Задачи управления на уровне станка, гибкого производственного модуля, гибкой производственной системы

Классификация и виды СЧПУ

Электронные элементы с высокой степенью интеграции позво­ляют унифицировать аппаратные решения УЧПУ для различных групп станков. Это ведет к сокращению числа модификаций СЧПУ, времени их проектирования, изготовления и освоения. Гамма СЧПУ на базе микроЭВМ «Электроника-60» включает три модификации:

2С85, 2СЧ2, 2Р22. Специализированные микроЭВМ «Электроника НЦ-31» и «Электроника НЦ80-31» также дали возможность развития другой гаммы СЧПУ, при этом последняя обладает модульной струк­турой и позволяет увеличивать число управляемых координат нара­щиванием модулей, в том числе модуля программируемого командоаппарата.

Микропроцессорные УЧПУ для различных станков, имея оди­наковую аппаратную часть, различаются составом программно-математического обеспечения (ПМО) при создании для различных станков базовой его части. К базовому ПО относятся программные блоки операционной системы, блок управления дисплеем, язык высо­кого уровня для программирования электроавтоматики. СЧПУ имеют устройства для хранения и редактирования программ.

Устройства ЧПУ каждой группы имеет свои особенности, опре­деляемые конструкцией МРС и технологией обработки, внутри групп проводится деление по различным признакам: числу управляемых координат, виду программоносителя, приводу подач, типу электрон­ных элементов и т.д.

Все многообразие видов структур СЧПУ подразделяют на две большие группы:

1. ЧПУ с постоянной структурой (NC, HNC, SNC), имеющие схемную реализацию алгоритмов' работы (интерполяции, типовых циклов и т.д.). К ним относятся «Контур 2ПТ», «Н22» для токарных;

«Контур ЗМТ», «НЗЗ» для фрезерных; «Размер 2М», «ПЗЗ» для координатно-расточных; «Ш-111М», «П-111» для шлифовальных; «Контур 2П-67» для электроэрозионных станков.

2. СЧПУ с программной реализацией (CNC, DNC), большинства алгоритмов работы. Управление осуществляется от микропроцессора или встроенной микроЭВМ. В устройствах имеется возможность фор­мировать типовые циклы обработки применительно к различным тех­нологическим задачам. Как правило, эта часть ПМО хранится в ПЗУ и может быть видоизменена при заказе УЧПУ на заводе-изготовителе станка. Системы CNC позволяют программировать логику работы электроавтоматики силового оборудования станка, т.е. выполняют функции программируемого командоаппарата (ПК).

По степени конструктивного совершенства и функциональным возможностям СЧПУ различаются:

ЧПУ (NC - Numerical control) – числовое программное управле­ние обработкой на станке по программе, заданной в алфавитно-цифровом или унитарном коде. Ввод программы производится с внешней памяти. Пример: системы Н221М, Н331М для токарных и фрезерных с инструментальными магазинами.

ОСУ (HNC - Hand NC) – оперативная система ЧПУ с ручным заданием программы с пульта управления (на клавишах или другой аппаратуре), например устройства на базе микроЭВМ «Электроника НЦ-31» для токарных станков и др. Развитием HNC являются TCN (Total NC), имеющие в своем составе внешнюю память на гибких дисках и дисплеи, а также СЧПУ типа VNC (Voice NC), где управ­ляющая информация вводится непосредственно с голоса и контроли­руется изображением на дисплее.

SNC (Speicher или Memory NC) – разновидность СЧПУ, имею­щая память для хранения всей управляющей программы, например система Н331М с модулями памяти для фрезерных станков с инстру­ментальными магазинами.

Компьютерное ЧПУ (CNC - Computer NC) – автономная СЧПУ, содержащая ЭВМ или процессор с программой реализации алгорит­мов, например система 2СЧ2 для многооперационных станков.

DNC (Direct NC) – система управления группой станков от об­щей ЭВМ, при этом у станков устанавливаются различные рассмот­ренные выше типы, например автоматизированный участок типа АСК-10 из многооперационных станков.

По виду движения исполнительных механизмов станка, опреде­ляемого геометрической информацией в программе, СЧПУ подразде­ляется на следующие типы:

1. Позиционные – обеспечивают установку рабочего органа стан­ка в позицию, заданную ПУ станком, без обработки в процессе пере­мещения рабочего органа. Перемещение инструмента от одной коор­динаты обработки к другой выполняется на ускоренных ходах при произвольных траекториях и минимальных затратах времени. Приво­ды подач отличаются быстродействием и значительными скоростями перемещения при малой дискретности, а также имеют повышенные требования к точности позиционирования.

