Tecnologia meccanica Esame di TECNOLOGIA MECCANICA, Sintesi del corso di Tecnologia Meccanica

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Tecnologia meccanica Esame di TECNOLOGIA MECCANICA Indice domande: 1) Illustrare la legge di Taylor nella forma semplice e generalizzata. 2) Concetti di massima produttività e massima economia e l'ottimizzazione della velocità 3) Dare una descrizione sintetica delle parti principali che costituiscono una macchina CNC 4) Dare le definizioni di: lavorazione monopasso, multipasso, multistadio 5) Criteri di ottimizzazione nelle lavorazioni monopasso: differenze principali tra l’ottimizzazione con avanzamento fisso e avanzamento variabile. 6) Illustrare l’approccio all’ottimizzazione multipasso vincolata. 7) Descrivere l’ottimizzazione multistadio. 8) Tipi di encoder 9) Cosa sono gli inductosyn 10) Come calcolare gli esponenti della formula di Taylor generalizzata 11) Parla dei sistemi CNC 12) Parla dei diversi tipi di interpolazione 13) Cosa sono gli assi di una macchina CNC? 14) Cosa succede se utilizzo valori diversi da ve 15) Cos'è l'utensile monotagliente? 16) Descrivere sinteticamente i materiali per utensili 17) Fresatura. 18) Foratura 19) Tipi di usura 20) Meccanica del taglio 21) Programmazione di una CNC 22) Formato tipico di un blocco 23) Programmazione automatica delle macchine utensili 2) Concetti di massima produttività e massima economia e l'ottimizzazione della velocità Nelle lavorazioni per asportazione di truciolo, per la massimizzazione del profitto, risulta necessario analizzare opportuni parametri, come la velocità di taglio v, la profondità di passata p e l'avanzamento a. Durante l'ottimizzazione del processo produttivo si possono analizzare due diverse configurazioni, tra loro opposte: l'ottimizzazione secondo un criterio di massima economia, che si riferisce ad un processo produttivo che minimizza i costi di produzione e l'ottimizzazione secondo un criterio di massima produttività, che invece si riferisce ad un processo produttivo che minimizza i tempi di produzione. L'obiettivo di questi due criteri è quello di: - Minimizzare il costo - Massimizzare la produzione minimizzando i tempi di attesa - Massimizzare il profitto - Partendo dal criterio di massima economia, dove vi sarà una minimizzazione dei costi di produzione, per poter effettuare questo tipo di ottimizzazione bisogna introdurre il concetto di costo unitario, ovvero il costo delle operazioni per asportazione di truciolo. Dove: C0 è il costo per unità di tempo Cp costi del grezzo Cu costo del tagliente TL è il tempo di lavorazione Nu numero dei pezzi lavorabili tcu tempo cambio utensile Ora devo definire il tempo di lavorazione, il numero di pezzi lavorabili, e la durata dell'utensile: Da essi posso riportare il costo unitario come: Derivandolo rispetto V e ponendolo uguale a 0 otterrò: Il valore di V che annulla la derivata del costo unitario viene detta velocita ̀ economica di taglio Ve, ovvero la velocità corrispondente al minimo costo di produzione. Da essa posso ricavare anche la durata economica del tagliente - Per quanto riguarda invece il criterio di massima produttività, dove vi sarà una minimizzazione dei tempi di produzione, per poter effettuare questo tipo di ottimizzazione bisogna introdurre il concetto di tempo unitario, ovvero il tempo delle operazioni per asportazione di truciolo. Dove: TL è il tempo di lavorazione Tcu è il tempo di cambio utensile Nu numero dei pezzi lavorabili Tp tempo di asportazione di truciolo, tempo produzione Definisco sempre il tempo di lavorazione, il numero di pezzi lavorabili, e la durata dell'utensile: Da essi posso riportare il tempo unitario come: Derivandolo rispetto V e ponendolo uguale a 0 otterrò: Il valore di V che annulla la derivata del tempo unitario viene detta velocita ̀ di massima produttività Vp, ovvero la velocità di taglio a cui corrisponde il minimo tempo di produzione unitario. Da essa posso ricavare anche il tempo produttivo Il quale sarà sempre minore di Te, poiché la velocità di massima economia è sempre inferiore a quella di massima produttività. Le velocità Vp e Ve però non tengono in conto della presenza di vincoli fisici e tecnologici nella lavorazione, cosa che non si verifica nelle operazioni ad asportazione di truciolo. Ad esempio un tornio può avere una velocità di taglio in relazione alla