Reinstalarea automata a sculelor la cota

Reinstalarea automata a sculelor la cota

1 Stadiul actual al sistemelor de reinstalare

automata la cota

Avand in vedere introducerea pe scara tot mai larga in procesele de fabricatie a celulelor si liniilor flexibile, problema reinstalarii automate la cota devine de stringenta actualitate. In conditiile lucrului fara operator, obtinerea unor piese de calitate nu este posibila fara controlul lor dimensional in proces, in timp real si fara compensarea abaterilor prin reinstalarea sculei la cota sau prin alte metode.

Modalitatea si mijloacele de reinstalare automata la cota sunt foarte diverse, ele depinzand atat de factori cu caracter general cat si de factori specifici, determinati de tipul prelucrarii si caracteristicile constructive ale ma-sinii-unelte pe care ea se efectueaza.

Asa cum se cunoaste din literatura de specialitate[1], [2], [3], [5], [7], [8], [15], [16], [19], reinstalarea automata la cota se poate efectua fie in urma unui studiu statistic al uzurii sculei, utilizand eventual si informatii din comanda adaptiva a masinii-unelte, fie in urma controlului activ al dimensiunii piesei prelucrate.

Prima metoda presupune existenta unei foarte bogate banci de date referitoare la proprietatile sculelor aschietoare si evolutia uzurii acestora in cursul prelucrarii diferitelor materiale. Stocarea si accesul la o asemenea banca de date nu reprezinta in momentul de fata o problema dificila, in schimb crearea si mai cu seama reactualizarea ei permanenta cu rea-lizarile de ultima ora reprezinta un handicap major, greu si oricum neeconomic de surmontat.   

Din acest motiv se recomanda utilizarea reinstalarii automate la cota pe baza controlului dimensional activ al piesei, care, functie de locul si momentul efectuarii poate fi: - preproces

- in proces

- postproces

Literatura de specialitate straina, [15], [16], [18], prezinta principii si solutii utilizabile pentru reinstalarea automata la cota dar nu face referiri la rea-lizari industriale concrete. Astfel se specifica posibili-tatea realizarii de sisteme de reinstalare la cota:

- cu inertie redusa

- cu inertie mare,

adoptarea uneia sau alteia dintre solutii fiind determinata de specificul cazului tehnologic concret abordat.

In schimb exista cateva incercari si realizari autohtone valoroase ce vor fi prezentate succint in continuare.

1.1 Sisten de reinstalare automata la cota

pe baza calculelor si informatiilor preluate

din comanda adaptiva

Sistemul prezentat in lucrarea [5] realizeaza compen-sarea uzurii sculei impreuna cu alte erori de prelucrare pe baza unor masuratori si informatii preluate din comanda adap-tiva si a unor calcule ulterioare. El a fost implementat si experimentat pe un strung cu structura noua, conceput de au-torul lucrarii mentionate in colaborare cu Colectivul disci-plinelor de Masini-unelte din Universitatea "Politehnica" Timisoara.

Constructia principiala a acestui sistem automat de com-pensare a erorilor de prelucrare reprodusa dupa [5] se prezinta in figura 1. Fara a intra in detalii asupra reali-zarii si functionarii prezentate pe larg in lucrarea citata, remarcam faptul ca printr-o comanda adecvata a servomotorului 22 cutitele 6 vor fi astfel pozitionate incat dimensiunile piesei 5 sa fie cele impuse.

1.2 Sistem de reinstalare automata la

cota cu actionare magnetostrictiva

Un exemplu de lant cinematic pentru microavansuri utli-zabil in sitemele de reinstalare automata la cota a sculelor folosind fenomenul de magnetostrictiune se prezinta in figura 2.

Semnificatia notatiilor utilizate este urmatoarea:

VE- veriga de executie

I,II - elemente de blocare

A - element de blocare activat

L - element de blocare liber

Din figura se observa functionarea secventiala a siste-mului de reinstalare la cota. Ca si in cazul oricarui sistem automat succesiunea si sincronizarea secventelor in care se realizeaza reinstalarea automata la cota sunt asigurate de un bloc de comanda cu functiuni specifice a caror prezentare nu face obiectul acestui paragraf.

1.3 Sistem de reinstalare automata la

cota cu hidromotor

Un exemplu de sistem de reinstalare automata la cota pentru compensarea uzurii sculei, folosind un hidromotor os-cilant si un dozator ca elemente specifice se prezinta in figura 3, reprodusa dupa lucrarea autorilor [9].

Semnificatia notatiilor utilizate este:

SB - surubul cu bile

CEM₁- cuplajele electromagnetice

CEM₂

SCA- sistemul de control activ

RP - releul de presiune

D1 D3 - distribuitoarele

Do - dozatorul

CR - cilindrul de refugiu

HMO- hidromotorul oscilant

HML- hidromotorul liniar

Functionarea sistemului este urmatoarea:

Cota (cotele) piesei este controlata de sistemul de control activ in paralel cu supravegherea procesului de prelucrare cu ajutorul traductorului de vibratii. Daca traductorul de vi-bratii masoara amplitudini ale acestora mai mari decat cele admise se va comanda efectuarea corectiei sculei urmata obli-gatoriu de o reinstalare automata la cota. Daca sistemul de control activ sesizeaza faptul ca dimensiunea (cota) contro-lata a piesei nu se mai incadreaza in campul de toleranta prescris se comanda reinstalarea automata la cota independent de informatiile furnizate de traductorul de vibratii.

Corectia profilului sculei este realizata de varful corector ce executa in plan orizontal doua miscari de avans: una con-tinua, paralela cu axa sa de rotatie (si evident si cu cea a piesei) realizata cu hidromotorul liniar si alta ritmica, la capete de cursa, pe directia transversala realizata cu hidro-motorul oscilant si surubul cu bile.

1.4 Sistem de reinstalare automata la

cota cu motor pas cu pas

Particularitatea care evidentiaza deosebirea dintre acest sistem de reinstalare si cel prezentat anterior este ca utilizeaza un motor electric pas cu pas pentru avansul trans-versal al varfului corector.