2. Контурные прямоугольные (коллинеарные) – обеспечивают рабочее движение по одной координате, обрабатываемая поверхность параллельна (коллинеарная) направляющим данной координаты, которая, как в позиционных, программируется по циклу «начало-конец». Отличие в том, что в программе задается скорость движения в соот­ветствии с требуемым режимом резания и перемещение выполняется поочередно по каждой из координатных осей. Применяются для оснащения станков фрезерной, токарной и шлифовальной групп.

3. Контурные криволинейные – обеспечивают формообразование при обработке в результате одновременного согласованного движения по нескольким управляемым координатам, которых может быть более трех. Эти системы являются наиболее сложными как с точки зрения алгоритма работы УЧПУ, так и с точки зрения требований, предъяв­ляемых к приводу подач. Программу движения привода подач по от­дельным координатам рассчитывают исходя из данной формы детали и результирующей скорости движения, определяемой режимом реза­ния.

Разновидностью контурных СЧПУ являются синхронные (или синфазные) системы, применяемые в основном в зубообрабатывающих станках. Система ЧПУ задает постоянное соотношение скоростей по двум или большому числу координат осей станка, а формообразова­ние обеспечивается благодаря конфигурации инструмента. Соотноше­ние скоростей движения по осям задается программой.

В большинстве случаев требуется не только обеспечить опре­деленное соотношение средних скоростей движения по координатам, но также сохранить определенное рассогласование (синфазность) в приводах координат. Одна из координат станка (обычно главный при­вод) служит задающей и на ней устанавливают измерительный пре­образователь (датчик). Синфазная система входит как составной эле­мент в УЧПУ токарно-винторезных станков для обеспечения режимов нарезания резьбы.

4. Комбинированные – включают в себя контурные и позицион­ные, применяются, в основном, для управления многооперационными станками с ГПМ; их создание позволило сократить номенклатуру УЧПУ.

5. Автоматизированная система централизованного управления – комплекс металлорежущего оборудования с ЧПУ, связанный единой автоматизированной транспортно-накопительной системой и управ­ляемый от ЭВМ. В ней можно выделить несколько более простых систем, в том числе и DNC – для управления группой МРС.

По числу потоков информации СЧПУ подразделяются на сле­дующие типы:

1. Разомкнутые (импульсно-шаговые) – характеризуются только одним потоком информации от СЧПУ к исполнительному органу станка, отсутствием цепей обратной связи, наличием надежных и бы­строходных шаговых двигателей и передач «винт-гайка качения», обеспечивающих достаточно высокую точность позиционирования; применяются в основном для управления малых и средних МПС.

2. Замкнутые СЧПУ – характеризуются двумя потоками ин­формации: один от СЧПУ, второй – от датчика обратной связи. Об­ратная связь позволяет сопоставить фактическую обработку про­граммы с заданной и устранить возникающее рассогласование, при этом обеспечивается более высокая точность обработки по сравнению заданной, но она более сложна и дорогостояща. Замкнутые СЧПУ применяются для управления МРС средних и крупных размеров.

3. Самонастраивающиеся (адаптивные) СЧПУ характеризуются возможностью приспосабливаться к изменению внешних условий. По­мимо основного они имеют дополнительные потоки информации, позволяющие корректировать процесс обработки с учетом деформации системы СПИД и ряда случайных факторов, таких как затупление режущего инструмента, колебания припуска и твердости заготовки и др.

На станкостроительных и машиностроительных заводах экс­плуатируются станки, оснащенные СЧПУ различных типов, моделей, годов выпуска и выполненные на различной элементной электронной базе. Можно выделить четыре основных этапа в развитии станков и систем ЧПУ:

1. Создание первых промышленных образцов отечественных станков с ЧПУ в ЭНИМСев 1956-1957 гг. В этот период используются устройства ЧПУ на дискретной полупроводниковой технике (ПРС1-58, ПРС-ЗК, КЧМИ). Подготовка УП осуществлялась вручную. С 1959 г. начат серийный выпуск станков с ЧПУ.

2. Применение СЧПУ на интегральных элементах (Н22, НЗЗ, Н55, УП с автоматическим расчетом траектории движения на ЭВМ. Расширяются типаж станков с ЧПУ и области применения их в про­мышленности.