velocità di rotazione n del mandrino ed al diametro D del pezzo da tornire. Per questo è conveniente scegliere una velocità nell’intervallo di massima efficienza, ovvero Ve 3) Descrizione sintetica delle parti principali che costituiscono una macchina utensile CNC. Le macchine CNC sono macchine utensili, dove l'acronimo sta per “Computer Numerical Control” e significa che un computer di bordo, detto controllo numerico, si occupa di comandare i movimenti e le funzioni della macchina utensile durante la lavorazione, interpretando un programma delle istruzioni, ovvero caratteri alfanumerici tradotti in uno specifico formato, relativo al pezzo da realizzare. Il programma delle istruzioni è preimpostato da un operatore mediante dei software: - CAD utilizzato per eseguire disegni tecnici direttamente a computer - CAM converte i disegni fatti a CAD in numeri, che sono tradotti dalla macchina CNC in movimenti reali e consentendo lo spostamento dell’utensile e la modellazione del materiale. Queste macchine vengono principalmente utilizzate per asportare materiale e creare oggetti di qualsiasi tipo, realizzando produzioni di basso e medio volume poiché svolgono lavorazioni ad alta precisione che richiedono lunghi tempi di lavorazione. Il funzionamento è abbastanza semplice: viene effettuato il disegno del pezzo, decidendo le sue caratteristiche, si procede con la programmazione delle fasi e degli utensili, ovvero il programma delle istruzioni, il quale viene memorizzato nell'unità di controllo che ha il compito di tradurre il tutto in impulsi elettrici che permettono l'esecuzione della macchina CNC, che mediante un utensile asporta il materiale fino all’ottenimento dell’oggetto finito. Un sistema a controllo numerico è composto da: un programma delle istruzioni, un centro di controllo (MCU) e da una macchina utensile. CNC Per quanto riguarda la macchina utensile CNC solitamente é composta da: - Parti fisse di sostegno come: - il montante e il bancale che sono strutture portanti della macchina, necessitano un peso elevato per conferire stabilità alla macchina 4) Dare le corrette definizioni di: lavorazione monopasso, lavorazione multipasso, lavorazione multistadio Monopasso: con il termine lavorazione monopasso si parla di lavorazioni per asportazione di truciolo che vengono effettuate in una sola passata. Una volta deciso il materiale in lavorazione e la geometria dell’utensile manca scegliere la velocità di taglio e l’avanzamento. La lavorazione monopasso consiste nel: preparare la macchina utensile, impegnare la macchina per il tempo di ciclo di ogni pezzo lavorato e sostituire l’utensile dopo aver lavorato un certo numero di parti. La lavorazione monopasso ottimizza la velocità di taglio, note profondità di passata e avanzamento. Una volta definite due funzioni quella di costo unitario e quella di tempo unitario di produzione si derivano rispetto a V e vengono eguagliate a 0. Il valore di V che annulla la derivata del costo unitario viene detta velocità economica di taglio Ve, mentre il valore di V che annulla la derivata del tempo unitario di produzione viene detta velocità di massima produttività Vp. Queste velocità rappresentano i valori ottimali di tale lavorazione. Multipasso: con il termine lavorazioni multipasso si intendono tutte quelle lavorazioni per asportazione di truciolo nelle quali il sovrametallo non può essere rimosso in una sola passata, a causa di vincoli fisici o tecnologici, per questo motivo bisogna procedere con più passate ed il problema dell’ottimizzazione vede la presenza di una terza variabile decisionale, quella della profondità di passata, la quale rende il problema dell'ottimizzazione particolarmente complesso. Bisogna innanzitutto definire i tempi ed i costi delle operazioni per asportazione di truciolo: il tempo unitario di produzione ed il costo unitario di lavorazione. Un ruolo importante è giocato dai vincoli fisici e tecnologici, poiché rendono il problema di ottimizzazione più semplice da risolvere. L'ottimizzazione finale della lavorazione multipasso si può ottenere sfruttando il criterio di Bellman, conosciuto anche con il nome programmazione dinamica, che consiste nella divisione di un problema in sottoproblemi e sull'utilizzo di sottosoluzioni ottimali, in modo tale che la sottosoluzione ottimale al sottoproblema possa essere utilizzata per trovare la soluzione