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UNIVERSITAUNIVERSITA’’

degli STUDI di BERGAMOdegli STUDI di BERGAMO

FACOLTAFACOLTA’’ di INGEGNERIAdi INGEGNERIA

Corso di Corso di

AUTOMAZIONE INDUSTRIALEAUTOMAZIONE INDUSTRIALE

Prof. Andrea Cataldo

[email protected]

ARGOMENTI delle

ESERCITAZIONI

UniversitUniversitàà degli Studi di Bergamodegli Studi di Bergamo -- Corso di Automazione IndustrialeCorso di Automazione Industriale

CONTROLLO del MOTO CONTROLLO del MOTO

per MACCHINE UTENSILIper MACCHINE UTENSILIin AULA

CONTROLLO NUMERICOCONTROLLO NUMERICO in AULA

PROGETTAZIONE del PROGETTAZIONE del

CONTROLLO CONTROLLO

MATLAB MATLAB -- SIMULINKSIMULINK

in

LABORATORIO

… OBIETTIVI


N1 G00 X 0.00 Y 50.00 N2 G01 X 0.00 Y 200.00 N3 G02 X 50.00 Y 250.00 I 50.00 J 200.00 N4 G01 X 200.00 Y 250.00 N5 G02 X 250.00 Y 200.00 I 200.00 J 200.00 N6 G01 X 250.00 Y 50.00 N7 G02 X 200.00 Y 0.00 I 200.00 J 50.00 N8 G01 X 50.00 Y 0.00 N9 G02 X 0.00 Y 50.00 I 50.00 J 50.00

(0,0)

Part program

R

x

yz

x

yz

PERCORSO

UTENSILE

DESIDERATO

Motore

Rotativo

Motore

Lineare

CONTROLLO NUMERICO…?

Il controllo numerico è un dispositivo Hardware e Software

utilizzato per controllare macchine utensili tramite istruzioni di

comando codificate in un programma detto PART PROGRAM, nel quale vengono fornite le indicazioni geometriche e tecnologiche necessarie a realizzare il pezzo.


OUT PUTOUT PUT

•• Segnali di Controllo AsseSegnali di Controllo Asse

•• Segnali AusiliariSegnali Ausiliari

IN PUTIN PUT

•• Part ProgramPart Program

…… UNITAUNITA’’•• PART PROGRAMPART PROGRAM

•• INTERFACCIA UOMOINTERFACCIA UOMO--MACCHINAMACCHINA

•• CONTROLLO del MOVIMENTO (Moto)CONTROLLO del MOVIMENTO (Moto)

•• CONTROLLO ASSE (Modulante)CONTROLLO ASSE (Modulante)

•• CONTROLLO LOGICOCONTROLLO LOGICOAz. Asse XAz. Asse Y

Az. Asse Z Az.

Ausiliari

(1) PART PROGRAM…?


Il Part Program è file di testo [Standard ISO 6983 (G-CODES)] in formato ASCII, ovvero una stringa di caratteri alfanumerici

in cui ogni “mattoncino” è costituito rispettivamente da un valore letterale e da un valore numerico.

N010 G91 X25.00 Y10.00 Z-15.50 F150 S1100 T06 M06

… REGOLE

1. Ogni stringa inizia sempre con un “mattoncino” recante la lettera N che indica il numero del blocco di comando (linea di codice del Part Program) da eseguire.


2. Il “mattoncino” con la lettera G indica le funzioni preparatorie cioè quelle operazioni che servono a preparare i movimenti

e le posizioni dell’utensile.

G00 Posizionamento rapido dell’utensile: massima velocità programmata

G01 Interpolazione lineare : l’utensile percorre una retta

G02 Interpolazione circolare dell’utensile in senso orario

G03 Interpolazione circolare dell’utensile in senso antiorario

G17 X-Y Piano principale; G18 Z-X Piano principale

G19 Y-Z Piano principale

G90 Sistema di riferimento assoluto

G91 Sistema di Riferimento Incrementale

3. I “mattoncini” con le lettere X, Y, Z, fornisco informazioni riguardo il percorso utensile, ovvero la posizione degli assi

di riferimento principali [mm, pollici].


4. La lettera F (feed) indica la velocità di avanzamento dell’utensile [mm/min].

5. La lettera S (speed) indica la velocità di rotazione del mandrino [giri/min].

6. La lettera T (tool) indica l’utensile selezionato.

M02 Programma finito

M03 Mandrino acceso senso orario

M04 Mandrino acceso senso antiorario

M05 Mandrino spento

M06 Fermata per cambio utensile

M08 Valvola liquido aperta

7. La lettera M indica le funzioni ausiliarie, ovvero le funzioni di controllo per i dispositivi ausiliari.

M09 Valvola liquido chiusa

M30 Programma fermo,

avanzamento /rotazione off


• Istruzioni MODALI: istruzioni che rimangono valide finché non vengono

riassettate per esempio: G90, G1, F1000, S500, X5,

Z5, Y5.