Este usor de remarcat similitudinea celor doua sisteme. De altfel, realizari ale acelorasi autori, ambele sunt coman-date de blocuri electronice de comanda similare, unul din ele fiind prezentat simplificat in figura Semnificatia notatiilor utilizate este:

DCA - dispozitivul de control activ

TV - traductorul de vibratii

CMP - circuitul cu microprocesor

GIC - generatorul impulsurilor de comanda

BCS - blocul contactoarelor statice

1.5 Sistem de reinstalare automata la

cota cu lant cinematic

Tot in categoria sistemelor de reinstalare automata cu inertie redusa se incadreaza si realizarea prestigioasei firme MAAG din Elvetia, [20], pentru masini de rectificat danturi prezentata in figura 6.

Principiul de functionare al sistemului este urmatorul:

Prin intermediul unui diamant rotunjit palpatorul PA palpeaza ritmic la anumite intervale de timp (determinate de configu-ratia lantului cinematic dintre electromotorul actionarii principale EAP si cama CA) suprafata activa SA a pietrei de rectificat PR. Daca uzura pietrei depaseste valoarea prescri-sa si reglata contactul CO se inchide si alimenteaza cuplajul electromagnetic CEM. Arborele de intrare al acestuia primind o miscare permanenta de la un punct al lantului cinematic al actionarii principale se va comanda prin intermediul mani-velei MN clichetul C determinand rotirea rotii de clichet RC (lagaruita axial). Aceasta miscare de rotatie are ca rezultat o microdeplasare a pinolei PN in sensul compensarii uzurii pietrei de rectificat. Desigur ca masina-unealta este preva-zuta si cu posibilitatea corectiei profilului pietrei efec-tuata inaintea compensarii uzurii.

1.6 Sistem de reinstalare automata la

cota cu inertie mare

Un procedeu de prelucrare la care se preteaza deosebit de bine compensarea uzurii sculei prin reinstalare automata la cota in urma controlului activ este cojirea barelor. In lucrarile [1] si [3] este prezentat un sistem de reinsta-lare automata la cota deosebit de interesant cu bune rezul-tate si oportunitati de perfectionare, care au fost fructifi-cate prin conceperea realizarea si experimentarea modulului electronic de comanda prezentat in cele ce urmeaza.

2 Modul electronic pentru comanda

reinstalarii automate la cota

2.1 Consideratii tehnologice

Datorita faptului ca cele cateva firme proiectante si producatoare de masini de cojit bare pe plan mondial [15], [16], nu utilizeaza compensarea uzurii sculei prin reinsta-larea ei automata la cota precum si existentei in aceasta parte de tara a unei industrii ce utilizeaza masini de cojit bare, Colectivul de Masini-unelte de la Universitatea "Poli-tehnica" Timisoara a desfasurat activitati de cercetare-con-ceptie legate de realizarea unor masini de cojit bare cu performante superioare celor ce se ofera pe piata. In acest sens o directie importanta de cercetare a fost cea consa-crata realizarii unui sistem de reinstalare automata la cota de inalta performanta, fructificand experienta acumulata si realizarile colectivului in domeniu si in altele conexe, [1], [3], /8/.

Conform datelor din literatura, [1], [3], /8/, [20], la cojire valoarea maxima admisa a uzurii radiale a sculei cu care inca se poate realiza prelucrarea fara a afecta calitatea suprafetei prelucrate si nici proprietatile sculei aschietoare este:

1

valoare ce ar determina o diferenta intre diametrele maxima si minima obtinute ale barei de:

2

inadmisibil de mare intrucat standardele in vigoare prescriu pentru barele cojite tolerantele cu mult mai stranse, mai cu seama daca se doreste evitarea operatiei suplimentare de netezire.                    

Asadar pentru a se obtine bare in intervalul de tole-rante prescris se intrevad ca posibile 3 cai:

- reinstalarea periodica, manuala a cutitelor la cota

- schimbarea intregului cap cu cutite de fiecare data cand se constata ca diametrul efectiv al barei cojite a depasit valoarea maxima admisa

- reinstalarea automata, continua si permanenta a cuti-telor la cota in urma controlului activ al diametrului barei cojite.

Primele doua cai aplicate de producatorii prezenti ac-tualmente pe piata mondiala, [15], [16], solicita mano-pera calificata si intreruperea prelucrarii in intervalul cand se efectueaza reinstalarea cutitelor sau schimbarea capului si determina scaderi considerabile ale capacitatii de productie a masinii-unelte.

Tinand seama de relatia 2 si de restrictiile de tole-ranta a diametrului barelor cojite impuse de standarde se ajunge la concluzia ca in intervalul de uzura radiala permisa a cutitelor sunt necesare adesea cateva reinstalari la cota.

Inconvenientul opririlor repetate ale masinii-unelte pentru efectuarea reinstalarilor manuale la cota este intru-catva atenuat in cazul in care se dispune la preturi accesi-bile de scule cu durabilitate foarte mare, caz in care ra-portul dintre intervalele de prelucrare si de oprire este suficient de mare.

A treia cale de obtinere a barelor in gama de diametre permisa, mai dificila constructiv, este cea care poate pune in valoare intreaga capacitate de productie a masinii si pro-prietatile sculelor aschietoare in conditiile unei productii ce se incadreaza in tolerantele impuse de standarde. Masina executa prelucrarea prin cojire, fara oprire, in intregul interval de uzura permis al sculei aschietoare. La epuizarea acestuia, semnalizata de modulul pentru comanda reinstalarii automate la cota masina-unealta va fi oprita procedandu-se la schimbarea capului cu cutite uzate cu altul continand cutite reascutite sau noi, instalate la cota initiala. In acest mod cu o uzura radiala a sculei de ordinul zecimii rezulta o pre-cizie de prelucrare a diametrului barei de cateva sutimi. Se obtine astfel, pe langa o crestere substantiala a capacitatii de productie a masinii-unelte o tolerare stransa a diame-trului barei cojite, fapt deosebit de util pentru utiliza-torul acesteia, care poate conta pe un semifabricat ce nu va necesita operatii suplimentare de degrosare.

