Appunti di Sistemi Integrati Di ProduzioneDocente: prof. Carlone

Angelo Rainone A.A. 2008/2009

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Sommario1 Macchine utensili a controllo numerico ...................................................................................................................... 3 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Il controllo numerico ................................................................................................................................................. 3 Vantaggi del controllo numerico .......................................................................................................................... 5 Livelli di automazione ............................................................................................................................................... 6 Tipologie e caratteristiche delle MUCN ............................................................................................................. 8 Struttura e componentistica delle MUCN.......................................................................................................... 9 Guide e trasmissione del moto.................................................................................................................. 10 Utensili e portautensili ................................................................................................................................. 11 Magazzini utensili .......................................................................................................................................... 13 Unit di governo ............................................................................................................................................. 15

1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 2 3 2.1 3.1

Sensori e trasduttori......................................................................................................................................................... 24 Trasduttori di posizione........................................................................................................................................ 25 Programmazione manuale ................................................................................................................................... 32 Programmazione manuale senza compensazione utensile .......................................................... 38 Programmazione ............................................................................................................................................................... 30 3.1.1

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1 Macchine utensili a controllo numerico1.1 Il controllo numericoLautomazione delle macchine utensili e la realizzazione di macchine utensili a controllo numerico (MUCN) ha rappresentato uno dei principali fattori di sviluppo per le lavorazioni ad asportazione di truciolo e non solo. Ogni macchina utensile caratterizzata da movimenti relativi utensile pezzo: moto di taglio, di alimentazione e di avanzamento. La tecnologia del controllo numerico un metodo per controllare questi moti con elevate precisione e ripetibilit: il comando degli azionamenti avviene attraverso linterpretazione di un codice alfanumerico definito part program scritto in un opportuno linguaggio. Tale tecnica permette di controllare contemporaneamente pi assi (assi controllati) ottenendo superfici lavorate di forma complessa, difficilmente ottenibili in altro modo. Nelle MUCN ogni asse ha un suo sistema di movimentazione basato su un motore elettrico, che mette in rotazione una vite collegata cinematicamente al carro portautensili e su un sensore o trasduttore detto encoder che rileva la posizione istantanea delloggetto in movimento. Motori e trasduttori sono gestiti da ununit{ elettronica chiamata unit di governo, con struttura hardware principale simile ai comuni calcolatori. Lunit{ di governo non si limita alla sola fase di comando: caratteristica fondamentale delle MUCN infatti la possibilit di controllare il corretto svolgimento delle istruzioni comandate dal part program. Di conseguenza i segnali inviati dallunit{ di governo della macchina ai diversi azionamenti, sono sempre il risultato del confronto tra due diversi valori: il primo il valore comandato; il secondo quello effettivamente misurato dai sensori o trasduttori. Confrontando questi due valori la macchina in grado di assicurare il corretto svolgimento della lavorazione andando ad utilizzare opportune strategie di correzione (ad obiettivo o a traiettoria), qualora fosse registrata una differenza fra il valore comandato e quello effettivamente misurato. Esempio banale relativo al controllo di posizione: con riferimento ad una lavorazione di tornitura cilindrica esterna dal part program sar{ fornita listruzione di spostamento con interpolazione lineare (G01) e la definizione delle coordinate assolute o incrementali del punto di arrivo (Z10) dove z la direzione dellasse controllato mentre il valore numerico specifica la grandezza da associare allistruzione definita. Listruzione comandata dal part program viene interpolata dallunit{ di governo in maniera tale da definire i punti intermedi di controllo e scomporre le velocit (in ogni punto) lungo gli assi controllati. Qualora durante la lavorazione, in un determinato istante la posizione effettiva lungo lasse controllato dovesse essere diversa dal valore interpolato atteso, il segnale elaborato dal sistema sensore-comparatore viene processato dallunit{ di governo in modo da correggere lerrore rilevato. Per quanto detto il controllo numerico caratterizzano non solo dalla rimozione delloperatore nella fase di comando e azionamento della macchina ma anche dal controllo e dal monitoraggio automatico delleffettiva lavorazione.

4 Supponiamo di comandare uno spostamento lineare da un punto ad un punto : in base alla sua precisione, la macchina scompone lo spostamento andando a valutare tutti i punti intermedi di controllo. Per ogni punto valuta la velocit lungo gli assi di x controllo (in questo caso e ) in modo tale da ottenere la B traiettoria desiderata. Lo spostamento lungo gli assi viene monitorato dagli encoder che valutano la posizione effettiva rispetto agli assi degli organi in movimento. La macchina, confrontando il valore fra la posizione attesa e la posizione misurata, verifica se la lavorazione sta A procedendo in modo corretto: qualora ci fosse una z deviazione fra i due valori, la macchina modifica le velocit lungo i due assi in modo da correggere la traiettoria.

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1.2 Vantaggi del controllo numericoA fronte ad un costo dacquisto e di manutenzione maggiore rispetto ad una macchina utensile tradizionale, il vantaggio principale delle MUCN la loro notevole flessibilit. La flessibilit legata alla possibilit di programmazione di queste macchine che consente di: Effettuare lavorazioni di pezzi differenti e cambiare i percorsi utensile tramite semplici variazioni al part program. Utilizzare magazzini con utensili richiamabili in lavorazione dal programma stesso.

Oltre alla flessibilit i vantaggi del controllo numerico e in termini pi generali gli obiettivi delle strategie di automazione possono essere cos riassunti: Combinare tra di loro, sulla stessa macchina (centro di lavoro), diverse operazioni elementari (fresatura, foratura, alesatura, filettatura etc.). Ridurre quanto pi possibile, fino ad eliminare, lintervento umano in fase di lavorazione con notevoli vantaggi in termini di riduzione dei tempi (e quindi dei costi). Migliorare la qualit: utilizzando sistemi di trasmissione e sensori opportuni possibile ottenere precisioni di posizionamento anche inferiori al millimetro. Inoltre, avendo eliminato laspetto legato al rendimento delloperatore, si ottiene unelevata ripetibilit{ nella realizzazione di pezzi differenti. Aumentare la sicurezza, in quanto loperatore, generalmente, ha il solo compito di controllare il corretto svolgimento della lavorazione.

La flessibilit del controllo numerico consente di risolvere le problematiche relative ai sistemi di automazione rigida (torni automatici e torni a copiare): i torni automatici ed i torni a copiare sono stati i primi esempi di parziale automazione delle macchine utensili. Nei torni automatici il movimento relativo utensile-pezzo ottenuto mediante opportuni sistemi a camme. E chiaro che un sistema del genere richiede la progettazione e la realizzazione di un differente cinematismo per la realizzazione di ogni singolo prodotto. I torni a copiare sono realizzati combinando il movimento dellutensile al movimento di un tastatore, che si muove su di unapposita dima. Anche in questo caso la realizzazione di un pezzo differente richiede, a monte, la realizzazione della dima corrispondente. Altre tipologie di automazione sono rappresentate, ad esempio, dai trapani plurimandrino o dai torni plurimandrino. Con i trapani plurimandrino si ottiene il notevole vantaggio di combinare diverse lavorazioni in ununica operazione anche se, generalmente, per ogni variazione della posizione dei fori necessario realizzare una specifica maschera di foratura. I torni plurimandrino (mandrini opposti o mandrini sovrapposti) consentono di combinare in successione e su ununica macchina la lavorazione di un pezzo su diversi posizionamenti, in modo tale da ottenere una lavorazione quasi continua. Inoltre in questo modo si riducono i tempi di attrezzaggio della macchina e si evita la duplicazione delle attrezzature. Questa soluzione costruttiva di largo utilizzo per la realizzazione dei moderni centri di tornitura.

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1.3 Livelli di automazioneLapplicazione delle strategie di automazione ha interessato aspetti sempre diversi e di maggiore complessit, legati alla specifica lavorazione. Infatti, considerando una macchina utensile tradizionale, si ha che tutte le operazioni sono delegate alloperatore. Tali operazioni possono essere cos schematizzate: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Attrezzaggio della macchina Montaggio, posizionamento e controllo del pezzo Montaggio, appostamento e controllo dellutensile Definizione dei parametri di taglio ed avvio della lavorazione Controllo della lavorazione Allontanamento dellutensile a lavorazione effettuata Smontaggio del pezzo

Lautomazione non si limita alla sola gestione di queste operazioni che risultano nellottica della singola macchina. Infatti, in base alla realt produttiva in cui la macchina opera, bisogna valutare tutti quegli aspetti legati alla gestione della produzione. Nel caso di macchine utensili tradizionali loperatore che, in base alla sua esperienza, decide come effettuare la lavorazione. Ad esempio loperatore che, valutando il grado di usura dellutensile e la disponibilit del magazzino utensili, sceglie lutensile appropriato per una data lavorazione. Al crescere del livello di automazione (ricordiamo infatti che esistono pi livelli di automazione) sempre pi aspetti legati alla gestione della macchina, alla gestione del magazzino, alla gestione delle movimentazioni ed in unottica pi ampia alla gestione dellintero impianto, possono essere trasferiti dalloperatore alla macchina. Partendo dalle macchine tradizionali, in cui, come detto, tutto delegato alloperatore, una prima evoluzione rappresentata dal comando numerico. In questo caso le diverse operazioni (ovvero la gestione degli azionamenti) comandato alla macchina tramite part program: la macchina legge ed interpreta le informazioni del part program e le traduce in impulsi inviati ad un motorino a passo. Il motorino mette in rotazione una vite la cui velocit di rotazione dipende dal numero e dalla frequenza degli impulsi. La rotazione della vite consente la traslazione della tavola (portapezzi o portautensili). Tuttavia il limite fondamentale di questa strategia legato alla mancanza di un effettivo controllo del corretto svolgimento delle istruzioni motorino a comandate. Per questo motivo i sistemi a passo comando numerico non hanno avuto una larga applicazione. Nel caso di macchine utensili a controllo numerico sono spostate dalloperatore allunit{ di governo della macchina non solo linvio dei segnali agli azionamenti (comando), ma anche il controllo delleventuale correzione relativa al corretto motorino a svolgimento dellinput comandato. passo Rispetto al comando numerico si ha lutilizzo trasduttore di opportuni sistemi trasduttore-comparatore (il trasduttore pu essere un sensore di comparatore posizione, velocit etc.). In questo caso il segnale fornito agli azionamenti sar sempre macchina a controllo numerico ottenuto considerando da un lato il valore comandato (input del part program), dallaltro leventuale segnale di errore fornito dal comparatore.

