А его торец находится на расстоянии 70 мм от зеркала

стола, на табло цифровой индикации по всем программируе­мым координатам (X, Y, Z) будут показаны нули.

Таким образом, если на данном станке обрабатывать деталь с использованием абсолютного отсчета, то все ее коорди­наты (рис. 14.23) должны быть определены относительно нулевой точки М станка.

Обычно в нулевую точку станка рабо­чие органы можно переместить путем нажатия кнопок на пульте управления станком или соответствующими команда­ми УП.

Точный останов рабочих органов в нулевом положении по из каждойкоор­динат

обеспечивается датчиками нулево­го положения. Движения рабочих органов станка за­даются в УП координатами или при­ращениями координат базовых точек в стандартной (правой) системе координат.

/¹ Обозначение координат тремя буквами позво­ляет однозначно определить эти координаты. Первая буква (например, X) показывает направ­ление (ось) отсчитываемой координаты, вторая буква (например, М) указывает исходную точку отсчета, третья буква (например, F) определяет конечную точку, т е. точку данной координаты. Так, обозначение XMF показывает, что коорди­ната (расстояние) представляется в направле­нии оси X, исходит из точки М и определяет по­ложение точки F.

В рассматриваемом примере (см. рис. 14.21) это координаты xMF и yMF центра стола (базовой точки F) и координата ZN положе­ния по высоте торца шпинделя (базовой точки N относительно нулевого уровня).

В паспортах станков с ЧПУ всех типов указаны координаты, которые закрепле­ны за конкретным рабочим органом, и показаны направления всех осей, начало отсчета по каждой из осей и пределы возможных перемещений. Для того чтобы не было путаницы с положительными направлениями рабочих органов, связан­ных с заготовкой

Рис. 14.24. Система координат (обозначение осей со штрихом) и с инструментом

инструмента: а - резец; б – сверло (обозначение осей без штриха), при подготовке УП

всегда исходят из того, что инструмент движется

относительно неподвижной за­готовки. В соответствии с этим и указы­вают положительные направления осей координат на расчетных схемах, эскизах и другой документации, используемой при программировании. Другими слова­ми, за основную при программировании принимают стандартную систему коорди­нат, в которой определены положения и размеры обрабатываемой детали, отно­сительно которой перемещается инстру­мент. Принятое допущение корректи­руется системой УЧПУ таким образом, что если для реализации запрограмми­рованного движения инструмента относи­тельно заготовки необходимо переместить рабочий орган с инструментом, то это движение выполняется с заданным в УП знаком, а если требуется переместить рабочий орган с заготовкой, то знак направления движения изменяется на противоположный.

Система координат инструмента предна­значена для задания положения его режущей части относительно державки. Инструмент описывается в рабочем положении в сборе с державкой (рис. 14.24). При описании всего разнообразия инструментов для станков

с ЧПУ удобно использовать единую систему координат инструмента X _и Z _и, оси которой парал­лельны соответствующим осям стандарт­ной системы координат станка и направ­лены

в ту же сторону. Начало системы

Рис. 14.25. Схема базирова­ния инструмента координат инструмента располагают в

базовой точке Т инструментального бло­ка, выбираемой с учетом особенностей его установки на станке При установке блока на станке точка Т часто совме­щается с базовой точкой элемента стан­ка, несущего инструмент, например с точкой N (рис. 14.25).

Режущая часть инструмента харак­теризуется положением его вершины и режущих кромок. Вершина инструмента задается радиусом закругления r и коор­динатами х_иТР и z_иTP ее настроечной точки Р (см. рис 14.24, а), положение которой относительно начала системы координат инструмента обеспечивается наладкой инструментального блока вне станка на специальном приспособлении. Положение режущей кромки резца за­дается главным φ и вспомогательным φ₁ углами в плане, а сверла - углом 2φ при вершине и диаметром D. Вершина вра­щающегося инструмента лежит на оси вращения, и поэтому для ее задания достаточно указать аппликату z_иТР.

Настроечная точка инструмента Р обычно используется в качестве расчет­ной при вычислении траектории инстру­мента, элементы которой параллельны координатным осям Расчетной точкой криволинейной траектории служит центр закругления Р _и при вершине инструмента (см. рис. 14.24, а).

