Transmiterea şi transformarea mişcărilor de la sursele respective la verigile executante VE se fac printr-o serie de componente, subansamble specifice care se numesc în general “verigi”. Şirul “verigilor” care servesc la transmiterea, transformarea, reglarea mişcărilor între sursele de mişcare şi VE sau numai între VE se numesc lanţuri cinematice.

Construcţiile VE pot fi mecanice, hidraulice, pneumatice sau combinate.Construcţia VE se bazează pe mişcările relative dintre sculă şi piesă, caracteristicile

procesului de prelucrare necesare pentru generarea suprafeţelor.La MU aceste mişcări sunt:

- mişcarea principală în timpul căreia are loc aşchierea- mişcarea de avans în timpul căreia scula aşchietoare pătrunde în straturi noi de

material.Mişcarea principală funcţie de tipul maşinii poate fi de rotaţie sau de translaţie.Acţionarea MU se face, în general, cu motoare electrice, care asigură la intrarea

schemei cinematice o mişcare de rotaţie, a cărei mărime va fi variată în limite foarte restrânse.Sarcina de reglare şi transmitere a mişcării, de la motor la arborele principal, este realizată de două grupe de verigi reglabile. Acestea pot transmite mişcarea şi, în acelaşi timp, pot să asigure o variaţie continuă sau discontinuă a mişcării la elementul final al lanţului cinematic.Schemele unor lanţuri cinematice de acţionare sunt prezentate în figură:

- 9 -

Page 10: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

CPO = cuplaj de pornire-oprireCSI = cuplaj de siguranţăVR = verigă reglabilă a mişcării finale R sau LLinia întreruptă = transmisii constante

Mecanismele de reglare în trepte numite cutii de viteză sau cutii de avansuri sunt formate din mai multe mecanisme elementare legate între ele în diferite moduri, determinând obţinerea de rapoarte de transmisie diferite, deci viteze sau avansuri diferite la ieşire.

Mişcarea se poate transmite prin angrenaje sau prin unele conuri în trepte.Acţionarea lanţurilor cinematice se poate realiza cu:

- partea de reglare şi electromotor trifazat (EMT)- EMCC cu magneţi permanenţi de cuplu mare cu rotor disc şi întrefier axial şi a

tiristoarelor (convertizor static de tensiune)În construcţia părţii de reglare – la MU care prelucrează suprafeţe complexe prin

compunerea avansurilor (Mu cu NC şi CNC sau la sisteme prin copiere).La MU moderne, tip MU cu CNC şi CP, se utilizează lanţuri cinematice care au în

structură elemente cu un înalt grad de precizie cinematică şi o fiabilitate ridicată, sunt lanţuri cinematice scurte (cu puţine elemente) şi astfel dimensionate încât să nu constituie surse de căldură sau surse de vibraţii.

Analiza diferitelor soluţii constructive şi cinematice a MU moderne conduce la următoarele concluzii:

1. acţionarea lanţului cinematic principal se realizează cu motor electric asincron, cu motor de curent continuu sau cu motor hidraulic

2. mecanismele de reglare a lanţului cinematic principal, în afara reglării prin motor (de curent continuu sau hidraulic), este o cutie de viteză relativ simplă cu un număr mic de trepte.

3. comutarea turaţiilor, pentru a putea fi automatizată, se face cu mecanisme tip baladori hidraulici, cuplaje hidraulice sau electromagnetice.

4. lanţurile cinematice sunt scurte, conţin puţine elemente, iar arborele principal, este separat , pe cât posibil de motorul de acţionare şi de celelalte mecanisme ale lanţului cinematic, pentru ca mişcarea de aşchiere să nu fie influenţată de vibraţiile şi căldura pe care le produc.

- 10 -

Page 11: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Ex:Fig. 4.2 Fig. 4.3CP -> strung paralel cu CN ->CV este complet separată de păpuşa fixă şi conţine cuplaje electromagnetice STROMAG.

- 11 -

Page 12: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

- 12 -

Page 13: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Fig 4.4 Fig. 4.6 CP ->Construcţii de lanţ cinematic principal acţionat de un motor de curent continuu şi reglat printr-o cutie de viteză CV cu baladori acţionaţi hidraulic.

Fig. 4.7, CP-> Lanţuri cinematice principale cu EMT de curent alternativ cu CV cu cuplaje electomagnetice

Pentru lanţuri cinematice de avans, la MU moderne se utilizează următoarele acţionării:

electrice electrohidraulice hidraulice

- 13 -

Page 14: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Pentru MU moderne, lanţul cinematic LC de avans trebuie să fie un LC independent, acţionat separat. LC de avans cuprind în general următoarele:

- motorul de acţionare - MCC - clasic cu rotor de Mi mic - cu rotor disc şi întrefier axial (AXEM)

- cu magneţii permanenţi cu mecanică redusă- MPP - pentru cupluri mici

- pentru cupluri mari (amplificatoare hidraulice de cuplu), elimină utilizarea traductoarelor de poziţie, dar pentru MU de precizie se folosesc traductoare de deplasare care micşorează avantajele soluţiei.

- reductor, o transmisie cu RD sau mai rar curele dinţate,- şurubul- piuliţă cu bile.

Ex:

Fig. 4.14, CP Exemple de LC de avans la CINCINNATI acţionat de MCC prin tiristori.

Un alt mod de acţionare este un MCC cu întrefier axial, AXEM sau un moror electrohidraulic pas cu pas SIEMENS sau FUJITSU cu distribuţie liniară, FOREST sau DANFOSS cu distribuţie rotativă.Ex:

Fig. 4.16

Fig. 4.17

MCC cu magmeţii permanenţi funcţionează la turaţie joasă şi nu necesită

- 14 -

Page 15: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

introducerea de reductor de turaţie. Soluţia permite amplasarea şi cuplarea directă pe arborele motorului a traductorului de deplasare rotativ.

2.2.Piesele corpolente sau portante

În această grupă sunt cuprinse piesele mari ale MU care îndeplinesc următoarele funcţii:

- susţine alte subansambluri ale MU- preiau şi transmit forţe rezultate din procesul de aşchiere şi din greutăţi proprii- asigură precizia deplasărilor

Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească sunt:- să aibă rigiditate cât mai mare- să aibă rezistenţă la vibraţii- să aibă greutate minimă

În funcţie de mobilitatea lor se deosebesc: - piese corpolente – fixe - mobile

2.2.1.Piese corpolente fixe

Din această grupă fac parte : batiurile, coloanele, traversele fixe, carcasele, plăcile de bază, picioarele, etc.

Dintre acestea cea mai importantă piesă este BATIUL.În batiu se închid toate solicitările maşinii şi determină în cea mai mare măsură forma

MU.El poate fi realizat monobloc sau din părţi montate rigid.Forma constructivă a batiului este determinată de mărimea, configuraţia şi greutatea

pieselor de prelucrat, de solicitările produse de F de aşchiere, de greutăţile pieselor şi subansamblurile pe care le susţin, de structura cinematică a MU, de cerinţele de ordin funcţional, constructiv şi estetic, de tehnologia de fabricaţie, de gradul de tipizare, etc.

Batiurile au forme constructive foarte variate astfel încât clasificarea lor este făcută pe următoarele criterii:

după forma constructivă:- orizontale- verticale- înclinate- de tip grindă- cadru.

după soluţia constructivă:- turnat- sudat.

după profilul secţiunii transversale:- dreptunghi (sau formă de cadru)- cu pereţi interiori de rigidizare- cu secţiune trapezoidală- cu rigidizare circulară

- 15 -

Page 16: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Necesitatea eliminării aşchiilor impune ca batiul să fie prevăzut cu spaţii care să asigure conducerea acestora în colectorul sau în transportorul cu bandă sau cu rolă.

Batiul trebuie prevăzut cu jgheaburi şi caneluri care asigură colectarea lichidului de răcire şi ungere.

În unele MU în interiorul batiului sunt prevăzute spaţii pentru : sistemele de ungere-răcire, motoare electrice de antrenare, amplasare de aparataj electric şi hidraulic.

Batiul se dimensionează prin calcul şi încercări pe model. Etapele proiectării:

stabilirea schemei încărcării cu F calculată la vibraţii calcularea deformărilor termice

calculul eforturilor unitare calculele de rigiditate.

2.2.2. Piese corpolente mobile – mese

-planşaibe

-console

- suporţi

-berbeci

- traverse mobile

-păpuşi mobile

2.2.3.Ghidaje şi sisteme de ghidare

- sunt alcătuite din forţele care sunt suprafeţe de contact între partea fixă (batiu) al MU şi partea mobilă (sanie, unitate avans).

- Rolul sistemului de ghidare e de a materializa traiectoriile generatoarelor rectilinii sau circulare necesare generării suprafeţelor pieselor de prelucrat.

Se clasifică după:- forma traiectoriei: rectilinii sau circulare- după profilul perpendicular pe direcţia de mişcare:

în A:

- 16 -

Page 17: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

în V:

coadă de rândunică:

în profil dreptunghic:

în profil cilindric:

- 17 -

Page 18: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

- după forma constructivă

Între faţetele ghidajelor, acestea se pot împărţi în grupe şi subgrupe:o grupa A = ghidaje cu frecare de alunecareo grupa B = ghidaje de rostogolireo grupa C = ghidaje mixte

- grupa A - frecare lichidă - frecare gazoasă

- frecare mixtăÎn general, sistemele de ghidare pot prelua sarcini verticale, orizontale, înclinate

Ghidarea trebuie să asigure precizia descrisă iniţial, să fie rigidă, să aibă rezistenţă la uzură şi să permită deplasarea subansamblelor mobile cu viteză mare

La MU cu comandă numerică, sistemele de ghidare sunt sisteme hidrostatice şi de rostogolire.

Sistemele de ghidare cu rostogolire se caracterizează prin faptul că între faţetele de ghidare există corpuri intermediare: role, bile, ace; care pot fi închise sau deschise.

În funcşie de tipul corpurilor de rostogolire avem diferite construcţii (fig.11).Acest tip de ghidaje pot fi cu prestrângere sau fără prestrângere (înălţimea jocului

existent între elemente).Dacă MU utilizează elemente de tipul săniilor, se vor folosi construcţii cu recircularea

corpurilor rostogolitoare de tipul: tanchete cu role, patine, seturi de role şi patine (fig.4.24).////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Fig 12.31 – Tanchete cu role Fig 12.33 – Colivii pentru corpuri intermediareGhidajele hidrostatice folosesc drept lichid uleiul, apa, lichidul de răcire.Acest tip de ghidaje pot fi cu curgere liberă sau cu cădere de lichid.Sunt utilizate pentru preluarea forţelor ce conduc la perturbaţii ale preciziei de

prelucrare prin compensarea deplasărilor ce apar datorită forţelor de încărcare cu lichid.

- 18 -

Page 19: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

2.2.4.Construcţia lagărelor arborelui principal al Maşinilor Unelte.

De regulă are o suprafaţă de revoluţie şi suportă toate ce intervin.Lagărele pot fi ovalizate cu elementele de rostogolire -> cu rulmenţii sau cu elementele hidrostatice.

Rulmenţii = lagăre cu corpuri de rostogolire ce se montează pe arborele principal în punctele de rezemare ale acestora şi au rolul de a prelua forţele ce apar în timpul procesului de prelucrare sau în repaus.

Rulmenţii trebuie suspendaţi şi să aibe o mare rigiditate, asigurând o precizie ridicată la arborele principal.

La maşinile moderne, lagărele trebuie să asigure o mişcare de rotaţie arborele principal de precizie ridicată, o bună stabilitate la vibraţii şi o bună stabilitate termică.

Lagărele hidrostatice se folosesc la mesele rotative şi la cele care execută deplasări liniare ce intră în componenţa centrelor de prelucrare.

Lagărele hidrostatice pot fi cu cădere liberă(Fig. 12.36) de presiune sau cu curgere liberă de presiune.

