Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАНКАХ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

2.1. НАЗНАЧЕНИЕ СТАНКОВ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

При обработке заготовки на металлообрабатывающем станке инс­ трумент совершает относительные перемещения (ходы). Совокупность перемещений, повторяющихся при изготовлении каждой детали, на­ зывается циклом обработки. Каждый цикл характеризуется величиной ходов и их последовательностью. В общем случае программа управле­ ния станком — это последовательность команд, обеспечивающих за­ данное функционирование его рабочих органов станка. Профамма содержит размерную информацию и команды.

При ручном управлении станком необходимую последовательность команд задает рабочий, который, изучив чертеж и техническую доку­ ментацию, составляет профамму работ, обрабатывает заготовку, кон­ тролирует деталь, сравнивает ее с чертежом и при наличии рас­ согласования устраняет возникшие неточности.

При автоматическом управлении станком необходимая последова­ тельность команд задается профаммоносителем, который может быть выполнен в виде материального аналога (кулачков, копиров, упоров и т. д.). Однако при смене объекта производства нужно изготовить новый профаммоноситель и осуществить переналадку станка. Станки с таким профаммным управлением (ПУ) обладают высокой производительно­ стью, но время их переналадки достаточно велико.

Наибольшей гибкостью и бысфотой переналадки обладают станки с ПУ, управляемые системами, задающими профамму работ в алфа­ витно-цифровом коде. Управляющая профамма (УП) может быть записана на профаммоносителях в виде перфоленты, перфокарты, гибких магнитных дисков, магнитной ленты. УП можно вводить и вручную, посредством клавишных панелей. Указанные профаммоно-

101

сители позволяют автоматизировать процесс подготовки УП и снизить затраты на изготовление программоносителей.

По виду управления станки с ПУ подразделяют на станки с системами циклового программного управления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ).

Отдельную фуппу составляют станки с цифровой индикацией и преднабором координат. В таких станках имеется электронное устрой­ ство, которому задаются координаты нужных точек (преднабор коор­ динат) и крестовый стол, снабженный датчиком положения. Стол выводится в требуемую позицию. При этом на экране электронного устройства высвечивается каждое мгновенное положение стола (циф­ ровая индикация). В таких станках могут использоваться или преднабор координат или цифровая индикация. УП работой станка задается станочником.

Первое поколение станков с ПУ в нашей стране было создано на базе серийно выпускаемых универсальных станков. Их выпуск начался

в1959 г. От базовых моделей станки с ЧПУ отличались только автоматизацией привода подач. Устройство ЧПУ (УЧПУ) выполнялось на электронных лампах и позволяло получать заданные размеры обра­ батываемой заготовки при регулируемой подаче.

Системы управления станков с ЧПУ второго поколения выполня­ лись на полупроводниковых приборах. Такие системы могли изменять

вавтоматическом цикле не только скорость подачи, но и частоту вращения шпинделя, давать команды на автоматическую смену инст­ румента, зажим заготовки, подачу СОЖ и т. д.

Такой этап развития станков с ПУ характеризуется качественным изменением системы ЧПУ (СЧПУ). Для управления станками исполь­ зуют мини-ЭВМ. Это дает возможность создавать станки с высоким уровнем автоматизации и широкими технологическими возможностя­ ми — многоцелевые станки. Из станков с ЧПУ компонуются автома­ тизированные участки с управлением от ЭВМ. На таких участках при их широком оснащении промышленными роботами (ПР) и другими средствами автоматизации появляется возможность реализации «без­ людной» технологии.

Конструктивная сложность изготовляемой детали и серийность производства во многом определяют использование того или другого вида оборудования. Чем меньше объем выпуска, тем большей техно­ логической гибкостью должен обладать станок. В единичном произ­ водстве при изготовлении деталей малыми партиями (1—5 штук) можно использовать станки с преднабором координат и цифровой инди­ кацией. При изготовлении сложных деталей в единичном и мелкосе­ рийном производстве наиболее эффективны станки с ЧПУ. В среднесерийном и переналаживаемом крупносерийном производстве целесообразно применение станков как с ЦПУ, так и с ЧПУ. В ряде случаев при изготовлении деталей с сложными пространственными

102

профилями применение станков с ЧПУ является единственным тех­ ническим решением.

Преимуществами станков с ПУ являются:

1. Высокая производительность (в 2—5 раз выше по сравнению с аналогичными станками с ручным управлением).

2.Сочетание точности и производительности станка-автомата с гибкостью универсального оборудования, что создает возможность для комплексной автоматизации единичного и серийного производства.

3.Подготовка производства переносится в сферу инженерного труда, что снижает потребность в высококвалифицированных рабочихстаночниках.

4.Детали, изготовленные по одной УП, являются взаимозаменяе­ мыми, что сокращает затраты времени на пригоночные работы при сборке.

5.Благодаря централизованной подготовке УП и более простой, и универсальной технологической оснастке значительно сокращаются сроки перехода на изготовление новых деталей.

6.Сокращается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.