Связь систем координат. Таким обра­зом, при обработке детали на станке с ЧПУ (рис 14.26, а) можно выделить три координатные системы. Первая - система координат станка XMZ, имею­щая начало отсчета в точке М - нуль станка, (рис. 14.26, б). В этой системе определяются положения базовых точек отдельных узлов станка, причем числовые значения координат тех или иных точек (например, точки F) выводятся на табло цифровой индикации станка. Вторая координатная система - это система коор­динат детали или программы обработки детали X_ДWZ_Д (рис 14.26, в). И третья система - система координат инстру­мента X_иTZ_и (рис. 14.26, г), в которой опре­делено положение центра Р инструмента относительно базовой точки F (К, Т) эле­мента станка, несущего инструмент.

Рис. 14.26. Системы координат при обработке на токарном станке

Система координат детали - это си­стема, в которой определены все разме­ры данной детали и даны координаты всех опорных точек контура детали. Система координат детади переходит в систему координат программы - в систему, в которой даны координаты всех точек и определены все элементы, в том числе и размещение вспомогательных траекторий, которые необходимы для со­ставления УП по обработке данной дета­ли. Системы координат детали и про­граммы обычно совмещены и представляются единой

системой, в которой и производится программирование и вы­полняется обработка детали Система назначается технологом-программистом в соответствии с координатной системой выбранного станка.

В этой системе, которая определяет положение детали в приспособлении, раз­мещение опорных элементов приспособ­ления, траектории движения инструмента и др., указывается так называемая точка начала обработки - исходная точ­ка (О). Она является первой точкой для обработки детали по программе. Часто точку О называют «нуль программы». Перед началом обработки центр Р инструмента должен быть совмещен с этой точкой. Ее положение выбирает технолог-программист перед составлением про­граммы исходя из удобства отсчета раз­меров, размещения инструмента и заго­товок и др, стремясь во избежание излишних холостых ходов приблизить инструменты к обрабатываемой детали

При многоинструментальной обработке исходных точек может быть несколько - по числу используемых ин­струментов, поскольку каждому инструменту задается своя траектория движе­ния.

Положение исходной точки О, как и любой другой точки траектории инст­румента, переводится в систему коорди­нат станка из системы координат про­граммы (детали) через базовую точку С приспособления (О - W - С - М). Центр инструмента Р, заданный координатой в системе координат инструмента X_иTZ_и (см. рис. 14.26, г), переводится в систему координат станка через базовую точку К суппорта, которая задана относительно базовой точки F (P- K - F- М).

Такая связь систем координат детали, станка и инструмента позволяет выдер­живать заданную точность при пере­установках заготовки и учитывать диапа­зон перемещений рабочих органов стан­ка при расчете траектории инструмента в процессе подготовки программного уп­равления.

Наладка станка для работы по УП упрощается, если нулевая точка станка находится в начале стандартной системы координат станка, базовые точки рабочих органов приведены в фиксированные точ­ки станка, а траектория инструмента задана в УП перемещениями базовой точки рабочего органа, несущего инструмент, в системе координат станка. Это возмож­но, если базовая точка С приспособления определена в системах координат детали и станка. Если же траектория инструмен­та задана в УП перемещениями вершины инструмента в системе координат детали, то для реализации такой УП используют «плавающий_нуль».

При программировании в ряде слу­чаев за исходную принимают точку нача­ла системы координат программы (дета­ли). Тогда удобно, определив в системе положение базовых точек приспособле­ния для детали, строить траекторию дви­жения центра инструмента.

При токарной обработке чаще всего за начало координатной системы про­граммы принимают базовую точку детали на базовом торце, при установке детали в приспособлении она совпадает с базо­вой точкой С на плоскости приспособле­ния (рис. 14.27).

Исходная точка О назначается коор­динатами х_ДWO и z_ДWO (рис. 14.27, а)

относительно начала системы координат программы в месте, которое зависит от вида используемого инструмента, конст­рукции суппорта или револьверной го­ловки и координат вершины инструмента в системе координат инструмента.

