Cap 4 - Sbs De Lucru

Subsisteme de lucru

4 4.1

23

Subsisteme de lucru

Funcţia de lucru (prelucrare)

Bunurile materiale se obţin din semifabricate, în urma prelucrării acestora. Prelucrarea reprezintă totalitatea operaţiilor tehnologice, necesare pentru a modifica proprietăţile obiectelor. Obiectul care se prelucrează poartă numele de obiect de lucru. Partea din sistemul de fabricaţie care participă nemijlocit la executarea prelucrării obiectelor de lucru se numeşte subsistem de lucru. Subsistemul de lucru al sistemului de fabricaţie automat conţine dispozitive de lucru automate, maşini de lucru automate şi roboţi industriali de prelucrare. 4.2

Dispozitive de lucru

Dispozitivele de lucru sunt menite să asigure realizarea şi menţinerea în timpul prelucrării a situării obiectului de lucru în raport cu maşina sau în raport cu robotul industrial de prelucrare. Această cerinţă se asigură prin construcţia dispozitivului de lucru şi prin construcţia maşinii de lucru, care trebuie să asigure realizarea şi menţinerea în timp a situării dispozitivului de lucru faţă de maşină. Situarea dorită a obiectului de lucru faţă de dispozitivul de lucru se realizează prin contactul suprafeţelor obiectului cu suprafeţele unor componente ale dispozitivului de lucru, care elimină gradele de libertate ale obiectului faţă de dispozitiv. Componentele dispozitivului care realizează zonele de contact ale cuplei cinematice de clasa a VI-a, închisă prin formă, se numesc elemente de aşezare şi de ghidare. Ele se materializează în formă de cepuri, bolţuri, plăcuţe, ghidaje, prisme, alezaje, etc. Situarea dorită a dispozitivului de lucru faţă de maşina de lucru se realizează cu mijloace similare ca şi situarea dorită a obiectului de lucru faţă de dispozitivul de lucru. Pentru realizarea situării dorite a obiectului de lucru în raport cu elementul fix al robotului industrial de prelucrare şi menţinerea în timp a acestei situări, obiectul de lucru trebuie să fie fixat în dispozitivul de lucru iar acesta şi elementul de bază al robotului trebuie să fie fixaţi faţă de hală prin intermediul unor fundaţii. Pe durata desfăşurării procesului de lucru, asupra obiectului de lucru acţionează forţe generalizate (tehnologice, gravitaţionale, etc.). Pentru asigurarea menţinerii în timp a situării obiectului de lucru în raport cu dispozitivul de lucru, primul trebuie să fie fixat (strâns) de cel de al doilea astfel, încât torsorul reacţiunilor dintre obiect şi dispozitiv să anuleze torsorul forţelor care lucrează asupra obiectului în timpul procesului de lucru. Strângerea obiectului se realizează cu ajutorul elementelor de strângere ale dispozitivului de lucru. Menţinerea situării dispozitivului de lucru în raport cu maşina de lucru se realizează tot prin fixare (strângere). Automatizarea funcţionării dispozitivului de lucru presupune realizarea atât a situării obiectului în dispozitiv, cât şi fixarea acestuia fără intervenţia operatorului uman. Geometria elementelor de aşezare, ghidare, etc., se alege astfel, încât prin însăşi introducerea obiectului în dispozitiv de către dispozitivul de livrare sau de către robotul industrial de manipulare să se realizeze situarea lui dorită. Automatizarea strângerii obiectului presupune, ca sistemul de acţionare (pneumatic, hidraulic sau electric) al dispozitivului de lucru să intre în funcţiune diferenţiat pentru faza de strângere, respectiv de eliberare a obiectului de lucru, pe baza comenzilor emise de sistemul de comandă. În Fig. 4.1-a este prezentat un dispozitiv de lucru acţionat de pneumomotorul liniar PML, care prin intermediul pârghiei P şi a bacului B asigură strângerea obiectului cilindric OB în situarea determinată de prisma PR. Menghina pneumatică reprezentată în Fig. 4.1-b, asigură strângerea unor obiecte OB prismatice, situate pe cepuri.