7 Le macchine utensili a controllo numerico sono in grado di effettuare la lavorazione gestendo posizionamento e velocit lungo gli assi e comandando dispositivi automatici di cambio utensile e altri azionamenti necessari per la realizzazione delloperazione (ad esempio accensione e spegnimento del mandrino, serraggio e apertura delle griffe, blocco e sblocco di lunette etc.). Una strategia di automazione pi avanzata costituita dal controllo numerico computerizzato (CNC), ottenuto dalla combinazione di una macchina utensile a controllo numerico con un calcolatore fornito di opportuni software per la gestione di ulteriori aspetti della lavorazione. Tipico esempio la gestione dei fenomeni di usura: in base alla vita utile complessiva dellutensile ed al tempo di lavorazione, il software calcola la vita residua dellutensile. Per poter dare alla macchina informazioni in tempo reale circa il grado dusura raggiunto dallutensile, possiamo pensare di misurare la potenza necessaria alla lavorazione tramite un sensore che valuti la tensione della corrente al mandrino. Infatti allavanzare dellusura dellutensile aumenta anche la potenza da fornire al mandrino. La macchina, elaborando le informazioni del sensore, capir{ che lutensile si sta usurando allorquando vi siano dei picchi di potenza richiesta. Di conseguenza la macchina sar in grado anche di coordinare la gestione degli utensili: in base alla durata della lavorazione la macchina ha la facolt di scegliere fra gli utensili disponibili quello che ci consente di effettuare la lavorazione e la cui vita residua al termine della lavorazione sia la minore possibile. Se ad esempio la lavorazione durasse 5 minuti e avessimo utensili la cui vita utile, in base alla legge di Taylor, di 3, 6 e 10 minuti, la macchina sceglier{ lutensile la cui durata per quella lavorazione di 6 minuti. Tutte queste scelte decisionali, per le macchine utensili con grado di automazione minore, sono demandate alloperatore Ulteriore stadio dellautomazione rappresentato dal controllo numerico diretto (DNC). In questo caso lottica dellautomazione passa dalla singola macchina allintero stabilimento. Strategie di controllo numerico diretto sono realizzate collegando in rete le diverse macchine che si hanno in produzione con un server centrale. Il server definisce i flussi produttivi che gestisce la movimentazione dei prodotti, inviando alle macchine i rispettivi part program, stabilisce la gestione di priorit{ e file dattesa ed inoltre delegato alla gestione dei guasti. Anche in questo caso il flusso di informazioni bidirezionale: il server invia ad ogni macchina il proprio part program, mentre ogni macchina invia informazioni al server inerenti al proprio stato (ad esempio se ferma, se ha finito una lavorazione, se disponibile etc.)

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1.4 Tipologie e caratteristiche delle MUCNLe macchine utensili a controllo numerico possono essere classificate in: 1) Macchine utensili monoscopo 2) Macchine utensili multiscopo Le macchine utensili monoscopo sono ottenute applicando sistemi a controllo numerico a macchine tradizionali (ad esempio torni a controllo numerico, fresatrici a controllo numerico, rettifiche a controllo numerico). Le macchine utensili multiscopo (centri di lavoro e centri di tornitura) consentono di integrare diverse operazioni sulla stessa macchina, con notevole riduzione dei tempi passivi dovuti al montaggio. smontaggio e controllo del posizionamento del pezzo sullattrezzatura. I centri di lavoro consentono lesecuzione di operazioni quali fresatura, foratura ed alesatura su superfici pi o me,o complesse. I centri di tornitura prevedono, generalmente, lutilizzo di diversi mandrini che sono dotato di utensili motorizzati in torretta, per la realizzazione di fresature e forature fuori asse. Data la diffusione e limportanza dei centri di lavoro faremo esclusivamente riferimento ad essi nel seguito. Caratteristiche fondamentali delle macchine utensili a controllo numerico sono lo spazio o cubo di lavoro, che definisce le dimensioni massime dei pezzi lavorabili, il numero degli assi controllati (complessivamente e simultaneamente) e le rispettive velocit di punta, la posizione del mandrino (orizzontale, verticale o entrambe), la precisione di posizionamento lungo i diversi assi (generalmente inferiore al centesimo di millimetro), la presenza di dispositivi automatici di cambio utensile e di cambio pezzo. Gli assi controllati possono essere di traslazione e di rotazione. Gli assi principali di traslazione sono definiti dalla terna indicata con le lettere , e in cui sempre lasse del mandrino (o del mandrino principale per macchine plurimandrino) e il verso positivo quello che vede lutensile allontanarsi dal pezzo. Gli assi e sono definiti in modo da ottenere una terna secondo la regola della mano destra, definita in relazione alla struttura della macchina. Gli assi principali di rotazione, definiti dalle lettere , e sono relativi rispettivamente a rotazioni attorno agli assi , e . Il verso positivo sempre definito in accordo con la regola della mano destra. Possono essere definiti, inoltre, ulteriori assi detti secondari e terziari, relativi a traslazioni rispetto agli assi primari. In particolare con le lettere , e sono definite le traslazioni secondarie relative agli assi , e . Ad esempio, gli assi principali di rotazione e traslazione possono riferirsi ai possibili movimenti della tavola portapezzi. Quando possiamo associare altri movimenti a quelli principali (ad esempio la traslazione della testa dellutensile lungo lasse ) possibile definire anche gli assi secondari (nellesempio lasse ).

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1.5 Struttura e componentistica delle MUCNDa un punto di vista strutturale le MUCN presentano alcune soluzioni costruttive (ad esempio la presenza di sensori e comparatori) differenti dalle macchine utensili tradizionali. Altre differenze sono relative sia ai materiali utilizzati sia alla specifica componentistica (viti a ricircolo di sfere, elettromandrini, portautensili ISO e HSK). Inoltre le MUCN prevedono un idoneo magazzino utensili e dispositivi per il cambio automatico degli stessi. La progettazione delle parti strutturali delle MUCN richiede unattenta analisi per un corretto dimensionamento statico e dinamico in relazione alle maggiori sollecitazioni e fenomeni vibratori connessi allutilizzo di parametri di taglio pi spinti rispetto a quelli utilizzati sulle macchine utensili tradizionali. Lelevato MRR ottenibile lavorando con MUCN, rende necessari alcuni accorgimenti costruttivi utilizzati per facilitare lallontanamento del truciolo (struttura a bancale obliquo e convogliatori di truciolo). Sono previste inoltre delle opportune porte di chiusura per garantire la sicurezza delloperatore che presiede la macchina. La struttura delle MUCN, dovendo resistere sia alle forze statiche che alle forze dinamiche (vibrazioni) applicate su di essa, generalmente realizzata in ghisa o in acciaio. Questi elementi sono in grado di assicurare la necessaria rigidezza statica e dinamica. Altre soluzioni costruttive prevedono lutilizzo per la struttura della macchina di materiali quali il calcestruzzo o compositi a matrice polimerica. La ghisa ha un elevata fluidit quando si trova allo stato fuso. Pertanto le strutture in ghisa sono ottenute mediante processi di fusione (o colata). La presenza nella struttura di precipitazioni di grafite lamellare o globulare consente di ottenere un elevato smorzamento interno delle vibrazioni. Per quanto riguarda la resistenza a fatica preferibile avere una struttura a grafite globulare: quando uneventuale cricca incontra la grafite lamellare tende ad assumere la direzione della grafite; se invece la grafite globulare la cricca viene smorzata. Svantaggio della realizzazione in ghisa dovuto alla insufficiente capacit di sopportare i carichi sulle guide senza deformazioni. Per questo motivo le guide sono realizzate in acciaio temprato e riportate meccanicamente sulla struttura . Prima del fissaggio delle guide la ghisa sottoposta al trattamento termico di distensione per eliminare le tensioni residue interne generate dal raffreddamento della ghisa fusa. Le strutture in acciaio sono facilmente realizzabili utilizzando processi di deformazione plastica e saldatura. Ad esempio, partendo da una lamiera, possibile ottenere un montante effettuando una piegatura seguita dalla saldatura delle varie parti. A differenza della ghisa, lacciaio non possiede caratteristiche idonee di smorzamento, per cui necessario una progettazione pi accurata della struttura in modo tale da rispettare i requisiti di rigidezza statica e dinamica. Anche in questo caso si ricorre al trattamento termico di distensione per eliminare le tensioni residue di saldatura. Successivamente si ha il riporto meccanico delle guide temprate.

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1.5.1 Guide e trasmissione del motoLa precisione delle guide e dei sistemi di trasmissione del moto un elemento essenziale ai fini della precisione della macchina e quindi della lavorazione. Le guide, oltre ad avere un elevata durezza per resistere ai carichi localizzati, devono presentare opportune caratteristiche legate ai fenomeni di attrito: per questo motivo si ricorre ad una serie di accorgimenti quali il rivestimento delle guide con materiale plastico a base fenolica in maniera tale da avere buona resistenza ai carichi di compressione ed un coefficiente di attrito costante (in modo da evitare i fenomeni di stick-slip). Altre soluzioni prevedono il sostentamento idrostatico mediante interposizione di oli in pressione tra la guida e gli organi in movimento ed infine la sostituzione dellattrito radente in attrito volvente mediante interposizione di rulli. La trasmissione del moto dai motori elettrici agli assi controllati non pi realizzata tramite sistemi vite-madrevite a causa dei notevoli giochi e quindi dellimprecisione del posizionamento. Vengono pertanto utilizzati sistemi basati su viti a ricircolo di sfere: non si ha pi il contatto diretto tra i filetti della vite e quelli della madrevite con conseguente strisciamento e fenomeni di stick-slip in quanto tra i due elementi sono interposte delle sfere di acciaio. Durante lo spostamento di traslazione della madrevite le sfere vengono portate nei successivi filetti in presa attraverso canali di ricircolo interni o esterni. Questi sistemi consentono di avere elevate precisioni e giochi estremamente ridotti (eventualmente annullabili tramite precarico) e consentono lutilizzo di sensori indiretti (rotativi) anzich diretti (lineari) per il controllo dellasse. Svantaggio collegato allutilizzo di questi sistemi il loro costo pi elevato (tuttavia ampiamente giustificato dalla semplificazione della sensoristica).