Все три рассмотренные координатные системы на любом станке взаимосвязаны. В большинстве случаев в каждой данной программе расположение координатной системы программы неизменно относи­тельно начала координатной системы станка.

На токарном станке (рис. 14.27, а) нулевая точка станка М, размещаемая на торце шпинделя, определяет положе­ние координатных осей станка Z и X. От­носительно нулевой точки при работе станка в абсолютной системе координат ведется отсчет перемещений базовой точки суппорта F, При этом текущие значения координат xMF и zMF выводят­ся на табло цифровой индикации. При обработке данной детали всегда должна быть известна величина zMC - расстоя­ние относительно точки М базовой точ­ки С плоскости приспособления (токар­ного патрона), с которой при установке заготовки совмещается ее базовая точ­ка В '.

Для координатной системы програм­мы X_ДWZ_Д (см. рис. 14.26, в и 14.27, а) харак­терно наличие исходной точки О, опреде­ленной координатами z_ДWO и x_ДW0 относительно осей координатной систе­мы, и точки WR - точки отсчета заготов­ки, имеющей размеры D_з×l

В координатной системе программы задаются также все опорные точки программируемой траектории перемеще­ния центра инструмента (инструментов), обеспечивающей обработку данной де­тали.

У заготовки может быть также опре­делен припуск z_ДWB ' (положение точки В '), который должен быть удален при ее обработке во время второго установа, или смещение начала координатной системы (точки W) относительно базовой плоскости заготовки, т. е. величина z_ДWB '.

На токарном станке начало системы координат инструмента (X_иTZ_и) прини­мают в базовой точке Т инструментального блока в его рабочем положении (см. рис. 14.26, г).

Рис. 14.27. Связь систем координат при обработке на токарном станке

Положения базовых точек инструментальных блоков, устанав­ливаемых на одном разцедержателе, определяют относительно его центра К приращениями коорлинах Z_иKТ и Х_иКТ. На одном суппорте может быть несколько резцедержателей, и в зависимости от характера работ (в патроне или в цент­рах) разцедержатель может занимать на суппорте токарного станка различные положения. В связи с этим центр рез­цедержателя должен быть определен приращениями координат z_иFK и x_иFK относительно базовой точки суппорта F. В частном случае, когда на суппорте на­ходится один непереставляемый резце­держатель, базовая точка суппорта мо­жет быть совмещена с центром поворота резцедержателя или с базовой точкой инструментального блока.

При закреплении заготовки на станке (рис. 14.27, а) технологическая база для обработки детали в данном установе совмещается с соответствующей опорной

поверхностью приспособления (совме­щаются точки С и В '). Это позволяет увязать между собой системы координат программы и станка.

Так как оси вращения шпинделя то­карного станка и обрабатываемой детали совпадают, достаточно для увязки этих систем координат определить аппликату точки W начала системы координат программы в системе координат станка. Для случая, когда оси аппликат систем координат программы и станка направ­лены в одну сторону,

zMW = zMC — z_ДWB,

где zMC и zWB ' - аппликаты базовых точек в системах координат станка и программы с соответствующими знаками. В данном случае (см. рис. 14.27, а)

zMW = zMC – (– z_дWB ^r) = zMC + z_дWB '.

Если же оси аппликат этих систем на­правлены в противоположные стороны (рис. 14.27, б), то zMW = zMC + z _д WB ",

где z _д WB " — аппликата положения базо­вой точки В " детали при обработке ее на втором установе. Естественно, в дан­ном случае принято, что положение базовой точки С приспособления относитель­но точки М остается постоянным, т. е. равным zМС, как и при

Рис. 14.28. Связь систем координат программы, станка н инструмента при токарной обработке несколькими инструментами

обработке детали на первом установе.

Тогда положение точки О, заданное координатами x _д WO и z _д WO в системе координат программы, определится коор­динатами хМО и zMO в системе коорди­нат станка:

где знак «+» ставится при одинаковых, а знак «—» при противоположных на­правлениях осей аппликат обеих систем координат. Координаты х _о и z_о опреде­ляют положение точки О в системе коор­динат детали (программы).