Fig. 12.36

Fig. 12.37

Fig. 12.38

- 19 -

Page 20: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

2.3.Părţile de comandă.

Stabilesc parametrii de funcţionare în ciclu parţial sau total de lucru.În cadrul acestor părţi de acţionare, cu ajutorul manetelor, butoanelor se realizează

instalarea parametrilor de aşchiere ce determină regimul de aşchiere.Regimul de aşchiere e caracterizat din punct de vedere al calcului parametrilor de

aşchiere specifici fiecărei aşchieri.Parametrii de aşchiere:

- t – adâncimea de aşchiere = mărimea stratului de material îndepărtat la o singură trecere a sculei pe suprafaţa de prelucrare.

- S – avansul de aşchiere Ap- V – viteza de aşchiere t = -------- * i

2unde Ap = adaus prelucrare t = viteza în funcţie de material Ap > t i = numărul de treceri s = mărimea stratului de pătrundere a sculei aşchietoare la o rotaţie sau cursă dublă.

- se măsoară în mm/rot sau mm /cursă dublă

La frezare se folosesc : avansul pe dinte : s2 măsurat în mm/dinte v =Π*dn/1000 măsurat în mm/min

d= diametrul piesei de prelucraren= turaţia

-

- 20 -

Page 21: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

v t

s

Regimul de aşchiere = alegerea şi calculul parametrilor în funcţie de procedeul de prelucrare folosit.

2.3.1. Mecanisme de transformare a mişcărilor.

Pentru realizarea de câtre verigile executante astfel ca parametrii cinematici să

corespunda procesului de lucru sunt necesare variaţii ale vitezei, însumarea vitezelor a doua

mişcări, transformarea unei mişcări din R în L, din continua în periodica.

Sunt utilizate îndeosebi la obţinerea mişcării rectilinii alternative, având mişcare R

reversibilă.

Pot fi : - pinion-cremaliera P-C

-melc-cremaliera M-C

-şurub-piuliţă

-biela-manivelă – mai puţin utilizat

a) Mecanismul Pinion-Cremaliera P-C

Este folosit pentru transformarea - directă R-L

- inversă L-R

Transformarea directă R-L este corespunzătoare la mişcări fără condiţii deosebite de

precizie şi uniformitate, cu forţe mici şi viteze mari (M.E ajutătoare) fără cerinţe de autofrânare şi

cu un randament bun.

Solicitarea preponderenţa a danturii este la încovoiere şi strivire=>forţa de tragere.

Schema constructivă a mecanismului P-C cuprinde în mod obişnuit şi transmisii prealabile

reducătoare iar la MU moderne şi elemente pentru scoaterea jocului şi chiar de pretensionare

pentru a putea executa deplasările VE cu precizie corespunzătoare.

- 21 -

Page 22: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Se utilizează două pinioane Pi1 şi Pi2 antrenate prin roţile melcate RM1 şi RM2.

b) Mecanismul Melc-Cremaliera cu alunecare M-C

Este utilizat pentru un mers liniştit şi uniform la curse lungi şi forte mari, permiţând reducţii

puternice şi precizie a deplasărilor dar are însă un raţionament redus.

Melcul-oţel, cremalieră-material antifricţiune: bronz, fontă.

Au execuţie pretenţioasă.

Având alunecare şi forţe mari necesită ungere abundentă.

Cremaliera se fixează pe o piesă rigidă, deci mărimea cursei nu afectează deformaţiile în

cazul S-P.

Necesitatea de creştere a randamentului a impus construirea unor mecanisme M-C cu

rostogolire care pot fi acţionate cu pierderi minime.

Prestrăngerea se realizează prin deplasarea radială a melcului câtre cremaliera în planul

radial al acesteia.

- 22 -

Page 23: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

2.3.2. Mecanisme şurub-piuliţă

Mecanismul Şurub - Piuliţă S-P

Avantaje:

- raport mare de reducţie deci moment de rotaţie mic

- posibilitatea sau nu de autofrânare

- poate servi ca mecanism de însumare

- se obţin mişcări precise, liniştite, sigure, măsurabile cu exactitate

- în anumite condiţii au randament destul de ridicat

De regula serveşte transformării directe R-L în care se poate roti fie şurubul fie piuliţa. Varianta cu piuliţa rotitoare reduce torsiunea şurubului, permite încastrarea rigida şi cu pretensionare a acestuia, deci rigiditate mai mare deci o precizie şi uniformitate a mişcării.

Pentru transformarea inversă L-R sunt foarte rar utilizate şi numai modelele fără autofrânare

şi cu rostogolire.

După felul frecărilor deosebim S-P –cu frecare de alunecare (mixtă sau lichidă)

- cu rostogolire

c1) S-P cu alunecare şi frecare mixta

- costuri scăzute

- sunt practic toate cu autofrânare

- au randament scăzut (0,2…0,45%)

- au uzura care le schimbă precizia în timp – piuliţe din materiale antifricţiune-bronz

Pentru limitarea vitezei de uzura pe flancuri presiunea p<padm=3÷12MPa.

Existenţa alunecării presupune totuşi un joc funcţional minim care se instalează mai uşor

prin reglaj, el crescând oricum în timp datorită frecărilor.

Apare deci în timp necesitatea reinstalării jocului minim funcţional aşa numita “scoatere a

jocului”. Se asigură astfel o funcţionare mai liniştita, precizie cinematică şi rapiditate la instalarea

la cotă.

Dar scoaterea jocului este însoţita de mărimea intensităţii uzurii 120x şi a frecărilor.

Pentru a reduce uzura şi frecările se recurge la scoaterea jocului numai la cursele sau fazele

la care este necesara pentru precizie eliberând şurubul în restul fazelor, la mers în gol, când viteza

trebuie să fie mare. Aceasta înseamnă o scoatere automatizată a jocului, deci construcţie complexă

şi costuri suplimentare.

Scoaterea jocului manuală şi periodică sau automată impune construcţia piuliţei din două

parti: partea de bază şi cea reglabilă.

- 23 -

Page 24: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Partea reglabilă este acţionata în diverse moduri astfel încât la scoaterea jocului să execute

deplasări mici axiale, asigurând contactul pe flancuri opuse ale spirei filetului.

Este foarte important ca prin aceasta să nu se ajungă la blocarea piuliţei pe şurub ceea

ce poate avea la forţe de scoatere a jocului prea mari. La reglarea manuală (fig. 2.116) aceasta

impune calificare ridicată. Partea de reglare se deblochează întâi din corp cu ajutorul ştiftului,

apoi se deplasează axial (0,05÷0,08mm) acţionându-se piuliţa de reglaj după care se

reblochează cu ştiftul. Rotirea parţii de bază este împiedicata de pană.

Contactul dintre flancuri are loc invers ca la fig. 2.115

c2) S-P cu alunecare şi frecare lichida

Se realizează cu sustentaţie hidrostatica, deci un strat de ulei sub presiune, între

flancuri, care elimina contactul dintre materialul şurubului şi cel al piuliţei.

Fiind numai frecare lichida nu mai există uzură, deci nu trebuiesc scoase jocuri, nu sunt

necesare materiale deosebite nici tratamente termice pretenţioase dar are precizie geometrică

ridicată.

- 24 -

Page 25: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Apare însă instalaţia de alimentare hidrostatică care complică construcţia.

Randamentul numai la S-P este ridicat, pe ansamblu însă puterea necesară instalaţiei

hidrostatice (0,1-0,2 W) scade randamentul total, de aceea S-P cu sustentaţie are utilizare la maşini

mari.

c3) S-P cu frecare de rostogolire

Permit realizarea de precizii mari, cu viteze foarte mici fără pericol de sacadare, au un

randament ridicat şi pot fi cu sau fără autofrânare însă necesită materiale, tratamente termice,

prelucrări şi condiţii de precizie analoage rulmenţilor, fiind deci scumpe.

Ele permit nu numai o scoatere a jocului ci şi o anumită pretensionare ceea ce constituie un

avantaj.

Sunt utilizate în special la MU cu comenzi numerice şi precizii ridicate.

Pretensionarea se obţine prin microdeplasări axiale 1-4 microni.

2.3.3. Şuruburi conducătoare cu elemente intermediare.

Şuruburile conducătoare cu elemente intermediare pot fi cu bile sau cu role.Şuruburile conducătoare cu bielă înlocuiesc frecarea de alunecare, din şurubul clasic,

prin frecare de rostogolire, ceea ce micşorează uzura şi îmbunătăţeşte randamentul mecanismului. Între şurubul 1 şi piuliţa sa 2 din fig 5.1, există un număr de bile 3, grupate pe unu sau mai multe circuite separate pe o lungime axială de 2.5 paşi.. Recircularea bilelor se realizează printr-o ţeavă incorporată în piuliţă prin care bila revine la poziţia iniţială după ce după ce au străbătut lungimea piuliţei.

- 25 -

Page 26: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Fig. 5.1

Robusteţea piuliţei permite să se cupleze şurubul direct la un motor electric dar fiabilitatea sa creşte substanţial dacă turaţia şurubului nu depăşeşte 1 000 rot/min, iar frecvenţa de inversare a sensului de rotaţie nu este prea ridicată.

Principalele dimensiuni (fig 5.2), ca şi ca şi sarcina nominală – statică şi dinamică – cu care poate fi încărcată şurubul , rezultă din tabelul 5.1.

Şurub Şurub Piuliţă Piuliţă P G Sarcină Sarcină d1 d2 D L Dinamică Statică20 16.5 45 33 5 M4 695 110020 16.5 45 48 5 M4 1400 224025 21.5 50 33 5 M5 780 140025 21.5 50 48 5 M5 1560 285025 21.5 50 46 10 M5 780 140032 26.5 65 45 8 M6 1600 285032 26.5 65 70 8 M6 3200 560040 34.74 70 50 8 M8 1850 360040 34.5 74 74 8 M8 3600 720050 43.5 92 60 10 M10 2600 550050 43.5 92 90 10 M10 5100 1080050 43.5 92 120 10 M10 7500 1630063 56.5 108 93 10 M10 5700 1370063 56.5 108 123 10 M10 8500 20400

TABEL 5.1

- 26 -

Page 27: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Fig. 5.2Frecvent utilizate în construcţia maşinilor – unelte cu comandă numerică sunt

şuruburile conducătoare cu bile (fig 5.4) la care reducerea bilelor se face printr-un canal de secţiune circulară,paralel axei şurubului, practicat la periferie piuliţei şi prin pana paralelă cu care piuliţa se fixează pe batiu.

Rigiditatea şi randamentul acestora sunt deosebit de bune, ceea ce permite adaptrarea lor la motoare pas cu pas, motoare de curent continuu, ca şi la motoare hidraulice roative.

Turaţia şurubului poate atinge valoarea de 1200 rot/min, ceea ce este mai mult decât necesar în acţionare lanţurilor cinematice de avans.

Fig. 5.3

Fig. 5.4

- 27 -

Page 28: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Şuruburi cu role (fig 5.7), mai recente decât şuruburile conducătoare cu bile, au ca principal avantaj contactul liniar dintre şurub, piuliţă şi elementele intermediare faţă de contactul punctiform dintre şurub , piuliţă şi bile. Din această cauza capacitatea de încărcare şi durabilitatea sunt mult mai mari şi, de asemenea, turaţia până la care ele pot fi folosite, atinge 3 000 rot/min.

Toate aceste avantaje le recomandă pentru a fi folosite în special la maşininile-unelte grele.

Fig. 5.7Constructiv se deosebesc şuruburi conducătoare : - cu role filetate

- cu role prevăzute cu canal circulare

La şuruburile conducător cu role filetate (fig 5.8) lipseşte sistemul de recirculare. Rolele satelit 3 sunt prevăzute la cele două capete cu fusurile cilindrice 4 şi zonele danturate 8. Fusurile cilindrice 4 pătrunde în alezajele cilindrice din inelele 5, constituind in acest fel lagăre de alunecare, ce permit rotirea rolelor satelit faţă de piuliţă în timp ce poziţia axială a rolelor rămâne neschimbată, paralel axei şurubului conducător. Zonele danturate 8 angrenează cu dantura interioară a inelelor 9.

