Автоматическоетехнологическое оборудование (АТО). Системыуправления АТОСтанки с ЧПУ
Взависимости от характера выполняемых работ и применяемого режущего инструментастанки подразделяют на группы и типы (табл. 1).
Станки сЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений,заданных УП, а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительнойэксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечиватьсовмещение различных видов обработки, автоматизацию загрузки и выгрузкидеталей, автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента,возможность встройки в общую автоматическую систему управления. Высокаяточность обработки определяется точностью изготовления и жесткостью станка. Вконструкциях станков с ЧПУ используют короткие кинематические цепи, чтоповышает статическую и динамическую жесткость станков. Для всех исполнительныхорганов применяют автономные приводы с минимально возможным числом механическихпередач. Эти приводы должны иметь высокое быстродействие. Точность станков сЧПУ повышается в результате устранения зазоров в передаточных механизмахприводов, уменьшения потерь на трение в направляющих и механизмах, повышениявиброустойчивости, снижения тепловых деформаций.
Потехнологическим признакам и возможностям станки с ЧПУ классифицируютсяпрактически так же, как универсальные станки, на базе которых изготовляетсябольшинство станков с ЧПУ.
Токарныестанки с ЧПУ предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностейдеталей типа тел вращения, а также для нарезания наружной и внутренней резьбы.
Фрезерныестанки с ЧПУ, предназначенные для обработки плоских и пространственныхкорпусных деталей, осуществляют следующие операции: плоское, ступенчатое иконтурное фрезерование с нескольких сторон и под различными углами; сверление;растачивание; развертывание; нарезание резьбы и др.
Сверлильно-расточныестанки с ЧПУ, предназначенные для обработки отверстий в деталях, выполняютсверление, рассверливание, зенкерование, растачивание, развертывание,обтачивание торцов, фрезерование, нарезание резьбы и др.
Шлифовальныестанки с ЧПУ предназначены для шлифования наружных, внутренних и торцовыхповерхностей деталей, имеющих прямолинейную и криволинейную форму образующих.
Многоцелевыестанки с ЧПУ (обрабатывающие центры), предназначенные для комплексной обработкидеталей за одну установку, выполняют практически все операции обработкирезанием.
/>/>/>/>/>/>/>Электроэрозионные станки с ЧПУпредназначены для вырезания методом электроэрозии деталей сложного контура изтокопроводящих материалов, обработка которых другими способами затруднена илиневозможна. Обработка осуществляется непрерывно перемещающимсяэлектродом-проволокой (из латуни, меди, молибдена, вольфрама) в среде керосинаили воды с антикоррозионными присадками.
Станкисоздают по размерным рядам, представляющим собой группы однотипных станковподобной кинематической структуры и конструкции, но имеющих разные размеры. ПоГОСТ 600-80 предусмотрено 13 размеров токарно-карусельных станков (диаметробработки 80...25000 мм); по ГОСТ 2983-81 регламентировано 6 размеровкруглошлифовальных станков (диаметр устанавливаемой заготовки 100...800 мм); поГОСТ 6852-80 предусмотрено 5 размеров зубофрезерных станков (диаметр заготовки— 800...5000 мм) и так далее.
Типоразмерстанка — представитель ряда с конкретными параметрами, а модель станка —конструкция данного типоразмера.
Классификациястанков по степени универсальности предусматривает подразделение их науниверсальные (для разнообразных операций на заготовках широкой номенклатуры вединичном и мелкосерийном производствах, а также при ремонтных работах),специализированные (для обработки однотипных заготовок разных размеров вкрупносерийном и массовом производствах) и специальные (для обработки заготовокодного наименования и одного типоразмера в массовом производстве).
Погабаритным размерам и массе, которые в значительной степени определяютсяпараметрами тех деталей, для обработки которых предназначен станок, ихподразделяют на легкие (до 1 т), средние (до 10 т) и тяжелые (свыше 10 т).Последние делят на крупные (10...30 т), собственно тяжелые (30… 100 т) иособо тяжелые — уникальные (свыше 100 т).