2.2 Elaborarea structurii modulului

pentru reinstalare automata la cota

Desi este dovedit prin cercetarile prezentate in [1], [3] si alte lucrari ca compensarea uzurii sculei prin reinstalare automata la cota efectuata in urma controlului activ aduce in cazul procedeelor de cojire o serie de avan-taje esentiale si substantiale, ea a cunoscut o raspandire disproportionat de mica in raport cu acestea. Singura reali-zare industriala cunoscuta este cea descrisa in lucrarea [1] si care a fost prezentata in referatele de pregatire a tezei. Prin utilizarea ei s-a reusit prelucrarea barelor cu suficienta precizie fara a fi necesara reinstalarea perio-dica manuala a sculelor, exploatandu-se intregul interval de uzura permis al sculei, dar fiabilitatea ei era modesta iar precizia era afectata de numarul mic de trepte de tensiune disponibile, de functionarea in regim de incalzire discon-tinua -generatoare de suprareglari si de un algoritm de rein-stalare afectat de unele inadecvari cu procesul de cojire.

Fiind cunoscute si dovedite avantajele oferite de rein-stalarea automata la cota in cadrul Colectivului de Masini-unelte din Universitatea "Politehnica" Timisoara s-au efec-tuat cercetari si s-au obtinut rezultate in directia reali-zarii de module electronice de comanda fiabile si performante pentru comanda elementelor de executie termoelectrice montate in capul cu cutite al masinilor de cojit bare.

Cercetarile s-au desfasurat din necesitatea rezolvarii unor probleme contractuale concrete legate de proiectarea unei masini de cojit bare mijlocii cu performante superioare celor oferite de piata, in conditiile in care cele cateva firme proiectante si producatoare de asemenea masini pe plan mondial nu utilizeaza compensarea automata a uzurii si prin urmare nici nu ofera documentatia referitoare la comanda unor astfel de tipuri de elemente de executie termoelectrice.

Desigur ca la conceperea modulului electronic s-a avut in vedere posibilitatea utilizarii acestuia pentru comanda elementelor de executie termoelectrice din structura capului cu cutite al oricarui tip de masina de cojit bare in spiritul conceptiei de lucru cu componente modulare si 'intern stan-dardizate', autoimpus in colectivul amintit (si dovedit in decursul timpului a fi deosebit de util si productiv).

Asa cum se cunoaste, compensarea uzurii sculei implica doua probleme esentiale si anume:

- masurarea (indirecta) uzurii sculei prin urmarirea continua, in timpul procesului de aschiere dar nu strict in locul de desfasurare al acestuia, a diametrului barei cojite.

- comanda unui element de executie astfel incat sa se compenseze abaterile diametrului barei de la valoarea nominala, mentinandu-l in campul de tolerante impus de standarde.

Cu ocazia elaborarii referatelor s-au conceput, rea-lizat si experimentat mai multe tipuri de blocuri electro-nice, utilizadu-se elemente de control activ existente, atat cu semnal de iesire logic (cel uti-lizat si in lucrarea 1) cat si cu semnal de iesire analogic. Astfel s-au facut experimentari cu doua tipuri de blocuri electronice, unul pentru element de control activ cu semnul de iesire logic si altul pentru element de control activ cu semnal de iesire analogic, conform schemei bloc din fig. 7. Ambele tipuri de blocuri (module) electro-nice au fost concepute pentru a comanda elemente de executie termo-electrice, acestea dovedindu-se in cursul experimentarilor ocazionate si de alte lucrari ale Colectivului de masini-unelte, [2], [3], ca cele mai potrivite. Schita constructiva a unui ase-menea element de executie se prezinta in figura 8. Ca element de control activ cu semnal de iesire analogic s-a utilizat in experimentari un microcomparator electronic tip N-2201 impreuna cu un element de masurare inductiv incorporat intr-o montura adecvata. Din experimentari au rezultat cateva concluzii ce au stat la baza realizarii modulului pentru co-manda elementului de executie termoelectric si anume:

- uzura sculei la cojire fiind un fenomen eminamente lent controlul ei trebuie facut cu un element de control activ analogic (cu semnal de iesire analogic)

- intrucat ar fi foarte dificila incorporarea unui ele-ment de control activ fabricat industrial sub forma de aparat (ca de ex. microcomparatorul utilizat in experi-mentari, oricum uzat moral, iar altele nu se ofereau la un pret acceptabil) a fost necesara realizarea unui modul electronic de comanda care sa includa si functiu-nile acestuia, urmand ca reinstalarea automata la cota sa se realizeze cu un ansamblu ca cel prezentat in figura 9.

- din punctul de vedere al preciziei cu care se reali-zeaza compensarea este favorabila utilizarea reglajului continuu, gradat al incalzitii EET.

- este deosebit de utila din punct de vedere energetic dar si functional introducerea unei temporizari, cu efect asemanator celei prezentate in [4.6], pentru a intrerupe alimentarea elementelor de executie, dar nu la epuizarea gamei in care se poate asigura compensarea ci la epuizarea intervalului de uzura radiala permisa (h_r) a sculei.

Semnificatia notatiilor utilizate este:

EMI - elementul de masurare inductiv incorporat intr-o montura adecvata de tipul celei utilizate in [1]

MCRA - modulul pentru comanda reinstalari automate

EET - elementul de executie termoelectric

Vizavi de aceste concluzii si tinand seama de caracte-risticile elementului de executie termoelectric si ale ele-mentului de masurare inductiv accesibil, fabricat de IEMI Bucuresti si a carui schita constructiva se prezinta in fi-gura 12, s-a adoptat pentru modulul electronic de comanda a reinstalarii automate a sculei la cota structura din figura 10, prezentata in conexiune cu elementele termoelectrice (conectate electric in paralel si avand rezistenta echiva-lenta R_i), cu elementul de masurare inductiv si cu sesizorul existentei barei.