3. Переход на создание УЧПУ на элементах СИС, БИС, МП и на базе микроЭВМ. Расширяется номенклатура многоцелевых станков с инструментальными магазинами. Станочные модули объединяются в участки, управляемые от ЭВМ, отмечается создание компетентных банков данных для станков различных типов и моделей.

4. Создание гибких производственных систем (ГПС). Увеличива­ется объем математического обеспечения (МО) СЧПУ, выполненных на основе микроЭВМ, которые становятся составной частью более сложной структуры управления ГПС. Автоматизированные системы управления производством (АСУП) все больше связываются с систе­мой автоматизированного проектирования (САПР) изделий, изготов­ляемых на этом производстве. Совершенствуются конструкции стан­ков и УЧПУ. СЧПУ дополнительно классифицируют по элементной базе, типу программоносителя, исполнению приводов подачи главного Движения. Функции СЧПУ расширяются и все в большей степени оп­ределяются составом ПМО (табл.1).

Системы ЧПУ класса CNC можно разделить по числу управ­ляемых координат на три группы. К первой группе относятся УЧПУ с числом координат не более трех (модели 2У32, 2У22, 2Р22). Вторая группа с числом координат от четырех до шести (модели 2С42, micro "фирмы Boscth, Fanuc-6). Третья включает наиболее сложные УЧПУ с числом координат более шести (модели 2С85, УСУ99, НЦ80-31,ИЦО-П, ЗС100, Fanuc-9, Sunimeric).

Совершенствование аппаратных средств позволяет расширить технологические функции УЧПУ, они оснащаются дисплейно-диалоговыми системами задания УП с графическим отображением детали на черно-белом или цветном экране. Диалоговые системы за­дания УП различны для отдельных групп станков.

Важным показателем, определяющим технический уровень СЧПУ, является объем памяти. Объем памяти определяется количе­ством информации, запоминаемой в ней, и измеряется в тысячах еди­ниц двоичной информации (Кбит) или тысячах (Кбайт). Иногда объем памяти указывается в количестве слов, которые можно запомнить. Величина слова определяется разрядностью процессора ЭВМ в дво­ичном исчислении. В большинстве УЧПУ применяются 8- или 16-разрядные процессоры: слово равно одному или двум байтам. По мере увеличения объема памяти расширяются технологические функции оборудования, управляемого этой СЧПУ.

Интенсивно развивается класс систем ПУ – цикловые системы, на основе устройств бесконтактной автоматики – программируемые контроллеры, которые строятся по принципу специализированных ЭВМ.

Применение ПК оказывается целесообразным, если он может заменить 50-70 реле. Использование ПК особенно эффективно при Управлении агрегатными станками, автоматическими линиями и другим оборудованием с цикловым характером работы.

Таблица 1 - Расширение функций СЧПУ

Поколения СЧПУ	Элементарная база, программоносители, приводы подач	Модели СЧПУ
I. Элементная база и структура
	Дискретные полупроводниковые элементы (устройства ПУ с огра­ниченными технологическими функциями)	ПРС1-58; ПРС-ЗК; К-4МИ; К2П-67; КЗП-68;УМС-2 и др.
	Элементы малой степени (К155 серия) и средней степени (К176 серия) интеграции. Схемная реа­лизация алгоритмов управления	Н22; НЗЗ; Н55; ПЗЗ; П-Ш; «Размер-2»; «Луч»; «Курс»; «Модуль-27»; «ИЛКО-ЗМ»
	МикроЭВМ(«Электроника-60», «Электроника НЦ-03» и др. Про­граммная реализация алгоритмов управления; хранение УП в памя­ти; расширенные технологические функции	15МП; «Размер 4М»; 2С42; 2С85; 2Ц32;2М43; «Электроника-60; НЦ-31; НЦ80-31»;2Р22; 2У85 и др.
	Блочное мультипроцессорное ис­полнение. Полузаказные ИС. Язы­ки высокого уровня для програм­мирования технологических функций, электроавтоматики, диалога	«Электроника-МС211 01»; ЗС100;ЗС200
II. Программоносители
	Магнитная лента (унитарный код или фазовая запись). Пятидорожечная пер­фолента (код БЦК-5)	ПРС1-58; ПРС31-ЗК; К-4МИ; К2П-67; КЗП-68
	Восьмидорожечная перфолента (код ISO-7bit)	Н22; НЗЗ
	Перфолента, оперативный метод задания УП (с помощью клавиатуры)	2С85; 2С42; 2Р22; 2Р32
Поколения СЧПУ	Элементарная база, программоносители, приводы подач
	Кассета электронная или на ЦМД (цифровых магнитных доменах); магнитная лента (мини-кассета)	«Электроника -НЦ31»; «Электроника-НЦ80-31»; «Электроника -МС2101»
III. Приводы подач
	Электрогидравлический шаговый до 1 кГц	ШДЧМ
	Электрогидравлический шаговый до 8 кГц Электрический шаговый 16 кГц Безрезисторная форсировка	ШД5Д1; ШДД1М; ЕС (НРБ)
	Следящий тиристорный и транзисторный постоянного тока с резольвером, индуктосином или оптическим импульсным дат­чиком	ЭТЗС; ЭТ6; ЭШИР
	Следящий переменного тока и цифровой привод постоянного тока с бесколлектор­ным двигателем, с оптическим импульс­ным или кодовым датчиком	СЧПУ НПО «Техномаш»