Subsisteme de lucru

24

OB

B

P

PML

CEP

OB

B

PML

PR

a)

b)

Fig. 4.1 Dispozitive de lucru cu acţionare pneumatică: a) - pentru obiecte cilindrice; b) - pentru obiecte prismatice 4.3

Maşini de lucru

Maşina de lucru este echipamentul tehnologic care realizează prelucrarea prin una sau o succesiune de operaţii, în conformitate cu procesul de fabricaţie. Maşinile de lucru se clasifică după principiul tehnologic. Dintre maşinile de lucru care lucrează prin formare se amintesc maşinile de turnat sub presiune şi maşinile de injectat. Automatizarea funcţionării acestor maşini presupune comanda automată a acţionării dispozitivelor care aduc materia primă (aliajul de topit sau granulele de material plastic), a organelor de lucru (pistonul) şi a dispozitivelor de evacuare ale obiectelor turnate sau injectate. Aducerea materiei prime şi evacuarea piesei finite se poate realiza şi de către roboţi industriali. Maşinile de deformare lucrează la cald sau la rece, în conformitate cu temperatura semifabricatului care urmează să fie deformat. Deformarea plastică la cald se realizează cu ciocane şi prese, sistemul având ca şi echipamente periferice specifice cuptoare de încălzire a semifabricatelor, instalaţii de răcire a pieselor finite şi dispozitive de debavurare. Deformarea plastică la rece poate fi făcută prin ştanţare, matriţare la rece sau extrudare. Maşinile de lucru utilizate sunt şi în acest caz ciocane şi - mai ales - prese. Ciocanele şi presele utilizate ca maşini de deformare la rece, sunt prevăzute cu câte un organ efector, care poartă partea mobilă a sculei şi care dezvoltă asupra semifabricatului forţa tehnologică prin izbire sau în mod continuu. Mişcarea organului de lucru nu trebuie controlată în mod continuu. Sistemul de comandă automată comandă doar pornirea, oprirea şi inversarea sensului de mişcare a organului activ. Pe lângă aceasta, este necesară introducerea automată a semifabricatului în partea fixă a sculei (o matriţă sau o ştanţă) şi evacuarea piesei finite rezultată după deformare. Trecerea de la deformarea plastică a unui obiect de o anumită formă şi dimensiuni la altul, de formă şi dimensiuni diferite, impune schimbarea sculei, ceea ce se efectuează manual, eventual cu utilizarea unor instalaţii auxiliare care pot avea un anumit grad de automatizare (de exemplu cu robocare). În cadrul fabricaţiei flexibile prin deformare plastică se utilizează scule cu geometrie modificabilă. Ele au în componenţa lor elemente active ale căror poziţie în sculă poate fi modificată automat cu ajutorul unor axe energetice cu comandă bipoziţională. Maşinile de lucru care prelucrează obiecte de lucru prin aşchiere se numesc maşini unelte. Ele pot fi: maşini de frezat, raboteze, morteze, strunguri, maşini de găurit, de alezat, de rectificat, de şlefuit, de honuit, centre de prelucrare, etc. Cu ocazia operaţiilor de prelucrare prin aşchiere se realizează o mişcare relativă între sculă şi obiectul de lucru. În cazul maşinilor unelte automate, mişcările amintite mai sus se realizează de către elementele de execuţie ale unor axe energetice comandate automat. Axele energetice ale maşinilor unelte se realizează constructiv ca şi capete de forţă. Conducerea numerică a maşinilor unelte se realizează prin axe energetice cu control digital de urmărire.