ottimale dell'intero problema. Multistadio: la lavorazione multistadio è tipica nei sistemi manifatturieri flow shop, aventi diverse macchine utensili o centri di lavoro collegati con magazzini interoperazionali. A ciascuno stadio un operatore o un mezzo automatico monta sulla macchina utensile il pezzo, proveniente dalla stazione precedente, effettua le operazioni necessarie per lo svolgimento della lavorazione ed in fine smonta il pezzo lavorato trasferendolo alla stazione successiva. Le lavorazioni multistadio sono la massima espressione dell'ottimizzazione di una fabbrica automatica. Supponiamo che si conoscano l'ordine delle macchine di cui ha bisogno un pezzo durante una lavorazione da grezzo a prodotto finale. Allora è possibile ottimizzare ognuna delle macchine secondo l'algoritmo di lavorazione monopasso modificato per sistemi con collo di bottiglia. I criteri sono i soliti: massima economia, massima produttività. Si procede come segue: noti per ogni macchina a e p si calcolano Vek e Vpk, ovvero la velocità economica del collo di bottiglia e la velocità di massima produttività del collo di bottiglia. Procedo con la determinazione di Tek e Tpk, ovvero il tempo di lavorazione economica unitario del collo di bottiglia e il tempo di lavorazione di massima produttività unitario del collo di bottiglia. Una volta che sono tutti noti si identifica il collo di bottiglia definito come la macchina che all'ottimo impiega più tempo ad espletare la sua lavorazione. Trovata questa si isola e per tutte le altre si applica un'ottimizzazione monopasso di tipo economica. 5) Criteri di ottimizzazione nelle lavorazioni monopasso: differenze principali tra l’ottimizzazione con avanzamento fisso e avanzamento variabile. Nelle lavorazioni per asportazione di truciolo, per massimizzare il profitto bisogna analizzare opportuni parametri, come la velocità di taglio v, la profondità di passata p e l'avanzamento a. Il termine ottimizzazione significa principalmente: - Minimizzare il costo - Massimizzare la produzione minimizzando i tempi di attesa - Massimizzare il profitto Per quanto riguarda la lavorazione monopasso si parla di lavorazioni per asportazione di truciolo che vengono effettuate in una sola passata. La lavorazione consiste nel: preparare la macchina utensile, utilizzarla per il tempo di ciclo dei pezzi, sostituire l’utensile una volta usurato. L'ottimizzazione di tale lavorazione consiste nel miglioramento della velocità di taglio secondo un criterio di massima economia o massima produttività. Nel caso con avanzamento e velocità di taglio fisse per ottenere l'ottimizzazione, una volta deciso il materiale in lavorazione e la geometria dell’utensile, devo definire i tempi ed i costi delle operazioni per asportazione di truciolo: il tempo unitario di produzione ed il costo unitario di lavorazione. Che possono essere ricavati in tale modo: TL è il tempo di lavorazione C0 è il costo per unità di tempo Tcu è il tempo di cambio utensile Cp costi del grezzo Nu numero dei pezzi lavorabili Cu costo del tagliente Tp tempo di asportazione di truciolo, tempo produzione TL è il tempo di lavorazione Nu numero dei pezzi lavorabili Tcu è il tempo di cambio utensile Definisco il tempo di lavorazione, il numero di pezzi lavorabili e la durata dell'utensile con a e p costanti: sostituendo otterrò: Una volta ricavate le funzioni di costo unitario e di tempo unitario di produzione scelgo quale criterio adottare: - Se decidessi di applicare il criterio di massima economia derivo il costo unitario rispetto V per poi eguagliarlo a 0. Il valore di V che annulla la derivata del costo unitario viene detta velocità economica di taglio Ve, ovvero la velocità al minimo costo di taglio. - Se decidessi di applicare il criterio di massima produttività derivo il tempo unitario rispetto V per poi eguagliarlo a 0. Il valore di V che annulla la derivata del tempo unitario viene detta velocità di massima produttività Vp, ovvero la velocità di taglio a cui corrisponde il minimo tempo di produzione unitario. La velocità di massima economia è sempre inferiore a quella di massima produttività., poiché Tp sarà sempre minore di Te Queste velocità rappresentano i criteri di ottimizzazione di tale lavorazione. Nel caso con avanzamento e velocità di taglio variabili per prima cosa devo scegliere il parametro della massima profondità di passata, in questo caso costante, rendendolo compatibile con la lavorazione, poi devo scegliere il massimo avanzamento consentito, in relazione alla finitura superficiale desiderata e solo a questo punto impiegare un criterio di ottimizzazione per velocità di taglio. Bisogna fare tali considerazioni, poiché, come dice la legge di Taylor generalizzata, la durata dell’utensile è legata alla velocità di taglio, dall’avanzamento e dalla profondità di passata. Si deve tener conto questa volta della dipendenza del tempo di lavorazione e della durata del tagliente dalle due variabili decisionali: velocità di taglio e avanzamento. 