Fig. 5.8Piuliţa este perfect simetrică, ceea ce simetrizează ăi distribuţia eforturilor pe care ea

le suportă. La şuruburile conducătoare cu role cu canale circulare (fig 5.9), perpendiculare pe axa

şurubului 1, rolele 3 se deplasează axial in raport cu piuliţa 2, cea ce face necesară prezenţa unui sistem de recirculare pentru a readuce rolele în poziţia iniţială.

- 28 -

Page 29: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Fig. 5.9

3. Maşinile unelte cu comandă numerică şi centrele de

prelucrare

Utilizarea programelor numerice permite instalarea unei noi piese. Se realizează piesa cu formă complexă cu preţuri de cost reduse.

Părţile componente ale unui centru de prelucrare, o maşină unealtă, o magazie de scule, mişcarea de translaţie, două mese, sistem de manipulare a sculelor aşchietoare.

Pe fiecare element mobil există nişte sisteme de axe .Pentru eficienţa acestui sistem a fost nevoie de introducerea unor elemente

suplimentare.Scule aşchietoare care să reducă auxiliari.Măsurarea vitezei de poziţionare se face cu ajutorul lanţurilor cinematice reuşite.Reglare sculei aşchietoare se realizează cu ajutorul unei scule de prereglare.Caracteristicile materialului – scula aşchietoare trebuie să aibă o durabilitate foarte

bună (plăcuţe dure – care sunt executate sub formă pătrată).Scule cu eborită (durabilitate foarte mare) – se foloseşte timp îndelungat fără a

prezenta uzuri.D.P.D.V. al construcţiilor – sculele aşchietoare sunt montate în aşa numitul: port scule.Codificare se face cu mai multe cifre care indică locul în care se află o anumită piesă

in magazia de scule.

În figura de mai jos se prezintă o maşină unealtă cu comandă numerică :

- 29 -

Page 30: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Maşinile unelte cu comandă numerică.Au apărut ca o evoluţie firească în sensul automatizării proceselor de producţie fiind

maşinile cele mai produse.Evoluţia în timp:

automatul programabil, este un sistem de comandă simplă care execută pas cu pas fiecare instrucţiune.

N.C., comanda numerică, este un sistem electronic de realizare a cotelor sau deplasărilor având controlul acestora.

C.N.C., comanda numerica asistată de calculator, este sistemul cel mai performant care din punct de vedere al principiului ataşează controlul numeric cu calculatorul capabil de o logică geometrică şi tehnologică (fig. 2).

Limbajul comenzii numerice:Acest limbaj foloseşte cuvinte, cifre sau litere cheie(Fig. 2, 3, 4, 5).Cuvintele fac parte dintr-un cod specific şi se clasifică după cum urmează:

o N – urmat de un grup de cifre reprezintă numărul programului.o G – este o funcţie pregătitoareo x, y, z – adrese geometrice pentru mişcării liniareo a, b, c – adrese geometrice pentru mişcării circulare în jurul axelor x, y,zo F, S, T – adrese tehnologice pentru avans, turaţia sau sculao M – funcţii auxiliare

Informaţiile geometrice reprezintă descrierea dimensională a piesei şi cu x, y şi z urmate de grupuri de cifre care reprezintă deplasarea într-un anumit sisteme de coordonate pe o anumită direcţie.

Părţi componente: Turela cu mai multe cuţite, păpuşa mobilă (fig.1) şi calculatorul (fig.2 )

- 30 -

Turelă

Page 31: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

- 31 -

Pinola, păpuşa mobilă

Ecranul

Fig. 2

Fig. 1

Page 32: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

- 32 -

Pornirea programului

Mişcarea cuţitului pe axe

Alegerea manuală a axelor

Mişcarea axelor cu precizie ridicată

Alegere manuală a rotaţiei universalului

Alegerea turaţiei universalului

Mişcarea cuţitului cu precizie ridicată

Alegerea avansului

Oprire temporară

Fig. 3

Page 33: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

- 33 -

Fig. 4

Deschidere – închidere a uşii de protecţie

Rotirea manuală a universarului

Funcţiile de bază a strungului Panoul de introducere a diferitelor funcţii

Fig. 5

Page 34: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Centrul de prelucrare (CP) este o maşină unealtă care are posibilităţi tehnologice de prelucrare multiple, este echipată cu comandă numerică, dispune de un dispozitiv de înmagazinare a mai multor scule aşchietoare şi efectuează schimbarea automată a acestora.

Principalul avantaj al CP este micşorarea timpului efectiv de prelucrare care este mai mic cu cca 35% faţă de timpul efectiv de prelucrare al unei MU convenţionale, realizat mai ales prin micşorarea timpilor auxiliari (timpul de schimbare şi reglare a sculelor în arborele principal, timpul de schimbare a poziţiei piesei de prelucrat, timpul de deservire tehnologic).

Micşorarea primelor două componente se realizează prin concentrarea operaţiilor ce se pot efectua pe aceeaşi MU folosindu-se un număr mare de scule aferente fazelor de prelucrare şi utilizarea de mese rotative indexate de prelucrări de direcţii diferite ale piesei.

Micşorarea timpului consumat cu schimbarea piesei se realizează cu mese suplimentare.

Nr. mare de scule de prelucrare şi schimbare automată a acestora la CP este rezolvată prin magazinul de scule. Automatizare ciclului de schimbare a sculelor din magazin în arborele principal al CP necesită mecanisme specifice pentru căutarea sculei, pentru extragerea acesteia din magazin şi alimentarea arborelui principal, iar la alimentarea fazei de prelucrare extragerea sculei din arborele principal şi introducerea şi fixare acesteia în locaşul aferent din magazie. Spre deosebire de MU cu CN cu cap revolver, CP au mecanisme de transfer între magazin şi arborele principal, iar magazinul de scule nu suportă reacţiunile forţelor de aşchiere.

- 34 -

Page 35: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Construcţia modulară generală a unui CP este prezentată în fig. 1.2.

FIG 1.2

CP derivă din MU universale conduse cu CN şi echipate cu mecanisme specifice şi se clasifica după mai multe criterii astfel :

a.) după operaţia tehnologică realizată şi tipul MU din care provine :- CP prin strunjire- CP prin găurire- CP prin găurire frezare şi alezare - CP combinate

b.) după poziţia arborelui principal :- CP cu arbore principal orizontal- CP cu arbore principal vertical

c.) după forma şi tipul magazinului de scule :- magazin de tip disc (cu axă orizontală,verticală şi înclinată)- magazin de tip transportor cu lanţ (dreptunghiular sau oval)

d.) după tipul unităţi de transfere :- CP cu mână mecanică simplă - CP cu mână mecanică dublă - CP cu un complex de mâini mecanice simple şi duble - CP fără unitate de transfer - CP cu mâini mecanice şi unitate de transfer

e.) după modul de identificare a sculei :- CP cu codificarea sculei - CP cu codificarea locaşului sculei din magazin

- 35 -

Page 36: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

CP sunt foarte variate şi de acea grupare lor este mai puţin riguroasă şi de aceia acelaşi CP se poate regăsi în diferitele grupuri prezentate anterior.

3.1.1. Dispozitive pentru fixarea pieselor pe maşinile unelte cu

comandă după program.

Se caracterizează : - precizie- rigiditate mare pentru a putea obţine precizia de prelucrare

ridicată în cazul folosirii puteri maxime a maşinii unelte- fixare rigidă a SF pt. a înlătura apariţia vibraţiilor

La montarea dispozitivelor pe MU trebuie să asigure orientarea integrală a SF în raport cu SA şi cu originea sistemelor de coordonate a MU cu comandă numerică şi să asigure montarea şi reglarea rapidă a acestuia pe MU în cazul schimbării lotului de fabricaţie. Elementele de - bazare

- strunjire – acţionare – hidraulică- mecanică- pneumatică

pentru a asigura prinderea SF cât mai scurt.

În cazul MU de – frezat- alezat- găurit

cu comandă numerică se folosesc frecvent dispozitive universale ce constau din plăci de bazare pe care se dispun elemente de strângere şi bazare. Ele prezintă o reţea de canale sau găuri foarte precis executate în diverse variante.

Fig 4.23.

- 36 -

Page 37: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Plăcile cu canale sunt mai groase decât plăcile cu găuri pentru asigurarea rigidităţii.Plăcile cu găuri trebuie ferite de impurităţi şi de distrugerea filetelor.

Avantajele dispozitivelor cu reţea de – canale - orificii

- asigură o poziţionare rapidă şi precisă a SF sau elementului de strângere centru în raport cu sistemul de referinţă al MU cu comandă numerică - elaborarea rapidă a schemei de poziţionare a dispozitivului după care reglorul va realiza într-un timp foarte scurt dispozitivul de prindere al piesei.

Analiza formei şi dimensiunii piesei de prelucrare pe maşina unealtă cu comandă numerică a permis crearea unui complet minim de elemente de reglare şi fixare care să conţină un număr de dispozitive unificate.

Fig. 4.25.

Pe placa de bază 8 a dispozitivului se montează doi montanţi înşurubaţi 1 şi 5 care auj pe ambele laturi canale trapezoidale frezate transversal. În aceste canale se montează consola 2.În axul 4 al consolei este fixată brida 3. prin însurumarea bolţului 6 capul sferic al acestuia se reazemă pe consola 2 apoi roteşte brida 3 şi va fixa piesa de prelucrat. Pentru Forţa de strângere bolţul 6 se înlocuieşte cu un cilindru hidraulic. Deplasarea rapidă a bridei 3 în înălţime se realizează astfel : furca 7 se roteşte în primul şurub prin intermediul căruia e fixată pe consola 2. Acesta va putea fi scoasă de pe montanţii 1 şi 5 şi montată la înălţimea necesară strângerii. Pentru împiedicarea deplasării consolei 2 în raport cu montanţii furca 7 se roteşte în poziţia iniţială şi se fixează cu o bilă cu arc .

- 37 -

Page 38: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Fig. 4.26.

Brida 1 a dispozitivului are 3 orificii : - 1. prin care trece bolţul 8 care se înşurubează în placa de

bază de pe MU- 2. trece reazemul 5- 3. este orizontal şi prin el se introduce fixatorul 2 cu arcul 3

Reazemul 5 se fixează pe col.6 în el fiind introdus fixatorul 2 cu arcul 3. Reazemul 5 se fixează pe col 6 sau direct pe placa 7 prin intermediul bilei cu arc 4. Pe reazem sunt executate două şiruri de canale segmentate şi o teşitură longitudinală (secţiunea A-A).

La rotirea reazemului în raport cu coloana, ex. 120 grade fixatorul 2 iese din canal, se reazemă pe teşitură şi brida 1 se va ridica sau coboară în funcţie de înălţimea SF. Ea se va fixa la cota dorită după rotirea segmentului în poziţia iniţială.

Firma Romheld (RFG) şi Premax (FRA) fabrică seturi de dispozitive pentrut MU cu CN aceste seturi conţinând plăci de bază şi plăci de schimb cu reţele de canale, elemente de reglare şi de strângere cu acţiune manuală sau hidraulică.

Firma Marsland Engineering (SUA) foloseşte la prelucrarea unor loturi de SF în plus un sistem de dispozitive universale simplificate. Astefel pt. reglarea şi fixarea a 87 de SF de diferite tipodimensiuni sunt necesare doar menghine universale cu 3 bacuri autocentrate, prisme în formă de V şi colţar. Aceste elemente (cu excepţia universalului) au 2 orifici de reglare pt orientarea pe placa de bază şi orificiu pt fixarea acestora. Universalul se fixează prin intermediul unei plăci intermediare în care sunt prevăzute găuri similare. La montarea SF în dispozitiv nu e necesar o nouă orientare a ultimelor două în raport cu originea sistemului de referinţă al MU. SF plane se dispun direct pe placa de bază cu ajutorul elementelor de reglare şi se fixează cu elementele de strângere cu acţionare rapidă. Pe placa de bază pot fi montate câteva menghine sau universale pt prelucrarea ulterioară a SF, iar schimbarea aceastora se poate realiza în timp ce MU lucrează. Pentru schimbarea dispozitivului pe placa de bază se consumă 1-2 minute.