7.Машиностроение качественно переоснащается новым оборудо­ ванием на базе современной электроники и вьгчислительной техники.

Все выпускаемое оборудование с ПУ ориентировано на обеспече­ ние его максимального использования в гибких производственных системах (ГПС) различного назначения и минимальное участие чело­ века в процессе производства. Оборудование с ПУ выпускается для реализации всех видов технологических процессов машиностроения.

2.2.ТИПЫ СИСТЕМ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ

Все системы управления технологическим оборудованием в зави­ симости от способа задания размерной информации подразделяются на нечисловые и числовые. К нечисловым относятся аналоговые системы управления (рис. 62), преобразующие исходную информацию, заложенную в процессе подготовки производства в программоноси­ тель. В качестве последнего используют копир (шаблон), упоры, расположенные определенным образом на станке, кулачки и распре­ делительные валы. Исходная информация представлена в виде модели (аналога) программы перемещений, а исполнительные органы станка воспроизводят по этой модели заданную программу обработки. В аналоговых системах управления цикл работы станка устанавливают, как правило, в процессе разработки самой системы управления или программоносителя. При этом режимы резания для данного станка являются неизменными; рабочий-оператор непосредственно не управ-

103

Рис. 62. Структурная схема системы программного управления станком:

/— чертеж детали, 2— программоноситель, J— станок, 4— готовая деталь

2 3 4 5

ВКВ

Рис. 63. Аналоговые системы управления замкнутого типа:

а — путевая, 6— временная, в — цикловая

ляет станком, а лишь следит за его работой (если станок-автомат) и осуществляет загрузку заготовок, выфузку деталей (если станок-полу­ автомат). Аналоговые системы управления бывают следующих типов: замкнутые, незамкнутые, копировальные со следящим приводом.

Системы управления замкнутого типа* осуществляют активный контроль исполнительного органа (ИО) станка по пути (путевые), времени (временные), скорости, мощности, давлению и другим пара­ метрам.

В путевых системах управления (рис. 63, а) ход исполнительного органа / ограничивается конечными переключателями КВВ (ограни­ чивает ход вперед) и КВН (ограничивает ход назад). Движение подачи исполнительному органу сообщается следующим образом: двигатель 5— муфта 4 ~ винт 3— гайка 2. С конечными переключателями вза-

104

цикла управляют переключате­ ли КВН (дают команду начала цикла) и КВК (дают команду конца

цикла). Во временных системах управления программируется не путь, а время между началом и концом хода, один оборот командоаппарата соответствует продолжительности цикла, ход исполнительного органа L = а ' f^p 7/360, где Т— время одного оборота командоаппарата; а — угол установки кулачка, Р^р — средняя скорость ИО.

Система ЦПУ (рис. 63, в) представляет собой комбинацию путевой и временной системы управления: ход исполнительного органа станка задается конечными переключателями ( как в путевых системах управ­ ления), а команды — командоаппаратом (как во временных системах управления). Командоаппарат имеет привод дискретного (прерывного действия). В качестве командоаппарата часто используют шаговый искатель.

К системам управления незамкнутого типа относятся системы с приводом (от кулачка, копира, храпового механизма и др.), обеспечи­ вающим дозированное перемещение ИО станка, а также копироваль­ ные системы прямого действия (т. е. без усилителя мощности).

Копировальная система прямого действия управляет двумя ИО — продольными / и поперечными 5 салазками, перемещающимися по координатным осям X и Z от общего привода (рис. 64). Ведущим является движение по оси X, получаемое от привода 3. Движение по оси Л'называют следящим, так как оно вызывается перемещением щупа 7по копиру (5; это движение получают поперечные салазки 4, несущий резец 5, который обрабатывает заготовку 2 На практике данную систему управления используют редко из-за значительных сил на щупе, приводящих к деформации щупа и копира и к их износу.

Достаточно широко в станках применяют копировальные системы

105

вызывает движение поршня со штоком. Последний жестко соединен со штоком следящего гидропри­ вода 2, движущимся по продольной направляющей станка. Дроссели­ рующий гидрораспределитель 6 соединен с напорным /?„ и сливным трубопроводом /7с. Продольное движение от штока гидроцилиндра 1 передается (через шток и поршень гидропривода 2) на гидрораспреде­ литель 7 с щупом Я так как они расположены в одном корпусе следящего гидропривода. Продольное движение (по оси Z) щупа 9 по к копиру (^вызывает перемещение гидрораспределителя /относительно корпуса, в котором он размещен. Чтобы исключить отрыв щупа 9 от рабочей поверхности копира, гидроцилиндр оснащен пружиной 6.

При перемещении гидрораспределителя относительно корпуса сле­ дящего гидропривода 2 открываются дросселирующие щели, образо­ ванные корпусом и гидрораспределителем, и полости А и Б гидроцилиндра соединяются соответственно с напорным и сливным трубопроводами. Перепад давления на поршень следящего гидропри­ вода 2 вызывает перемещение корпуса привода за дросселирующим гидрораспределителем 7, т. е. происходит слежение за перемещением щупа по копиру. Перемещение корпуса гидропривода 2 передается резцу 3, жестко связанному с корпусом. Таким образом резец получает поперечное перемещение (по оси Z) от гидроцилиндра 7, а продольное перемещение (по оси X) в результате отслеживания (корпусом гидро­ привода 2) движения щупа 9по копиру 8. Структурная схема следящего гидропривода дана на рис. 66.