1) Per prima cosa ricavo la durata del tagliente dalla forma generalizzata di Taylor: Definisco il tempo di lavoro e il numero di pezzi lavorabili: λ’ è una costante dipendente dalla lavorazione presa in considerazione. 2) Definisco il costo e il tempo unitario: 3) Sostituisco tali parametri nell'espressione del costo e del tempo unitario, ottenendo: Applicando la definizione di automazione posso riscriverle: 6) Illustrare l’approccio all’ottimizzazione multipasso vincolata. Nelle lavorazioni per asportazione di truciolo, per massimizzare il profitto bisogna analizzare opportuni parametri, come la velocità di taglio v, la profondità di passata p e l'avanzamento a. Il termine ottimizzazione significa principalmente: - Minimizzare il costo - Massimizzare la produzione minimizzando i tempi di attesa - Massimizzare il profitto Per quanto riguarda la lavorazione multipasso si intendono tutte quelle lavorazioni per asportazione di truciolo nelle quali il sovrametallo non può essere rimosso in una sola passata, a causa di vincoli fisici e/o tecnologici, per questo motivo bisogna procedere con più passate. E' possibile definire i tempi ed i costi delle operazioni per asportazione di truciolo: il tempo unitario di produzione ed il costo unitario di lavorazione. Dove: - tms legato al montaggio e allo smontaggio del pezzo - trr ovvero il tempo legato alla corsa di ritorno a vuoto ed alla registrazione del pezzo utensile - tl’ ovvero il tempo di lavorazione per il passo i-esimo. - C0 è il costo per unità di tempo - Cu costo dell'utensile Le variabili decisionali quindi sono: l’avanzamento, la velocità di taglio e la profondità di passata. Quest'ultima, rende il problema della ottimizzazione più complesso, poiché devono essere rispettati alcuni vincoli: Quindi se supponessi di dividere lo spessore di sovrametallo da asportare in N sezioni uguali tra loro in questo caso la profondità di passata da adottare per ogni passo sarà un multiplo della sezione iniziale. Un ruolo importante è giocato dai vincoli fisici, tecnologici o vincoli imposti dall'utente, i quali rendono il problema di ottimizzazione più semplice da risolvere. L'ottimizzazione finale della lavorazione multipasso si può ottenere sfruttando il criterio di Bellman, conosciuto anche con il nome programmazione dinamica, che consiste nella divisione di un problema di ottimizzazione in sottoproblemi e sull'utilizzo di sottosoluzioni ottimali, in modo tale che la sottosoluzione ottimale al sottoproblema possa essere utilizzata per trovare la soluzione ottimale dell'intero problema. Una strategia di ottimizzazione potrebbe essere: - suddivido il problema della ricerca dell'ottimizzazione in sottoproblemi, se necessario divido i sottoproblemi in sotto-sottoproblemi - risolvo i sottoproblemi ricavando la sottosoluzione ottimale per ogni parametro - controllo se le scelte non si influenzano tra di loro - uso le sottosoluzioni ottimali dei sottoproblemi per definire una soluzione ottimale al problema iniziale. Con tale criterio, che può essere applicato anche nelle lavorazione multistadio, posso quindi giungere all'ottimizzazione di tutti i parametri. Nel caso si utilizzi la programmazione dinamica il seguente processo va seguito a ritroso. 