• Istruzioni NON-MODALI:

sono le istruzioni che valgono solo per la riga di comando che li contiene, per esempio: T03, M06,

M03.

… CONCLUSIONI (1)

A

B

C

Y

X

Z

Assi Principali (X,Y,Z)

Rotazioni Principali (A,B,C)

Assi Secondari (U,V,W)

…PREPARAZIONE del

PART PROGRAM…?


a. MANUALEutilizzata solo per

geometrie semplici

b. AUTOMATICAutilizzata per geometrie complesse: sfruttando il

CAD ed il CAM (Computer Aided Manufacturing) si

genera un file CLDATA, scritto in un linguaggio indipendente dal CNC, che viene successivamente trasformato in Part Program.

(1) ESEMPIO


Operazione di“CONTORNATURA”

sapendo che:

• il sistema di riferimento

è assoluto

• le posizioni P1,P2,…P5

sono posizioni intermedie di lavorazione.

50,0

50,0

17,5

R 10,00

P0

P1

P2 P3 P4 P5

45,0°

X

Y

(1) … SOLUZIONE


Operazione di“CONTORNATURA”:

50,0

50,0

17,5

R 10,00

P0

P1

P2 P3 P4 P5

45,0° X

Y

N10 G90 G17 F300 S1000 T01 M06 M03

N30 G19 Y0 Z-10

N40 G01 G17 Y50

N50 X17.5

N60 G03 X37.5 I10 J0

N70 G01 X50

N80 X0 Y0

N90 M30

P0

P1

P2

P3

P4

P5

Ritorno a P1

N20 G00 X0 Y-10


N40 G01 G17 Y50

N50 X17.5

N60 G03 X37.5 I10 J0

N70 G01 X50

N80 X0 Y0

N90 M30

P2

P3

P4

P5

Ritorno a P6

- N10 = indica il primo blocco di comando; - G90 = indica che si lavora con il sistema di riferimento assoluto (X,Y,Z); - G17 = indica che tutta la lavorazione avviene solamente sul piano XY; - F300 = velocità di avanzamento 300mm/min; - S1000 = velocità di rotazione del mandrino di 1000 giri/min; - T01 = utensile del tipo 01; - M06 = indica che avviene un cambio utensile; - M03 = indica che il mandrino viene ruotato in senso orario;

- N20 N30 = indica la seconda e la terza riga di comando; - G00 = posizionamento rapido dell’utensile; - Y-10 Z-10 = indica le coordinate dell’utensile che si sposta rispetto agli assi di riferimento;

- G01 = interpolazione lineare l’utensile segue una linea retta;

- I10 J0 = Centro del cerchio in coordinate relative al punto iniziale. In questo caso vuol dire che ci si sposta di 10 lungo l’asse x (I) e di 0 lungo l’asse y (J).

50,0

50,0

17,5

R 10,00

P0

P1

P2 P3 P4 P5

45,0° X

Y

N10 G90 G17 F300 S1000 T01 M06 M03

N30 G19 Y0 Z-10

P0

P1

N20 G00 Y-10

(2) CONTROLLO del MOVIMENTO


• Conversione del Part Program in un formato interno al CNC

• Compensazioni/Correzioni al Programma

• Preparazione dei Profili di Velocità della Lavorazione (Look Ahead)

• Interpolazione del Percorso Utensile

• Trasformazioni Cinematiche e Sincronizzazzione

• Controllo di Posizione in Anello Chiuso

• Controllo fino a 16 Assi (Velocità e Corrente) e 8 simultaneamente

Funzioni Ausiliarie

•• Esecuzione di programmi da RAM, dischi e periferiche esterneEsecuzione di programmi da RAM, dischi e periferiche esterne

•• Editing o caricamento di programmi durante lavorazioneEditing o caricamento di programmi durante lavorazione

•• Funzionamento in automatico e ripresa lavorazioneFunzionamento in automatico e ripresa lavorazione

•• Gestione della vita utensile.Gestione della vita utensile.