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1.5.2 Utensili e portautensiliAbbiamo detto che uno dei principali vantaggi del controllo numerico la flessibilit legata alla possibilit{ di programmare, mediante lausilio di magazzini, il cambio automatico dellutensile durante la lavorazione. Il cambio automatico dellutensile, data la presenza di un numero elevato di utensili in magazzino, richiede un interfaccia standardizzata tra utensile e mandino. Linterfaccia standard tra utensile e mandrino costituita dal portautensile che formato da due diverse parti: 1) Una parte tronco-conica dotata di flangia che si adatta perfettamente al foro conico presente sul mandrino di queste macchine e permette un corretto centraggio dellutensile rispetto allasse del mandrino. 2) Una parte superiore che varia da un portautensile allaltro in quanto si deve adattare a vari tipi di utensile (punte ad elica, alesatori, frese a disco etc) La parte tronco-conica pu essere realizzata secondo due criteri costruttivi che differenziano il portautensile ISO dal portautensile HSK (corpo cavo). Il portautensile ISO presenta una parte tronco-conica allungata e piena, che termina con un codolo a fungo su cui va ad agire il dispositivo di trazione interno al mandrino. La parte esterna al mandrino presenta una flangia scanalata utilizzata per la manipolazione del portautensile durante le operazioni di cambio e messa a magazzino. Sono inoltre presenti sulla flangia una serie di gole dirette assialmente che servono per la presa del dente di trascinamento. Caratteristica fondamentale del portautensile ISO che il suo riferimento rispetto al mandrino effettuato mediante battuta sulla superficie troncoconica sia in direzione assiale che in direzione radiale. Il portautensile HSK presenta la parte tronco-conica di lunghezza minore e cava. In questo caso il dispositivo di ritenuta agisce allinterno del corpo cavo. Il riferimento del portautensile ottenuto tramite battuta della superficie tronco-conica solo in direzione radiale. Il riferimento assiale si ottiene tramite battuta su superficie piane. Il dente di trascinamento pu andare in presa oltre che sulla flangia anche su scanalature poste nella parte cava interna allalloggiamento stesso. I vantaggi del portautensile HSK lo rendono particolarmente adatto allimpiego in lavorazioni ad alta velocit in quanto la minore massa e il riferimento ottenuto mediante battuta su superficie piane garantiscono una maggiore precisione di posizionamento anche qualora le elevate forze centrifughe provochino deformazioni elastiche (e quindi allargamento) della sede di alloggiamento del mandrino.

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Una volta assemblato il sistema utensile-portautensile necessario, prima di inserirlo in magazzino, effettuare unoperazione di presetting finalizzata alla valutazione delle caratteristiche geometriche del sistema utensile-portautensile, ossia dei cosiddetti correttori utensile. La funzione dei correttori quella di consentire la trasformazione delle coordinate seguite dai punti controllati dellutensile e comandati da part program alle coordinate dei punti effettivamente controllati dalla macchina.

profilo correttore sensore

Consideriamo una lavorazione di tornitura: dal movimento relativo utensile pezzo andiamo a descrivere il profilo che definisce la parte lavorata. Le coordinate che inseriamo nel part program sono relative al percorso che descrive il profilo a seconda di dove poniamo lo zero. La macchina non controlla il percorso seguito dalla punta dellutensile in quanto i punti controllati sono quelli in corrispondenza dei sensori (zero della torretta, zero del mandrino etc). La funzione del correttore dunque quella di valutare di quanto traslato, rispetto allo zero portautensile, il punto di effettiva lavorazione. Pertanto valuter sia il diametro della fresa che la distanza fra lalloggiamento del portautensile e la punta della fresa . Ovviamente loperazione di presetting non sempre riferita allutensile nuovo: possibile definire diversi correttori che automaticamente (ad esempio dopo un tot di minuti di lavorazione) compensino i fenomeni di usura dellutensile. Lacquisizione dei correttori (ed in generale la fase di presetting) effettuata su di unapposita macchina detta tool room e prevede: 1) Fissaggio dellutensile sul portautensile. 2) Valutazione e controllo dei correttori. 3) Comunicazione dei correttori trovati alla specifica macchina utensile. Tale comunicazione pu essere effettuata: Mediante immissione manuale dei dati a bordo macchina, il che non esente da eventuali errori da parte delloperatore. Mediante passaggio di dati tramite collegamento in rete. Dotando lutensile di un chip magnetico o di un etichetta con codice a barre, posti in corrispondenza della flangia, in cui sono immagazzinati i dati di interesse (correttore, vita utile, vita residua).

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1.5.3 Magazzini utensiliGli utensili sono alloggiati a bordo macchina in appositi magazzini che possono essere a tamburo o revolver (disposti lungo la circonferenza esterna di un tamburo rotante in verso bidirezionale). Altre soluzioni sono il magazzino a rastrelliera ed il magazzino a catena (in cui i portautensili sono disposti in opportuni alloggiamenti collegati a formare una catena).

Caratteristiche fondamentali dei magazzini sono la capacit ossia il numero massimo di utensili contenuti (che pu raggiungere e superare le 200 unit per soluzioni a catena), la modularit ossia la possibilit{ di espandere alloccorrenza il magazzino, il tempo necessario per il cambio utensile (tempo truciolo- truciolo) generalmente dellordine di un secondo ed infine il dispositivo di cambio utensile utilizzato. La sostituzione dellutensile dovrebbe essere effettuata il pi rapidamente possibile e senza interferire con la lavorazione. Sarebbe opportuno ottenere la sostituzione utensile evitando spostamenti del mandrino e quindi errori di tipo posizionale. Tale soluzione, tuttavia, non generalmente percorribile. Per questo motivo sono estremamente diffusi i sistemi a braccio scambiatore che lavorano secondo questo schema: 1) Il mandrino si sposta in posizione di cambio utensile. 2) Il braccio estrae lutensile afferrandolo per la flangia. 3) Il braccio compie una rotazione di 180 . 4) Il braccio innesta sul mandrino lutensile successivo. La selezione dellutensile successivo e la movimentazione in posizione di prelievo nonch il prelievo stesso, sono generalmente effettuate in ombra alla lavorazione. Il sistema deve essere progettato in maniera tale che il suo movimento non causi vibrazioni eccessive alla lavorazione. Einoltre desiderabile per i magazzini a tamburo o a catena di elevate dimensioni una ricerca bidirezionale ed una gestione random delle posizioni. Ad esempio per un magazzino a tamburo la ricerca bidirezionale consente di ottenere la movimentazione pi breve (quindi anche minori vibrazioni) per passare da un utensile ad un altro. La gestione random del magazzino non associa in maniera univoca lutensile ad una determinata posizione e quindi lutensile pu essere messo in una qualsiasi posizione allinterno di esso; sar la macchina ad aggiornare la corrispondenza fra la posizione in magazzino e il tipo di utensile. Queste due soluzioni consentono di ottenere una notevole riduzione delle movimentazioni, delle vibrazioni e dei tempi di cambio utensile.

14 La chiamata di un utensile disposto in magazzino pu essere comandata da part program utilizzando le istruzioni M06 (funzione miscellanea o ausiliaria) che comanda leffettivo azionamento del dispositivo di cambio utensile. La sola istruzione M06 non definisce tuttavia lutensile da utilizzare. Pertanto si utilizza la lettera di indirizzo T (tool) seguita da un numero di campi (gruppi di cifre) variabili da 1 a 3. Il primo campo (opzionale) specifica il magazzino dal quale va prelevato lutensile. Il secondo campo definisce lutensile o la posizione di prelievo allinterno del magazzino. Il terzo campo indica la locazione di memoria allinterno della quale sono conservati i dati (correttore, vita utile, vita residua) precedentemente immagazzinati: 01 . 01 . 01 06

Listruzione T, con i diversi campi, immessa nel part program per indicare lutensile di prossimo utilizzo. In questo modo il magazzino pu ruotare o scorrere portando lutensile in posizione di prelievo in ombra alla lavorazione in esecuzione. Al termine della lavorazione, il blocco con listruzione M06 comanda il cambio effettivo. La chiamata dellutensile (ossia linterpretazione del comando T) pu avvenire in tre diverse modalit: 1) A stazione codificata Ogni posizione del magazzino numerata ed il programma chiama in realt una posizione di magazzino, nella quale deve essere montato lutensile giusto. Dipende dalloperatore verificare la corrispondenza fra posizione ed utensile. 2) A utensile codificato Gli utensili vengono montati nel magazzino in modo casuale e lutensile richiesto dal programma viene trovato tramite la lettura delle informazioni contenute nella etichetta con il codice a barre oppure nel chip magnetico. 3) Ad utensile programmato La disposizione degli utensili in magazzino casuale ed una tabella di corrispondenza tra numero della posizione del magazzino e tipo di utensile viene trasmessa allunit{ di governo ad ogni cambio.