Semnificatia notatiilor utilizate in schema bloc este urmatoarea :

G- generatorul pentru alimentarea EMI

EMI - elementul de masurare inductiva

DM - demodulator de masura

GT - generatorul de tact

CCM - circuitul pentru c-da memorarii si urmaririi

CUM - circuitul de urmarire si memorare

GIC - generatorul impulsurilor de comanda

CP - circuitul de putere

CSAv- circuitul de semnalizare si avarie

SEB - sesizorul pentru existentei barei

Intrucat modulul este destinat pentru echiparea masi-nilor-unelte ce sunt dotate si cu sistem de comanda adaptiva pentru alimentarea EMI se utilizeaza generatorul sinusoidal din compunerea acestuia -cod MSG 2001-K sau 1003-K in nomen-clatorul modulelor proiectate si elaborate de Colectivul de masini-unelte din Univ. "Politehnica" Timisoara. Conform acestei scheme bloc functionarea modulului este urmatoarea:

Demodulatorul de masura furnizeaza la iesire o tensiune continua, U_DM, avand valoarea proportionala cu abaterea dia-metrului barei prelucrate de la dimensiunea nominala (si indicand prin semn sensul acestei abateri) pe care o aplica circuitului pentru comanda memorarii (si urmaririi) unde se compara cu tensiunea ce comanda generatorul impulsurilor de comanda. Daca sesizorul pentru existenta barei arata ca in elementul de masurare inductiv exista bara, circuitul pentru comanda memorarii (si urmaririi) va comanda circuitul de urmarire si memorare in sensul reducerii diferentei dintre tensiunea furnizata de el si cea obtinuta de la demodulatorul de masura. Astfel, daca abaterea diametrului barei a crescut, creste tensiunea U_CUM. Intrucat aceasta tensiune determina proportional prin generatorul impulsurilor de comanda valoa-rea efectiva a tensiunii cu care circuitul de putere alimen-teaza rezistentele de incalzire ale elementelor de executie termoelectrice, rezulta ca cresterea diametrului barei -con-statata prin cresterea tensiunii U_DM- a determinat in ultima instanta alungirea elementelor de executie termoelectrice, adica reducerea diametrului barei cojite.

Daca nu exista bara in sesizorul pentru existenta barei (si deci nici in elementul de masurare inductiv) circuitul pentru comanda memorarii transmite circitului de urmarire si memorare comanda mentinerii constante a tensiunii generate de acesta, elementele succesive acestuia, generatorul impulsu-rilor de comanda si circuitul de putere determinand menti-nerea constanta a incalzirii elementelor de executie termo-electrice si deci a lungimii acestora. Bara ce va fi prelu-crata in continuare va avea diametrul celei prelucrate anterior (care indeplinise evident conditia de incadrare in campul de toleranta prescris) pana cand patrunde in sesizorul existentei barei si in elementul de masurare inductiv, (rea-lizate in aceiasi montura). Din acest moment se declanseaza controlul supravegherii diametrului barei curente aflate in prelucrare si functionarea modulului se desfasoara conform celor anterior descrise.

Asimiland ansamblul element de masura inductiv, modul electronic, elemente de executie, proces de prelucrarea unui sistem de reglare automata a diametrului se remarca existenta a 2 bucle de reactie negativa ,una locala, electrica, cu ac-tiune rapida pe traseul circuitelor de urmarire si memorare si de comanda a memorarii cu rol de monitorizare si stabili-zare a reglarii si una generala inchisa prin proces cu ac-tiune lenta conform figurii 11.

Notatiile d_n si d_ef corespund respectiv diametrelor no-minal (prescris) si efectiv obtinut in urma prelucrarii.

2.3 Demodulatorul de masura

Este circuitul care culege semnalul furnizat de elemen-tul de masurare inductiv si il prelucreaza astfel incat la iesire sa asigure o tensiune continua proportionala cu aba-terea pozitiei palpatorului sau de la pozitia de referinta.

Intrucat prin re-glajul acestui ele-ment (avand schita constructiva din figura 12) se realizeaza core-latia intre pozitia de referinta a pal-patorului si diame-trul nominal (d_n) al barei cojite, demodulatorul de masura va trebui sa furnizeze o ten-siune continua ca cea prezentata in figura 13.

Schema electrica a semipuntii elemen-tului de masurare inductiv se prezin-ta in figura 14. Caracteristica spe-cifica ce s-a impus demodulatorului de masura este panta reglabila a caracteristicii:

3

in intervalul de diametre d_m d_M derivand din necesitatea realizarii unei comportari dinamice optime, in procesul de masurare si reinstalare la cota a ansamblului element de ma-surare, modul electronic, element de executie termoelectric. Corespunzator acestei situatii intervalul mentionat a rezultat variabil si reglabil prin raportare la diametrul curent al barei prelucrate.

Structura demodulatorului de masura a fost determinata asadar pe de-o parte de forma semnalului pe care trebuie sa-l furnizeze si pe de-alta parte de schema si caracteristicile electrice ale elementului de masurare inductiv, find prezen-tata in figura 1

Intrucat abaterea diametrului de la valoarea nominala poate fi -asa cum s-a mai spus- pozitiva sau negativa, s-a optat pentru utilizarea unui demodulator sincron realizat cu circuitul integrat CI₂ bE56

La alegerea constantelor de timp:

               

4

s-a tinut seama de faptul ca elementul de masurare inductiv trebuie sa urmareasca variatiile diametrului barei determi-nate de uzura cutitelor, un proces foarte lent asa cum re-zulta din referintele bibliografice, adoptandu-se valorile mari:

5

Pentru o functionare corecta a demodulatorului sincron realizat cu circuitul PLL mentionat, adaptata cerintelor spe-cifice ale aplicatiei, este necesara o purtatoare cu faza decalata cu 90^o (electrice) fata de cea care alimenteaza EMI, care a fost obtinuta tot cu un circuit PLL- CI₁ bE 56 Intrucat frecventa generatorului ce alimenteaza elementul de masurare inductiv are o buna stabilitate in timp si cu tem-peratura si pentru ca constructia mecanica a elementului de masurare inductiv limiteaza deplasarile tijei sale de palpare acestui circuit nu i s-au impus conditii severe privind ben-zile de urmarire si captura,[10].