В СНГ разработаны: ПК1024, КП-1, «Гранит-02», С100, С200 UIO ТОВАЗ) и др., ПК фирм TESLA (Чехословакия), VEMи SIEMENS (Германия), ALLEN-BRADLEY, ODICON(США), FESTO(Австрия), TOYOTA (Япония).

Система управления – один из важнейших компонентов технологического или контрольно-измерительного комплекса. Функциональные возможности СУ и ее технические характеристики опреде­ляют достигнутый уровень средств технологического оснащения про­изводства.

Системы управления, предназначенные для автоматизации станков высокоскоростной обработки, оснащаются унифицированными блоками адаптивной функции «опережающего просмотра», в принци­пиальную схему вводятся структурные дополнения, переводящие от­каз в работе СЧПУ и электроавтоматики в кратковременную приос­тановку работы отдельных узлов оборудования, не вызывающей бра­ка обрабатываемой детали и не создающей аварийной ситуации в ра­бочей зоне. Целесообразна замена фотосчитывателя введением УП напрямую через банк данных САПР либо посредством дискеты с маг­нитной записью.

Эксплуатационная надежность СЧПУ обеспечивается следую­щими блоками защиты:

- от выхода параметров окружающей среды (температура внутри логических узлов ЧПУ, влажность воздуха, колебания питающего | напряжения, импульсные помехи в сети питания и т.д.) за границы предварительно согласованных или регламентируемых государственными стандартами предельных значений;

- от отклонений параметров технологического процесса – (например, тягового усилия подачи и системы станок – приспособле­ние – инструмент – заготовка), от оговоренных числовых значений;

- от ошибок в каналах управления или нарушений нормальной работы функциональных устройств, составляющих систему управле­ния.

Применение 32-разрядных микропроцессорных УЧПУ значи­тельно расширило технологические возможности оборудования и станков. Важнейшими характеристиками УЧПУ являются открытая архитектура, модульная конструкция и использование принципа ми­ниатюризации. Для большинства современных УЧПУ время отработ­ки одного кадра УП составляет 4-8 м/с, а длительность такта регули­рования положения 1-2 м/с.

Некоторые УЧПУ имеют встроенные системы программирова­ния и могут быть связаны с ПЭВМ или ее периферийными устройст­вами.

Перспективным направлением является использование в УЧПУ не только гибких магнитных дисков, но и «жестких», что значительно повышает компактность УЧПУ, а применение жидкокристаллических дисплеев облегчает встройку УЧПУ в станки. К таким УЧПУ, имею­щим открытую архитектуру и цветной дисплей с размером экрана 10 дюймов, можно отнести Meldas-300-V фирмы Mitsubishi.

У этого УЧПУ часть программно-математического обеспечения изготовитель станка может изменять в соответствии со своими потребностями. Время отработки одного кадра равно 1,7 м/с, максимальная скорость подачи – 33 м/мм, максимальное число управляемых координат – 13. Адаптивное управление и прогнозирование – когда траектория рабочих перемещений рассчитывается на основании предварительного анализа большого числа кадров УП, а системы компенсации погрешности станка позволяют увеличить производительность и точность обработки.

При конструировании и изготовлении станочного оборудования НПО «Техномаш» обеспечивается изготовление деталей с соблюдением всех заданных параметров конфигурации, точности и шероховатости поверхностей, достижение требуемого уровня надежности, наи­более высоких технических характеристик, которые соответствуют мировым требованиям.