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1.5.4 Unit di governoElemento fondamentale per la gestione delle MUCN lunit{ di governo che, dal punto di vista hardware, simile ad un comune calcolatore. La gestione della macchina delegata, in base al compito specifico, a 3 diverse schede: 1) Scheda microprocessore E responsabile della gestione dellinterfaccia con loperatore, tramite video e tastiere, della memoria RAM e dellhard disk e delle altre periferiche di scambio dati (floppy, pen drive etc). La scheda microprocessore gestisce lacquisizione dei comandi tramite lettura del part program. 2) Scheda master Edelegata al calcolo delle traiettorie e delle interpolazioni (ossia alla valutazione dei punti di controllo intermedi tra il punto iniziale ed il punto finale in relazione alla specifica modalit di interpolazione), nonch alla scomposizione delle velocit lungo gli assi e alla gestione degli errori forniti dai comparatori con lelaborazione della specifica strategia di correzione. Qualora i trasduttori dovessero rilevare un punto fuori traiettoria (fuori controllo)le strategie di correzione adottate sono: Correzione ad obiettivo La scheda master ricalcola i punti intermedi in maniera tale da ripuntare al punto finale. Correzione a traiettoria La scheda master ricalcola i punti di interpolazione in modo da riportarsi nel pi breve tempo possibile alla traiettoria originale.punti intermedi Ad obiettivo B

A traiettoria A Scomposizione delle velocitfuori traiettoria

Traiettoria lineare AB. Punto

3) Scheda input/output E delegata alla gestione dei segnali provenienti dai sensori (posizione, velocit, temperatura, potenza etc) e diretti verso gli azionamenti (accensione mandrino, cambio utensile, gestione dei P.L.C.). Linterfaccia operatore facilitata tramite lutilizzo di un opportuno video e tastiera diretta dei comandi. Lunit{ di governo, tramite le tre schede, consente limmissione dei part program da diversi supporti, il controllo di un numero di assi simultaneamente, la prova dei programmi in aria (spostamenti in rapido ma controllati), la gestione controllata di velocit, accelerazioni ed inversioni di moto, la ripresa della lavorazione in seguito ad interruzioni impreviste, il monitoraggio delle righe di codice di prossima esecuzione.

16 1.5.4.1 Controllo della traiettoria e movimento degli assi La gestione delle traiettorie pu essere effettuata utilizzando diversi tipi di controlli. Il controllo pi semplice quello punto a punto, in cui la macchina verifica leffettivo raggiungimento solo della coordinata finale senza per avere alcuna informazione sullesatta traiettoria seguita. Il controllo pi evoluto quello di tipo parassiale, in cui la macchina in grado di controllare le traiettorie interpolate ma solo in direzioni parallele agli assi. Per queste limitazioni tale controllo non ha un utilizzo pratico. Il controllo pi diffuso di tipo continuo, caratterizzato dal controllo di traiettorie interpolate, non necessariamente lineari e parallele agli assi. Tale controllo quello effettivamente utilizzato in fase di lavorazione. In base al numero di assi controllati simultaneamente le macchine sono classificate in: 2 In grado di interpolare traiettorie solo nel piano appostamenti. . In terzo asse utilizzato solo per gli

2 In grado di interpolare traiettorie nei piani , e . Il terzo asse utilizzato solo per gli appostamenti. 3 In grado di movimentare in maniera simultanea 3 o pi assi.

Il controllo di tipo punto a punto quello generalmente utilizzato durante gli spostamenti in rapido degli assi. Lo spostamento in rapido utilizzato in tutte le fasi di lavorazione in cui non ci sia effettiva asportazione (ad eccezione delle extracorse o degli allontanamenti per scarico di truciolo). Lo spostamento in rapido comandato da part program tramite la funzione generale o preparatoria G0 o G00, generalmente accompagnata dalla specifica F99999 che serve a definire la velocit di avanzamento. In particolare il valore 99999 comanda la massima velocit di spostamento degli assi. Listruzione G00 di tipo modale, ossia resta attiva fino alleventuale sostituzione con un altro tipo di spostamento (G01, G02, G03 etc). Durante lo spostamento in rapido, non si ha un effettivo controllo della traiettoria seguita dal punto al punto , che pu essere prevista solo in maniera approssimativa. Per tale ragione la programmazione degli spostamenti in rapido deve essere effettuata prevedendo opportuni punti di sicurezza (punti di fuga) intermedi. Tale spostamento, a seconda della macchina, pu essere effettuato o seguendo una traiettoria approssimativamente lineare, oppure azionando gli assi da muovere alla massima velocit consentita in modo da coprire le diverse distanza nel minore tempo possibile. Supponiamo ad esempio di volerci spostare in rapido nel piano dal punto al punto . Ipotizziamo di mandare alla massima velocit possibile i due assi controllati ( e ) e che tali velocit siano uguali. Avremo uno spostamento lineare lungo una direzione inclinata di 45 finch non arriviamo al punto dove vi lesaurimento dello spostamento minore (nel nostro esempio di ) e quindi vie lo spostamento solo lungo ). Stesso discorso nel caso di spostamento in rapido lungo tre assi.

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17 Quando si desidera effettuare traiettorie lineari non parallele ad un asse o traiettorie circolari, necessario che lunit{ di governo muova in modo coordinato due o pi assi contemporaneamente: si parla allora di interpolazione lineare o circolare. Durante le fasi di lavorazione la macchina adotta un controllo di tipo continuo con interpolazione della traiettoria (ossia valutazione dei punti intermedi) e scomposizione delle velocit in ogni punto. La scomposizione delle velocit effettuata in modo che la risultante sia tangente alla traiettoria da realizzare nello specifico punto in maniera tale da garantire la conservazione del modulo. Le inevitabili approssimazioni di questequazione possono risultare nel cosiddetto errore di deriva, da correggere ad obiettivo o a traiettoria. 1.5.4.1.1 Interpolazione lineare Linterpolazione di tipo lineare comandata dallistruzione G01 con relativa specifica della velocit{ di avanzamento. A seguito dellattivazione di questa funzione, la macchina si sposter{ dal punto iniziale al punto finale secondo traiettorie rettilinee, interpolando i punti intermedi in base alla sua massima risoluzione definita dalla b.l.u. (basic length unit). La risoluzione della macchina dipende dalla risoluzione dei sensori, dalla precisione dei motorini passo-passo che comandano gli assi e dal sistema di trasformazione del moto rotatorio in moto traslatorio. Supponiamo di comandare uno spostamento con interpolazione lineare nel piano definendo le coordinate del punto di arrivo e la velocit di avanzamento. Tutte queste istruzioni sono codificate in una riga di codice del tipo: 10 17.

01

{

90

Indicando con lo spostamento risultante, questo sar{ ottenuto tramite lopportuno movimento combinato degli assi controllati e che si muoveranno rispettivamente di una quantit ed . Detta la velocit di avanzamento e il tempo necessario per eseguire lo spostamento risulta:

La condizione di tangenza del vettore velocit alla traiettoria implica la seguente scomposizione: cos sin

Che per convenienza di calcolo (la scheda master altrimenti dovrebbe valutare funzioni come seno e coseno) valutata utilizzando queste relazioni:

cos sin

cos sin

18 1.5.4.1.2 Interpolazione circolare Linterpolazione circolare comandata da part program utilizzando le istruzioni generali G02 (interpolazione circolare oraria) o G03 (interpolazione circolare antioraria). La riga di codice (blocco) che definisce uno spostamento con interpolazione circolare scritta generalmente nella seguente forma: 20 02 ( ) ( ){

K e Z sono messe tra parentesi in quanto il pi delle volte si lavora sul un piano . Le lettere I, J e K sono istruzioni utilizzate per definire in maniera sempre incrementale la posizione del centro rispetto al punto di partenza. In altri termini I,J e K non sono coordinate ma rappresentano la distanza del centro rispetto al punto di partenza. Le coordinate del punto di partenza sono fornite dalla riga precedente. In alternativa alle informazioni sul centro possibile fornire il raggio della ) in segno positivo per angoli al centro minori di 180 , circonferenza ( negativo per angoli maggiori. Il verso dellinterpolazione (oraria o antioraria) pu essere discriminato in base al verso del terzo asse ortogonale al piano di interpolazione. In maniera intuitiva possibile stabilire il verso guardando dalla punta del terzo asse verso il piano di interpolazione.

y

A R+ B x Una volta comandata linterpolazione circolare, la macchina acquisisce il comando tramite la scheda microprocessore, dopodich tramite la scheda master calcola le coordinate di tutti i punti intermedi e le velocit di spostamento di ogni asse per ogni punto. La scomposizione delle velocit sempre effettuata rispettando la condizione di tangenza alla traiettoria e conservando il modulo imposto dalla condizione F. A B

19 I tratti circolari sono realizzati dalla MUCN mediante unopportuna approssimazione poligonale che pu essere inscritta, circoscritta o attraversare larco di circonferenza da realizzare. Il tipo di approssimazione comporta uno spostamento ed un errore, rispetto al tratto ideale, che deve rientrare nel range di tolleranza definito da disegno. Generalmente, a meno che il disegno non lo richieda, raro dover impostare nel part program il valore della tolleranza. E importante tuttavia conoscere il modo in cui opera la macchina e verificare che la lavorazione rispetti le tolleranze assegnate. Distinguiamo quindi tre casi: 1) Tolleranze interne: Nel caso di tolleranza interna, ossia con campo di tolleranza unilaterale, scostamento superiore nullo e scostamento inferiore pari a , affinch larco sia in tolleranza, il tratto approssimante deve essere compreso nella corona circolare fra ed . Lapprossimazione poligonale ottenuta attraverso una spezzata inscritta nella circonferenza esterna e circoscritta in quella interna. Il calcolo delle coordinate dei diversi punti di interpolazione, pu essere effettuato per via trigonometrica attraverso la valutazione dellangolo al centro di ogni tratto lineare con cui stiamo approssimando la curva . Tracciando la bisettrice otteniamo il triangolo rettangolo in . Possiamo ricavare il valore dellangolo : cos 2 arccos Calcolato langolo , possiamo risalire al numero di segmenti necessari per approssimare larco di circonferenza, pari allintero superiore del rapporto fra langolo che sottende lintero arco, e langolo calcolato. ( 0,5) 2 cos 2

Calcolato si va a correggere langolo in modo da avere la coincidenza dei punti iniziali e finali dellarco e della poligonale ottenendo langolo .

20 2) Tolleranze esterne: Nel caso di tolleranza esterna, ossia campo di tolleranza unilaterale, scostamento inferiore nullo e scostamento superiore pari a , la poligonale approssimante sar{ tangente e circoscritta allarco nominale (raggio ) ed inscritta nellarco concentrico di raggio . In base alla procedura gi vista per le tolleranze interne, possibile ricavare il valore dellangolo al centro : ( ) cos 2

2 arccos Noto il valore di possibile ricavare il numero di segmenti approssimanti e langolo corretto utilizzando le relazioni viste in precedenza.