Pentru că majoritatea pieselor ce se prelucrează pe SN, maşina de frezat, maşina de găurit au dimensiuni mijlocii acestea s-au împărţit în 3 grupe :

1. cu formă paralelipipedică (plăci, capace, corpuri simple, panouri);2. corpuri de rotaţie (flanşe, capace cilindrice, bucşe, discuri );3. cu contur curbiliniu (pârghii, came, piese cu canale curbilinii).

- 38 -

Page 39: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Acestea au unu sau mai multe orificii executate în clasa 2÷3 de precizie a căror distanţe între axe trebuie să fie realizate cu o precizie de 0.03 ÷ 0.2 mm.

Din aceste piese:- 95% au cel puţin 2 suprafeţe frontale;- 98% au canale străpunse sau orificii;- 65% se prelucrează pe două suprafeţe opuse cu întoarcerea

dispozitivului de prindere.

Suprafaţa de bazare care rămân atât şi la întoarcerea în dispozitivul de lucru – menghine cu fălci cu schimbare rapidă 3 şi reazeme laterale 2

Fig. 4.27.

Pragul de pe fălci asigură orientarea precisă a piesei şi evirtarea lovirii menghinei de către scula aşchietoare la ieşirea din aşchiere.

Pe MU cu CN - frezat - alezat - găurit

CP se folosesc mese divizionare cu comandă după program

- 39 -

Page 40: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Fig.4.29.

3.1.2. Scule folosite la MU cu comandă după program

- red. taux- măririi vitezei de poziţionare- automatizarea LC auxiliare- program CL- reglarea SA în afara maşinilor - prereglarea

Unele din particularităţile MU cu CN (autonomia CL, schema automată a SA, componente uzuale a SA, utilizarea SA prereglate) => crearea unui sistem de SA şi dispozitive de prindere a acestora pe MU cu CN -> MU se face cu un număr minim de elemente

In afara caracteristicilor : - an - geometrice pentru SA cu schimb automat trebuie sa se prevada modul de codificare si de reglare ( axiala sau radiala) a lor.

Fig.4.1.- sistem de SA generalizat care reflecta particularităţile SA folosite pe MU cu CN.

- 40 -

Modalităţi de schimbare a SA la MU cu CN

Manuală Suprafaţa de orientareCilindrică | conică | plană

Mijloc de identificareAutomată

Page 41: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

SA folosite pe MU cu comanda programata trebuie sa îndeplinească următoarele cerinţe

a) rigiditate mareb) capacitate de aşchiere ridicată la viteze de aşchiere maric) să asigure eliminarea uşoară a aşchiilord) ascuţire si control cu mijloace precisee) simplitate constructivaf) să permită prereglarea pe şi în afara MU în timp cât mai scurtg) interschimbabilitatea şi posibilitate de schimb rapidaLa MU cu CN se pot folosi SA:

- standardizate - speciale

SA standardizate trebuie sa îndeplinească condiţii tehnice ridicate (prop. aşchiere, precizia dimensiunii şi a formei, rugozitate).

SA. Ca elemente componente ale STE joacă un rol deosebit de important în mărirea productivităţii şi preciziei de prelucrare.

Productivitatea şi economia prelucrării cresc dacă se folosesc - noi mat. de SA- îmbunătăţirea - construcţiei SA

- geometria SA

Din analiza gamei de SA cu plăcuţe din aliaje dure sau mineralo-ceramice fixate mecanic rezultă: creşterea vitezei de aşchiere, micşorarea puterii consumate cu creşterea preciziei de prelucrare şi a calităţi suprafeţei.

Perfecţionările aduse au fost:- îmbunătăţirea

bazării plăcuţei în corpul SA fixării plăcuţei în corpul SA montării plăcuţei în corpul SA

- optimizarea geometriei- folosirea de noi mărci de materiale SA- îmbunătăţirea construirii şi măririi rigidităţii corpului SA

La MU cu CN se recomandă folosirea SA cu plăcuţe sch. din:- aliaje dure- mineralo-ceramice, care după uzură nu se mai ascut.

Problemele care apar la strungurile cu CN – fragmentarea aşchiilor.

- 41 -

StrângereCu locaş codificat

Cap revolver

SA codificat

Frână mecanică

Bucşă elastică

Pe con

Cu şurub SA

reglabilSA

nereglabil

SA nereglabilă

SA reglabilă

Page 42: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

GL fiind programată, aşchia trebuie să fie fracţionată pe măsură ce este degajată rezultă folosirea construcţiilor speciale de plăcuţe sau a sfărâmătoarelor de aşchii şi a geometriei speciale.

Pentru că MU cu CN se caracterizează prin reducerea considerabilă a timpului de reglare, lucru care conduce la necesitatea alcătuirii unui set limitat de SA (de preferat din plăcuţe de CM), care să fie folosite indiferent de forma suprafeţelor şi natura materialului de prelucrat, cu condiţia ca această restrângere să nu afecteze condiţiile de aşchiere.

Alcătuirea setului de SA se face pe baza unor criterii:- selectarea unui număr minim de SA care să genereze prin aşchiere un număr

maxim de suprafeţe fără ale mai schimba pe altă MU cu CN.- Adaptarea alegerii funcţie de

o Tipul MU cu CN folosito Capacitatea acesteia în ceea ce priveşte numărul de SA

care se pot monta simultan.Exemplu: Pe SN cu CN analizarea CU cu plăcuţe se diferenţiază 3 categorii de SA.

1) CU cu care se lucrează sistematic2) CU frecvent utilizate dar a căror folosire este intermitentă3) CU de filetat, canelat etc.

1) – cuţit pentru strunjire longitudinală şi frontală (plăcuţă rombică cu ungh. vârf = 75O).

- cuţit lateral pentru strunjire de degroşare a suprafeţei cilindrice frontale canale circulare laterale

- cuţit cu plăcuţă circulară pentru degroşare semifinisarea suprafeţelor complexe finisare

- cuţit armat cu plăcuţă rombică cu ungh. la vârf = 55O pt strunjirea suprafeţelor profilate

- cuţit cu plăcuţă triunghiulară pt generarea diverselor suprafeţe profilate la care nu are acces muchia ascuţită a cuţitului armat cu plăcuţă circulară.

2) SA utilizate intermitent din care fac parte în general CU pentru prelucrarea suprafeţelor cilindrice interioare.

3) CU (de canelat, de filetat), este dificilă enumerarea SA uzuale dată fiind natura foarte diversă a suprafeţelor pe care le prelucrează.

Avantajele folosirii unui set alcătuit dintr-un număr limitat de SA sunt:- micşorarea numărului de SA din stoc şi deci o raţionalizare a investiţiilor în

ceea ce priveşte SA- fabricarea în serie mare a SA care intră în componenţa seturilor, ceea ce face

ca preţul lor să scadă şi să fie uşor de achiziţionat- crearea unei bănci de date tehnice ceea ce oferă avantaje la programarea

asistată de calculator.

Exemplu: Rentabilitate a MU cu CN impune folosirea SA de mare productivitate din care fac parte şi SA din diamant natural, sintetic sau din bor de formă cubică.

- 42 -

Page 43: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Se folosesc SA din elementul bor pe SN - copiat - carusel - CR, pe MAF, MF cu CN

Se folosesc pentru metale neferoase si aliaje ac., SA diamantate cu T>(30-80) * TSA

din aliaje .SA cu diamant se folosesc la prelucrarea materialelor dure şi extradure (pistoane din

aliaje de Al. cu conţinut ridicat de Si.,colectoarele de cupru cu miez de poliamida ,piese din aliaje de Cu. si Al.,ţevile şi flanşele din sticlo-textolit, presele din ceramica, carburile metalice, P.si K. sau aliaje dure.

Din punct de vedere al durabilităţi SA pe MU cu CN, datele existente în literatură sunt relativ puţine şi departe de cazurile practice.

Tabloul durabilităţii efective a SA folosite la CP cu magazie de SA şi la MU cu CR (orient).

Ele se schimbă indiferent dacă s-au uzat sau nu după un timp de TN minute.

Sunt rare cazurile în care timpii efectivi de prelucrare a tuturor SA din magazie sunt egali având în vedere forma şi dimensiunea suprafeţelor prelucrate.

Există o gamă largă de bare de alezat pentru prelucrarea de degroşare şi de finisare prevăzute cu locaşuri drepte sau înclinate pentru reglarea micrometrică a cuţitelor.

De asemenea există capete de alezat cu plăcuţe amovibile din aliaje dure care permit realizarea la o singură trecere a frezelor de degroşare şi finisare. Dacă în timpul aşchierii una din plăcuţe se uzează sau se fărâmiţează aceasta e rotită sau înlocuită în locaşul ei fără scoaterea capului multi-cuţit de pe MU micşorând timpul de staţionare. Pentru prinderea cuţitelor pe SN cu comandă după program sunt folosite port SA cu suprafeţe poliedrice

Fig.4.17.- 6 tipuri de portscule( b –d )- frecvent întrebuinţate la MU cu CN.

a- pentru - SR cu CN - MU cu CN pentru fixarea SA de precizie

b- ghidaj prismatic pentru bazarea în suportul de prindere de pe strung.c- ghidaje “coada de rândunică”

- 43 -

Page 44: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

- strunguri sovietice RT 70,72F3, SN cu CN tip VDF, RFG.d- SN cu CN cu CR – sovietice 1P71F3

- RDG –DF 200L-NC -DF 315L-NC

Suprafeţe de bazare pentru port SA in CR este o RD care angrenează cu un sector al port SA. Fixat cu bolţuri şi excentric.

e- SN model ATPr M12 cu MSA şi ... mecanică pentru schimbarea automată a SA, SN Heineman, Max Muller ( RFG)

Port SA are două ghidaje prismatice pentru bazare.f- port SA reglabilă care are o parte deplasabilă pe ghidaje “coadă de

rândunică”

3.1.3. Pre reglarea SA

- condiţia de bază pentru exploatarea economică a MU cu comandă după program.- se realizează cu dispozitive adecvate care trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe:

a) precizia suprafeţei de bazare pentru fixarea SA fie o clasă de precizie ...decât suprafaţa de bazare corespunzătoare pe MU.

b) Forţa de strângere a SA să fie constantă.

c) Dispunerea suprafeţelor ce vin în contact cu muchiile şi vârfurile aşchietoare ale SA de reglare trebuie să corespundă cu poziţia dintre suprafaţa piesei şi muchiile aşchietoare ale SA în timpul prelucrării.

Dispozitivul de pre reglare este definit ca fiind funcţie de tipul operaţiei de aşchiere şi funcţie de metoda de măsurare şi de evaluare a preciziei reglării:

- fără scală (rigide)- cu scală

Dispozitive de pre reglare rigide folosesc diferite şabloane sau opritori, iar precizia reglării se apreciază după mărimea fantei de lumină.

- asigură o precizie de maxim 0.3 mmDispozitive de pre reglare în lungime a SA asigurând o precizie de 0,15 – 0,2.

- 44 -

Page 45: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Fig. 4.18 – (DPR) Dispozitivul de pre reglare pentru burghie de centrare.1 – placa de bază2 – placa verticală – bucşa 3

\ tija 4.În bucşa 3 se introduce partea SA 5 în care se găseşte burghiul 6.

Pe tija 4 se fixează opritorul 7 faţă de care se reglează mărimea L. Pt reglare se slăbeşte şurubul 8 de strângere al burghiului în port SA 5 şi se va roti şurubul 9. Ceea ce imprimă piesei 10 filetată la interior o deplasare rectilinie, toate acestea având ca rezultat deplasarea burghiului 6 până la opritorul 7. Când burghiul nu mai poate fi deplasat se strânge şurubul 8, cu aceasta operaţia de pre reglare fiind încheiată.