Классификациястанков по точности предусматривает пять классов: нормальной точности (Н);повышенной точности (П) (на базе станков класса Н, но при более высокихтребованиях к качеству изготовления и сборки основных узлов); высокой точности(В) (достигается специальной конструкцией отдельных узлов и элементов привысоких требованиях к изготовлению, сборке и регулировке станка); особо высокойточности (А) (на базе станков класса В, но при более высоких требованиях кточности изготовления основных узлов и деталей); особо точные (С), такназываемые мастер-станки (для обработки деталей, определяющих точность эталоновзубчатых колес, измерительных винтов или деталей к станкам классов А и В).
Станкиклассов В, А, С эксплуатируют в помещениях с постоянной температурой ивлажностью. В зависимости от класса точности соотношение допусков наизготовление деталей и узлов следующее: Н — 1,0; П — 0,6; В — 0,4; А — 0,25; С— 0,15.
Современныйстанок с ЧПУ представляет собой самоуправляющуюся рабочую машину, органическисвязанную с вычислительной машиной, работающей в реальном масштабе времени ипреобразующей дискретные сигналы информации в дискретные сигналы управления.
Потехнологическим признакам в зависимости от назначения системы ЧПУ разделяют на позиционные,контурные и комбинированные.
Поналичию обратной связи системы ЧПУ разделяют на разомкнутые (имеющие одинисточник информации — от управляющей программы через устройства управления кисполнительным органам станка) и замкнутые (с обратной связью по положениюрабочего органа и с компенсацией погрешности станка, самоприспосабливающиеся —с адаптацией на различные внешние возмущения и изменения протеканиятехпроцесса).
Взависимости от степени автоматизации и типа системы ЧПУ для станков принятыследующие дополнительные обозначения: Ф1 — цифровая индикация и предварительныйнабор координат; Ф2 — позиционные и прямоугольные системы ЧПУ; ФЗ — контурныесистемы ЧПУ; Ф4 — универсальные комбинированные системы ЧПУ; М —инструментальный магазин и автоматическая смена инструмента (АСИ); Р —револьверная инструментальная головка и АСИ; РМ — револьверная головка,инструментальный магазин и АСИ.
Каждаямодель станка имеет цифровое или буквенно-цифровое обозначение — шифр, покоторому можно получить некоторое первоначальное представление о станке. Схемырасшифровки трех основных систем обозначений отечественных станков с ЧПУприведены на рисунке 1.
Например,модель станка 1А512МФЗ следует расшифровывать по первому варианту (рис. 1,1),начинающемуся с цифры. Так, 1 — группа токарных станков; А — буква модернизациимодели; 5 — тип карусельных станков; 12 — условный либо характерный размер станка(в данной модели это соответствует размеру планшайбы 1250 мм); М — с инструментальным магазином и автоматической сменой инструмента; ФЗ — с контурнойсистемой ЧПУ; станок относится к нормальному классу точности, буква Н в классене указывается.
Модельстанка РТ-724ФЗРМ расшифровывается по второму варианту (рис. 1, П): РТ —буквенное обозначение завода-изготовителя (Рязанский станкостроительный завод);724 — порядковый номер модели; ФЗ — с контурной системой ЧПУ; РМ — с револьвернойголовкой, инструментальным магазином и АСИ.
Обозначениестанка с ЧПУ, например, модели ИР320ПМФ4 расшифровывается по третьему варианту(рис. 1, III): ИР — буквенное обозначение завода-изготовителя (Ивановский заводтяжелого станкостроения); 320 — характерный размер (габариты стола 320x320); П— повышенного класса точности; М — с инструментальным магазином и АСИ; Ф4 — скомбинированной системой ЧПУ.
Наиболеечасто встречаются следующие буквенные обозначения заводов-изготовителей:
БРСК —Бердичевский станкостроительный (Украина);
КТ —Средневолжский станкостроительный (г. Самара, Россия);
РТ —Рязанский станкостроительный (Россия);
ИР —Ивановский тяжелого станкостроения (Россия);
ОФ —Одесский фрезерных станков (Украина);
ОП —Одесский прецизионных станков (Украина);
КК —Самарский (Куйбышевский) координатно-расточных станков (Россия);
ЛР —Санкт-Петербургское (бывшее Ленинградское) станкостроительное производственноеобъединение (Россия);
ME —Московский завод автоматических линий (Россия).