3) Tolleranze totali: Nel caso di tolleranze totali il campo di tolleranza sar bilaterale con scostamento superiore pari a e scostamento inferiore pari a . La poligonale approssimante attraversa larco ideale ed inscritta nellarco esterno (raggio ) e circoscritta in quello interno (raggio ). Ripetendo la procedura gi vista possibile calcolare : ( ) ( ) cos 2

2 arccos Noto il valore di possibile ricavare il numero di segmenti approssimanti e langolo corretto utilizzando le relazioni viste in precedenza.

21 Una volta calcolato il valore dellangolo corretto nonch il numero di segmenti approssimanti , in base alle informazioni fornite da part program, la scheda master calcola le coordinate di tutti i punti di interpolazione. Ad esempio, considerando nel piano la realizzazione di un arco di circonferenza con centro in di coordinate ( , ) a partire dal punto di coordinate ( , ), lelaborazione dei punti di interpolazione pu essere effettuata secondo la seguente procedura: 1,2, , { [cos( [sin( ( ( 1) )] 1) )] ( , )

Dove con indichiamo langolo sotteso ad rispetto allasse delle . In questo modo le coordinate del punto iniziale 1 saranno: { cos sin 2 saranno pari a quelle del punto iniziale incrementate di :

Le coordinate del secondo punto { cos( sin( ) )

Le coordinate del terzo punto 2 saranno pari alle coordinate del punto iniziale incrementate di 2 e cos via. Il verso dellinterpolazione (in questo caso antiorario) e le coordinate del punto finale sono impostate nel part program. Definite le coordinate dei punti di interpolazione, la scomposizione delle velocit deve essere effettuata, punto per punto, nel rispetto della condizione di tangenza e di conservazione del modulo. Con riferimento allesempio precedente dellarco nel piano , per ogni punto di interpolazione la scomposizione delle velocit pu essere effettuata mediante semplici considerazioni geometriche (in particolare dalla condizione di tangenza immediato ricavare che gli angoli sono uguali): sin cos

Cos come avviene nellinterpolazione lineare, anche nellinterpolazione circolare comodo che la scheda master non elabori funzioni trigonometriche. Per questo motivo le relazioni utilizzate sono: cos sin

cos sin {

{

22 Ricapitolando, per eseguire linterpolazione circolare, la macchina tramite le informazioni impartite da part program sul centro, sul punto iniziale e sul punto finale, effettua la scomposizione dellarco in poligonale e calcola i valori di e di . In base a questi valori va a valutare le coordinate dei punti di interpolazione e va a scomporre le velocit per ogni punto. Il movimento realizzato controllando leffettiva corrispondenza tra il valore comandato ed il valore misurato da sensori. Anche in questo caso, se vi fossero degli errori, si pu optare per una correzione ad obiettivo o a traiettoria. Quando si calcolano i parametri di taglio (velocit di taglio, di avanzamento, profondit di passata) essi vengono generalmente riferiti al punto di contatto fra utensile e pezzo ovvero al punto che in ogni istante si trova sul profilo che vogliamo realizzare. Tuttavia, come gi detto, la macchina controlla il movimento degli assi in un punto diverso da quello di contatto, per cui si utilizzano i correttori. Compensare lutensile equivale a programmare la lavorazione direttamente sul profilo: in questo modo possiamo definire direttamente la geometria del profilo da realizzare senza riferirci alla traiettoria del punto controllato. Nel caso di interpolazione circolare, qualora la programmazione fosse effettuata senza compensazione utensili (istruzione di default 40 da inserire per precauzione nel blocco di sicurezza), necessario ). modificare la velocit{ di avanzamento da part program tramite listruzione ( Ogni qualvolta si presenti una variazione del tipo di interpolazione (ad esempio da lineare a circolare e viceversa) o anche del raggio dellarco da interpolare, tale correzione necessaria in quanto la velocit{ imposta dallistruzione impartita ad un punto controllato dellutensile non necessariamente coincidente con la velocit di avanzamento (a contatto con il pezzo). Con riferimento ad una lavorazione di fresatura periferica (contornatura), il punto controllato posto al centro della punto controllato superficie inferiore (ideale) della fresa, per cui nel caso di interpolazione lineare le due velocit del punto centrale e del punto di contatto Lineare Circolare punto di contatto coincidono. Invece, nel caso di interpolazione circolare senza compensazione, la velocit del punto di contatto (velocit{ di avanzamento) e la velocit{ del punto controllato dallutensile comandate dallistruzione risultano diverse, essendo diversa la coordinata radiale. Per cui necessario correggere il valore attribuito alla lettera in relazione ai raggi dellutensile e dellarco ed alla posizione relativa dellutensile rispetto allarco stesso (interno od esterno). Detti il valore corretto, il raggio dellarco ed il raggio dellutensile, assumendo traiettoria esterna risulta: ( )

Dove la velocit angolare. Da questa possibile risalire al valore corretto della velocit di avanzamento con interpolazione circolare:

Nel caso di posizione interna dellutensile rispetto allarco la procedura la stessa e ricaviamo che:

23 Abbiamo gi{ detto che linterpolazione circolare pu essere programmata basandosi o sulla posizione del centro rispetto al punto iniziale, o in base al raggio dellarco. Nel caso in cui la programmazione di tratti con interpolazione circolare fosse effettuata fornendo informazioni circa le coordinate del centro, si utilizzano le lettere di indirizzo , , . Il valore numerico da associare a tali istruzioni definisce, sempre in termini incrementali, la posizione del centro rispetto al punto di inizio dellinterpolazione. In particolare , , , laddove , , vanno presi con il segno e saranno positivi per spostamenti (dal punto di inizio al centro) concordi agli assi, negativi altrimenti. Ad esempio, nellinterpolazione circolare in figura avremo un codice del tipo: 02 ( ) ( ) ), 18 ( )e

Il piano di interpolazione definito utilizzando le istruzioni 17 ( ). 19 (

Nel caso di programmazione in base al raggio, non pi necessario specificare la posizione del centro. Bisogna definire il verso di interpolazione 02 03, le coordinate del punto di arrivo ed il valore del raggio preso con il segno a seconda che langolo al centro sia minore (positivo) o maggiore (negativo) di 180 . Supponiamo ad esempio di voler programmare un interpolazione circolare da un punto ad un punto e di aver definito il raggio dellarco . A seconda dei codici utilizzati possibile ottenere quattro percorsi utilizzando lo stesso raggio. Il percorso 1 antiorario e con angolo al centro maggiore di 180 avr 4 1 una riga di codice del tipo: 03 ( ) 2 3

Il percorso 2 antiorario e con angolo al centro minore di 180 avr una riga di codice del tipo: 03 ( )

Il percorso 3 orario e con angolo al centro minore di 180 avr una riga di codice del tipo: 02 ( )

Il percorso 4 orario e con angolo al centro maggiore di 180 avr una riga di codice del tipo: 02 ( )

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2 Sensori e trasduttoriCaratteristica fondamentale delle MUCN che il movimento dato dalla scomposizione dei moti lungo gli assi controllati. Il segnale sempre ottenuto dal confronto tra un valore programmato ed un valore legato alla compensazione degli errori. Il secondo segnale ottenuto tramite lutilizzo di sensori (o trasduttori) e comparatori, laddove il sensore misura una certa grandezza ed il comparatore misura il valore misurato da quello atteso. Nelle MUCN la misura non generalmente diretta alla grandezza da rilevare ed ottenuta attraverso il processamento di una grandezza collegata a quella da rilevare (ad esempio misurare la tensione per valutare la posizione). I sensori-trasduttori possono esser classificati in primo luogo in base allentit{ da misurare (posizione, velocit, accelerazione, temperatura, assorbimento di potenza etc.). Nelle MUCN i pi diffusi sono i sensori di posizione e di velocit.Impulso Tensione V

Altra distinzione effettuabile in base alla tipologia del segnale: il sensore analogico se la grandezza misurata varia con continuit rispetto alla grandezza effettiva da rilevare; il sensore digitale se la grandezza da misurare convertita in un segnale discreto ad impulsi.

Spostamento lungo x

Spostamento lungo x

Unulteriore classificazione relativa alla relazione tra grandezza rilevata (tensione o impulso) e la grandezza di interesse. Il trasduttore si dice diretto qualora esista una relazione diretta tra le due grandezze, indiretto qualora fosse necessario effettuare una trasformazione della grandezza misurata per collegarla a quella di interesse.

Misure di velocit possono essere effettuate sia in maniera indiretta (ossia rapportando al tempo gli spostamenti effettuati), sia utilizzando dinamo tachimetriche.

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2.1 Trasduttori di posizioneI trasduttori di posizione possono essere distinti in: Trasduttore di posizione assoluto: Il trasduttore restituisce in ogni istante la posizione dellorgano in movimento (controllato) rispetto allo zero asse. Trasduttore di posizione incrementale: Il trasduttore non in grado di rilevare una posizione o coordinata assoluta, bens degli spostamenti (in segno positivo o negativo). Utilizzando trasduttori incrementali necessario risalire alla posizione assoluta effettuando un azzeramento degli assi allavvio della macchina.

Consideriamo ad esempio uno spostamento da a lungo lasse . Il trasduttore assoluto, quando lorgano in movimento si trova nel punto , restituisce il valore della coordinata quando lorgano si muove verso la coordinata , istante per istante, verr aggiornata fino ad arrivare ad . Utilizzando un trasduttore incrementale andiamo invece a valutare lo spostamento e non pi la coordinata assoluta: se ad esempio le coordinate assolute di e fossero 5 , 15 il trasduttore incrementale per uno spostamento da misurerebbe 10 per uno spostamento da misurerebbe 10 . Effettuare lazzeramento degli assi allavvio della macchina vuol dire portare lorgano in movimento nella posizione 0: in questo modo vi la coincidenza del valore assoluto 0 ). con il valore incrementale ( . 0 Tra i trasduttori di posizione possono essere classificati i potenziometri (non pi utilizzati a causa della bassa precisione), gli encoder e le righe ottiche (basate sul rilievo di un segnale luminoso), gli inductosyn e i resolver (basati su misure di tensione indotta. Il potenziometro, nella sua versione pi semplice costituito da un filo conduttore a sezione costante collegato, tramite ad un opportuno supporto isolante, alla guida dellasse da controllare. Detta la lunghezza utile lungo lasse si ha che, applicando una differenza di potenziale agli estremi del conduttore, la corrente circolante allinterno del conduttore, risulta, dalla legge di Ohm: { Dove la corrente, la resistenza e la resistivit del materiale. La misura potenziometrica effettuata misurando, tramite un millivoltmetro, la tensione prelevata lungo lasse, utilizzando un cursore solidale allorgano in movimento. Detta la distanza del cursore dallo zero, dalla legge di Ohm risulta:

{ Rapportando membro a membro immediato vedere che la distanza dallo zero, e quindi la posizione del cursore proporzionale alla tensione misurata.