Dispozitivul de pre reglare cu scală tip riglă, micrometru sau şubler se foloseşte pentru reglarea în afara MU a SA cu coadă.

Dispozitivul de pre reglare cu scală măsoară cota de reglare cu comparatoare.

- 45 -

Page 46: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Fig. 4.19 – pentru CU de strunjirea) cu 2 comparatoareb) cu un comparator şi un şurub micrometric.

Fig. 4.22 - Dispozitivul de pre reglare citire optică.

- 46 -

Page 47: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Pentru strungurile cu CN nu au importanţă mărimile a, b, Xi, Yi (Fig. 4.22) ci eliminarea reciprocă a dispunerii SA faţă de prima care intră în aşchiere.

∆x = xi – x1

∆y = yi – y1

Aceste eliminări au drept consecinţă extragerea dimensiunilor pieselor prelucrate a căror eliminare necesită introducerea de corecţii în programe.

Mărimile corecţiei se determină în urma măsurării dimensiunilor în timpul prelucrării piesei de probă sau după prelucrarea acesteia.

4. Roboţi Industriali.

4.1.Robotica în istoria omenirii

Domeniul de ştiinţă Robotică şi fenomenul “robot”, au apărut în cea de a doua jumătate a secolului XX. Apariţia lor se încadrează în linia de evoluţie a vieţii şi în acest cadru, a omenirii. Acest lucru se datorează creşterii productivităţii.

La începutul omenirii acţionarea asupra mediului se făcea folosind energie biologică

Mai târziu omul acţionează cu ajutorul uneltelor asupra mediului folosind propria sa energie biologică.

- 47 -

FIINŢĂ VIE MEDIU

OM

UNELTE MEDIU

Page 48: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

O dată cu evoluţia omenirii şi creşterii productivităţii pe plan local a dus la perfecţionarea uneltelor şi la necesitatea utilizării unor energii suplimentare, această energie sa găsit la animalele domestice.

Dezvoltarea societăţii, creşterea complexităţii şi volumului interacţiunii cu mediu duce la un consum mare de energie, care împinge civilizaţia umană spre etapa ”maşinismului".

Etapa “maşinismului" este cunoscuta şi sub denumirea de prima revoluţie tehnico - ştiinţifică, este cea în care tehnica începe tot mai mult să se dezvolte pe baza ştiinţei, deci a cunoştinţelor omenirii despre mediu, având pe lângă aspecte concrete o pondere din ce în ce mai mare de aspecte abstracte.

Mecanizarea a condus la o accelerată “creştere a productivităţii“, la dezvoltarea societăţii umane, la creşterea bunăstării acesteia, ceea ce a permis la rândul ei dezvoltarea tehnicii.

Etapa “automatizării” se realizează ca urmare a unui aport crescut al cercetării ştiinţifice în dezvoltarea tehnică, a doua revoluţie ştiinţifico - tehnică.

Se caracterizează prin dezvoltarea domeniilor de vârf ale tehnicii prin pătrunderea masivă a utilizării calculatoarelor iar în mod paralel are loc şi etapa “mecanizării” activităţilor umane, mai ales a acelora care nu au fost suficient de afectate de acest proces.

- 48 -

SURSĂ DE ENERGIE BIOLOGICĂ EXTERIOARĂ

OM UNELTE MEDIU

SURSĂ DE ENERGIE MECANIZATĂ

MEDIUUNELTEOM

SURSĂ DE ENERGIE

ARTIFICIALĂ

UNELTE MEDIUOM

DISPOZITIVE DE CONDUCERE ŞI DE

CONTROL AUTOMATE

Page 49: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Etapa “automatizării” prezintă două faze distincte, diferenţiate prin natura proceselor asupra cărora se aplică.

Procesele pot fi:o naturaleo artificiale:sunt cauzate de

intervenţii ale omului. “Procesele automate” sunt procese artificiale

Procesele artificiale pot fi:o Continue sunt acelea care o dată declanşate se desfăşoară în mod continuu, până când

condiţiile de mediu necesare sunt asigurate. Continuitatea este asigurată de operatorul uman în soluţiile clasice iar prin diferitele mecanisme, termostate, regulatoare, presostate, etc., la cele automatizate.

o Discontinue sunt acelea care prin compunerea lor din mai multe secvenţe cu început şi sfârşit, ale căror derulare se intercondiţionează reciproc şi a căror conţinut este de complexitate mai mare decât în cazul proceselor continue. Secvenţă este o parte distinctă din proces, având acţiuni caracteristici proprii. Discontinuitatea este asigurată de operatorul uman, când intervine în secvenţele procesului cu mâna sa. Pentru a asigura automatizarea proceselor discontinue este necesar să se realizeze sisteme tehnice, care să poată realiza automat operaţii inteligente de manipulare similare omului. Asemenea sisteme sunt roboţii.

4.2.Introducere. Clasificarea roboţilor industriali conform I.S.O.

Robotul poate fi definit ca o instalaţie pentru automatizarea operaţiilor pe care în condiţii “clasice” le realizează omul, cu mâna sa, sub supravegherea ochiului, coordonarea ochi-mână realizându-se de către creier. Pe lângă roboţi, operaţii de manipulare execută şi manipulatoarele.

Din cele de mai sus putem realiza următoarele definiţii:o Robotul are o structură mecanică mai complexă (mai multe grade de mobilitate) şi este

condus după un program flexibil. o Manipulatoarele au o structură mecanică mai simplă (mai puţine grade de mobilitate)

şi este condus după un program rigid (greu modificabil).

- 49 -

CONTINUE

PROCESE ARTIFICIALE

DISCONTINUE

Page 50: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Avem două mari categorii de roboţi :- Ficşi, cei care sunt imobili faţă de anumite componente ale mediului în

care evoluează - Mobili, cei care se pot deplasa, folosind în acest scop:

-roţi -şenile -prin păşire -târâre.

Vehiculele ghidate automat sunt roboţi mobili, cu deplasare pe roţi / şenile.Familia roboţilor este compusă din:

o roboţiio manipulatoareleo instalaţiile de teleoperareo protezeleo ortezeleo manipulatoarele medicaleo exoscheletele amplificatoareo vehiculele ghidate automato maşinile păşitoare şi târâtoare

Toate care se aseamănă structural (au un sistem de conducere, unul de acţionare şi unul mecanic) şi constructiv (au ca bază mecanisme cu cuple cinematice inferioare), realizează familia roboţi.

“Inteligenţă” este capacitatea mai mare sau mai mică a sistemelor naturale sau artificiale de a se adapta cerinţelor mediului.

Inteligenţa artificială este aplicaţia majoră a calculatoarelor.

În tabelul de mai jos este dat componenţa “familiei roboţilor” din punctul de vedere al “inteligenţei” artificiale.

NR CRT

CAPACITATE NU SE ASEAMĂNĂ CU OMUL SE ASEAMĂNĂ CU OMUL

1 Poate repeta programe învăţate Automaton Automan

2 Este şi mobil Mechanoid Mandroin

3Are senzori şi calculator

implantatAndroid Humanoid

4 Este adaptiv şi heuristicCyborg

(cybernetic organism)Syman

(synthetic man)

5Are capacităţi fizice şi

intelectuale supraumaneHyborg Supersyman

Roboţii industriali se încadrează în procesul automatizărilor industriale. Evoluţia în timp de la simplu la complex a automatizărilor industriale este dată în

tabelul de mai jos, începând de la treapta 1, în care maşina de lucru este mâna umană, şi ajungând la treapta 10, în care maşina de lucru este maşină care se autoperfecţionează.

- 50 -

Page 51: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

SURSE DE INFORMAŢII

ENERGIA FOLOSITĂ PENTRU ACŢIONAREA

MIŞCĂRILOR TREAPTA

DESCRIEREA MAŞINII DE LUCRU

ROBOT

Mediu exterior

ElectricăHidraulicăPneumatică

10Maşină care se

autoperfecţionează

Robot cu comandă cu reţele neuronale

Program variabil

9Maşină cu comandă

adaptivă

Robot înzestrat cu senzori8

Maşină care îşi core-lează programul cu condiţiile

exterioare

Programa-bilitate

7Maşină cu comandă

numerică (NC) Robot programabil “on-line”, “off-line”

6Maşină monooperaţie

programabilă

Program fix

5Maşină automată pentru

operaţii multipleManipulator

4Maşină automată

monooperaţie

Om Umană

3Maşină automată şi sculă

de mână

Nu există2 Sculă de mână

1 Mâna

Istoria tehnicii arată că oamenii realizează sisteme tehnice atunci când practica -evoluţia societăţii cere rezolvarea unor anumite probleme. Necesitatea automatizării operaţiilor de manipulare a materialelor radioactive a apărut după încheierea celui de-al doilea război mondial.

Dezvoltarea sistemelor robotizate în istorie:

La începutul anilor 1950, în laboratoarele nucleare din Franţa şi apoi, în Statele Unite ale Americii se construiesc primele instalaţii de teleoperare, folosite pentru manipularea materialelor radioactive în spaţii expuse radiaţiilor. Tehnica mecanismelor spaţiale articulate din aceste instalaţii este dezvoltată mai departe, prin înlocuirea comenzii şi acţionării de către om, cu utilizarea calculatoarelor şi a acţionării hidraulice.

George Devol proiectează în 1954 un robot programabil, îl brevetează în SUA în 1956 şi îl realizează, împreună cu Joseph Engelberger, creatorul primului robot UNIMATE a firmei UNIMATION (cu acţionare hidraulică). Robotul UNIMATE este instalat în prima sa aplicaţie de către concernul FORD pentru servirea unei maşini de turnat sub presiune în anul 1961.

În anul 1966, inginerul Ole Molaug proiectează un automat de vopsire pentru fabrica de maşini agricole TRALLFA din Bryne (Norvegia).

În 1973, Richard Hohn dezvoltă pentru corporaţia Cincinnati Milacron un robot comandat de un minicalculator. Robotul este denumit “The Tomorow Tool” (T3).

- 51 -

Page 52: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

În 1974 firma suedeză ASEA produce primul robot industrial acţionat electric sub denumirea Irb 6, urmat în 1975 de robotul Irb 60. În 1977, roboţii ASEA sunt comandaţi de microcomputere. În 1990, concernul Brown-Bovery Robotics cumpără diviziunea de robotică a lui Cincinnati Milacron, toţi roboţii fabricaţi în continuare fiind denumiţi ABB. În 1978, firma UNIMATE construieşte cu ajutorul comparaţiei GENERAL MOTORS, robotul PUMA (“Programable Universal Machine for Assembly”, ”maşină universală programabilă pentru operaţii de asamblare”), versiunea industrială a lui VICARM.

În deceniul anilor '90 se remarcă o oarecare stagnare a sporirii aplicaţiilor robotizate - datorită unor circumstanţe economice, mai ales în Japonia - cât şi “saturarea” din punct de vedere ştiinţific al roboticii industriale, determinată de soluţionarea tehnică, practic a tuturor problemelor specifice posibile. În anii 1990 - 1996 apar tot mai multe construcţii şi aplicaţii în domeniile serviciilor şi a medicinei recuperatorii.

Raportul dintre numărul de roboţi instalaţi şi numărul persoanelor angajate în industrie în diferite ţări (a) şi numărul şi destinaţia roboţilor instalaţi pentru prestări de servicii (b), sunt date în tabelele de mai jos:

- 52 -

(a)

JaponiaSingaporeCoreaGermaniaItaliaSuediaFinlandaBeneluxSUAElveţiaFranţaSpaniaSloveniaPoloniaUngaria

(b)

(b)

Pt.

cură

ţeni

e

Baz

ine

de d

ecan

tare

,că-

ţără

ri pe

per

eţi,

Sub

acva

tici

În g

ospo

dării

cas

nice

Pt.