Высокие технические параметры этих станков обеспечиваются рядом факторов, в частности обоснованностью типа управляемой сис­темы ЧПУ и тщательностью конструкторской проработки систем управления оборудованием. Наработка на отказ систем управления – важнейший показатель надежности систем – колеблется в пределах 5-7 тыс.ч у систем электроавтоматики и 3-5 тыс.ч у систем ЧПУ в за­висимости от количества, качества и состава элементной базы, при­меняемой аппаратуры и условий эксплуатации. Созданы и успешно прошли приемочные испытания опытные образцы СЧПУ нового поко­ления, обеспечивающие наработку на отказ до 10-15 тыс.ч.

В соответствии с потребностями практики перспективные прин­ципиально-схемные и конструкторско-технологические особенности создаваемых систем должны соответствовать требованию потребите­лей. К числу важнейших требований относятся:

- новые потребительские свойства, побуждающие пользователей отдавать предпочтение новым системам ЧПУ взамен освоенных моде­лей;

- высокое качество как самой модели ЧПУ, так и ее выходных параметров.

При этом должны быть обеспечены возможно низкие затраты на эксплуатацию системы.

Микропроцессорные программируемые контроллеры являются по существу специализированными микроЭВМ, приспособленными для работы в реальном масштабе времени в промышленных условиях. С точки зрения МП ПК имеют ряд преимуществ:

- наличие развитой системы логических команд, что позволяет производить как облегченное программирование на языке релейно-контактных схем или логических выражений, так и программирова­ние на языках высокого уровня; программирование может осуществ­ляться непосредственно персоналом, не имеющим специальной подго­товки в области программирования;

- наглядная форма обработки технологической информации; со­временные, используемые в специальных СЧПУ ПК имеют не только дискретные, но и аналоговые входы-выходы, часть из которых снаб­жена и цифроаналоговыми преобразователями, что позволяет упро­стить обработку в СЧПУ, построенных на этой базе, не только дис­кретной, но и аналоговой информации;

- модульность построения. Входы-выходы в объеме памяти мо­гут наращиваться с определенным шагом, имеется возможность пере­наладки с помощью переносных программаторов, снабженных клавиа­турой для набора программы и экраном дисплея для ее индикации, который не трудно приспособить для индикации состояния памяти, входов и выходов, сообщений о неисправностях, редактирования программ и т.д.

ГЛАВА 2

В общем случае функции программного управления возложены на систему ЧПУ, а в частном - на УЧПУ. Функции УЧПУ определя­ются через систему его внешних взаимодействий. Устройство ЧПУ выступает как управляющий автомат по отношению к своему объек­ту управления – станку, ГПМ или ГПС, в то же время и УЧПУ – объект управления в окружающей производственной среде.

Детализируя указанные функции, можно выделить четыре их класса. Взаимодействие с объектом управления осуществляется путем управления формообразованием детали (так называемая геометриче­ская задача); в управлении рабочим процессом, осуществляемом на станке (технологическая задача); в управлении цикловой автоматикой станка (логическая задача). Взаимодействие с окружающей производ­ственной средой (терминальная задача) выражается в диалоге с опе­ратором и в информационном обмене с управляющей ЭВМ более вы­сокого уровня.

Гибкий производственный модуль – это составная часть ГПС. Для ГПМ принято, что все наладочные работы, техническое обслужи­вание и подготовку производства выполняют в первую смену при участии человека, работа оборудования во вторую и третьи смены происходит в автоматическом режиме с минимальным участием опе­раторов. Конструкция эксплуатируемого в таком режиме оборудова­ния имеет свои специфические особенности. Оборудование имеет ав­томатические накопители заготовок и режущих инструментов с инст­рументальными роботами, систему диагностики технического состоя­ния узлов, механизмов, инструментов, а также реализует управление качеством обработки. ГПМ комплектуются на базе многоцелевых станков.

Основные классификационные группы ГПМ установлены в ГОСТ 26962-86.

По назначению они подразделяются:

- для обработки корпусных деталей;

- плоскостных (плоских) деталей;

- деталей типа тел вращения;

- универсальные ГПМ.

По принципу автоматизации делятся на три уровня:

- многоцелевые станки с автоматической сменой инструмента и заготовок, которые при автоматическом цикле обработки деталей тре­буют постоянного наблюдения за технологическим процессом;

- ГПМ оснащенные устройством контроля процесса обработки;

- ГПМ с устройствами автоматической смены комплексов инст­рументов и приспособлений и возможностью адаптации изменяю­щимся условиям технологического процесса при работе в режиме без­людной технологии.