/>/>
Рис. 1 Схемырасшифровки различных систем обозначений отечественных станков с ЧПУ
Таблица 1 Классификация металлорежущих станков
/>
Системы управления АТО
Важнейшей частью любогоавтомата являются система и механизмы управления. Одним из важнейшихопределяющих признаков современных АТО обработки и сборки ЭА является типсистемы управления, которая реализует заданною программу работы, координируетработу всех механизмов и устройств АТО в течение рабочего цикла и выполняет ряддополнительных функций.
Эволюция технологиичислового программного управления
Эволюция технологиичислового программного управления происходила в тесной связи с развитиемвычислительной техники и зависела от него. Без автоматизации программированиясистем ЧПУ с помощью ЭВМ было бы невозможно составлять управляющие программыдля обработки многих видов деталей. Кроме того, ЭВМ позволяют совершенствоватьи облегчать процедуру программирования СЧПУ с использованием таких методов, какинтерактивная машинная графика и речевой ввод программ.
1. ЧПУ от ЭВМ, илимашинное числовое программное управление (МЧПУ).
2. Прямое цифровоеуправление (ПЦУ).
3. Адаптивное управление(АУ).
В системах ЧПУ от ЭВМ,или МЧПУ, традиционные управляющие устройства, реализованные на базе неперестраиваемой («жестко запаянной») аппаратуры, заменяются малой (мини- илимикро-) ЭВМ. Эта малая ЭВМ используется для выполнения ряда основных функцийЧПУ с помощью программ, хранящихся в ее оперативной памяти. Одним изотличительных свойств МЧПУ является то, что здесь один станок управляется однойЭВМ.
В отличие от этого придругом типе управления от ЭВМ — прямом цифровом управлении (ПЦУ) — одна большаяЭВМ используется для управления несколькими отдельными станками с ЧПУ.
Третий тип управления — адаптивное управление — не требует для своей реализации использованиядополнительной цифровой вычислительной машины. Механическая обработка садаптивным управлением предусматривает измерение управляющей системой одной илибольшего числа переменных, характеризующих процесс обработки (например, усилиярезания, температуры, потребляемой мощности и т.д.), и соответствующееизменение скоростей подачи и (или) резания для компенсации нежелательныхотклонений переменных управляемого процесса. Цель такого режима состоит воптимизации процесса обработки, чего сама по себе СЧПУ обеспечить не всостоянии. Многие ранние проекты систем адаптивного управления базировались нааналоговых управляющих устройствах. Современные системы такого типа используютмикропроцессорную.
Числовое программноеуправление от ЭВМ
Система МЧПУ использует вмонопольном режиме ЭВМ с записанной в нее программой для выполнения некоторыхили всех основных функций числового программного управления. На протяжении рядалет в устройствах МЧПУ применялись также мини-ЭВМ.
По внешнему виду станок сМЧПУ очень похож на обычный станок с ЧПУ.
/>
Рис. 2 — Общаяконфигурация системы машинного числового программного управления (МЧПУ).
Управляющая программаобработки детали вначале вводится аналогичным образом. По сравнению с обычнымиСЧПУ системы МЧПУ обладают большей гибкостью и повышенными вычислительнымивозможностями. Новые варианты функционирования системы можно ввести вустройство МЧПУ, просто заменив программу его работы. Благодаря возможностиперепрограммирования (это касается как управляющих программ обработки деталей,так и вариантов управления системой) МЧПУ часто называют гибко-программируемымЧПУ. Общая конфигурация системы МЧПУ показана на рис. 2.
Система МЧПУпредназначена для выполнения целого ряда функций. Основными функциями МЧПУявляются следующие:
1. Управление станком.
2. Компенсация отклонений в процессеобработки деталей.
3. Обеспечение повышенных возможностей врежимах программирования и работы.
4. Диагностика.
Управление станком. Главной функцией системы МЧПУ являетсяуправление работой станка. Это предполагает преобразование команд управляющейпрограммы обработки детали в соответствующие движения инструмента, реализуемоепосредством сервосистемы, которая связана с ЭВМ интерфейсом. Возможность удобновводить множество различных функций управления в такой программируемый контроллерявляется главным преимуществом МЧПУ.
/>
Рис. 3 — Гибриднаясистема
Разработано двеальтернативные конфигурации устройств МЧПУ:
1. Гибридные системыМЧПУ.
2. Прямые системыМЧПУ.