într

eţin

erea

med

iulu

i

Pt.

recu

pera

rea

boln

avilo

rP

t. di

strib

uţia

co

nsum

ului

Pla

tform

e m

obile

m

ultif

uncţ

iona

leP

t. su

prav

eghe

re ş

i gh

idar

eP

t. al

imen

tare

cu

com

bust

ibil

Stin

gere

a in

cend

iilor

, de

zam

orsa

re b

ombe

Con

str.

agr

icul

. silv

icul

. ho

tel,

rest

aur.

labo

rato

r

Page 53: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Noţiunea de robot este codificată în mod diferit în diverse standarde sau formulări ale unor instituţii de specialitate:

Normele franceze (Normalisation française, NF) :o norma E61 - 005 defineşte manipulatorul:“Structura mecanică constituită dintr-o serie

de elemente articulate sau alunecătoare unul faţă de celălalt, utilizat pentru a prinde, deplasa, poziţiona şi orienta obiecte (piese, scule, etc), urmărind în general mai multe grade de libertate. El poate fi comandat de un operator, de un automat programabil electric sau prin orice sistem logic (dispozitiv cu came, logică cablată, logică programată, etc.) independent sau asociat”.

o norma franceză NF61-100 dă următoarea definiţie:“Robotul este un mecanism de manipulare automată, aservit în poziţie, reprogramabil, polivalent, capabil să poziţioneze şi să orienteze materiale, unelte sau dispozitive specializate, în timpul unor mişcări variabile şi programate, destinate executării unor sarcini variate”.Standardul german DIN 2801 defineşte:

o “Roboţii industriali sunt automate mobile cu aplicaţii universale, cu mai multe axe, ale căror mişcări sunt liber programate pe traiectorii sau unghiuri într-o anumită succesiune a mişcărilor şi în anumite cazuri, comandate prin senzori. Ei sunt echipaţi cu dispozitive de prehensiune, scule sau alte mijloace de fabricaţie şi pot îndeplinii activităţi de manipulare şi de fabricaţie. Robotul industrial poate fi montat fix, într-un anumit loc sau poate fi deplasat ca un ansamblu.”Standarde japoneze::

o “Robotul este un sistem mecanic, dotat cu funcţiile motoare flexibile analoage cu cele ale organismelor vii sau imitaţii ale acestora, cu funcţii inteligente, sisteme care acţionează corespunzător voinţei omului”.Standarde ruseşti:

o “Robotul industrial este o maşină automată staţionară sau deplasabilă, constând din dispozitivul de execuţie, având mai multe grade de libertate şi din dispozitivul reprogramabil de comandă după program pentru îndeplinirea în procesul de producţie a funcţiilor motoare şi de comandă”.Institutul de Robotică din America (RIA):

o "Robotul este un manipulator reprogramabil multifuncţional, destinat să deplaseze materiale, piese, scule sau aparate, prin mişcări programate variabil, în scopul îndeplinirii unor sarcini diferite. Robotul este un echipament cu funcţionare automată, adaptabil condiţiilor unui mediu complex - în care el evoluează - prin reprogramare, reuşind să prelungească, să amplifice şi să înlocuiască una sau mai multe din funcţiile umane în acţiunile acestuia asupra mediului înconjurător."Asociaţiei Britanice de Robotică (British Robot Association):

o „robotul este un dispozitiv reprogramabil, realizat pentru manipularea pieselor, sculelor şi altor mijloace de producţie, prin mişcări variabile programate, pentru a îndeplinii sarcini specifice de fabricaţie”.Denumirea de robot se aplică unei familii mai largi, din care fac parte:

- manipulatorul; - instalaţia de teleoperare; - proteze / orteze;- manipulatoare medicale; - exoschelete amplificatoare;- maşini păşitoare;

- 53 -

Page 54: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

- maşini târâtoare. Schema de mai jos defineşte familia de roboţi:

Clasificarea robotilor industriali conform I.S.O.

a) sursa principala de putere pentru actionare pneumatica hidraulica electricab) comanda miscarii punct cu punct sau fara comanda de viteza : continua sau discontinua comanda pe traiectorie continuac) modele de programare prin invatare directa prin generare de traiectorie off-lined) tipuri de senzori folositi detectori de pozitie logica liniara simpla senzori de semnale proportionale cu abaterea

Asociatia Franceza de Robotica Industriala (A.F.R.I.) propune urmatoarea clasificare a robotilor industriali:Manipulatoare cu :

comanda sau telemanipulatoare automate cu cicluri prereglate: pneumatice, electrice sau electronice

Roboti : programabili controlati in bucla de pozitie, cu traiectorie continua sau deplasare punct cu

punct

- 54 -

Page 55: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

inteligenti, avind senzori care exclud logica binara simpla si indeplinesc diferite sarcini cu ajutorul sistemelor de recunoastere a formelor

4.3.STRUCTURA ROBOTULUI

Structura unui robot este, defapat, un sistem compus din mai multe subsisteme. Sistem este un ansamblu de părţi componente, elemente, şi legăturile dintre acestea. Elementele care compun acest sistem se numesc subsisteme. La rândul lor subsistemele pot avea şi ele subsisteme, din acest motiv există o ierarhizare şi anume sistemul principal se numeşte sistem de rangul 1, subsistemele se numesc sisteme de rangul 2, etc.

Modul cum se compune un sistem din subsisteme şi legăturile dintre aceste subsisteme definesc structura unui sistem. Aceasta compunere a sistemelor din subsisteme se evidenţiază prin scheme bloc, iar legăturile dintre subsisteme, prin matrici de cuplare (care definesc legăturile dintre "intrările" şi "ieşirile") şi matrici de structură (care ne arată care subsisteme sunt în legătură).

Robotul este un sistem de rangul 1, şi se aseamănă, constructiv, cu sistemul unui om, la fel si subsistemele robotului.

Schema bloc al structuri unui robot este:

- 55 -

Page 56: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Sistemul unui robot comunică cu mediul şi este compus din următoarele:

o Sistemul mecanic al robotului care are rolul scheletului uman, astfel defineşte natura şi amplitudinea mişcărilor ce se pot realiza.o Sistemul de acţionare realizează mişcarea relativă a elementelor mecanismelor din

sistemul mecanic, şi are rolul sistemului muşchiular al omului.o Sistemul de comandă emite comenzi către sistemul de acţionare şi prelucrează

informaţii preluate de la sistemul mecanic, de acţionare şi de la mediu, are rolul sistemului nervos uman.o Traductorii şi aparatele de măsură preia informaţii despre starea internă a robotului,

adică deplasări, viteze, acceleraţii relative, debite, presiuni, temperaturi. o Senzorii preia informaţii despre starea „externă" a robotului, caracterizată prin

parametrii mediului (temperatură, presiune, compoziţie, etc.) şi acţiunea acestuia asupra robotului (forţe, cupluri, etc.). Traductorii şi senzori au rolul organelor de simţ. o Platformei mobile are rolul de a realiza deplasarea roboţilor mobili şi face parte din

componenţa sistemului mecanic, cu rolul aparatului locomotor al omului.o Sistemul de conducere este un sistem de rang superior al sistemului mecanic şi este

compus din sistemul de comandă şi cel de acţionare.

- 56 -

Page 57: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Roboţii acţionaţi hidraulic conţin un grup hidraulic pentru prepararea şi realizarea circulaţiei fluidului purtător de energie (ulei). Acest grup joacă rolul aparatului digestiv şi a celui respirator / circulator al omului.

Se înţelege prin "mediu" al robotului spaţiul în care acesta evoluează, cu obiectele conţinute şi fenomenele care au loc în acest spaţiu. Totalitatea obiectelor cu care robotul interacţionează constituie "periferia" acestuia.

Legăturile dintre componentele robotului şi a componentelor care realizează legăturile cu mediu sunt :

o directe o inverse ("feed back").

Legături directe avem la sistemul de comandă atunci când transmite comenzi la sistemul de acţionare, iar acesta acţionează asupra cuplelor cinematice conducătoare, axele, sistemului mecanic, care la rândul său, acţionează asupra mediului cu efectorul final.

Legături inverse sunt informaţiile furnizate sistemului de comandă de către traductoare, senzori şi aparate de măsură.

Se mai consideră legături şi fluxul de energie dat de mediu sistemului de acţionare al robotului, şi fluxul de energie disipat de la robot la mediu.

4.3.Sistemul mecanic al robotului

În cazul general un robot industrial trebuie să realizeze:- acţiuni asupra mediului înconjurător, cu efectori finali;- percepţie, pentru a culege informaţii din mediul de lucru, cu senzori şi traductori;- comunicare, pentru schimb de informaţii;- decizie, în scopul realizării unor sarcini.Pentru realizarea acestor funcţii, structura unui robot este alcătuită din:- sistemul mecanic;- sistemul de acţionare;- sistemul de programare şi comandă;- sistemul senzorial.

Sistemul mecanic este constituit din mai multe elemente legate între ele prin cuple cinematice.

Sistemul de acţionare serveşte la transformarea unei anumite energii în energie mecanică şi transmiterea ei la cuplele cinematice conducătoare.

Sistemul de comandă şi programare este un ansamblu de echipamente şi de programe care realizează mişcarea robotului.

Sistemul senzorial reprezintă un ansamblu de elemente specializate transpunerea proprietăţilor ale diferitelor obiecte în informaţii.

Sistemul mecanic al robotului are rolul să asigure realizarea mişcărilor acestuia şi transmiterea energiei mecanice necesare interacţiunii cu mediul. Adică are sarcina de a deplasa un obiect. Partea din sistemul mecanic care realizează această deplasare se numeşte dispozitiv de ghidare sau manipulator.

Se înţelege prin manipulare modificarea situării în spaţiu a unui obiect. Utilizarea mâinii de către om a determinat formarea cuvântului de manipulare. Manipularea obiectului se realizează prin modificarea situării bazei efectorului final, cu care obiectul este solidarizat. În acest scop, baza efectorului final este solidarizată cu un element al dispozitivului de ghidare.

- 57 -

Page 58: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Dispozitivul de ghidare are rolul de a da efectorului final mişcările şi energia mecanică necesară mişcări în conformitate cu acţiunea necesitată asupra mediului.

Subsistemul din cadrul sistemului mecanic dedicat acestei interacţiuni este efectorul final.

Efectorul final al robotului care manipulează obiecte se numeşte dispozitiv de prehensiune. Din punct de vedere al teoriei mecanismelor, obiectul şi partea de bază a dispozitivului de prehensiune formează o cuplă cinematică de clasa a VI-a, închisă deobicei prin forţă.

Dispozitivele de ghidare pot fi cu:

- topologie serială,- paralelă - mixtă.

Structura sistemului mecanic al unui robot este :

Situarea, adică poziţia – orientarea, unui corp în spaţiul tridimensional este definită cu ajutorul poziţiei punctului caracteristic, şi orientărilor dreptei caracteristice, respectiv a dreptei auxiliare.

Punctul caracteristic şi dreapta caracteristică / auxiliară la un obiect cilindric se reprezintă astfel :

Se înţelege prin:o "Punct caracteristic", un punct al obiectului, folosit pentru definirea poziţiei acestuia.

- 58 -

SISTEMMECANICSISTEM

MECANIC

EFECTORFINAL

EFECTORFINAL

DISPOZITIV DE PREHENSIUNE

SAU SCULĂ

DISPOZITIV DE PREHENSIUNE

SAU SCULĂ

DISPOZITIVDE GHIDAREDISPOZITIV

DE GHIDAREPLATFORMĂ

MOBILĂPLATFORMĂ

MOBILĂ

MECANISM DE

ORIENTARE

MECANISM DE

ORIENTARE

MECANISMGENERATOR

DE TRAIECTORIE

MECANISMGENERATOR

DE TRAIECTORIE

Punctcaracteristic

Dreaptă auxiliară

Dreaptăcaracteristică

O

z

y

x

Page 59: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

o "Dreapta caracteristică" este o dreaptă care trece prin punctul caracteristic.o "Dreapta auxiliară" o dreaptă perpendiculară în punctul caracteristic pe dreapta

caracteristică. Cu ajutorul dreptelor caracteristice şi auxiliare se defineşte orientarea obiectului, de care aparţin ambele drepte.

