CONTROLUL UZURII SCULELOR - consideratii privind controlul automat in sistemele de prelucrari mecanice

CONTROLUL UZURII SCULELOR - Consideratii privind controlul automat in sistemele de prelucrari mecanice

Liniile automate de prelucrare sunt astfel concepute incat sa realizeze piese care sa nu mai necesite operatii suplimentare de prelucrare sau de control inainte de a ajunge la montaj. Din aceasta perspectiva , s-a subliniat importanta determinata pe care o are controlul integrat in linia de prelucrare.

Dupa scopul , modul de operare si momentul de interventie ale sistemelor de control automat integrate in liniile de prelucrare , se pot distinge urmatoarele categorii de control:

Controlul de pregatire a sculelor ;

Controlul activ;

Controlul postoperational;

Controlul final;

Controlul parametrilor dinamici.

In cadrul acestor categorii de control , controlul postoperational ocupa un loc central , atat ca importanta , cat si ca pondere , in ansamblul sistemelor de control automat.

Prin controlul postoperational se asigura verificarea corectitudinii realizarii pieselor dupa operatiile de prelucrare si se intervine in proces prin comenzi automate sau semnalizari , in vederea asigurarii unor conditii de prelucrare in linia automata , in asa fel incat piesele prelucrate sa se inscrie in limitele impuse prin documentatia de executie.

Verificarea corectitudinii realizarii piesei pe care o realizeaza sistemul de control postoperational se refera atat la precizia de executie a dimensiunilor ( cote de lungime, de inaltime , de distante intre axe , de diametre interioare si exterioare etc.) , precizie determinata in principal de starea sculelor (taisuri uzate in limite prescrise sau uzate catastrofal, prinderi incorecte etc.) , cat si la abaterile de pozitie relativa ale suprafetelor realizate pe aceeasi unitate de prelucrare datorate iesirii acestora din limitele prescrise ale parametrilor (paralelism, perpendicularitate etc.)

In practica controlul postoperational , datorita , printre altele , si diversitatii pieselor prelucrate si a conditiilor impuse lui, sunt utilizate variate mijloace de control care au la baza diverse metode si procedee de masurare. Avand in vedere aceasta mare diversitate , se pot face clasificari ale mijloacelor de control automat postoperational pe baza mai multor criterii.

Dupa tipul piesei caruia ii este destinat , mijlocul de control poate masura: corpuri de revolutie, corpuri prismatice, corpuri de tip placa, benzi , sarme etc.

Dupa tipul de parametri controlati , mijloacele de control pot fi destinate:

masurii alezajelor ;

masurii arborilor ;

masurii conditiilor geometrice;

masurii combinatiilor de parametrii .

Dupa frecventa de masurare , mijloacele de control pot fi: cu masurare piesa cu piesa (control 100%), cu masurare prin sondaj (520%) sau cu masurare la schimbarea sculelor.

Exemple de clasificari ale mijloacelor de control pot continua in functie si de alte criterii , cu observatia ca, indiferent de aceste clasificari, valentele mijloacelor de control se intrepatrund si se interconditioneaza in cadrul sitemelor de control automat , in functie , in primul rand , de complexitatea si flexibilitatea liniei de prelucrare.

Metode de control al uzurii sculelor

Exista trei mari categorii de metode care stau la baza controlului automat al uzurii sculelor:

metoda controlului direct al sculei;

metoda controlului indirect al sculei;

metoda controlului piesei prelucrate.

Controlul direct al sculei

Controlul direct al sculei se poate face prin utilizarea unor palpatoare special construite si montate pe unitatea de prelucrare(masina – unealta) , si care verifica taisul sculei(uzura sau starea acestuia). Palparea directa a taisului sculei prezinta avantajul masurarii directe si , ca orice metoda de masurare directa , nu introduce erori suplimentare datorate elementelor intermediare.

In principiu, masurarea taisului sculei se poate face ca in figura 1.1 . Scula montata in portscula are o deplasare pe directie verticala , in scopul patrunderii si iesirii din aceasta. Dupa efectuarea prelucrarii ,printr-o deplasare transversala , scula se apropie de palpatorul tasterului de control montat pe batiul masinii. In momentul in care uzura sculei a depasit valoarea de consemn , tasterul va transmite un semnal corespunzator catre blocul electronic, care va indica valoarea efectiva si o va transmite la sistemul de compensare a uzurii sculei sau va semnaliza necesitatea schimbarii acesteia.

Proiect: Corpuri de iluminat pentru exterior de pus in beton sau pavej Proiect: Constructii sigure la cutremure - antecalculare statica a caselor din manta din beton pentru zonele seismice

Dezavantajele acestei metode de control sunt:

uzura rapida a elementului de palpare datorata contactului cu taisul sculei;

precizia de masurare necesara este dubla, deoarece masurarea se face radial , iar cutitul prelucreaza un diametru.

Controlul indirect al sculei

Literatura de specialitate prezinta mai multe procedee de control bazate pe metoda de control indirect al uzurii sculelor , prin efectele produse de aceasta.