Копировальные системы широко применяют для управления об-

106

Аналоговые системы управления позволяют повысить производи­ тельность механической обработки, но не обладают достаточной гиб­ костью, что обусловливает высокую стоимость переналадки обору­ дования, поэтому их целесообразно применять в условиях среднесе­ рийного, крупносерийного и массового производства.

2.3.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦИКЛОВОМ ПРОГРАММНОМ УПРАВЛЕНИИ СТАНКАМИ

Система ЦПУ позволяет частично или полностью программировать цикл работы станка, режим обработки и смену инструмента, а также задавать (с помощью предварительно налаживаемых упоров) величину перемещений исполнительных органов станка. Она является аналого­ вой системой управления замкнутого типа (см. рис. 63) и обладает достаточно высокой гибкостью, т. е. обеспечивает легкое изменение последовательности включения аппаратуры (электрической, гидравли­ ческой, пневматической и т. д.), управляющей элементами цикла. Достоинствами систем ЦПУ является простота конструкции и обслу­ живания, а также низкая стоимость; недостатком — трудоемкость раз­ мерной наладки упоров и кулачков.

Станки с ЦПУ целесообразно применять в условиях средне-, крупносерийного и массового производства деталей простых геомет­ рических форм. Системами ЦПУ оснащают токарно-револьверные, токарно-копировальные, лоботокарные, вертикально-фрезерные, ко- пировально-фрезерные, вертикально-сверлильные станки, агрегатные станки, ПР и др.

Система ЦПУ (рис. 67) включает в себя программатор циклов, схему автоматики, исполнительное устройство и устройство обратной связи.

107

станка и блока ^преобразования сигналов контроля. Схема автоматики (которую, как правило, выполняют на электромагнитных реле) согла­ сует действие программатора циклов с исполнительными органами станка и датчиком обратной связи (ДОС); усиливает и размножает команды; может выполнять ряд логических функций (например, обес­ печивает выполнение стандартных циклов). Из блока J сигнал посту­ пает в исполнительное устройство, обеспечивающее обработку заданных профаммой команд и включающее в себя исполнительные элементы 5 (приводы исполнительных органов станка, электромагни­ ты, муфты и т. д.) и исполнительные органы 6 станка (суппорты, револьверные головки, столы и т. д.). Последние отрабатывают этап программы. Датчик /контролирует окончание обработки и через блок 4 дает команду блоку 2 на включение следующего этапа профаммы. Для контроля окончания этапа профаммы часто используют путевые переключатели или реле времени.

В качестве примера на рис. 68, а приведена система ЦПУ станком, исполнительные органы которого — продольные 1 и поперечные 2 салазки приводятся от электродвигателей 4\i 3 соответственно. Каж­ дый ИО взаимодействует с помощью упоров с двумя неподвижными путевыми переключателями. Движение салазок 1 офаничивают пере­ ключателями КВ2В и КВ2Н. Величину хода салазок устанавливают упорами. На рис. 68, б показана фаектория перемещения резца в продольном и поперечном направлениях.

Для профаммирования команд используют профамматоры меха­ нические, элекфические и др. Наиболее распросфаненным элекфическим профамматором является штеккерная панель, которая вместе с шаговым искателем составляет командоаппарат (рис. 68, в). Шаговый искатель состоит из контактного поля и ротора; контактное поле представляет собой совокупность неподвижных контактных пластин, расположенных по окружности и изолированных друг от друга; ротор выполнен в виде щетки с элекфомагнитным приводом, состоящим из элекфомагнита и храпового механизма. При поступлении на вход

108

КВ1В\ ;=о

(м)-—ыА

Рис. 68. Система ЦПУ:

fl — кинематическая схема, б — обрабатываемый цикл, в, г — электрическая схема

электромагнита импульсного сигнала ротор поворачивается на один шаг и коммутирует очередную пластину контактного поля.

Штекерная панель содержит ряд горизонтальных 2 и вертикальных 4 шин, соединенных соответственно с пластинами шагового искателя

ис обмотками реле. Число горизонтальных шин равно числу ходов цикла, а число вертикальных шин — числу команд. В местах пересе­ чения горизонтальных и вертикальных шин расположены штекерные гнезда 3, образованные двумя полукольцами, одно из которых соеди­ нено с горизонтальной шиной, а другое с вертикальной. Если в гнездо вставить штекер (металлический стержень), то соответствующие шины соединяются и срабатывает реле. При отсутствии штекера шины разомкнуты и реле не срабатывает. Например, для программирования цикла, содержащего четыре последовательных хода салазок 7 и 2 {IB

и7Я—соответственно ход салазок 1 вперед и назад, 2В и 2Н —

109