Subsisteme de lucru

25

Maşinile unelte automate sunt prevăzute cu dispozitive de lucru automate, introducerea / evacuarea semifabricatelor / pieselor finite din aceste dispozitive fiind făcută de către subsistemul de manipulare. Aducerea semifabricatelor la maşinile unelte, respectiv evacuarea pieselor finite din ele se poate face bucată cu bucată sau în grup. În ultimul caz, semifabricatele se fixează pe palete de lucru, care se introduc în dispozitivul de lucru al maşinii unelte şi se evacuează după prelucrarea tuturor obiectelor de lucru, împreună cu acestea. Dacă timpul de prelucrare pe maşina unealtă este scurt, se preferă servirea lor (livrarea şi evacuarea obiectelor) de către roboţi de manipulare. În cazul în care timpii de prelucrare sunt lungi (spre exemplu la maşinile de alezat în coordonate), se preferă alte modalităţi de servire, cum ar fi cea făcută cu dispozitive schimbătoare de palete. Aducerea şi evacuarea automată a sculelor se realizează cu dispozitive ale IA / E sau cu un robot industrial de manipulare. Capul revolver este un dispozitiv special constând dintr-un depozit de scule, care aduce / îndepărtează sculele în / din capul de forţă al maşinii unelte, efectuând în acest scop o mişcare de rotaţie. În cazul maşinilor unelte cu grad de automatizare avansat, un robot industrial de manipulare serveşte alternativ un magazin de scule, respectiv capul de forţă al maşinii unelte. Debitul lichidului de ungere - răcire se asigură folosind robineţi la care deschiderea şi închiderea căi de trecere se controlează automat prin intermediul unor axe energetice prevăzute cu sisteme de control analogice. Maşinile unelte automate sunt echipate cu dispozitive de control dimensional activ. Prin semnalele emise, ele acţionează fie asupra axei principale, fie asupra axelor de avans. Evacuarea deşeurilor - a aşchiei - se efectuează cu dispozitive de preluare şi transfer, comandate de sistemul de comandă a maşinii unelte sau de sistemul de comandă a sistemului de fabricaţie. În cazul maşinilor de lucru prin procedee neconvenţionale (eroziune electrică, ultrasonoră, chimică, etc.), procesul tehnologic presupune de asemenea realizarea mişcării relative între sculă şi obiectul de lucru. Problemele specifice ale încadrării acestor maşini de lucru în sistemele de fabricaţie flexibilă automate sunt similare cu cele ale maşinilor unelte. Spaţiul în care se execută prelucrarea pe maşină (aşchierea, deformarea plastică, injectarea, prelucrarea neconvenţională, etc.) este separat de restul mediului prin nişte obloane de protecţie mobile, care se retrag la terminarea prelucrării în vederea schimbării obiectului de lucru sau şi a sculelor. Mişcarea oblonului este condusă automat de sistemul de comandă al maşinii unelte sau al sistemului de fabricaţie. În condiţiile fabricaţiei automate se mai controlează evoluţia parametrilor procesului de prelucrare precum şi funcţionarea maşinilor / dispozitivelor de lucru (monitorizare). La maşinile unelte se controlează starea sculei, prin măsurarea forţei de aşchiere cu ajutorul unor senzori de forţă / moment. Semnalul emis de acestea în cazul creşterii forţei de aşchiere peste valoarea preconizată, determină întreruperea procesului de aşchiere şi emiterea unui semnal de comandă pentru schimbarea sculei. În cazul maşinilor de lucru prin presare la cald se monitorizează temperatura semifabricatului cu ajutorul unor senzori de temperatură. La scăderea temperaturii obiectului sub valoarea limită de deformabilitate, procesul de presare se opreşte iar semifabricatul se transferă înapoi în cuptor. La terminarea operaţiilor de injectare, matriţare, turnare şi ştanţare se controlează dacă s-a produs evacuarea piesei finite din cavitatea sculei (matriţa, cochila sau ştanţa după caz). Dacă în sculă rămân bucăţi detaşate din piesă în timpul extragerii ei, reluarea unui nou ciclu nu poate începe până nu se curăţă scula. Acest lucru se realizează obişnuit prin intervenţia manuală a unui operator uman, care este sesizat de apariţia defecţiunii prin intermediul unui semnal de alarmă emis pe baza indicaţiei unui senzor de prezenţă a fragmentului de obiect. Maşinile de lucru automate de construcţie avansată conţin şi dispozitive de diagnoză, care pe lângă semnalarea defecţiunii indică şi cauza acestuia.

4.4

Roboţi industriali prelucrare

Sistemele de fabricaţie automată pentru debitare prin tăiere cu plasmă, sudare, acoperire, asamblare, etc., pot să nu conţină maşini de lucru. În aceste cazuri, robotul industrial de prelucrare conlucrează cu dispozitive de lucru, sau - în condiţii de flexibilitate mai redusă - operaţiile se execută exclusiv cu dispozitive de lucru speciale.

26

Subsisteme de lucru

În cazul sistemele de fabricaţie fără maşini de lucru esenţial pentru desfăşurarea procesului de prelucrare este realizarea automată a mişcărilor relative ale sculei faţă de obiectul de lucru, ceea ce se efectuează fie de către robotul industrial de prelucrare, scula fiind în acest caz efectorul final, fie de către un dispozitiv de lucru specializat. Construcţia roboţilor de prelucrare se prezintă în Cap. 8.