Conform recomandarilor din literatura de specialitate, [6], [10], [19], [32], [87], se pot adopta constante de timp de valori mari ce asigura o buna imunitate a sincronizarii la zgomote si perturbatii. In aplicatia considerata s-au adoptat:

6

Conform relatiilor cunoscute din literatura, [10], [87], [91], frecventa libera de oscilatie a circuitului PLL este:

7

Adoptand pentru elementele de circuit care o determina valorile:

8

se obtine indeplinirea conditiei de egalitate a acesteia cu cea furnizata de generatorul din structura sistemului de comanda adaptiva:     

9

Semireglabilele P₀₁ si P₀₂ asigura indeplinirea relatiei 9 pentru abaterile tolerate ale componentelor R_01,2 si C_01,2 de la valoarea nominala. Comportarea circuitului a fost testata si optimizata global in corelatie cu celelalte circuite ale modulului, neconsiderandu-se necesara prezentarea rezulta-telor testarilor izolate.

2.4 Circuitul de urmarire si memorare

La proiectarea, realizarea si experimentarea acestui circuit s-au avut in vedere pe langa specificul elementului de executie termoelectric si doua conditii antagonice referi-toare la viteza de variatie a tensiunii de comanda pentru ge-neratorul impulsurilor de comanda, determinate de specificul operatiei de cojire si anume:

- aceasta sa fie suficient de mare pentru ca prin efec-tul determinat -alungirea elementului de executie termo-electric- sa se poata urmari uzura sculei aschietoare in conditiile cele mai severe de prelucrare (cand viteza de variatie a acesteia si deci a diametrului barei prelu-crate este maxima).

- sa fie suficient de mica pentru ca dilatarea aceluiasi element sa o poata urmari fara aparitia unor defazaje deranjante pentru corectitudinea algoritmului de rein-stalare automata si precizia cu care ea se realizeaza.

Conform determinarilor prezentate in [1], [2],[6], [7], [15], [16], [21], viteza maxima de uzura radiala a sculei este:

10

Ea determina o viteza maxima de variatie a diametrului barei cojite date de relatia:

11

Examinand diagrama raspunsului elementului de executie termoelectric (acelasi cu cel utilizat in [1] datorita pro-prietatilor si comportarii sale absolut remarcabile), la semnal treapta (egal cu tensiunea nominala de alimentare) -reprodusa dupa aceeasi lucrare- avand forma prezentata in figura 19 si observand ca in jurul dilatatiei:

12

viteza de alungire a elementului de executie este:

13

mult mai mare decat viteza maxima de uzura a sculelor, devine evidenta constatarea ca este optima alimentarea acestuia cu o tensiune rampa care sa determine o viteza de alungire cu va-loarea situata in jurul vitezei maxime de uzura a sculei, adica:

                  14

Pentru stabilirea corelatiei dintre alungirea elemen-tului de executie termoelectric si tensiunea cu care este alimentata rezistenta sa de incalzire s-a ridicat experi- mental caracteristica ei statica, prezentata in figura 21,utilizand montajul din fig.20 in care:

ATR - autotransformatorul reglabil

PR- puntea redresoare

VN- voltmetrul numeric

EET - elementul de executie termoelectric

M - menghina

SM- suport magnetic

C - comparator pentru masurarea alungirii.

Coreland grafic -figura 23- caracteristica alungirii functie de tensiunea de alimentare a rezistentei elementului de executie termoelectric prezentata in figura 22 si trans-pusa in c cu cele care reprezinta respectiv valoarea efectiva

a tensiunii la bornele rezistentelor elementelor de executie functie de unghiul de conductie -b, (calculata si prezentata in figura 15), unghiul de conductie functie de tensiunea de comanda aplicata generatorului impulsurilor de comanda -a, reprodusa dupa [11]/ se obtine o caracteristica statica fi-nala -d, ce prezinta variatia alungirii DL functie de ten-siunea de comanda aplicata generatorului impulsurilor de comanda.

Aceasta ultima caracteristica furnizeaza informatii pre-cise asupra valorii tensiunii ce trebuie aplicata generato-rului pentru a se obtine alungirea dorita.

In acest context concret, tinand seama de 13 si 16 s-a adoptat pentru viteza de alungire a elementului de executie termoelectric valoarea:

15

Din diagrama -d a figurii 23 se observa ca in zona cea mai defavorabila - (0 0,5) V, unei variatii:

          16

ii corespunde o alungire:

17

adica:

         18

Din relatiile de mai sus rezulta ca pentru a se asigura viteza de alungire impusa este necesara o viteza de variatie a tensiunii ce comanda generatorul impulsurilor de comanda obtenibila cu relatia:

19

Tinand seama de faptul ca in cazul alimentarii elemen-tului de executie cu o tensiune rampa generata in trepte mici -fig.24- intervalul de timp dupa care se instaleaza un regim cvasistationar este:

20

s-a calculat in continuare numarul maxim de trepte in care se va obtine tensiunea U_CUM care aplicata generatorului impulsu-rilor de comanda va determina alungirea elementului de execu-tie termoelectric cu o cantitate cel putin egala cu uzura maxima admisa a sculei, dupa cum urmeaza:

S-a adoptat pentru t₁ valoarea acoperitoare:

21

in care elementul de executie trebuie sa compenseze prin dilatatia sa -Dl_c- o uzura a sculei data de relatia:

22

23

24

Dintre diagramele de raspuns la tensiune rampa trasate in cursul experimentarilor s-a ales pentru reprezentare cea obtinuta cu trepte ce se succed la intervale de timp egale cu t₁. Din analiza diagramei prezentate se constata urmatoarele:

- la semnal de comanda mare elementul de executie ter-moelectric poate urmari si compensa prin reinstalare au-tomata in intervalul admis de uzura al sculei(0 0,12 mm) o viteza de variatie a acesteia:

25

si o viteza de variatie a diametrului barei cojite:

26

- la semnal de comanda mic, in conditiile mentionate care asigura o suprareglare neglijabila, pentru a putea urmari viteza maxima de variatie a uzurii este necesar ca:

          27

dar:      28

29

Pentru cazul concret considerat rezulta:

30

adoptandu-se valoarea limita:

31

In zona cea mai defavorabila pentru asigurarea acestei cuante de dilatare este necesara conform diagramelor din figura 23 si relatiei 19 o cuanta a tensiunii U₈ avand valoarea:

32

Tot grafic se determina si numarul de trepte necesare obti-nerii dilatatiei totale, respectiv celei necesare compensarii uzurii maxime admise a sculei aschietoare:

33

Dar, conform celor aratate, uzura maxima admisa a sculei este:

34

si pentru compensarea ei este necesara alimentarea ele-mentului de executie termoelectric cu o tensiune a carei va-loare efectiva rezulta din diagrama 14 sau 16-c si este:

     35

Vizavi de cele mai sus expuse si de cerintele rezultand din structura bloc si functionarea modulului s-a adoptat pentru circuitul de urmarire si memorare schema de principiu din figura 26.