Таким образом, с учетом размещения координатной системы программы и коор­динатной системы инструмента относи­тельно базовых точек станка М и F можно определить текущие значения координат (zMP и хМР) центра инструмента Р в координатной системе станка XMZ. При этом следует иметь в виду, что вылет инструмента х _и ТР и z _и ТР определен его наладкой, а положение точки Т (вели-

чины х _и КТ и z _и KT) относительно центра резцедержателя К задано технической характеристикой станка. Заданными должны быть и величины z _и FK и x _и FK, определяющие положение точки К отно­сительно базовой точки F. Тогда

При определении координат хМР и zMP необходимо учитывать направления составляющих величин.

Если базовая точка суппорта F совмещена с базовой точкой инструмен­тального блока Т, то текущие значения координат центра инструмента опреде­лятся лишь с учетом вылета инстру­мента, т. е. его координат в системе координат инструмента:

Естественно, что перед началом рабо­ты по программе (рис 14.27, а) центр инструмента Р должен быть совмещен с исходной точкой О и его положение в координатной системе станка должно определяться координатами zMP _o и хМР ₀:

Рис. 14.29. Связь систем координат на сверлильно-расточном станке

где zMO, хМО - координаты исходной точки в системе координат станка.

При программировании следует при­нимать во внимание диапазон переме­щений рабочих органов станка (рабочую зону), который задается предельными ко­ординатами базовых точек этих органов в стандартной системе координат станка На рис. 14.28 заштрихована рабочая зона перемещения суппорта токарного станка, базовая точка которого F может нахо­диться в любой точке плоскости, ограни­ченной абсциссами xMF _max и xMF _min и аппликатами zMF _max и zMF _min.

Сказанное справедливо для каждого из инструментов, используемых в работе по программе при обработке детали на то­карном станке. Перед началом работы центр каждого инструмента (точка Р) должен быть выведен в исходную точку О, от которой программируется траекто­рия инструментов для обработки тех или иных поверхностей. На рис. 14.29 штриха­ми показана последовательность перево­да в систему координат станка траекто­рии центра инструмента (Р - Т- К - F - М) и текущей точки О этой траек­тории

(О-W-С -М).

Подобная же последовательность может быть определена и для работы инструментом на сверлильно-расточном станке (рис. 14.29).

Системы классов CNC, DNC, HNC

Переход вычислительной техники к большим интегральным.схемам (БИС), микропроцессорным БИС и построенным на их основе микроЭВМ позволил создать УЧПУ, совмещающие функции управле­ния станком и решения отдельных задач подготовки УП. Наличие ЭВМ обеспечи­вает большие возможности УЧПУ.

Особенность с и с т е м класса CNC заключается в возможности изменять и корректировать в период эксплуатации (а не только в период проектирования и изготовления системы) как УП обра­ботки детали, так и программы функцио­нирования самой системы в целях макси­мального учета особенностей данного станка.

Каждая из выполняемых функций обеспечивается своим комплексом под­программ. Подпрограммы увязываются общей координирующей программой-диспетчером, осуществляющей гибкое взаимодействие всех блоков системы.

Программный комплекс системы уп­равления в настоящее время стремятся строить по модульному принципу. Основ­ные модули системы: программа управления загрузкой УП, включая подпрограммы ввода и расшифровки кадра; программа управления станком, вклю­чающая подпрограмму управления коор­динатными перемещениями и подпро­грамму выполнения технологических ко­манд.

Программа управления координатны­ми перемещениями состоит из блоков

интерполяции, задания скорости, управ­ления быстрым ходом, а эти блоки, в свою очередь, включают следующие модули: программ подготовки данных; организующую программу-диспетчер; драйверы - стандартные операторы для работы с внешними устройствами.

В запоминающее устройство системы CNC программа может быть введена полностью не только с подготовленной перфоленты, но и отдельными кадрами - вручную с пульта УЧПУ. В кадрах программы могут записываться не только команды на задания отдельных движений рабочих органов, но и команды, задаю­щие целые группы движений, называе­мые постоянными циклами, которые хра­нятся в запоминающем устройстве СПУ. Это приводит к резкому уменьшению числа кадров программы и к соответст­вующему повышению надежности работы станка.