26 Un potenziometro di questo tipo caratterizzato generalmente da un errore di misura dellordine del 5 , inaccettabile per la maggior parte delle lavorazioni. Una maggiore risoluzione ottenibile utilizzando avvolgimenti particolari del filo conduttore come ad esempio avvolgimenti a greca che consente di ottenere un errore di misura dellordine dello 0,5 . In questo caso la lunghezza complessiva del filo conduttore : ( 1)

I sensori ottici, in particolare quelli rotativi, sono di ampia diffusione per il controllo indiretto dello spostamento degli assi in quanto presentano una buona precisione ed un costo ridotto rispetto a inductosyn e resolver. Tuttavia non sono sempre adatti a lavorare in ambienti particolarmente aggressivi per la possibilit di sporcare i reticoli del sensore. In questi casi conviene utilizzare inductosyn e resolver, caratterizzati da altissima precisione (dellordine del ),resistenza agli agenti nocivi ed elevata durata (nel caso di collegamenti brushless). Tuttavia il costo maggiore rispetto ai sensori ottici. I sistemi pi diffusi sono basati sul trattamento di un segnale di tipo ottico trasformato, utilizzando fotocellule e rilevatori di soglia, in un segnale in tensione o in un segnale impulsato. Tali sensori possono lavorare sia per riflessione che per trasparenza. Le modalit di lavoro sono generalmente scelte in base alla tipologia di sensore o di spostamento (lineare o rotativo). Per spostamenti lineari la soluzione adottata basata sullutilizzo di righe ottiche funzionanti principalmente per riflessione. La riga ottica costituita da un regolo in acciaio riportato sulla guida dellasse al di sopra del quale inciso un reticolo in oro. Il reticolo costituito da bande equispaziate disposte, alternate, fra opache e riflettenti. Il sensore completato da una serie di elementi solidali allorgano in movimento costituiti da una sorgente di luce, da un condensatore (che ha la funzione di raddrizzare il fascio), da un reticolo di lettura, realizzato in vetro (su cui riportato un reticolo con le stesse caratteristiche geometriche del reticolo in oro) ed infine una serie di cellule fotoelettriche. Durante il funzionamento del sensore, il segnale luminoso emesso dalla sorgente e raddrizzato dal condensatore, viene in parte trasmesso dal reticolo di lettura, subisce una riflessione parziale da parte del reticolo in oro ed infine viene ritrasmesso dal reticolo di lettura per essere poi raccolto dalle fotocellule e convertito in impulsi.

27 Il segnale ottenuto dallacquisizione delle fotocellule filtrato attraverso diverse bande: in prima approssimazione e per comodit di analisi, possiamo considerare il segnale quasi puntuale e di dimensioni minori rispetto alla singola banda. Durante lo spostamento dello spot lungo il reticolo, le cellule fotoelettriche registrano un segnale tipicamente sinusoidale convertibile, tramite rilevatore di soglia, in unonda quadra in cui ad ogni variazione associata lemissione di un impulso, in maniera tale da risalire, 2 utilizzando il numero di impulsi e la distanza 2 di ogni singola banda ( . . macchina). della

In questa configurazione il sensore non in grado di discriminare il verso dello spostamento. Per ottenere questa informazione si utilizza un sistema sorgente-fotocellule identico al precedente, sfalsato rispetto al primo di una quantit pari al numero intero di passi pi un quarto di passo. Sfruttando le informazioni ottenute dai due sensori possibile discriminare gli spostamenti positivi da quelli negativi. Supponiamo ad esempio di avere i due sensori e e che sia posizionato su di una zona di confine fra le due bande. Il sensore sfalsato rispetto ad di una quantit pari a 2 e quindi si trova nella zona intermedia di una banda. Associamo il segno positivo qualora vi sia il passaggio da una banda opaca ad una riflettente, il segno negativo qualora vi sia il passaggio da una banda riflettente ad una opaca. Dalla combinazione dei segni registrati al passaggio dei singoli elementi possibile risalire al 4 verso dello spostamento. Nella nostra configurazione, supponendo che i due sensori si spostino verso destra, avremo che rilever un passaggio banda trasparente-banda opaca ( ) mentre rilever un passaggio banda opaca-banda trasparente ( ). Spostandosi verso sinistra sia che rileveranno un passaggio banda opaca-banda trasparente ( ). In questa configurazione il sensore pu essere classificato come lineare, diretto, incrementale e digitale. Epossibile ottenere anche una versione assoluta del trasduttore moltiplicando opportunamente il numero di bande e affiancandole tra loro: da ogni banda a quella adiacente viene raddoppiato lo spessore di ogni banda (opaca-riflettente) e quindi dimezzato il numero, fino ad arrivare allultima banda in cui sono presenti ununica zona opaca ed ununica zona riflettente. Associando il valore 0 ad una zona opaca ed il valore 1 ad una zona riflettente possibile descrivere, utilizzando una codifica binaria e sfruttando le informazioni di ogni singola banda, la posizione da rilevare.

28 Lencoder il trasduttore rotativo pi diffuso sulle MUCN. Il principio di funzionamento, simile a quello delle righe ottiche, si differenzia da questo in quanto basato sulla trasparenza piuttosto che sulla riflessione. Il sistema costituito da un disco che ruota che ruota solidale alla vite dellasse controllato (generalmente calettato alle spalle del motore). Sul disco sono realizzate, in prossimit della circonferenza esterna, una serie di feritoie equispaziate fra di loro. Il sistema prevede lutilizzo di un diodo ed un fotodiodo rispettivamente per la trasmissione e la ricezione del segnale luminoso. I due elementi sono disposti frontalmente ed il disco interposto fra di loro. Durante il funzionamento il diodo emette continuamente un fascio luminoso che sar raccolto dal fotodiodo dopo il passaggio attraverso una feritoia, oppure bloccato dalle zone piene. Il segnale, raccolto dal fotodiodo, viene trasformato, tramite rilevatori di soglia, in un onda quadra. In questa configurazione il sensore pu essere classificato come rotativo, indiretto, e analogico-assoluto (nellambito di un ciclo) digitale-incrementale (per numero di cicli). Anche in questo caso il sistema raddoppiato ed opportunamente sfalsato in maniera tale da discriminare il verso dello spostamento, cos come possibile ottenere una versione assoluta realizzando diverse bande concentriche raddoppiando la grandezza di ogni feritoia.

29 Linductosyn un trasduttore di posizione costituito da due elementi: uno fisso e solidale alla guida detto scala ed uno mobile e solidale allorgano in movimento detto slider. La scala costituita da un circuito conduttore avvolto a greca con passo pari a 2 . La misura basata sul rilievo della tensione alternata indotta agli estremi della scala a seguito di opportune sollecitazioni dello slider. Lo slider costituito da due circuiti a greca con caratteristiche simili allavvolgimento della scala e sfalsati fra di loro di un numero intero di passi pi un quarto di passo. La distanza fra il circuito della scala e quello dello slider dellordine di alcuni decimi di millimetro. Durante il funzionamento agli estremi dei circuiti dello slider applicata una tensione alternata di uguale frequenza e sfasamento pari a 90 . Di conseguenza indotta sulla scala una tensione variabile in base alla posizione reciproca dei diversi circuiti. In questa configurazione il sensore pu essere classificato come lineare, diretto e analogico-assoluto (nellambito di un ciclo) digitale-incrementale (per numero di cicli). Esistono inoltre versioni assoluti dellinductosyn ottenute accoppiando al sistema suddetto un reticolo di riferimento a lettura ottica induttiva o capacitiva.

Il resolver molto simile ad un trasformatore: costituito da due avvolgimenti disposti a 90 uno statorico ed uno rotorico. I due avvolgimenti presentano coefficienti di accoppiamento variabile in funzione della posizione angolare del rotore rispetto allo statore. Durante il funzionamento lavvolgimento rotorico eccitato con una tensione alternata che risulta in una tensione indotta sullo statore funzione di seno e coseno dellangolo specifico. Dalla misura della tensione ai capi dello statore possibile quindi risalire alla posizione angolare dei due elementi. In questa configurazione il sensore pu essere classificato come non lineare, indiretto e analogico-assoluto (nellambito di un ciclo) digitale-incrementale (per numero di cicli).

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3 ProgrammazioneCome gi detto, uno dei vantaggi delle MUCN la notevole flessibilit, dovuta alla programmabilit delle macchine:lesecuzione di ogni pezzo legata ad un opportuno cambiamento del part program. La stesura del part program pu essere effettuata in tre modi diversi:

Programmazione MUCN

Programmazione Manuale Standard ISO 6983

Programmazione InterattivoConversazionale

Programmazione Automatica APT o CAD-CAM

1) Programmazione manuale in accordo con lo standard ISO 6983 o secondo lo specifico codice relativo alla macchina in uso. La programmazione effettuata dalloperatore che codifica ogni singola istruzione. Tale procedura risulta idonea per semplici lavorazioni (tornitura o fresatura di geometrie non complesse), pu essere effettuata direttamente a bordo macchina utilizzando tastiera e monitor. Tuttavia generalmente noiosa ed inadeguata a programmazione di geometrie complesse, la cui lavorazione richiede il movimento coordinato di un numero relativamente elevato di assi. Il programmatore, in base alle informazioni contenute nel ciclo di lavorazione e nei disegni di fabbricazione, va ad elaborare le traiettorie da seguire, i parametri di lavoro e laccensione o lo spegnimento degli azionamenti. Successivamente codifica queste informazioni elaborando il G-FILE (ovvero il part program secondo lo standard ISO 6983).Ciclo di lavorazione Disegni di fabbricazione (OPERATORE) Traiettoria Parametri Azionamenti (MACCHINA) G-FILE Esecuzione part program