Circuitul consta asa cum se observa dintr-un numarator binar sincron reversibil realizat cu circuitul integrat CI₁₆ MMC 40193 si convertorul digital analog realizat cu integratul CI₁₄-DAC 08. Tensiunea furnizata de acest circuit este data de relatia usor deductibila:

36

unde:

- rezistenta de intrare a circuitului integrat pentru comanda in faza -CI₁₅ din compunerea generato-rului impulsurilor de comanda, mult mai mare decat R₃₁

Tinand seama de caracteristicile generatorului impulsu-rilor de comanda care accepta la intrare tensiuni pozitive in intervalul (0 8) V si de diagramele din figura 23 rezulta valoarea tensiunii de comanda necesare pentru compensarea uzurii maxime admise a sculei:

37

obtenibila cu un numar de cuante dat de relatia:

38

Acest numar determina valoarea tensiunii furnizate pentru ob-tinerea dilatatiei necesare compensarii uzurii maxime admise a sculei:

                           39

Dar:

40

Relatia de mai sus serveste pentru dimensionarea elemen-telor R₂₇, R₃₀, P₇ si P₈ ale schemei. Astfel, pentru respec-tarea relatiilor 30, 37, si 38 este necesar ca:

          41

Formula de mai sus constituie relatia de dimensionare a elementelor schemei electrice a circuitului vizavi de res-trictiile tehnologice anterior enumerate. Evolutia continu-tului numaratorului este determinata de impulsurile aplicate intrarilor de numarare directa (CU) sau inversa (CD) de la circuitul pentru comanda memorarii (si urmaririi). Orice impuls aplicat intrarii de numarare directa sporeste conti-nutul numaratorului cu o unitate si determina cresterea tensiunii de iesire cu o cuanta, iar fiecare impuls aplicat intrarii de numarare inversa determina scaderea tensiunii de iesire cu o cuanta.

Circuitul este prevazut cu un artificiu care la apari-tia starii (LSB) 0001 (MSB) determina presetarea numarato-rului in aceasta stare (semnalizata spre automatul progra-mabil care conduce ciclul masinii-unelte prin nivelul coborat al potentialului punctului D), anularea tensiunii U_CUM si sistarea alimentarii elementelor de executie termoelectrice, urmand a se efectua operatia de schimbare a capului cu cutite. Aceasta stare se va mentine atata vreme cat nu se va aplica circuitului (modulului) comanda RESET.

Comanda RESET (efectuata manual sau receptionata de la auto-matul programabil ce conduce ciclul masinii-unelte de fiecare data cand masina de cojit bare a fost oprita pentru montarea unui nou set de scule aschietoare in locul celor a caror uzura a depasit valoarea maxima admisa), activa in starea logica 1, anuleaza prioritar si asincron continutul numarato-rului si evident si tensiunea la iesirea circuitului de ur-marire si memorare.

2.5 Generatorul impulsurilor de comanda

Dupa cum s-a mai aratat experientele si testele efec-tuate in cursul elaborarii referatelor au aratat ca modali-tatea optima de alimentare a rezistentelor de incalzire este cea continua, cu o tensiune avand valoare efectiva proportio-nala cu abaterea de diametru ce trebuie compensata.

Dilatarea elemen-tului de executie ter-moelectric desfasuran-du-se cu o constanta de timp mare alimen-tarea in impulsuri cu frecventa egala cu dublul frecventei re-telei este echivalenta din punctul de vedere al variatiei lungimii elementului de exe-cutie cu alimentarea in curent continuu.

Alimentarea de la retea cu factor de um-plere variabil reglat prin comanda in faza s-a dovedit a fi solu-tia cea mai simpla, mai precisa si mai eficace. Alungirea elementului de execu-tie termoelectric fiind proportionala cu valoarea efectiva a tensiunii aplicate s-a dovedit utila reprezentarea grafica a raportului dintre valoarea efectiva a acesteia -U_ef si valoarea efectiva a tensiunii de alimentare.

Dar:

42

adica:

43

unde:

- unghiul de aprindere al tiristoarelor din cir-cuitul de putere

- unghiul de conductie al lor

Functie de unghiul de conductie -- acest raport ex-primat prin relatia 43 este reprezentat grafic in figura 22. Din analiza curbei se observa ca in zona ce prezinta interes, corespunzatoare intervalului tensiunilor de comanda din zona admisa de uzura a sculei caracteristica:

nu are abateri sennificative de la liniaritate. Mai mult chiar ea prezinta o liniaritate mai mult decat suficienta si pentru valori ale tensiunii de comanda a fazei ce depasesc si valoarea U_CUM,max

Aceasta observatie fundamenteaza alegerea solutiei de comanda in faza a circuitului de putere, realizata cu generatorul impulsurilor de comanda prezentat in figura 27. Circuitul este realizat intr-o schema adaptata cerintelor impuse de specificul modulului, regasindu-se totusi elementele cu caracter tipic din aplicatiile de comanda in faza. Circuitul primeste la intrare semnalele:

U_C - de la CCM pentru blocarea impulsurilor spre cir-cuitul de putere, situatie ce survine in doua cazuri si anume:

- s-a depasit limita admisa de uzura

- uzura este asa de mica incat comanda cu unghi de conductie minim ar determina o dilatatie mult mai mare decat cea necesara. Intrarea alocata acestui semnal este activa in starea 1 logic.