Procedeul de masuarea a vibratiilor

Indepartatea adaosului de prelucrare in procesul de aschiere genereaza unde elastice, care sunt transmise atat piesei cat si sculei si portsculei. Un senzor de vibratii fixat pe portscula poate detecta aceste unde prin masurarea amplitudinii A(fig. 1.2 , a).

La schimbarea conditiilor de lucru , se modifica si undele elastice generate(in sensul cresterii amplitudinii). Ruperea sculei va determina un salt foarte mare, identificat in zona III a graficului de variatie a vibratiilor (fig. 1.2, b). La stabilirea graficului intervin si fenomene asociate uzurii , care devin surse de vibratii secundare : deformatii plastice in zonele de taiere , alunecarea de-a lungul fetei sculei, lovirea aschiilor rupte, rasucirea aschiei in jurul sculei etc.

Masurarea uzurii sculelor prin metoda vibratiilor este o metoda complexa , dependenta de o multitudine de factori. Metoda este sensibila pentru strunjire si frezare, dar nu poate oferi criterii clare decat pentru stabilirea uzurii catastrofale. Pentru cresterea eficientei metodei , constructorii de sisteme flexibile de prelucrare incearca sp reduca cat mai mult nivelurile de zgomot ale masinilor – unelte , prin introducerea de vibratoare in opozitie de faza cu cele rezultate din functionarea normala.

Procedeul de masurare a fortei de aschiere

In timpul operatiilor de aschiere s-a constatat ca o data cu uzura sculei cresc forta si momentul de aschiere.

Metoda se bazeaza pe masurarea fortei de aschiere in timpul operatiilor de prelucrare.

Masurarea fortei de aschiere se realizeaza prin montarea unui senzor de forta in lagarul axului principal al masinii – unelte (fig 1.3) si urmarirea semnalului de iesire al senzorului.

Analizand corelatiile dintre fortele axiale de aschiere FA si momentele de aschiere M cu uzura sculei(fig.1.4) , rezulta ca fortele axiale de aschiere exprima cel mai bine gradul de uzura al sculei. Aceasta metoda este foarte eficienta si poate fi utilizata pentru masurari pe un singur ax sau pe mai multe axe.

In figura 1.5 este prezentata masurarea pe mai multe axe a fortei de aschiere pentru urmarirea uzurii sculelor aschietoar

Procedeul de masurare a nivelului de zgomot

Metoda fonica se bazeaza pe fenomenul cresterii factorului de zgomot in timpul aschierii cu o scula uzata. Depasirea nivelului de zgomot , prereglatintr-un anumit domeniu de frecventa , duce la oprirea prelucrarii(fig.1.6).

Aceasta metoda necesita determinari experimentale pentru stabilirea pragului critic. Testarile trebuie efectuate independent pentru fiecare masina – unealta si pentru fiecare tip de reper, zgomotul ”normal” diferind de la operatie la operatie si de la un tip de reper la altul.

Procedeul de masurare a curentului absorbit

Acesta metoda este cea mai simpla din punct de vedere tehnic si consta din conectarea unui ampermetru la motorul de actionare al sculei. Ea se bazeaza pe cresterea curentului absorbit din retea , o data cu cresterea momentului rezistent , dependent de marimea fortelor de aschiere.

Testele efectuate au relevat utilitatea metodei de ebos , unde abaterea medie patratica a campurilor de variatie a intensitatii sunt inguste (fig.1.7, a).

In operatiile de finisare pot aparea campuri mari de variatie a intensitatii curentului absorbit, mai ales pentru pozitionari incorecte ale piesei in fata sculei, deci aparitia unor adaosuri de prelucrare neuniforme(fig.1.7, b)

Metoda controlului piesei

Pe baza masurarii dimensiunii prelucrate si transmiterii informatiei la sistemul de comanda (CNC) a masinii-unelte , se poate determina si compensa uzura sculei aschietoare. Din practica constructiei de linii automate , rezulta ca , dintre toate operatiile de prelucrare , cele de strunjire si alezare de finisare impun cu cea mai mare necesitate utilizarea controlului postoperational in scopul compensarii uzurii sculei.

Controlul efectuat asupra piesei este de doua feluri:

control limitativ;

control cu masurare efectiva(comparativa).

Pentru controlul limitativ ,se utilizeaza un traductor de pozitie , care poate palpa suprafata verificata in trei puncte sau patru puncte (fig.1.8). Deplasarea palpatorului se face cu motoare pas cu pas, iar marimea deplasarii se determina cu traductoare absolute.

Metoda necesita timpi mari pentru efectuarea deplasarilor. Timpi alocati controlului fiind mari, este posibil ca acest tip de control sa nu poata sa se inscrie intotdeauna in tactul liniei. In cazul masurarii efective , se utilizeaza dornuri, dispozitive sau capete de control specializate (fig. 1.9)

Capete de control contin traductoare pentru culegerea informatiilor despre valorile efective ale dimensiunilor verificate sau ale abaterilor acestora de la cotele nominale.