2) Programmazione interattiva o conversazionale. In questo caso il programmatore, utilizzando monitor e tastiera ed un opportuno software a corredo della macchina, risponde ad una serie di domande poste dalla macchina stessa. Il software traduce le risposte delloperatore in comandi comprensibili al controllo utilizzato. Questo tipo di programmazione pu essere effettuata anche durante la lavorazione di altri pezzi e, a differenza della programmazione manuale, non richiesta alloperatore, conoscenza del codice di programmazione. La macchina, tramite le periferiche monitor e tastiera, pone una serie di quesiti, relativi alle traiettorie, ai parametri di lavoro ed alla gestione degli azionamenti, alloperatore. La macchina codifica le risposte ottenute generando il G-FILE.(DOMANDE MACCHINA-OPERATORE) Traiettoria Parametri Azionamenti (MACCHINA) G-FILE Esecuzione part program

Ciclo di lavorazione Disegni di fabbricazione

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3) Programmazione automatica basata su linguaggi APT o software CAD-CAM. La programmazione basata su di una serie di istruzioni intuitive e di carattere universale. Il linguaggio APT (automatically programmed tools) basato su una descrizione geometrica delle traiettorie da seguire, definite da enti quali punti linee archi e cos via, e con spostamenti comandati in relazione a precise condizioni d i vincolo geometrico rispetto agli enti suddetti. La compilazione del codice in linguaggio APT crea un file chiamato cutter location file (CL-FILE) di carattere universale, che necessita di unopportuna fase di post processing che traduce il CL-FILE nel linguaggio compreso dal controllo. In genere i post processor (software deputati alla traduzione del CL-FILE ) hanno un costo molto elevato. Differenza sostanziale fra il G-FILE e lAPT che questultimo un linguaggio universale, mentre i codici di tipo G possono subire variazioni, pi o meno significative a seconda del controllo. Inoltre i codici G sono di basso livello e direttamente eseguibili dalla macchina; i codici APT sono di alto livello (descrizione geometrica con linguaggio intuitivo) e necessitano di unopportuna traduzione (mediante post processor) per generare un codice G comprensibile alla macchina.Ciclo di lavorazione Disegni di fabbricazione (OPERATORE) Traiettoria Parametri Azionamenti (APT) CL-FILE (POST PROCESSOR) G-FILE (MACCHINA) Esecuzione part program

I software CAD-CAM basati e derivati dal linguaggio APT, consentono una buona integrazione tra la fase di disegno e quella di lavorazione. In questo caso, una volta importato o creato, il disegno bi o tridimensionale della parte, vanno definiti utensili, parametri di taglio, tipo di lavorazione e relativa strategia in accordo con il ciclo di lavorazione. Lo schema di funzionamento dei software di tipo CAD-CAM simile a quello APT: la differenza che in questo caso loperatore non deve calcolare le traiettorie da far seguire allutensile. Le traiettorie sono calcolate dal software in base alle informazioni, fornite dalloperatore, sul tipo di lavorazione , sul tipo di utensile, sui parametri di lavoro, sulla gestione degli azionamenti, sulla geometria del prodotto finito e del grezzo ed infine sulle strategie di lavorazione.

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3.1 Programmazione manualeLa programmazione manuale prevede la stesura de part program in base alle istruzioni relative al controllo utilizzato. Durante la fase di primo sviluppo del controllo numerico, ogni costruttore ha sviluppato un codice custom in maniera (specifico per la macchina utensile) tale da ottimizzare le prestazioni del proprio prodotto. In seguito si cercato di unificare i codici mediante la definizione di standard di programmazione. In tal senso il primo linguaggio accettato stato sviluppato dallelectronic industry association (EIA) ed ha avuto una notevole diffusione. In seguito stato sviluppato lo standard ISO 6983 in cui sono definite le principali funzioni o istruzioni di programmazione comprese da tutti i controlli numerici. Il part program costituito da diverse righe di codice che prendono il nome di blocchi. Generalmente allinizio di ogni part program viene immesso il segno di percentuale seguito da una breve descrizione del pezzo da lavorare (ad esempio ). Ogni riga o blocco formato da una serie di istruzioni dette parole costituite da un codice alfanumerico in cui il primo carattere di tipo letterale (ogni istruzione definita da una lettera di indirizzo seguita da un valore numerico di specifica). Lettera di indirizzo e funzione indirizzata

LetteraA B C D E F G H I J K L M

Funzione indirizzataRotazione attorno allasse X Rotazione attorno allasse Y Rotazione attorno allasse Z Non assegnata Non assegnata Velocit di avanzamento Funzioni generali o preparatorie Non assegnata Coordinata ausiliaria rispetto allasse X Coordinata ausiliaria rispetto allasse Y Coordinata ausiliaria rispetto allasse Z Non assegnata Funzioni ausiliarie o miscellanee

LetteraN O P Q R S T U V W X Y Z

Funzione indirizzataNumerazione della sequenza dei blocchi Non assegnata Traslazione terziaria intorno allasse X Traslazione terziaria intorno allasse Y Traslazione terziaria intorno allasse Z Velocit di rotazione del mandrino Identificazione utensile Traslazione secondaria intorno allasse X Traslazione secondaria intorno allasse Y Traslazione secondaria intorno allasse Z Traslazione principale intorno allasse X Traslazione principale intorno allasse Y Traslazione principale intorno allasse Z

Ogni nuovo blocco inizia con la lettera di indirizzo N. Negli ultimi anni si avuta una notevole semplificazione della stesura del part program: non pi strettamente necessario indicare listruzione N per segnalare un nuovo blocco cos come possibile omettere gli zeri non significativi. La definizione dellistruzione N aveva il significato di separazione delle diverse righe che racchiudono le istruzioni da gestire simultaneamente. In sostanza la macchina, partendo dallistruzione N, legge tutte le successive finch non codificato il nuovo blocco (altra istruzione N), dopodich elabora le istruzioni da eseguire. Listruzione N seguita da una serie di cifre di carattere progressivo. I vecchi controlli numerici rendevano consigliabile intervallare la numerazione dei blocchi di una decina di unit{ (N10, N20, ) in maniera tale da poter aggiungere nuovi blocchi senza modificare lintero part program. Questo accorgimento non pi necessario nei controlli moderni che sono dotati di aggiornamento automatico del numero di blocchi.

33 Durante la codifica dei blocchi consigliabile, per ragioni di ordine, definire le istruzioni secondo una sequenza stabilita, ordinando le istruzioni simili nella stessa colonna: Numero di sequenza N Istruzioni di tipo generali o preparatorie G Le coordinate dei punti di arrivo: X,Y,Z per traslazioni rispetto agli assi principali; A,B,C per rotazioni attorno agli assi principali ed altre lettere per eventuali traslazioni secondarie e terziarie. Istruzioni di interpolazione circolare I,J,K (o R se linterpolazione si basa sul raggio). Istruzioni teconolgiche: F per la velocit di avanzamento (feed rate) e S per la velocit di taglio (spindle rate). Istruzione di selezione utensile T (tool). Istruzioni ausiliarie o miscellanee (azionamenti) M. Relative, ad esempio ad accensione e spegnimento del mandrino, e del fluido refrigerante, al cambio utensile, al blocco o sblocco degli assi e cos via.

Le istruzioni di tipo G definiscono la modalit di lavoro in relazione alla tipologia di spostamento. Listruzione G33 utilizzata per la gestione delle macro di filettatura che rendono necessaria una gestione simultanea e coordinata degli avanzamenti e delle velocit di rotazione cos come, nel caso di operazioni di maschiatura (filettatura nella superficie interna del foro), rendono necessaria unopportuna pianificazione e coordinamento dellinversione del verso di rotazione del mandrino e della direzione di avanzamento. In operazioni di filettatura linizio dellavanzamento spesso subordinato ad un segnale di consenso relativo alla posizione angolare del mandrino, ossia, nel momento in cui lencoder rotativo, calettato sullasse del mandrino, invia un segnale positivo rispetto allangolo comandato, inizia il movimento dellasse controllato. Questo controllo indispensabile quando ad esempio la filettatura viene eseguita in pi passate ed pertanto necessario che lutensile venga appostato per ricalcare la stessa tracciatura del filetto, oppure quando bisogna realizzare una filettatura a pi principi (come ad esempio quella presente sulle bottiglie). Listruzione G04 comanda unopportuna sosta dellutensile. Tale istruzione inoltre seguita da una successiva istruzione (dipendente dal controllo) che specifica il tempo di sosta, in millisecondi, oppure in base al numero di giri del mandrino. Qualora il tempo non fosse specificato assunto generalmente un valore di default pari almeno ad un giro del mandrino. Questo controllo utilizzato per effettuare ad esempio un foro non passante, uno spallamento in tornitura oppure per consentire lallontanamento del truciolo continuo nel caso di materiali duttili. Altre istruzioni di tipo G sono relative, nel caso di macchine con diversi piani di interpolazione, alla definizione del piano di interpolazione stesso (G17 in , G18 in , G19 in ). Altre istruzioni di tipo G sono utilizzate per la definizione delle unit di misura. In particolare G70 definisce le misure in pollici, G71 in millimetri. Le istruzioni G94 e G95 sono utilizzate per definire le unit di misura degli avanzamenti rispettivamente in millimetri/minuto ed in millimetro/giro. Le istruzioni G96 e G97 definiscono le unit di misura della velocit di taglio rispettivamente in metri/minuto ed in giri/minuto. Altre istruzioni di tipo G, fondamentali ai fini della programmazione, sono le istruzioni G90 (programmazione assoluta) e G91 (programmazione incrementale). La programmazione assoluta prevede la definizione delle coordinate dei punti di spostamento tramite le lettere di indirizzo X,Y,Z, A,B,C etc. Nel caso di programmazione incrementale, le lettere di indirizzo suddette, sono seguite dalle distanza, prese con il segno, da coprire lungo lo specifico asse controllato. A prescindere dal tipo di programmazione (assoluta od incrementale) le coordinate ausiliare di interpolazione I,J,K prevedono sempre una specifica di tipo incrementale (con in segno) laddove il punto di partenza deve tenere conto dellutilizzo o meno delle funzioni di compensazione utensile.