7) Descrivere l’ottimizzazione multistadio. Nelle lavorazioni per asportazione di truciolo, per massimizzare il profitto bisogna analizzare opportuni parametri, come la velocità di taglio v, la profondità di passata p e l'avanzamento a. Il termine ottimizzazione significa principalmente: - Minimizzare il costo - Massimizzare la produzione minimizzando i tempi di attesa - Massimizzare il profitto Per quanto riguarda la lavorazione multistadio essa è tipica dei sistemi manifatturieri flow shop che sono composti da diverse macchine utensili o centri di lavoro collegati con magazzini interoperazionali. Ad ogni stazione vi è un operatore o un dispositivo automatico, che monta sulla macchina utensile il pezzo ,proveniente dalla postazione precedente, effettua le operazioni necessarie per la lavorazione e smonta il pezzo lavorato trasferendolo alla stazione successiva. L'ottimizzazione consiste quindi nell'individuazione della velocità di taglio in ogni stadio del processo secondo un criterio di massima produttività o economia, tenendo però a mente che il tempo unitario di produzione degli stadi deve essere minore od uguale a quello nello stadio collo di bottiglia del sistema. Ovvero: Quindi per ottimizzare la lavorazione innanzitutto devo conoscere per ogni macchina a e p 1) Utilizzo il criterio di massima produttività a tutti gli stadi ricavando le corrispettive velocità: e i tempi unitari di produzione associati: 2) Individuo lo stadio con il tempo unitario maggiore, detto collo di bottiglia, isolandolo e rinomino la velocità e tempo di produzione con Vkp e Tpk 3) Applico il criterio di massima economia a tutti gli stadi, tranne quello “collo di bottiglia” poiché la funzione dei costi risulta differente, in modo tale da ricavare la velocità economica e rispettivi tempi unitari di produzione. Se i tempi unitari di produzione degli stadi non limitanti dovessero superare il tempo unitario di produzione del collo di bottiglia in massima produttività si deve imporre ad esso il tempo unitario di produzione del di bottiglia, ricalcolando la corrispondente velocità operativa. Così facendo si arriva alle velocità ottimizzate necessarie 4) Verifico se il tempo unitario di produzione è minore o uguale al tempo collo di bottiglia, se così fosse posso applicare il criterio di massima economia anche allo stadio collo di bottiglia: Calcolando la velocità economica e il tempo associato: Tx tempo macchina più lenta ovvero il tempo del collo di bottiglia L'ho calcolata successivamente poiché come detto prima la funzione di costo è differente tra lo stadio non limitante e quello di bottiglia mentre si calcola la velocità economica 5) Riverifico se per tutti gli stadi esaminati il tempo unitario di produzione risulti minore o uguale a quello nello stadio collo di bottiglia. Se la risposta fosse positiva allora ho effettuato la scelta ottimale, dove la velocità ottima di taglio del collo di bottiglia varia dal criterio adottato: Nel caso di massima produttività Nel caso di massima economia 10) Come calcolare gli esponenti della formula di taylor generalizzata: Calcolo esponente n: 1) Si fissano valori diversi di a e p variando v. 2) Da ciascun valore fissato in precedenza si ottiene una gamma di durate T dell’utensile in minuti sempre al variare di v. 3) Variando le coppie a e p si ottengono tutti gli andamenti di T rispetto a v Dall’inclinazione di tali rette è possibile determinare il valore della costante n. Infatti : t a n (α ) = − 1/n Inoltre, per ogni scelta di a e p, sarà possibile determinare il corrispondente V1 Calcolo dell’esponente m: - scelgo un valore per p - Dal diagramma ricavo i valori di a e V1 per il valore di p fissato in precedenza - si costruisce il grafico a-v1 per ogni p scelta - gli andamenti risultanti si assumono paralleli - si scrive l’equazione: - se ne ricava la pendenza - si calcola l’esponente m Calcolo dell’esponente r: - si sceglie un valore di T (ad esempio T=1) - si costruisce il grafico p-v1 - se ne ricava la pendenza - si calcola l’esponente r Calcolo dell’esponente V1*: Si ricava dal grafico a-V1 oppure dal grafico p-V1 ponendo a=1 e p=1 Per evitare tutti questi procedimenti vi sono tabelle con segnati i valori n, m, r per alcuni materiali. 