În modelul matematic al sistemului mecanic al robotului, punctul caracteristic este originea, iar dreptele caracteristică şi auxiliară reprezintă axe ale unui sistem de referinţă cartezian drept legat de obiect.

În variantele cu topologie serială, un mecanism component al acestuia, numit mecanism generator de traiectorie (mecanism de poziţionare), realizează modificarea poziţiei punctului caracteristic şi altul, numit mecanism de orientare, realizează orientarea dreptelor caracteristic şi auxiliar.Se poate defini:

o mecanismul generator de traiectorie ca fiind "braţul" al robotului;o mecanismul de orientare ca fiind "articulaţie carpiană", sau "mecanismul carpian"

("wrist") al robotului.Efectorul final are mai multe variante constructive:

o Efectorul final al robotului care prelucrează obiecte este o sculă.o Efectorul final al robotului care mişcă obiecte este manipulatorul.

Energia necesară pentru prelucrare este comunicată sculei prin intermediul robotului sau a unei surse suplimentare de energie, în acest caz efectorul final este un cap de forţă cu sculă. Capul de forţă conţine un motor şi eventual o transmisie mecanică.

Platforma mobilă este o parte componentă a sistemului mecanic care asigură modificarea situării întregului ansamblu în mediu.

Platforma mobilă defineşte tipul robotului: - Robot staţionar atunci când nu este înzestrat cu platformă mobilă;- Robot mobil când este înzestrat cu platformă mobilă, în acest caz dispozitivul de

ghidare modifică situarea obiectului în raport cu platforma mobilă.

4.4.Construcţia modulară a roboţilor

Construcţia modulară este caracterizată prin: Structură sistematică care este compusă dintr-un grup de sisteme şi dispozitive care

formează cuple cinematice conducătoare. Structura sistemică prezintă avantajul că furnizează informaţiile necesare pentru analiza cinematică şi dinamică a sistemelor de acţionare şi mecanic ale robotului. Ea prezintă dezavantajul, că nu reflectă decât parţial funcţiile sistemelor de rang inferior robotului şi particularităţile constructive ale acestora.

Structura funcţional-constructivă sau structură modulară este cu dispozitive de ghidare cu topologie serială pentru a evidenţia proprietăţile funcţionale şi constructive ale roboţilor (modul de robot). Modul al unui robot, este un subansamblu care este corelat cu una sau mai multe cuple

cinematice ale dispozitivului de ghidare şi cu efectorul final.Modulul de robot corelat cu cupla cinematică conducătoare are părţile "fixe" ale sistemului de acţionare

aferent cuplei cinematice conducătoare şi traductoarelor / senzorilor, solidarizate cu structura de rezistenţă a unuia dintre elemente (i sau i+1). Legătura dintre două module vecine se realizează prin intermediul structurii de rezistenţă a elementului i. În acest mod, întregul robot cu dispozitivul de ghidare în topologie serială este de fapt constituit din "legarea în serie" a unui număr de module.

Modulul de robot corelat cu o singură cuplă cinematică poartă o denumire care este definită după funcţia lui în cadrul robotului.

Astfel, există module de:

- 59 -

Page 60: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

- translaţii de bază;- de pivotare de bază; - de ridicare a braţului; - de basculare a braţului; - de extensie a braţului; - de pronaţie – supinaţie; - de flexie – extensie; - de aducţie - abducţie. Ele sunt reprezentabile schematic după normele ISO .Modulul de orientare al unui robot se corelează cu toate cuplele cinematice ale

mecanismului de orientare, conţinând de atâtea ori componentele enumerate pentru modulul corelat cu o singură cuplă cinematică conducătoare, câte cuple cinematice conducătoare are mecanismul de orientare.

În figura de mai jos se prezintă corelaţia dintre structura sistemică şi cea modulară (funcţional - constructivă) a unui robot având un dispozitiv de ghidare serial cu M = 3.

În care: T/S - Traductoare/Senzori; SSA - Subsistem de acţionare; CCC - Cuplă cinematică conducătoare; A/B/C - Modulul; EF - Efector final; ELi Elementul i (i = 0, 1, 2, 3)

- 60 -

Structura

sistemică

Structura modulară

V

V

V

EF

A

B

C

1

2

Schema structurală sistemică a robotului

0

1

2

3

EF

B

C

A

SISTEMDE

COMANDĂ

SISTEMDE

COMANDĂ

SISTEMDE

ACŢIONARE

SISTEMDE

ACŢIONARE

SISTEMMECANICSISTEM

MECANIC

T/SA

T/SA

T/SB

T/SB

T/SC

T/SC

T/SEF

T/SEF

SSAA

SSAA

SSAB

SSAB

SSAC

SSAC

SSA

EF

SSA

EFD

ISP

OZ

ITIV

DE

GH

IDA

RE

DIS

PO

ZIT

IVD

E G

HID

AR

E

EF

EC

TO

RF

INA

LE

FE

CT

OR

FIN

AL

EL3

EL3

EL2

EL2

EL1

EL1

EL0

EL0

CCCA

CCCA

CCCB

CCCB

CCCC

CCCC

MODUL CMODUL CMODUL BMODUL BMODUL AMODUL A

EL 0

EL 0 STR

T/SA

T/SA

SSAA

SSAA

T/SB

T/SB

SSAB

SSAB

T/SC

T/SC

SSA

SSA

EL STR 3

EL STR 3

EL EL 2 2 EL EL 2 2

STR EL EL 1 1 EL EL 1 1

STR

CCCA

CCCA

CCCB

CCCB

CCCC

CCCC

MODUL EFMODUL EF

T/SEF

T/SEF

SSA

EF

SSA

EFEFECTOR

FINALEFECTOR

FINAL

Schema structurală modulară a robotului

Page 61: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Efectorul final se consideră de regulă un modul al robotului ca şi sistemul de comandă (cu excepţia traductoarelor / senzorilor înglobaţi în alte module).

În următoarele figuri (a,b,c,d) se prezintă desenele de subansamblu ale unor module de roboţi.

- 61 -

1 - Lagărele şurubului 6 - Şurub cu bile2 - Batiu 7 - Traductor de poziţie3 - Sanie 8 - Ghidaje cu tancheţi4 - Motor hidraulic 9 - Sistem de blocare5 - Flanşe de cuplare 10 - Tahogenerator

a) Modul de translaţie de bază acţionat hidraulic

1 - Platou mobil 6 - Placă de bază2 - Ghidaj 7 - Coloane de ghidare3 - Carcasă ext. 8 - Burduf de protecţie4 - Lagăre 9 - Motor hidraulic5 - Carcasă int. 10 - Capac

b) Modul de ridicare braţ acţionat hidraulic

1 - Motor electric 12 - Portsatelit II2 - Element condus 14 - Roată centrală III3 - Arbore de intrare 13 - Portsatelit III8 - Portsatelit I 17 - Coroană dinţată9 - Roată centrală II 24 - Placă de bază

d) Modul de rotaţie de bază cu reductor planetar acţionat electric

1 - Tijă de ghidare 5 - Arbore cu pinion2 - Bucşă cu bile 6 - Sanie3 - Cremalieră 7 - Alezaj de centrare4 - Lagăr 8 - Suport

c) Modul de translaţie acţionat printr-o transmisie pinion-cremalieră

Page 62: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

În cazul roboţilor având dispozitive de ghidare cu topologie paralelă sau mixtă, un modul al structurii funcţional - constructive este constituit din două platforme legate între ele prin conexiuni . în figura de mai jos se prezintă un modul de orientare cu două grade de libertate acţionat electric, având pe axa de supinaţie o transmisie armonică

Structura funcţional - constructivă cu module tipizate a roboţilor constituie o dezvoltate mai departe a concepţiei constructive cu module tipice ale acestora.

Prin modul tipizat al unui robot se înţelege un modul din cadrul unei structuri constructiv - funcţionale, care constituie un subansamblu de sine stătător, interschimbabil cu alte module, făcând parte dintr-o serie de module tipizate şi care poate fi asamblat cu alte module tipizate, în conformitate cu cerinţele utilizatorului.

În următoarea figură se prezintă module tipizate din cadrul unor structuri funcţional-constructive de robot constituit din module. Ele pot fi asamblate în structuri diferite într-o concepţie "baukasten", formând o familie de roboţi compuşi din module tipizate.

- 62 -

Fig.6 Modul de orientare cu două grade de libertate acţionat electric, având pe axa de supinaţie o transmisie armonică

2 - Arbore de intrare la axa de aducţie – abducţie.

1 - Arbore de intrare la axa de supinaţie – pronaţie.

3, 4, 5, 6, 7, 8 - Elemente dinţate din transmisia pt. miş-carea de supinaţie – pronaţie.

10, 11, 12, 13 - Ele mente dinţate din transmisia pt. mişcarea de aducţie - abducţie

Page 63: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

În care:

1 - Modul de translaţie de bază2 – Batiu3 - Modul de ridicare braţ4 - Modul de rotaţie de bază5 - Modul de basculare braţ6, 7 - Module de extensie braţ8, 9 - Module de orientare10 - Robot cu mecanism generator de TTT, obţinut prin combinarea modulelor 1+3+711 - Robot cu mecanism generator de traiectorie TRRT, obţinut prin combinarea modulelor 1+4+5+612 - Robot RTT obţinut din modulele 4+3+7

Ideea dezvoltării unor familii de roboţi construiţi din module interschimbabile a fost apreciată de constructorii de roboţi în deosebi la începutul anilor 1980. Datorită înmulţirii numărului aplicaţiilor industriale ale roboţilor şi a concentrării fabricaţiei de roboţi la un număr mai redus de firme care fabrică mai mulţi roboţi pe an, s-a ajuns după 1990 la diminuării construcţiei roboţilor din module tipizate.

4.5. Utilizarea roboţilor industriali.

Roboţii se utilizează în toate domeniile activităţii umane. Ele urmăresc satisfacerea unor necesităţi individuale, de grup sau sociale, realizând economia. Economia se împarte în sectoare şi domenii.

Tab. 1

- 63 -

Page 64: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

NRCRT

DOMENIUL ECONOMIC SECTORUL

0 Agricultură şi silvicultură, zootehnie şi piscicultură Primar

1 Gospodărirea energiei, alimentarea cu apă, extracţia materiilor prime Secundar2 Activităţi de prelucrare

3 Activităţi de construcţii4 Comerţ

Terţiar

5 Circulaţie şi transport

6 Instituţii de credit şi asigurare7 Prestări de servicii fără scop de câştig8 Gospodării private9 Instituţii regionale şi asigurări sociale

Producţia apare în toate sectoarele economiei şi anume în sectoarele primare şi secundare, producţia materială, iar în sectoarele terţiare preponderentă devine producţia nematerială şi anume a serviciilor.