В гибридной системе машинного числового программногоуправления, показанной схематично на рис. 4, в состав управляющего устройствавходят перепрограммируемая часть (ЭВМ) и «жестко запаянные» логические схемы,реализованные аппаратно. Аппаратные компоненты выполняют те функции, которые уних получаются лучше (например, формирование скорости подачи и круговуюинтерполяцию). На ЭВМ возлагаются остальные функции управления плюс другиеобязанности, которые обычно не связывают с традиционными «жестко запаянными»контроллерами. В гибридной системе МЧПУ можно обойтись более дешевой ЭВМ
/>
Рис. 4 — Система непосредственногочислового программного управления (НЧПУ).
При прямой конфигурациисистемы МЧПУ ЭВМ используется для выполнения всех функций числовогопрограммного управления. Аппаратно реализуются только элементы интерфейса,связывающего ЭВМ со станком и с пультом оператора. Интерполяция, обратная связьпо положению инструмента и все другие функции осуществляются программнымисредствами ЭВМ. В соответствии с этим в прямой системе МЧПУ требуется болеемощная ЭВМ, чем в гибридной. Преимущество прямой конфигурации МЧПУ заключаетсяв дополнительной гибкости. Здесь имеется возможность вносить изменения впрограммы интерполяции, тогда как логику, «запаянную» в аппаратные схемыгибридных систем, нельзя перестроить. Схема построения прямой системы МЧПУпоказана на рис. 4.
Компенсация отклонений впроцессе обработки деталей. Функция тесно связана с управлением станком. Этопредусматривает динамическую коррекцию движений станка, компенсирующуюизменения или ошибки, которые происходят во время обработки детали. Обеспечениеповышенных возможностей в режимах программирования и работы. Гибкостьпрограммно перестраиваемых управляющих устройств позволила обеспечить многоудобных возможностей при программировании системы и при обработке деталей.
Станки с ЧПУ – это сложные и дорогие системы. Видеале подсистема диагностики должна выполнять несколько функций. Во-первых,она должна уметь выявлять причину простоя, чтобы обслуживающий персонал могбыстрее произвести ремонт. Во-вторых, диагностическая подсистема должна чуткореагировать на признаки, предвещающие приближающийся отказ того или иногоэлемента. Это позволит обслуживающему персоналу своевременно заменить дефектныйэлемент при запланированной профилактике, что предотвратит непредвиденнуюостановку производства. Третья возможная функция связана с тем, что системыМЧПУ могут содержать определенное количество избыточных элементов из числа тех,которые считаются ненадежными. При отказе одного из таких элементов подсистемадиагностики автоматически отключит его и задействует однотипный элемент изрезерва.
Списоклитературы
1. Харченко А.О. Станки с ЧПУ иоборудование гибких производственных систем: Учебное пособие для студентоввузов. – К.: ИД «Профессионал», 2004. – 304 с.
2. Р.И. Гжиров, П.П. Серебреницкий.Программирование обработки на станках с чпу.Справочник, — Л.: Машиностроение, 1990. – 592 с.
3. Роботизированные технологическиекомплексы / Г.И. Костюк, О.О. Баранов, И.Г. Левченко, В.А. Фадеев – Учеб.Пособие. – Харьков. Нац. аэрокосмический университет «ХАИ», 2003. – 214с.
4. Н.П. Меткин, М.С. Лапин, С.А. Клейменов,В.М. Критський. Гибкие производственные системы. – М.: Издательство стандартов,1989. – 309с.
5. Гибкие робототехнические системы /А.П. Гавриш, Л.С. Ямпольский, — Киев, Головное издательство издательскогообъединения “Вища школа”, 1989. — 408с.
6. Широков А.Г. Склады в ГПС. – М.:Машиностроение, 1988. – 216с.
7. Проектирование металлорежущихстанков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т. 3: Проектированиестаночных систем /Под общей ред. А.С. Проникова — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана;Изд-во МГТУ «Станкин», 2000. — 584 с.
8.Иванов Ю.В., Лакота Н.А. Гибкая автоматизация производства производства РЭА сприменением микропроцессоров и роботов: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио исвязь, 1987. – 464 с.
9.Промышленные роботы: Конструкция, управление, эксплуатация. / Костюк В.И.,Гавриш А.П., Ямпольский Л.С., Карлов А.Г. – К.: Высш.шк., 1985. – 359 с.
10.Гибкие производственные комплексы /под. ред. П.Н. Белянина. – М.:Машиностроение, 1984. – 384с.