11) Parla della macchina CNC Le macchine CNC sono macchine utensili, dove l'acronimo sta per “Computer Numerical Control” e significa che un computer di bordo, detto controllo numerico, si occupa di comandare i movimenti e le funzioni della macchina utensile durante la lavorazione, interpretando un programma delle istruzioni, ovvero caratteri alfanumerici tradotti in uno specifico formato, relativo al pezzo da realizzare. Il programma delle istruzioni è preimpostato da un operatore mediante dei software: - CAD utilizzato per eseguire disegni tecnici direttamente a computer l'avanzamenti. Per fare ciò si deve regolare la velocità di rotazione e di spostamento di determinati organi della macchina - Ausiliarie Servono ad identificare gli utensili da impiegare durante la lavorazione, ma anche per l’inserzione o l’esclusione di una serie di funzioni della macchina Le macchine utensili sono anche caratterizzate da: - Una potenza superiore rispetto i macchine utensili tradizionali - Il moto rotatorio tradizionale viene convertito in rettilineo - Una velocità di rotazione del mandrino più elevata rispetto alle macchine utensili tradizionali Adottare un sistema di questo tipo comporta diversi vantaggi, come ad esempio: - La riduzione dei costi di manodopera, visto che sono necessari meno operatori - Miglioramento della qualità, poiché la lavorazione si ripeterà in modo costante - Aumento della produttività, poiché vengono ridotti drasticamente i tempi di attesa - Vengono ridotti gli scarti Ma comportano anche diversi svantaggi: - Elevato costo delle macchine - Oltre al costo iniziale va aggiunto anche il costo della manutenzione effettuato dalla casa produttrice - Necessitano di impiegare personale specializzato 12) Tipi di interpolazione L'interpolatore ha l'obiettivo di scomporre la velocità di avanzamento in segmenti, al fine di realizzare la traiettoria voluta. In altre parole l'interpolatore, lavorando in modo continuo, suddivide il movimento degli assi in segmenti determinando dei punti intermedi da seguire per creare una traiettoria reale ottimale. Maggiore è il numero di punti intermedi in una traiettoria e maggiore sarà la precisione del tracciato, poiché viene ridotta la differenza fra traiettoria ideale e quella reale. Vi sono diversi tipi di interpolazione utilizzabili: - Interpolazione lineare: usata per generare traiettorie rettilinee. Per fare ciò si deve specificare la velocità di avanzamento e il punto iniziale e finale della traiettoria. L'interpolatore calcola i punti intermedi e le velocità di avanzamento su ciascun asse per ottenere la traiettoria richiesta. - Interpolazione circolare: utilizzata per generare traiettorie circolari. Il programma definisce la velocità di avanzamento e le coordinate del centro e di almeno tre punti sulla circonferenza. La traiettoria generata dall'interpolatore è costituita da una serie di segmenti. L'unico problema è che il piano su cui si trova l'arco da generare deve essere definito da due assi del sistema. - Interpolazione elicoidale: è una combinazione dell'interpolazione lineare e circolare, per poterla utilizzare è necessario fornire gli elementi del cerchio ed il passo assiale dell'elica. - Interpolazione parabolica e cubica: Per poterla utilizzare sono necessari calcoli complessi. Questo tipo di interpolazione utilizzata equazioni di ordine superiore per approssimare curve che hanno forma libera. Viene impiegata soprattutto nel settore automobilistico per la realizzazione delle carrozzerie. 13) Cosa sono gli assi di una macchina CNC? Ma come fanno le macchine utensili ad eseguire i movimenti richiesti in modo corretto? I comandi immessi dall'operatore sono convertiti in coordinate di un grafico a 3 dimensioni:XYZ che vengono inviate alla macchina, ed è grazie a queste che la macchina riesce a capire dove posizionarsi esattamente, muovendo i suoi assi con movimenti precisi, e replicare il disegno importato. La caratteristica principale delle macchine a controllo numerico sono i gradi di libertà, che rappresentano il numero di assi della macchina. Gli assi permettono di inclinare l’utensile rispetto al piano di lavoro e a seconda del numero di gradi di libertà, danno una maggiore o minore flessibilità di movimento durante la lavorazione. Le macchine CNC possono essere a: - 2 assi: consentono movimenti solo su X e Y e le lavorazioni non avranno alcuna variazione di profondità. - 2.5 assi: consentono di lavorare in 3 dimensioni, ma sono limitate ad un’ interpolazione solamente sugli assi X e Y. L’asse Z generalmente ha una movimentazione parziale e può variare la sua quota, ma non può essere interpolato con gli altri due. - 3 assi: consentono di lavorare simultaneamente in altezza, larghezza e profondità. Sono ottime per lavorazioni su superfici a forma libera. - 4 assi: aggiungono il movimento di rotazione applicato utensile o al pezzo da lavorare. - 5 assi: uniscono sia la rotazione della testa porta utensile che del pezzo in lavorazione agli altri 3 assi. Queste macchine hanno un ottima flessibilità di movimento e consentono di interpolare simultaneamente. 