Robotul industrial poate manipula:- obiecte de lucru- scule

În tabelul de mai jos se prezintă domeniile de aplicaţie ale roboţilor industriali. ROBOTUL INDUSTRIAL MANIPULEAZĂ

NR CRT

OBIECTE DE LUCRU

NR CRT

SCULE

DOMENIUL DE APLICAŢIE DOMENIUL DE APLICAŢIE

1. Servirea unor maşini utilaje/instalaţii/dispozitive

4 Furnal (desfundare canal de turnare)

1.1 Cuptoare de oţelărie (încăr-care, manipulare lingouri) 4.1 Formare

1.2 Laminoare (manipulare lin-gouri, laminate) 5 Prelucrarea unor semifabri-cate 1.3 Utilaje de miezuit 5.1 Turnate, demaselotare

1.4 Cubilouri (încărcare, ma-nipulare oale de turnare) 5.2 Turnate, curăţire1.5 Maşini de turnat sub presiune 5.3 Turnate, forjate, aşchiate, debavurare şi polizare

1.6 Utilaje de turnare de precizie 6 Sablare

1.7 Utilaje de tratament termic (cuptoare, băi) 7 Prelucrarea unor semifabricate

1.8 Ciocane şi prese de forjare 7.1 Prin aşchiere1.9 Ciocane şi prese de matriţare la cald 7.2 Prin fascicul laser

1.10 Maşini de forjat orizontale 7.3 Prin jet de apă cu înaltă presiune

1.11 Prese de matriţare şi stanţare la rece 8 Sudare

1.12 Utilaje de presat materiale plastice 8.1 Prin presiune în puncte1.13 Cuptoare de uscat 8.2 Cu arc în mediu de gaz protector1.14 Utilaje fixe pentru deba-vurare, demaselotare, cu-răţire,

sablare sudare, vop-sire9 Lipire

10 Metalizare

1.15 Maşini unelte de prelucrat prin aşchiere 11 Vopsire

11.111.2

Umedă1.16 Maşini unelte de prelucrat prin procedee neconven-ţionale Uscată

1.17Maşini de lucru în industria alimentară, textilă, de pielărie, de încălţăminte, a lemnului, etc.

12Măsurare, control de calita-te, testare

1.18 Dispozitive ale instalaţiei aducătoare / de evacuare 13 Operaţii în “camere curate”

2 Paletizare / depaletizare 14

3Montaj

- 64 -

Page 65: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

În figurile de mai jos se prezintă diferiţi roboţi industzriali:

Definiţii utilizate la roboţi industriali sunt:oPrin “paletizare / depaletizare” se înţelege operaţia de aşezare / scoatere a obiectelor

din locaşurile depozitelor tip paletă.oPrin “montaj” (“asamblare”) se înţelege operaţia de construcţie a unui ansamblu prin

îmbinarea mai multor obiecte de lucru componente. oPrin “fază de operaţie” se înţelege secvenţa componentă a operaţiei aferentă unui

obiect de lucru din mulţimea obiectelor de lucru manipulateo În timpul fazei de montaj propriu-zis, robotul industrial trebuie să fie condus după un program de

traiectorie continuă.o Prin “servire” se înţelege operaţia de introducere a obiectului de lucru în maşina / utilajul / instalaţia /

dispozitivul în care se produce operaţia de prelucrare şi extragerea lui după terminarea prelucrării.În timpul operaţiilor robotizate de prelucrare cu scule purtate se necesită reglarea /

ascuţirea / curăţirea periodică a sculelor. De acestă, în componenţa sistemului de fabricaţie robotizat se vor prevede posturi de lucru automate care permit executarea operaţiilor amintite, cuprinse în ciclogramele de lucru ale sistemului şi în programele de comandă aferente.

- 65 -

Robotul serveşte o presă de forjat

Robot

Presă deforjat

IA / E

Robotul industrial serveşte două maşini de turnat sub presiune.

Robot

Maşina deturnat 2

Maşina deturnat 1

IA /E

Robotul serveşte un strung.Robotul paletizează / depaletizează obiecte de lucru prismatice.

Page 66: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Flexibilitatea robotului în aplicaţiile în care acesta manipulează scule este asigurată prin reprogramare, respectiv prin posibilitatea schimbării efectorului final, inclusiv automat, robotul conlucrând în acest caz cu un depozit automat de scule / capete de forţă cu scule.

Sistemele de fabricaţie în care robotul execută operaţii tehnologice cu scule purtate pot cuprinde şi instalaţii aducătoare / de evacuare cu dispozitive de transfer şi roboţi de manipulare a obiectelor şi dispozitivelor de lucru în operaţii de “servire”.

Domenile de aplicaţie în care robotul manipulează scule, sunt: Destuparea manuală a canalului de turnare la furnale este o operaţie cu un înalt grad

de dificultate fizică şi periculoasă pentru integritatea operatorului uman care execută operaţia. El poate fi înlocuit de o instalaţie de teleoperare, care manipulează un ciocan de perforat acţionat pneumatic (un cap de forţă), cu care operaţia de destupare se realizează prin lovituri mecanice.

confecţionarea formelor de turnătorie, unele dintre ele nu se pot executa prin vibrare şi necesită îndesarea pământului de turnare prin batere. Această operaţie poate fi executată de robot (instalaţii de teleoperare), care manipulează un cap de forţă cu sculă de îndesare (de “batere”) acţionată pneumatic.

Demaselotarea şi curăţirea pieselor turnate, debavurarea şi polizarea pieselor turnate, forjate sau prelucrate prin aşchiere se realizează folosind scule adecvate, acţionate prin capete de forţă manipulate de roboţi. Dificultatea operaţiei constă în geometria neregulată, imprevizibilă a obiectelor de lucru supuse prelucrării. Se folosesc instalaţii de teleoperare cu reacţie de forţă / moment sau roboţi industriali conduşi adaptiv, pe baza informaţiilor furnizate de senzori de forţă / moment.

Sudarea prin presiune în puncte utilizează ca efector final al robotului un cleşte de sudare, al cărui electrozi sunt presaţi pe componentele de tablă care urmează a fi asamblate.Robotul trebuie să poziţioneze electrozii în punctul de sudură de executat şi să orienteze axa comună a acestora, normală pe suprafeţele componentelor de tablă.

Transferul cleştilor de la un punct de sudură la altul poate fi realizat după un program punct cu punct (PTP).Dispozitivul de ghidare al robotului de sudare prin presiune în puncte trebuie să aibă cel puţin 5 grade de mobilitate, să asigure acceleraţii mari la trecerea de la un punct la altul iar mecanismul generator de traiectorie trebuie să asigure realizarea unui spaţiu de lucru mare. Sistemul de fabricaţie în care există un post de sudare prin presiune în puncte trebuie să conţină şi un post de corectare (prin frezare) a formei geometrice a electrodului.Repetabilitatea roboţilor utilizaţi pentru sudare prin presiune în puncte este cuprinsă

între 0,5 1 mm. Roboţii industriali utilizaţi în operaţii de acoperire a suprafeţelor prin vopsire,

manipulează scule de tip “pistol”. Acestea conţin o duză prin care realizează pulverizarea vopselei lichide sau împrăştierea vopselei sub formă de pulbere. Pulverizarea se realizează fie sub acţiunea unui jet de aer comprimat, fie sub presiunea care se exercită asupra suprafeţei lichidului aflat într-un rezervor din care se alimentează pistolul (procedeul “airless”). În acelaşi rezervor se realizează la nevoie şi preîncălzirea vopselei.

- 66 -

Page 67: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Mai jos se prezintă diferiţi roboţi care manipulează scule:

- 67 -

Post de lucru robotizat pt. debavura-rea chiulaselor de motor cu 6 cilindri

Posibilităţi de amplasare ale transformatorului electric TE: a) - suspendat separat,

b) - montat pe robot, c) - înglobat în cleşte

TE

TE

TE

a) b) c)

Post de lucru robotizat pentru sudarea prin puncte a unei uşi de autocamion

Pistoale de vopsire utilizate în proce-se robotizate. Vopseaua pătrunde prin:A - gravitaţie, B - ejecţie, C - sub presiune,D - în formă de pulbere electrostatică

Instalaţie de vopsire robotizată pentru caroserii de autoturisme

Page 68: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

Sistemul robotizat de vopsire trebuie să conţină un dispozitiv automat de curăţire a pistolului, cu funcţionarea inclusă în ciclul de funcţionare al robotului. În cazul în care robotul trebuie să vopsească cu vopsele de diferite culori / calităţi, el va fi prevăzut cu un dispozitiv de schimbare automată a efectorului final, care va conlucra cu un depozit de scule (pistoale) amplasate în periferia robotului. Comanda roboţilor de vopsire se face prin programe multipunct (MP) sau de traiectorie continuă (CP).

În componenţa sistemului de acoperire robotizată mai intră o instalaţie aducătoare / de evacuare, cu mişcările dispozitivelor faţă de care robotul îşi sincronizează propriile mişcări. Prelucrarea prin aşchiere a unor obiecte cu ajutorul unor scule purtate de robot se utilizează în cazul obiectelor de dimensiuni mari, care nu pot fi montate în dispozitivele de lucru ale maşinilor unelte. Senzori de forţă - moment controlează desfăşurarea procesului de aşchiere. Robotul trebuie să aibă o exactitate de repetabilitate de 0,01 0,05 mm.

Eficienţe tehnico-economice deosebite prezintă robotizarea proceselor de prelucrare prin tehnologii neconvenţionale: cu fascicul laser sau cu jet de apă de înaltă presiune.

Cu ajutorul fasciculului laser se pot efectua operaţii de sudare, de tăiere şi de tratament termic superficial de precizie, cu influenţarea minimală a structurii metalului din zona de prelucrat. Scula manipulată de robot este în acest caz un cap laser (Fig. 16), conţinând un sistem optic, care asigură concentrarea puterii fasciculului pe o suprafaţă mică a obiectului.

În figura de mai jos se prezintă principiul de funcţionare al robotului manipulând un “instrument de zero”, în cadrul operaţiei de măsurare a unei caroserii de automobil.

Deseori, operaţiile de control de calitate şi inspecţie se realizează cu ajutorul unor capete de lucru echipate cu senzori video (metode “ochi în mână”). Roboţii utilizaţi în operaţii de măsurare, control de calitate, testare şi inspecţie, manipulează ca şi scule capete de lucru, care realizează operaţiile respective în diferite zone ale obiectului de lucru. Construcţia capetelor de lucru în cauză este adecvată tipului de operaţie de realizat.

- 68 -

Conducerea fasciculului laser prin dispozitivul de ghidare al robotului folosind un sistem de oglinzi

Fig. 17 Măsurarea caroseriei de autoturism de către robot

Page 69: Masini Unelte Si Roboti Industriali 1

CURSMAŞINI UNELTE ŞI ROBOŢI INDUSTRIALI

În figura alăturată se prezintă un cap de inspecţie cu senzori video, purtat de robot pentru controlul calităţii suprafeţei, pe care un alt cap purtat de acelaşi robot depune un strat de etanşare sub formă de fluid vâscos (care se autolipeşte).

Comanda roboţilor utilizaţi în operaţii de măsurare, control de calitate, testare şi inspecţie se realizează după programe “punct cu punct” (PTP) în cazul în care zonele de măsurat / controlat / testat / inspectat sunt amplasate izolat sau pe ”traiectorie continuă“ (CP) dacă aceste zone prezintă o continuitate în lungul unei linii. Exactitatea de repetabilitate a roboţilor utilizaţi în asemenea aplicaţii trebuie să fie corelată cu exactitatea măsurătorilor care urmează a fi efectuate.

Conceperea şi realizarea aplicaţiilor industriale ale roboţilor prezintă unele particularităţi:

1. roboţii trebuie să continue înlocuirea oamenilor în munci periculoase (de aceasta beneficiază toţi);

2. roboţii trebuie să continue înlocuirea oamenilor în munci pe care ei nu vor să le execute (şi de aceasta beneficiază toţi);

3. roboţii ar trebui să înlocuiască oamenii în munci pe care le pot executa mai economicos (aceasta la început va dezavantaja pe unii, dar în final va fi în avantajul tuturor, ca şi în cazul primelor două legi).

Pentru succesul robotizării sunt necesare următoarele condiţii:1. să existe o necesitate clar percepută;2. să fie disponibile tehnologii adecvate şi practicieni competenţi;3. să existe un suport financiar adecvat.

Activităţile de fabricaţie s-au automatizat - robotizat atunci când:1. energia necesară sau mediul înconjurător depăşeşte posibilităţile de suportare ale

operatorului uman;2. priceperea necesară pentru a produce ceva util depăşeşte capacităţile operatorului

uman;3. cererea pentru produs este atât de mare încât există o motivaţie pentru căutarea unor

modalităţi de fabricaţie mai bune.

- 69 -

Cap de inspecţie cu senzor video purtat de robot