U₂₂₀ semnalul pentru referinta fazei

U_CUM - de la circuitul de urmarire si memorare

si furnizeaza doua impulsuri corespunzatoare alternantelor tensiunii retelei U_B3 si U_B4, care se transmit circuitului de putere. Durata acestor impulsuri, corelata cu forma si ampli-tudinea comenzii asigurate de amplificatoarele de impulsuri este reglabila, conform /2.5/ si /10/, astfel incat sa se poata asigura comanda optima a tiristoarelor din structura circuitului de putere, indiferent de tipul capului de cojit utilizat (din punctul de vedere al numarului de cutite si al eventualelor particularitati ale elementului de executie termoelectric din componenta).

2.6 Circuitul pentru comanda memorarii

si urmaririi

Este circuitul cu structura cea mai complexa din compunerea modulului, fapt ce se explica prin acea ca el conduce de fapt intregul ciclu de generare a tensiunii pentru comanda in faza a etajului final. Aceasta structura este determinata de func-tiunile specifice indeplinite in cadrul modulului si anume:

- compararea tensiunii furnizate de cicuitul de urmarire si memorare cu cea furnizata de demodulatorul de masura, generand semnalul A care determina sensul de numarare pentru circuitul de urmarire si memorare

- compararea tensiunii furnizate de acelasi circuit cu doua praguri limita (minima si maxima) generand semnalul B pentru inhibarea comenzii de incalzire a elementului de executie si semnalul C pentru inhibarea comenzii cir-cuitului de putere daca uzura cutitelor nu a atins inca o valoare minima sau a depasit valoarea maxima admisa

- validarea generarii si transmiterii succesiunilor de impulsuri de numarare directa (CU) sau a celor de numa-rare inversa (CD), catre circuitul de urmarire si memo-rare doar la intervale de timp egale cu t₁

Fata de aceste functiuni impuse in ultima instanta de carac-teristicile elementului de executie termoelectric si de par-ticularitatile procedeului de compensare a uzurii la cojirea barelor prin reinstalare automata la cota s-a adaptat pentru circuitul pentru comanda memorarii schema de principiu din figura 28.

Functiunile de comparare sunt implementate cu sectiunile C1/4, respectiv C2/4 si C3/4 ale comparatorului cuadruplu integrat CI₄ bM2901.

Semnalul S, preluat de la sesizorul (inductiv) pentru existenta barei (SEB) avand etajul final cu tranzistor npn- open colector, conform corespondentelor:

, exista bara in elementul de masurare in-ductiv

, nu exista bara in elementul de masurare in-ductiv,

se transmite circuitelor logice combinationale pentru gene-rarea semnalelor CU si CD printr-o celula de filtrare si pro-tectie impotriva perturbatiilor sau supratensiunilor acciden- tale, realizata cu elementele R₁₈, C₁₀, D₃, D₄, D

Generarea impulsurilor de numarare inainte (CU) si inapoi (CD) se realizeaza conform ecuatiilor logice:

          44

45 implementate cu doua porti NAND in tehnologie CMOS, CI₅ si CI₁₃ de tip MMC4068.

Semnificatiile semnalelor logice neamintite anterior sunt:

- semnal de tact

intervalul de timp (t_u) scurs de la trans-miterea precedentului impuls CU si t₁ se afla in rela-tia:

46

intervalul de timp (t_u) scurs de la trans-miterea precedentului impuls CU si t₁ se afla in rela-tia:

                        47

intervalul de timp (t_d scurs de la transmi-terea precedentului impuls CD si t₁ se afla in relatia:

48

intervalul de timp (t_d) scurs de la trans-miterea precedentului impuls CD si t₁ se afla in rela-tia:

49

Prezenta semnalelor DU si DD in relatiile 35 ce defi-nesc semnalele CU si CD este determinata de necesitatea eli-minarii suprareglarilor ce s-ar datora raspunsului lent al elementului de executie, conform celor precizate in paragra-fele anterioare.

Din examinarea acelorasi relatii se observa ca in timp ce intervalul minim dupa care se pot succede doua impulsuri cu acelasi efect, este :

50

orice impuls avand efect contrar celui precedent il poate succede pe acesta la un interval de timp mult mai mic, egal cu perioada semnalului de tact -CK, neglijabil in raport cu constanta de timp a elementului de executie termoelectric.

Acest artificiu, care constituie una din contributiile aces-tui capitol permite realizarea a doua conditii total antago-niste care sunt eliminarea suprareglarii sau / si defazajului in cazul unui element de executie lent, comandat in urma unei variatii lente si asigurarea unei precizii de reglare supe-rioare (practic in decursul experimentarilor abaterea diame-trului a fost mentinuta mai mica decat o cuanta de dilatare.

Din dorinta de-a obtine cu suficienta precizie si stabi-litate o valoare asa de mare a intervalului minim de succe-siune -t₁ pentru ambele tipuri de impulsuri pentru s-a adaptat o schema de temporizare cu cate doua numaratoare binare sincrone presetabile, CI₉ si CI₁₀ respectiv CI₁₁ si CI₁₂, de tip MMC40193.

In ipoteza ca de la precedentul impuls de acelasi tip a trecut un interval de timp (sau ) deci   (sau ) primul impuls CU (sau CD) care soseste determina presetarea numaratorului de 8 biti aferent -NU- (ND) in starea 11111111 si resetarea celuilalt numarator .

Din acest moment datorita trecerii bitului NU (ND) cel mai semnificativ al numaratorului presetat in starea 1 impul-surile de tact nu determina impulsuri de numarare -CU (CD), putand insa in orice moment sa determine un impuls de numa-rare complementar -CD (CU).

Numaratorul anterior presetat -NU (ND) isi va scadea continutul la fiecare impuls de tact, cel resetat nemodifi-candu-si continutul. Dupa:

51

impulsuri de tact continutul numaratorului NU (ND) trece in starea 01111111 determinand (). Daca si celelalte semnale logice permit, urmatorul impuls de tact se trasmite prin poarta generand un nou impuls in acelasi sens. Daca nu, numaratorul ramane in 'asteptare' permitand de-acum incolo in orice moment generarea unui impuls de numarare in acelasi sens. Intrucat orice impuls de numarare CU (CD) determina asa cum s-a aratat resetarea numaratorului complementar -ND (NU)- circuitul este capabil sa furnizeze in orice moment un impuls complementar celui de la tactul anterior.