14) Cosa succede se utilizzo valori diversi da ve Le considerazioni fin qui svolte non tengono in conto dell’esistenza di vincoli fisici e tecnologici nella lavorazione. Ad esempio un tornio non possiede un variatore continuo, per questo è in grado di realizzare una certa velocità di taglio, data da: dove: n è la velocità di rotazione che è in grado di raggiungere la macchina (ricavabile tramite tabelle) D è il diametro del pezzo da tornire π il quale approssimato vale 3,14 Questo vuol dire che raramente può capitare che la velocità di massima economia o massima produttività possano essere realmente impiegate nella lavorazione, è allora conveniente scegliere una velocità nell’intervallo di massima efficienza Ricordando che i materiali duri si tagliano con basse velocità e i materiali dolci si tagliano con alte velocità, ciò vuol dire che se si dovesse scegliere una velocità di taglio diversa da ve durante la lavorazione essa presenterà diversi svantaggi: poiché comporterà una variazione dell'angolo di spoglia del tagliente e di conseguenza una forte perdita di efficacia dell'azione di taglio. Tale fenomeno si riduce, fino alla sua eliminazione, aumentando la velocità di taglio avvicinandomi sempre di più al valore ve. Per vedere cosa accade se si adottasse una velocità diversa da Ve devo analizzare le variazioni relative dei costi di produzione utilizzando una velocità diversa da quella economica. Per fare ciò per prima cosa trascuro i costi passivi Semplifico dividendo tutto per C0 Considero la velocità di taglio come una frazione della velocità economica di taglio: v = x ⋅ ve Analizzando questa differenza si può notare che se ci si allontana dal valore Ve, sia aumentando che diminuendo la velocità i costi unitari aumentano drasticamente. Il processo di taglio consiste nella rimozione di una certa quantità di materiale, il truciolo, dalla superficie di un pezzo da produrre. Alcuni dei più comuni processi di taglio sono i seguenti: Tornitura. In tale lavorazione il pezzo viene fatto ruotare attorno al proprio asse ed un utensile da taglio (detto utensile monotagliente), opportunamente posizionato e movimentato rispetto al pezzo in lavorazione rimuove uno strato di materiale Fresatura. In tale lavorazione un utensile da taglio rotante rimuove uno strato di materiale dalla superficie del pezzo. Foratura. In tale lavorazione attraverso l’impiego di utensili (punte a forare) viene realizzato un foro sul materiale lavorato. I fattori che influenzano il processo di taglio sono: - Variabili indipendenti del processo di taglio - materiale utensile e rivestimenti - geometria dell'utensile - materiale del pezzo - velocità di taglio, avanzamento e profondità di taglio - fluidi da taglio; caratteristiche della macchina utensile. 21) Programmazione di una CNC Scrivere un segmento di programma (part program) inerente a un'operazione da effettuare su di una macchina utensile CNC, vuol dire indicare chiaramente al sistema di controllo gli spostamenti che l'utensile e il pezzo devono subire al fine della realizzazione della superficie prevista in fase di preparazione del ciclo di lavorazione, ma anche come devono essere eseguiti gli spostamenti definendo, mediante funzioni preparatorie, le modalità di interpolazione da seguire. Inoltre bisogna trasmettere alla macchina utensile i parametri di taglio da adottare e le informazioni ausiliarie come: il senso di rotazione del mandrino, l’utensile da prelevare dal magazzino, l’accensione o spegnimento di circuito lubro-refrigerazione. Struttura del part program: L’inizio del part program deve essere segnalato con una carattere speciale, solitamente il segno %. Dopo il carattere di inizio programma, ma prima del carattere di fine blocco, può essere inserita una stringa alfanumerica, detta parola, che definisce l’operazione che sarà svolta e inoltre identifica la tipologia del pezzo lavorato. Quindi ricapitolando: l'insieme di istruzioni che compongono un blocco sono dette “parole”, costituite da una lettera che identifica il tipo di istruzione da seguire e da un valore numerico. Nel caso della programmazione manuale ogni operazione viene scomposta in una serie di blocchi elementari, ciascuno dei quali permette l’esecuzione di una parte di lavorazione che viene effettuata con parametri di taglio già impostati e secondo una definita tabella di interpolazione. 