Metoda este foarte larg utilizata datorita posibilitatii pastrarii tactului liniei si a transmiterii semnalelor catre echipamentul de comanda a procesului, a robustetii structurilor componente si a sigurantei in actionare a mijloacelor ce o compun. Sistemul de control se poate completa cu un sistem de compensare automata a uzurii sculei. Un exemplu de astfel de sistem este cel prezentat in figura 1.10 si realizat de catre firmele Coromant si Marposs.

Principii care stau la baza metodelor de control postoperational

Exista cateva metode de baza care sunt utilizate in controlul automat si o mare diversitate de procedee si mijloace de control.

Din punctul de vedere al principiului fizic care sta la baza functionarii elementului sensibil , traductoarele pot fi pneumatice, pneumoinductive , capacitive, rezistive etc.

Alegerea si utilizarea unuia dintre principiile de masurare intr-un post de control postoperational sunt determinate , in principal , de:

materialul si tipul piesei de prelucrat ;

comenzile necesare liniei;

modul de prelucrare a suprafetei care se masoara;

marimea campului de toleanta a dimensiunii prelucrate.

Masurari bazate pe principiul pneumatic

Principiul pneumatic (fig.1.11) implica utilizarea unui organ de masurare care este un dorn pneumatic cu una sau mai multe sectiuni de masurare. Rezultatul masurarii se afiseaza pe un comparator , iar comanda externa este realizata printr-un sistem de contacte electrice.

Pe baza diferentei de presiune care apare in interstitiul dintre suprafata prelucrata si diametrul exterior al dornului de masurare , se poate determina abaterea dimensiunii suprafetei fata de cota nomonala.

Masurarea pneumatica este un tip de masurare relativa , deci necesita prezenta calibrelor etalon.

Aparatul poate transmite echipamentului de comanda al liniei de prelucrare semnale diferite , sub forma de contact electric , pentru dimensiuni cuprinse in campul de toleranta si pentru dimensiuni in afara campului de toleranta.

Avantajele utilizarii masurarii pneumatice sunt :

posibilitatea utilizarii acesteia si la piese din materiale de duritate mica , masurarea fiind fara contact;

posibilitatea controlului unor alezaje cu diametre mici ;

precizia foarte ridicata a controlului.

Fig.1.11

Dezavantajele masurarii pneumatice sunt:

necesitatea existentei aerului instrumental , care ridica probleme, mai ales in cazul unui numar mare de dimensiuni masurate , deci a utilizarii unui numar mare de aparate care necisita un debit mare de aer;

viteza de raspuns scazuta , deci cresterea timpului necesar controlului;

necesitatea unei centrari precise a axei alezajului de controlat in raport cu axa dornului de masurare.

Pentru inlaturarea dezavantajului datorat jocului mic dintre dornul de control si diametrul minim al alezajului , au fost efectuate o serie de cercetari si experimentari,privind posibilitatile de marire a acestui interstitiu.

Masurari bazate pe principiul inductiv

Masurarea pe principiul inductiv (fig.1.12) este un tip de masurare relativa si presupune existenta unui organ de masurare electronic si a unui bloc electronic si a calibrelor etalon.

In general ansamblele de control din instalatii , care sunt concepute pe acest principiu , utilizeaza traductoare inductive si blocuri electronice modulare.

Fig. 1.12

Fiecare traductor inductiv de tip bobina diferentiala cu miez mobil este montat in bratele unei punti de curent alternativ de medie frecventa. Tensiunea de alimentare a puntii de masura este furnizata de oscilatorul aflat in modulul de alimentare al blocului electronic. Tensiunea este transmisa catre modulul de masurare. Acest semnal este amplificat in tensiune si se aplica puntii de masurare care contine traductoarele de masurare si potentiometrele de reglaj electric al zeroului. Semnalul de dezechilibrare a puntii este amplificat , detectat sincron si mediat in circuitele modulului de masurare. Tensiunea continua rezultanta , proportionala cu deplasarea miezului mobil in bobina traductorului, este transmisa modulului de alimentare – afisare , unde este evidentiata de acul indicator al instrumentului si la doua borne de iesire ale modulului de masurare sub forma de tensiune sau de contact electric, de unde este transmisa catre linia de prelucrare.

Traductoarele inductive echipeaza dornuri de masurare electronice , potcoave de masurare sau alte subansamble care sunt utilizate in posturile de control din sistemele flexibile de prelucrare.

Avantajele utilizarii masurarii inductive sunt:

posibilitatea transmiterii de semnale modulate , proportionale cu valoarea masurata , catre linia de prelucrare ;

precizia scazuta necesara pentru centrarea axei alezajului de controlat in raport cu axa dornului de masurare , datorata jocului mare admis intre alezaj si dornul de masurare;

independenta fata de sursa de aer instrumental;

posibilitatea clasificarii pieselor masurate intr-un numar de 3, 4 sau 5 clase dimensionale , deci posibilitatea de sortare a acestora din faza de prelucrare;

viteza de raspuns mare , deci timpi redusi pentru control .

Dezavantajele principiului inductiv sunt:

imposibilitatea utilizarii pentru piese cu duritate mica , deoarece este o masurare prin contact;

uzura palpatorilor si deci timpi suplimentari pentru reetalonare.

Masurari bazate pe principiul pneumoinductiv