Системы класса CNC позволяют до­статочно просто выполнять в режиме диалога доработку и отладку программ и их редактирование, используя ручной ввод информации и вывод ее на дисплей (на переносный графопостроитель), а также получать отредактированную и отработанную программу на перфоленте, магнитном диске, пленке и т. п. Кроме того, по одной программе можно работать в различных масштабах, н режиме «матрица - пуансон», в режиме зеркального отображения и т. д. В процессе работы допускаются самые различные виды коррекций.

Обладая сравнительно низкой стоймостью, малыми габаритами и высокой надежностью, системы класса CNC по­зволяют заложить в систему управления новые свойства, которые раньше не могли быть реализованы. Так, многие УЧПУ этого класса имеют математическое обеспечение, с помощью которого можно учитывать и автоматически корректиро­вать постоянные погрешности станка и тем самым влиять на совокупность причин, определяющих точность обра­ботки (компенсация люфта или зоны нечувствительности приводов в направле­нии перемещения по координатам и др). Использование систем контроля и диаг­ностики повышает надежность и работо­способность станков с УЧПУ на микро­процессорах. В функцию этих систем входит контроль состояния внешних по отношению к УЧПУ устройств, внут­ренних блоков и собственно УЧПУ.

Например, некоторые УЧПУ класса CNC имеют специальные тест-программы для про­верки.работоспособности всех структурных частей системы. Эти тест-программы отраба­тываются при каждом включении устройства, и в случае исправности всех частей возникает сигнал готовности системы к работе. В процес­се работы станка и УЧПУ тест-программы частями отрабатываются в так называемом фоновом режиме, не мешая отработке основ­ной управляющей программы. В случае появления неисправности на табло световой индикации возникает ее код, затем с помощью кода по таблице определяются место и при­чина неисправности. Кроме того, система определяет ошибки, связанные с неправильной эксплуатацией устройства или с превышением параметров теплового режима, позволяет найти напряжение для питания и другие параметры

Неотъемлемой частью современных УЧПУ класса CNC является обширная встроенная память (до 256 Кбайт), которая может быть использована в ка­честве архива УП. К системе может при­лагаться широкий набор периферийных средств - как традиционных (фотосчи­тыватель, накопитель на магнитной ленте или гибких дисках, телетайп, перфора­тор), так и специальных (например, графопостроитель, печатающее устройст­во, микропроцессорные средства диаг­ностического контроля, в том числе и допускающие связь с дистанционным диагностическим центром).

Весьма важным средством оптимиза­ции связи процессорного УЧПУ и станка является введение в память параметров или констант станка. С помощью этих констант могут быть автоматически учте­ны ограничения на зону обработки, за­даны требования к динамике конкретных приводов, сформированы фазовые траектории разгонов и торможений, учтены конкретные особенности коробок ско­ростей, приводов подач, скомпенсиро­ваны систематические погрешности этих передач и др.

Системами класса DNC можно управлять непосредственно по проводам от центральной ЭВМ, минуя считывающее устройство станка. Однако наличие ЭВМ не означает, что необходимость в УЧПУ у станков пол­ностью отпадает. В одном из наиболее распространенных вариантов систем DNC каждый вид оборудования на участке сохраняет свои УЧПУ классов NC, SNC, CNC. Нормальным для такого участка является режим работы с управ­лением от ЭВМ, но в условиях временного выхода из строя ЭВМ такой участок сохраняет работоспособность, посколь­ку каждый вид оборудования может работать от перфоленты, подготовлен­ной заранее на случай аварийной си­туации.

В функции DNC входит управление и другим оборудованием автоматизиро­ванного участка, например автоматизи­рованным складом, транспортной систе­мой и промышленными роботами, а также решение некоторых организационно-эко­номических задач планирования и диспетчирования работы участка. Состав­ной частью программно-математического обеспечения DNC может быть специали­зированная система автоматизации под­готовки УП. Редактирование УП в DNC возможно на внешней ЭВМ, на которой ведется автоматизированная подготовка УП, на ЭВМ, управляющей группой станков, и на ЭВМ, встроенной в УЧПУ конкретного станка. Во всех случаях под­готовленные и отредактированные УП для оборудования участка хранятся в памяти ЭВМ, управляющей группой станков, откуда они передаются на стан­ки по каналам связи.