•• PLC integratoPLC integrato

Preparazione Preparazione

dei dei

BlocchiBlocchi

Esecuzione Esecuzione

dei dei

BlocchiBlocchi

…L’ INTERPRETAZIONE


InterpretazioneInterpretazione

Part

Program

Struttura

dati interna

InterpretazioneInterpretazione

Part

Program

Struttura

dati interna

•Lettura/verifica di consistenza del Part-Program

•Preparazione Strutturata Dati Interna (allocazione memoria, conversione part-program nel formato dati intero)

•Impostazione delle Operazioni Modali e NON Modali nella Struttura

Dati Interna

…LA PREPARAZIONE


•Applicazione Trasformazioni Sistemi di Riferimento (passaggio dal sistema di riferimento ZP al sistema di riferimento ZM)

•Applicazione Compensazioni Utensile (G47,G50,etc..)

•Preparazione del Profilo di Velocitàsu più blocchi (LOOK ahead)

PreparazionePreparazione

Struttura

dati interna

Struttura

dati interna

PreparazionePreparazionePreparazionePreparazione

Struttura

dati interna

Struttura

dati interna

…L’INTERPOLAZIONE


•Interpolazione Percorso Utensile

•Applicazione Trasformazioni Cinematiche

•Controllo Finecorsa del Volume di Lavoro in real-time

•Ricezione ed Invio Segnali al PLC

•Trasferimento e Ricezione Dati dal Controllo di Posizione

InterpolazioneInterpolazione

Posizioni

desiderate/attuali

InterpolazioneInterpolazione

Posizioni

desiderate/attuali

…Precisazioni


t

a

t

v

t

s

∆ t 1 ∆ t 2 ∆ t 3

PARAMETRI RELAZIONE ANDAMENTO GRAFICO 2D

LIN

EA

RE

dP = PF – P0

ds = || dP ||

v = d(PF-P0) / || dP ||

P0 = vettore

posizione

iniziale calcolato

all’istante t = 0

P(t) = P0 + s(t) * v

Py(t)

Px(t)

CIR

CO

LA

RE

dΘ = s(t)/r;

D = direzione della

rotazione

ds = lungh. Arco di

circonferenza

x = rcos(Θo + D*dΘ)+PC(1)

y = rsin(Θo + D*dΘ)+PC(2)

Py(t)

Px(t)

SP

LIN

E

[A B C D] =

coefficienti della

Spline calcolata

P = [ABCD][u³ u² u 1]t

Punti della Spline

calcolati

considerando il

parametro

0 < u <1

P = [A B C D] * [s³ s² s 1]

t

a. GENERAZIONE a. GENERAZIONE

della della

TRAIETTORIATRAIETTORIA

PROFILO di VELOCITA’

…Precisazioni


b. TRASFORMAZIONI b. TRASFORMAZIONI

CINEMATICHECINEMATICHE

Relazioni algebrico matematiche che legano le accelerazioni, velocitàe posizioni dei singoli assi con le accelerazioni, velocità e posizioni dell’utensile.

y

z

*

X axes

Z axes

Y axes

y

z

*

y

z

*

X axes

Z axes

Y axes

X axes

Z axes

Y axes

⋅

=

az

ay

ax

z

y

x

V

V

V

V

V

V

100

010

001

••

= qqJx )(

…CONTROLLO di POSIZIONE


•Trasferimento Dati tra Interpolatore ed Azionamenti

•Applicazione Algoritmi per il Controllo della Posizione

•Interpolazione fine a Livello Asse

•Monitoraggio dell’Errore d’Inseguimento, Velocità Posizione …

Controllo di posizioneControllo di posizione

Posizioni

desiderate/attuali

Velocità

desiderate/attuali

…AZIONAMENTI


•Controllo di Velocità – Posizione …

•Controllo di Corrente

AzionamentiAzionamenti

Velocità

desiderate/attuali

(3)

CONTROLLO

ASSE


CNC

Controllo asse

Motore

CNC

Controllo asse

Motore

CNC

Controllo asse

Motore

CNC

Controllo asse

Motore

Chiusura anello di posizione nel CN

Chiusura anello di posizione nell’azionamento

Dinamo tachimetrica

Encoder

Regolazione velocità

Regolazione posizione

Dinamo tachimetrica

Encoder

Regolazione velocità

Regolazione posizione

(4) CONTROLLO LOGICOPLC (Controllo Logico Programmabile - def. Standard 61131).

Sistema elettronico a funzionamento digitale dotato di una memoria

programmabile per l’archiviazione di istruzioni aventi funzioni

specifiche, di tipo logico, di sequenziamento, di temporizzazione, di

conteggio e di calcolo aritmetico, nonché per controllare, mediante

ingressi ed uscite digitali e/o analogiche, macchine e processi.

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