22) Formato tipico di un blocco Le varie Parole possono avere diverse funzioni: - numero di sequenza, (lettera N seguita da un numero progressivamente più grande con incremento stabilito dall’utente). - funzioni generali o preparatorie, (lettera G seguita da un numero da 00 a 99) - coordinate del punto di arrivo, (precedute rispettivamente dalle lettere X, Y e Z) - coordinate ausiliarie di interpolazione, (precedute rispettivamente dalle lettere I, J e K), - velocità di avanzamento, (preceduta dalla lettera F), - funzioni di richiamo utensile, (lettera T seguita da due coppie di numeri da 01 a 99 che indicano rispettivamente l’utensile da impiegare o prelevare dal magazzino utensili e la locazione di memoria in cui sono contenute le caratteristiche geometriche dell’utensile) - funzioni ausiliarie o miscellanee, (lettera M seguita da 00 a 99). 23) Programmazione automatica delle macchine utensili La programmazione automatica di una macchina utensile prevede l’impiego di un linguaggio simbolico per la determinazione delle coordinate dei punti caratteristici del pezzo mediante la definizione di enti geometrici semplici quali punti, linee, circonferenze, piani. Il linguaggio base per la programmazione automatica delle macchine utensili a controllo numerico è l’APT. La stesura di un programma in APT prevede lo sviluppo delle seguenti fasi: • descrizione geometrica del pezzo da sottoporre a lavorazione • descrizione del movimento • istruzioni ausiliarie che comprendono la geometria dell’utensile ed i parametri di taglio. Il formato tipico delle istruzioni geometriche è il seguente: Nome=simbolo/modificatore,modificatore,... dove: - NOME è riferito all’ente geometrico definito, - SIMBOLO è il nome in inglese dell’ente descritto (POINT=punto, LINE=retta, - CIRCLE=circonferenza, PLANE=piano, ecc) - Modificatore si intendono numeri, enti già dichiarati, correlazioni fra essi tali da definire univocamente l’ente geometrico. Le istruzioni di movimento: Il linguaggio APT prevede una distinzione fra movimento di tipo punto a punto, in cui si devono definire solo le coordinate dei punti da raggiungere ed i successivi spostamenti assoluti o incrementali rispetto al punto precedentemente raggiunto, e movimento di contornatura, in cui è necessario specificare come l’utensile deve spostarsi nel corso della lavorazione. In entrambi i casi la prima istruzione di movimento è data dalla parola FROM che indica la posizione del punto iniziale dal quale parte il movimento dell’utensile. Movimento punto a punto: Le istruzioni per il movimento di tipo punto a punto sono solo due: - la prima, definita dalla parola GOTO, si riferisce a spostamenti dove viene indicato il punto di arrivo - la seconda, definita dalla parola GODLTA, si riferisce a spostamenti di tipo incrementale rispetto al punto precedente: Movimento di contornatura Il significato dei modificatori TO (la fresa si arresta al primo contatto con la superficie di controllo), ON (la fresa si arresta quando il suo centro si trova sulla superficie di controllo), PAST (la fresa si arresta dopo aver oltrepassato la superficie di controllo), e TANTO (la fresa si arresta non appena risulta tangente alla superficie di controllo). Le successive istruzioni di movimento di contornatura seguono lo schema seguente in cui i modificatori LFT (sx), RGT (dx), FWD (in avanti), BACK (indietro), UP (in alto), DOWN (in basso) vanno interpretati sulla base dell’ultimo movimento effettuato dall’utensile. 24) Parti utensile monotagliente Testa: parte dell’utensile contenenti le superfici attive di taglio; Stelo: parte dell’utensile con funzione di appoggio sulla torretta; Collo: parte dello stelo contigua alla testa con sezione ridotta rispetto allo stelo; Base: parte dello stelo che appoggia sulla torretta porta-utensili; Faccia (o petto): superficie attiva della testa sulla quale scorre il truciolo; Fianco principale (superficie attiva prospiciente la superficie in lavorazione); Fianco secondario (superficie attiva prospiciente la superficie lavorata); Taglienti: Tagliente principale (intersezione faccia – fianco principale); Tagliente secondario (intersezione faccia – fianco secondario); Profilo: linea costituita da tagliente principale e secondario); Punta: intersezione tagliente principale e secondario;