Asa cum rezulta din cele expuse durata minima intre doua impulsuri succesive de acelasi fel este:

52

unde:

= perioada tactului

2.7 Generatorul de tact

Pentru realizarea acestui circuit s-a utilizat circuitul integrat specializat CI₁, MMC4047 in montaj de astabil cu functionare continua, conform schemei din figura 29.

Conform celor conoscute, [12], [13], perioada impul-sului generat de acest circuit la borna 10 (sau 11) este:

                     53

independenta de tensiunea de alimentare, dar dependenta de tensiunea de tranzitie a circuitului integrat utilizat. Abaterea maxima posibila a valorii ei, conform [12] si [13] este +5%. Din relatiile 41 si 42 rezulta:

54

In cazul concret al aplicatiei cu elementul de executie men-tionat se obtine:

,55

obtinuta cu valorile mentionate mai jos:

56

Rolul semireglabilului P₆ este de-a ajusta frecventa oscilatorului la valoarea impusa pentru diferite valori ale tensiunii de tranzitie sau in limite ceva mai largi daca o alta aplicatie o impune. Modificarea in limite foarte largi a frecventei tactului se poate obtine prin schimbarea unuia sau altuia dintre elementele R sau C (sau a amandu-rora), aceasta ultima necesitate putand interveni doar in cazul utilizarii modu-lului intr-o alta aplicatie.

2.8 Circuitul de putere

Acest circuit are menirea de-a asigura alimentarea ele-mentului de incalzire din compunerea elementului de executie termoelectric cu o tensiune cu valoarea efectiva determinata prin comanda in faza, utilizand generatorul prezentat in pa-ragraful 2.7. Conform [1] puterea necesara pentru comanda completa a elementului de executie termoelectric este:

57

In conditiile utilizarii capului cu numar maxim de cutite (8) puterea totala maxima necesara pentru comanda a fost:

58

Alimentarea facandu-se la tensiunea nominala de 24 V, curentul maxim ce ar urma sa fie controlat prin circuitul de putere in cazul comenzii complete ar fi:

59

Desi in regim normal de functionare nu va exista comanda cu unda plina, curentul maxim find:

60

alegerea tiristoarelor trebuie sa tina seama si de posibili-tatea avansata de relatia 59.

Asa cum s-a mai mentionat solutia optima ce a rezultat a fost utilizarea unui contactor static de curent alternativ realizat cu doua tiristoare conectate in antiparalel. Pentru protectia eficace a modulului s-a adoptat solutia separarii galvanice a circuitelor de comanda de cele de forta.

Conform acestor consideratii s-a adoptat pentru circu-itul de putere schema de principiu din figura 30.

Constructiv contactorul static n-a fost plasat pe placa de circuit imprimat a modulului datorita curentilor mari ce ar solicita contactele conectorului sau. Separarea galvanica s-a asigurat cu transformatoarele de impulsuri T_r1 si T_r2 din compunerea celor doua amplificatoare de impulsuri. Comanda prin aceste amplificatoare care furnizeza 'impulsuri tari' determina conform [2.5] si [14] amorsarea rapida si sigura a tiristoarelor.

3 Contrbutii originale si concluzii partiale

Din analiza stadiului actual al problematicii reinsta-larii automate la cota in cazul general al prelucrarii pe masini-unelte si in cel special al cojirii barelor se des-prind cateva concluzii interesante:

- producatorii din Japonia utilizeaza compensarea uzurii pe baza unor calcule statistice efectuate in urma unor masuratori efectuate pe loturi mari de scule aschietoare cu proprietati constante putandu-si permite "luxul" de-a nu utiliza compensarea efectuata in urma controlului activ al dimensiunii piesei.

- producatorii de masini de cojit bare europeni si ame-ricani nu utilizeaza compensarea uzurii sculei prin re-instalarea ei automata la cota.

- in domeniul cojirii barelor exista o realizare experi-mentala cu bune rezultate in conditii industriale [1]. Aceasta include un element de executie termoelectric cu foarte bune caracteristici mecanice si un bloc de co-manda electromecanic cu performante mai modeste care nu a reusit sa puna in valoare decat partial proprietatile remarcabile (pentru acest tip de aplicatie) ale elemen-tului de executie termoelectric. Acest neajuns a fost eliminat prin conceperea, realizarea si experimentarea modulului electronic de comanda care a fost prezentat detaliat in acest capitol.

Contributiile originale aduse prin realizarea acestui modul consta in:

- conceperea unei scheme bloc care interconectata doar cu un element de masurare inductiv adecvat realizeaza toate functiunile necesare efectuarii reinstalarii auto-mate la cota cu precizie mult imbunatatita fata de rea-lizarile actuale cunoscute.

- conceperea unui demodulator de masura precis, fiabil, simplu, performant si optim pentru controlul dimensional in astfel de tipuri de aplicatii.

- determinarea prin experimentari a variantei optime de alimentare (continua) a elementelor de executie termo-electrice.

- adoptarea unui algoritm pentru comanda incalzirii care sa elimine suprareglarile si defazajele

- eliminarea 'reglarilor' nedorite pe durata absentei barei din elementul de masurare inductiv (de fapt din sesizorul existentei barei) prin mentinerea constanta a incalzirii elementului de executie termoelectric in acest interval de timp. Prin acest artificiu fiecare noua bara prelucrata va avea pana la intrarea in ele-mentul de masurare inductiv diametrul celei prelucrate anterior (care indeplinea evident conditia incadrarii in campul de toleranta prescris de standarde).

- armonizarea in interconectare si functionare a unor circuite cunoscute cu altele concepute de autor, pentru realizarea unui modul electronic original si functional in cadrul unei masini cu performante sensibil imbunata-tite.

- conceperea unui modul electronic de comanda pentru reinstalarea automata la cota a cutitelor unui cap de cojit utilizabil pentru intreaga gama de masini de cojit bare (mici, mijlocii, mari).