Общие сведения. Станки с программным управлением (ПУ) по виду управления делятся на станки с цикловым и станки с числовым программным управлением

СТАНКИ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Станки с программным управлением (ПУ) по виду управления делятся на станки с цикловым и станки с числовым программным управлением.

Системы циклового программного управления позволяют запрограммировать перемещение подвижных органов станка в определенной последовательности, а также изменение скоростей этих перемещений с помощью определенного набора коммутирующих элементов (штекеров, переключателей) на панели управления или штекерном барабане. При этом величины перемещений подвижных органов определяются путем наладки упоров относительно конечных выключателей на управляющих платах станка.

Станки с цикловым программным управлением отличаются невысокой стоимостью и простотой конструкции, однако технологические возможности их ограничены, а переналадка связана с относительно большими потерями времени. Поэтому станки с цикловым ПУ могут быть рационально использованы лишь для обработки больших партий сравнительно простых заготовок.

В основном распространены станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Применение станков с числовым программным управлением – одно из наиболее прогрессивных направлений автоматизации металлообработки на промышленных предприятиях.

Основные преимущества станков с ЧПУ, применяемых взамен универсальных:

1. Повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного и машинного времени обработки на станке в 2–3 раза.

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

3. Исключение предварительных ручных разметочных и пригоночных работ в процессе сборки.

4. Упрощение и удешевление специальной оснастки, так как точность обработки обеспечивается точностью самих станков. Например, приспособления для сверлильных работ выполняется без кондукторных втулок.

5. Сокращение времени наладки и переустановки заготовок в среднем на 30 % и резкое сокращение расходов их межстаночную транспортировку за счет концентрации операций на каждом станке.

6. Упрощение функций оператора, что создает условия для многостаночного обслуживания.

7. Экономия производственных площадей, предназначенных для хранения заготовок и готовых деталей, приспособлений, инструмента.

8. Сокращение периода освоения новых деталей благодаря применению на станках с ЧПУ более простой и универсальной технологической оснастки, а также возможности широкого использования ЭВМ при технологической подготовке производства. В среднем сроки подготовки производства сокращаются на 50–70 %, а общая длительность цикла изготовления продукции на 50–60 %.

9. Расширение технологических возможностей станков с ЧПУ позволяет выполнять различные виды работ (фрезерование, сверление, резьбонарезание, развертывание, зенкерование, растачивание и др.), облегчает распределение работы между однотипными станками и позволяет полнее их загружать.

Станки с ЧПУ с автоматической сменой инструмента имеют дополнительные преимущества. Повышается производительность станков, так как автоматическая смена инструментов совмещается частично или полностью с выполнением команд на установку координат, переключение ступеней частот вращения шпинделя, подач и т. д.

Доля машинного времени у станков с автоматической сменой инструментов в общем времени работа станка повышается до 75 %, на других станках с ЧПУ она составляет 50 %, а на станке с ручным управлением – только 20 %.

Благодаря этим преимуществам применение станков с ЧПУ целесообразно в следующих случаях:

1. Многочисленные или дорогостоящие операции по настройке.

2. Сложная и разнообразная обработка.

3. Деталь настолько сложная, что производство ее в больших количествах связано с возможностью появления субъективных ошибок.

4. Обработка деталей с большим количеством размеров, имеющих жесткие допуски.

5. Обработка деталей, подверженных частым конструктивным изменениям.

6. Стоимость оснастки составляет значительную часть штучной стоимости.

7. Короткий период освоения изделия не позволяет использовать традиционные методы изготовления оснастки.

8. Сложность хранения инструментов.

9. Расходы на контрольные операции составляют значительную часть общей стоимости изготовления детали.

Станки с ЧПУ отличаются высокой стоимостью, на порядок и более превосходящей стоимость аналогичных станков с ручным управлением. Поэтому применение станков с ЧПУ экономически целесообразно при условии максимального их использования.

Достижения в области кибернетики, электроники, вычислительной техники и приборостроения позволили разработать принципиально новые системы ПУ – системы ЧПУ (СЧПУ), широки используемые в станкостроении. Эти системы называют числовыми потому, что величина каждого хода исполнительного органа (ИО) станка задается с помощью числа. Каждой единице информации соответствует дискретное перемещение ИО на определенную величину, называемое разрешающей способностью СЧПУ или ценой импульса.

В определенных пределах ИО можно переместить на любую величину, кратную разрешающей способности. Число импульсов, которое нужно подать на вход привода, чтобы осуществить требуемое L перемещение, определяется по формуле, где q – цена импульса. Число N, записанное в определенной системе кодирования на носителе информации (перфоленте, магнитной ленте и др.), является программой, определяющей величину размерной информации.

Под ЧПУ станков понимают управление движением ИО станков, скоростью их перемещения, последовательностью цикла обработки и различными вспомогательными функциями.

СЧПУ – это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для реализации ЧПУ станком, предназначенная для выдачи управляющих воздействий исполнительным органам станка в соответствии с УП.