Оперативные УЧПУ класса HNC позволяют ручной ввод программ в электронную память микроЭВМ с пуль­та УЧПУ. Программа, состоящая из достаточно большого числа кадров, легко набирается и исправляется с помощью клавиш или переключателей на пульте УЧПУ. После отладки она фиксируется до окончания обработки партии одинако­вых заготовок.

Первоначально УЧПУ класса HNC, имея упрощенную схему, в ряде случаев не обладали возможностью внесения кор­рекций, буферной памятью, вводным устройством с перфоленты и другими элементами.

Современные УЧПУ класса HNC построены на базе лучших УЧПУ класса CNC, лишь формально отличаясь от последних отсутствием ФСУ для ввода УП с перфолент. Но УЧПУ класса HNC имеют входное устройство для под­ключения переносных ФСУ и других внешних устройств Новейшие модели УЧПУ класса HNC имеют повышенный объем памяти встроенной микроЭВМ. Подобные устройства позволяют вести программирование с пульта УЧПУ в ре­жиме диалога и при использовании боль­шого архива стандартных подпрограмм, хранящихся в памяти встроенной микро­ЭВМ. Эти подпрограммы по команде с пульта вызываются на экран дисплея, на экране высвечиваются как графика (схема обработки), так и текст (перечень необходимых данных для ввода в УЧПУ по выбранной подпрограмме) УЧПУ.рассмотренного вида обеспечивают так­же автоматический выбор инструмента из имеющихся в наличии (в магазине станка), определяют режимы обработки выбранным инструментом для деталей из различных материалов, находят опти­мальную последовательность операций и т д. В общем случае такие системы позволяют вести подготовку УП непо­средственно у станка по чертежу детали без каких-либо особых предварительных работ технологического характера. Это, естественно, накладывает повышенные требования на профессиональную под­готовленность оператора станка с ЧПУ. Ряд УЧПУ рассматриваемого класса позволяют вести программирование па­раллельно с работой станка по ранее отработанной и хранящейся в памяти УЧПУ программе, что исключает простои станков.

УЧПУ классов CNC, DNC, HNC относятся к устройствам с переменной структурой. Основные алгоритмы работы этих устройств задаются программно.

Аппаратные системы ЧПУ - устрой­ства управления технологическим обору­дованием. Работа их электронных систем основана на методе геометрических аналогий (МГА). Устройства позволяют с помощью цифровых моделей циркуля, линейки, угольника и транспортира, т. е. проблемно ориентированных геометри­ческих процессоров, в основе которых лежат интерполяторы, реализовать лю­бые функции современных СЧПУ. При этом снижается объем электронного обо­рудования в 10³-10⁵ раз, обеспечи­ваются высокое быстродействие и наивысшая точность описания траектории. СЧПУ, построенные на основе МГА, обладают при эквивалентных характери­стиках существенными технологическими преимуществами. Они содержат в 10³- 10⁵ раз меньше транзисторов и работают на более низких тактовых частотах по сравнению с системами ЧПУ классов CNC, MPST, что позволяет обойтись без многослойных печатных плат. Стои­мость систем на основе МГА в три-пять раз ниже, чем систем аналогового уровня классов CNC, MPST. Системы реализованы в виде моделей «Дель­та 122», «Дельта 422», Дельта 386», «МГА NC-AT» и «СП-33» для управления станками и модели ПУУС-250М1 для управления автоматизированными скла­дами.

Системы класса VNC. УЧПУ класса VNC позволяют вводить информацию непосредственно голосом. Принятая информация преобразуется в УП и затем в виде графики и текста отображается на дисплее, чем обеспечи­вается визуальный контроль введенных данных, их корректировка и отработка. УЧПУ класса VNC пока еще не получили распространения в промышленности, но, вероятно, в ближайшем будущем будут представлены широко как наиболее со­вершенные конструкции, обеспечиваю­щие сервисные возможности высочайше­го уровня.

Лекция № 15. Агрегатные станки. Автоматические линии. Классификация и конструкция агрегатных станков. Классификация и схемы автоматических линии.

Дата добавления: 2014-01-04