34 Le funzioni di compensazione utensile consentono di definire le traiettorie dellutensile non in base al punto controllato ma in base al profilo da realizzare (il profilo finale in operazioni di finiutura, oppure incrementato in base al sovrametallo da asportare per operazioni di sgrossatura). Il punto di controllo viene definito nella tool room in fase di presetting mandando in battuta lutensile lungo la superficie esterna e sulla base. Ad esempio per un utensile monotagliente il punto controllato sar quello in figura: definendo il raggio di raccordo e le altre caratteristiche dellutensile la macchina poi in grado, eventualmente, di eseguire la compensazione. Il problema dellusura dellutensile pu essere gestito in due modi: se il problema la rottura dellutensile, viene programmata la sostituzione dellutensile prima che termini la sua vita utile. Se il problema dellusura legato ad una perdita di tolleranza sul pezzo, durante la lavorazione, ad intervalli di tempo regolari, si pianificano dei presetting in grado di modificare il punto controllato per tenere conto del cratere di usura e del labbro di usura. In questultimo caso possiamo modificare il punto controllato o portando a battuta lutensile, oppure valutando lo scostamento fra il metallo da asportare ed il metallo effettivamente asportato (ad esempio se il sovrametallo pari ad un centesimo di millimetro il punto di controllo viene portato un centesimo di millimetro pi avanti). Tutte queste informazioni sono contenute nelle istruzioni di tipo 01 . 01 . 01

Il terzo campo indica la locazione di memoria allinterno della quale sono conservati i dati (correttore, vita utile, vita residua) precedentemente immagazzinati. Pertanto se ad un certo punto della lavorazione volessimo definire, per lo stesso utensile 01, dei correttori diversi, potremmo utilizzare unistruzione del tipo T 01 01 02. Le funzioni di compensazione utensile sono attivate dalle istruzioni G41 (compensazione a sinistra) e G42 (compensazione a destra) e disattivate dallistruzione G40. Sinistra e destra sono sempre relative alla posizione dellutensile rispetto al pezzo in relazione alla direzione ed al verso di spostamento attribuito sempre allutensile. Ad esempio, supponendo che il rettangolo in figura sia il profilo da realizzare (pezzo), nei casi A, B e C lutensile si trova a sinistra del pezzo (G41) nel caso D lutensile si trova a destra rispetto al pezzo (G42). B A C

D

Una volta comandata la compensazione utensile, la macchina elabora la traiettoria da far seguire al punto comandato, in base ai valori dei correttori forniti, ricavando il cosiddetto profilo incrementato, mediante un opportuno offset del profilo descritto. Come gi detto, le informazioni relative ai correttori sono fornite dallistruzione T.

35 Nel caso di programmazione senza compensazione spetta al programmatore il calcolo geometrico dei punti di controllo relativi al profilo incrementato. Listruzione G40 viene assunta di default da tutti i controlli: allatto dellaccensione, gli spostamenti sono sempre comandati senza compensazione. Le funzioni di compensazione G41 e G42 devono essere opportunamente attivate prima dellappostamento al pezzo, in maniera tale che la macchina inizi a compensare lontano dalla posizione di lavoro. In fase di appostamento inoltre opportuno verificare che langolo compreso tra il tratto da realizzare e la traiettoria di appostamento sia minore di 180 in modo tale da evitare urti e collisioni con il pezzo. In lavorazioni di tornitura si adotta il principio di programmare senza compensazione durante le fasi di sgrossatura e compensando sempre durante la fase di finitura. Infatti, lavorando senza compensazione, si potrebbe ottenere un profilo diverso da quello desiderato a causa dello scostamento fra il punto controllato e la punta reale dellutensile. Specialmente per profili complessi una compensazione manuale da parte delloperatore risulta difficile. Pertanto preferibile lavorare senza compensazione solo per passate di sgrossatura e poi, in fase di rifinitura, attivare la compensazione. Nel caso di operazioni di fresatura generalmente lasciato alloperatore possibilit{ di scelta tra lavorazioni con o senza compensazione. Lattivazione della compensazione utensile, nel caso di interpolazione circolare, prevede che le coordinate ausiliarie di interpolazione I,J,K siano definite in termini incrementali rispetto al punto comandato sul profilo. Nel caso di compensazione inoltre, non pi necessario effettuare la correzione della velocit di avanzamento. La stesura del part program sempre basata sulla definizione di una serie di spostamenti attribuiti allutensile in uno specifico sistema di riferimento. Per convenienza si assume che lorigine del sistema corrisponda con uno zero pezzo. La definizione degli zeri, ossia delle origini, effettuata manualmente a bordo macchina, prima dellesecuzione del part program, portando lutensile o un opportuno tastatore (sfera) a battuta con le superfici del pezzo. Mediante battuta su tre diverse superfici possibile definire una quota zero per , , . Generalmente lorigine di default della macchina associata allistruzione G53. Le istruzioni G54, G55 etc. sono utilizzate per la definizione di altre origini. Con listruzione G92 viene comandato leventuale cambio dellorigine, utile in particolare per quelle lavorazioni ripetitive (come ad esempio la realizzazioni di una serie di asole o di fori), per cui sufficiente programmare una sola lavorazione e ripeterla spostando la sola origine.

36 Listruzione G81 descrive il ciclo di foratura semplice caratterizzato: Dal posizionamento della punta in posizione ortogonale alla superficie da lavorare ed in asse con il foro. Dallavanzamento definito dai parametri di taglio, fino alla quota di lavorazione. Dalla risalita in rapido, fino ad una posizione specificata. Dallo spostamento in rapido alla posizione successiva di foratura.

Tutti i cicli di foratura vengono disattivati dallistruzione G80. La codifica del ciclo prevede, assumendo che siano gi definiti i parametri di taglio (S ed F), in richiamo della funzione G81, la definizione della quota finale di lavorazione che deve essere raggiunta dalla punta ed infine la specifica della quota di risalita definita dalla lettera di indirizzo R. Nei blocchi successivi sufficiente indicare unicamente le coordinate dei centri dei fori da realizzare. Infine si chiude il ciclo con listruzione G80. Un possibile ciclo di foratura il seguente: N10 G81 Z 30 R2 N20 N30 N40 G80 Il ciclo si apre con listruzione G81 successivamente si definisce la quota lungo lasse (nellesempio ) che deve essere raggiunta ( 30) e, mediante la lettera R, la quota di risalita (2). Sono poi definite le coordinate dei centri dei fori. Il ciclo chiuso dallistruzione G80.

37 Istruzioni di tipo generali o preparatorie G

IstruzioneG00 G01 G02 G03 G33 G17 G18 G19 G40 G41 G42 G80 G81 G82-G89 G70 G71 G90 G91 G04 G09 G53-G59 G94 G95 G92 G96 G97

Significato

GruppoDefinizione tipologia di movimento Definizione piano di interpolazione Compensazione utensile Cicli fissi

Spostamento punto a punto (in rapido) Interpolazione lineare Interpolazione circolare oraria Interpolazione circolare antioraria Filettatura con passo costante Piano di interpolazione Piano di interpolazione Piano di interpolazione Cancellazione compensazione utensile Compensazione utensile a sinistra Compensazione utensile a destra Cancellazione ciclo fisso Ciclo fisso di foratura Altri cicli fissi Misure in pollici ( ) Misure in millimetri Programmazione assoluta Programmazione incrementale Sosta utensile Decelerazione controllata Definizione zeri pezzo ( ) Avanzamento in ( ) Avanzamento in Spostamento origine/Massima velocit di rotazione del mandrino Velocit di taglio in Velocit di rotazione in Istruzioni ausiliarie o miscellanee M

Definizione unit di misura spostamenti Modalit di programmazione Modalit dinamiche Gestione origini Definizione unit di misura avanzamenti Definizione velocit di taglio

IstruzioneM00 M01 M02 M30 M03 M04 M05 M06 M07 M08 M09 M10 M11 M13 M14 M19 M36-M45

Significato

AzioneSul controllo

Arresto programma (stop mandrino e fluido) Arresto programmato Fine programma Fine programma e riavvolgimento nastro Rotazione oraria mandrino Rotazione antioraria mandrino Arresto mandrino Cambio utensile Inserzione pompa 2 fluido refrigerante Inserzione pompa 1 fluido refrigerante Stop erogazione fluido refrigerante Blocco assi non in ciclo Sblocco assi non in ciclo M03+M08 M04+M08 Arresto mandrino e riposizionamento Selezione gamme avanzamento e velocit di taglio

Sulla macchina utensile

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3.1.1 Programmazione manuale senza compensazione utensileLa programmazione senza compensazione utensile basata sulla definizione di un profilo opportunamente incrementato rispetto al profilo da ottenere a fine passata. Tale incremento (offset), ad esempio in operazioni di contornatura pari al raggio della fresa, in operazioni di tornitura pari al raggio di raccordo tra i taglienti. La definizione delle coordinate o degli incrementi, risulta estremamente semplice qualora i profili da realizzare siano paralleli agli assi di riferimento. Qualora queste condizioni non fossero rispettate si rendono necessari alcuni calcoli geometrici: allo stato attuale tali calcoli possono essere effettuati in maniera automatica con opportuni software CAD. Con riferimento al profilo , riportato nel piano , assumendo note le coordinate dei punti e , corrispondenti sul profilo incrementato ad e , lunica incognita necessaria per la programmazione della traiettoria complessiva relativa alla coordinata del punto ossia il punto corrispondente ad sul profilo incrementato (punto di cambio direzione). Il punto tale da garantire la condizione di tangenza fra il profilo dellutensile ed i prolungamenti dei due spigoli in lavorazione.

90

90 90 2

Indichiamo con linclinazione del primo profilo rispetto allasse e con linclinazione del secondo profilo rispetto allasse . Considerando che gli angoli e sono pari a 90 , immediato verificare che langolo al centro pari a 90 dove . Indicando con la lunghezza del segmento , detto , il raggio della fresa, tramite considerazioni trigonometriche relative al triangolo possibile valutare la distanza : cos ( 90 2 ) 90 cos ( 2

)

39 Nota la distanza possibile calcolare le distanze rispetto ad lungo gli assi controllati: 90 sin *( 90 cos *( 2 2 ) ) + + e , che rappresentano gli incrementi di

90