Структурная схема СЧПУ представлена на рис. 15.1, а. Чертеж детали (ЧД) подлежащий обработке на станке с ЧПУ, одновременно поступает в систему подготовки программы (СПП) и систему технологической подготовки (СТП). Последняя обеспечивает СПП данными о разрабатываемом технологическом процессе, режимах резания и т. д. На основании этих данных разрабатывается управляющая программа (УП). Наладчики устанавливают на станок приспособления, режущие инструменты согласно документации, разработанной в СТП. Установку заготовки и снятие готовой детали осуществляет оператор

Рис. 15.1. Структурная схема СЧПУ (а) и целевого механизма (б)

или промышленный робот. Считывающее устройство (СУ) считывает информацию с программоносителя. Информация поступает в УЧПУ, которое выдает управляющие команды на целевые механизмы (ЦМ) станка, осуществляющие основные и вспомогательные движения цикла обработки. Датчики обратной связи (ДОС) на основе информации (фактическое положение, скорость перемещения ИО, фактический размер обрабатываемой поверхности, тепловые и силовые параметры технологической системы и др.) контролируют величину перемещения ИО. Станок содержит несколько ЦМ, каждый из которых включает в себя (рис. 15.1, б): двигатель (ДВ), являющийся источником энергии; передачу П, служащую для передачи движения от двигателя к исполнительному органу (ИО); собственно ИО (суппорт, стол, салазки, шпиндель и т. д.).

УЧПУ размещают рядом со станком (в одном или двух шкафах) или непосредственно на станке (в подвесных или стационарных пультах управления).

Двигатели приводов подач станков с ЧПУ, имеющие специальную конструкцию и работающие с конкретным УЧПУ, являются составной частью СЧПУ.

УП содержит два вида информации: геометрическую и технологическую. Геометрическая информация – координаты опорных точек траектории движения инструмента, а технологическая – данные о скорости, подаче, номере инструмента и т. д. УП записывают на программоносителе.
В оперативных СЧПУ программа может вводится (с помощью клавиш) непосредственно на станке.

Наиболее распространенным программоносителем является восьмидорожечная перфолента (рис. 15.2) шириной 25,4 мм, этому способствуют ее достоинства: дешевизна и простота хранения, малый объем перфоленты, так как ее длина зависит не от времени обработки детали на станке, а от сложности детали, числа опорных точек и т. д.

Программа, записанная на перфоленте, может содержать неограниченное число команд. Устройство управления от перфоленты позволяет вводить коррекции на длину инструмента, его положения и т. д.

Транспортная дорожка, составленная из отверстий 1, служит для перемещения ленты (с помощью барабана) в считывающем устройстве. Рабочие отверстия 2, несущие информацию, пробивают на специальном устройстве, называемом перфоратором. Пробитое отверстие на перфоленте соответствует наличию сигнала, при отсутствии отверстия – сигнала не будет. Информацию на перфоленту наносят кадрами. Перфоленты изготавливают из бумаги, пластмассы или их композиции. Пластмассовую ленту, которая выдерживает несколько тысяч прогонов через считывающее устройство, используют для записи программ, по которым будет обрабатываться много заготовок.

В современных СЧПУ задание УП осуществляется на перфоленте в кодированном виде, т. е. геометрическая и технологическая информация записывается в виде чисел и букв.

Для кодирования информации при подготовке УП применяют международный код ISO – 7bit (ГОСТ 1305-74). В этом коде при программировании информации могут использоваться 128 символов (комбинаций).

  Рис. 15.2. Восьмидорожечная перфолента  

Информация о перемещении ИО станка кодируется в двоично-десятичной системе счисления, при которой сохраняются десятичные разряды (единицы, десятки, сотни и т. д.). Цифры в каждом разряде записываются в двоичной системе счисления (1–2⁰,
2–2¹, 4–2², 2³–8). Отверстия на первой дорожке перфоленты соответствуют 1, на второй – 2, на третьей – 4, на четвертой – 8.

Интерполятор, входящий в вычислительный блок УЧПУ, выполняет следующие функции: на основе численных параметров участка обрабатываемого контура (координат начальных и конечных точек прямой, величины радиуса дуги и т. д.), заданных в УП, рассчитывает (с определенной дискретностью) координаты промежуточных точек этого участка контура; вырабатывает управляющие электрические импульсы, последовательность которых соответствует перемещению (с требуемой скоростью) ИО станка по траектории, проходящей через эти точки. В системах ЧПУ применяют в основном линейные и линейно-круговые интерполяторы, первые обеспечивают перемещение инструмента между соседними опорными точками по прямым линиям, расположенным под любым углом, а вторые – как по прямым линиям, так и по дугам окружностей.

Важнейшей технической характеристикой СЧПУ является её разрешающая способность или дискретность, т. е. минимально возможная величина линейного и углового перемещения ИО станка, соответствующая одному управляющему импульсу. Большинство современных СЧПУ имеют дискретность 0,01 мм/импульс. Осваиваются в производстве системы с дискретностью 0,001 мм/импульс.

Дата добавления: 2014-12-29