Основные типы компоновок ГПМ приведены в ГОСТ 27491-87 «Модули гибкие производственные и станки многоцелевые сверлильно-фрезерно-расточные. Основные параметры и размеры».

Системное ПО современных устройств ЧПУ для ГПМ строится по модульному принципу, в основу которого положена операционная система для организации взаимодействия различных блоков адаптивных средств между собой, с управляемым объектом и другими периферийными устройствами. Системное ПО предназначено для формирования и редактирования программы функционирования электрооборудования с помощью специальных языков в соответствии с за­данными алгоритмами, включая адаптивные управление, диагностирование станка и аварийных сообщений с указанием причины и места отказа; ввода и редактирования данных с пульта оператора в режиме диалога; построения графического изображения заготовки, детали и приспособлений; графического построения траекторий движения ин­струмента; организации обмена информацией между различными устройствами управления, в том числе с ЭВМ верхнего уровня при эксплуатации ГПМ в составе ГПС; формирование программы элек­троавтоматики станка и, наконец, управляющих программ для обра­ботки конкретных деталей.

Таблица 2 - Классификация ГПМ для обработки корпусных и плоских деталей

Технологические или конструктивные признаки	Классификационные группы
Интеграция группы обработки	Сверлильно-фрезерно-расточные (СФР). Фрезерно-расточные. Сверлильно-фрезерные с воз­можностью других видов обра­ботки (точение, шлифование и т.д.)
Концентрация обработки	С единичными инструментами, с многошпиндельными головками, комбинирование с единичными инструментами и многошпин­дельными головками
Степень универсальности	Для обработки с одной стороны. Для обработки с четырех, пяти сторон и под углами
Точность (по ОСТ2 Н72-6-85)	Основного исполнения – класс П. Прецизионные -класс А
Компоновка (основные типы ГОСТ 27491-87)	Горизонтальные с крестовым по­воротным столом. Вертикальные с крестовым столом. Горизон­тальные с подвижным поворот­ным столом и стойкой. Верти­кальные с поперечно-подвижным столом. Горизонтальные с попе­речно-подвижным поворотным столом (ГП-ППС). ГП-ППС с вертикальным расположением поверхности крепления заготов­ки. Горизонтальные с крестовой стойкой. Вертикальные с кресто­вой стойкой. Вертикальные двухстоячные с подвижным столом. Горизонтальные двухстоячные с подвижным столом.

Обычно в ГПМ используются многопроцессорные устройства ЧПУ, у которых отдельные МП объединяются общим каналом связи. Центральный МП выполняет функции управления этим каналом, ор­ганизации и контроля работы всего устройства. Специализированные МП служат для обработки данных ЗУ, управления приводами, связи с управляемым объектом и периферийными устройствами, связи с ЭВМ верхнего уровня при работе модуля в составе ГПС.

Многопроцессорные УЧПУ легко приспосабливаются к различ­ным условиям производства. Стандартные интерфейсы, выполняющие аппаратные функции и программно-математическое обеспечение, соз­дают систему управления, отвечающую техническим характеристи­кам соответствующих станков. Она может быть модифицирована в результате изменения функций управления при неизменной аппарат­ной части и схемы, определяющих передачу информации о геометрии обрабатываемых деталей, и будет изменяться только ПМО.

Отличительная особенность СУ для ГПМ – необходимость обес­печения непрерывной автоматической работы станков, в том числе в составе ГПС, без постоянного присутствия операторов. В УЧПУ должна быть предусмотрена система защиты, исключающая аварий­ную ситуацию на станке, которая может возникнуть при отказе в са­мом устройстве или при выходе за допустимые пределы параметров, характеризующих условия функционирования узлов и механизмов станка и нормальное выполнение процесса обработки. Система защиты должна срабатывать при возникновении аварийной ситуации, лик­видировать ее, а также фиксировать информацию о происшедших событиях. В ГПМ должны быть определены и введены в УЧПУ условия срабатывания защиты, предельные защищаемые параметры, мак­симальное время на ее срабатывание (без учета времени на формиро­вание сообщения для оператора), условия воздействия защиты при срабатывании на СУ.

В УЧПУ должно быть предусмотрено разностороннее диагно­стирование неисправностей, позволяющее своевременно определить неисправный узел или его элемент.

Диагностирование выполняется автоматически во всех режимах работы, в результате чего индицируется место отказа и выдается ин­формация для срабатывания защиты.

На основе ГПМ создаются ГПС, позволяющие автоматизировать серийное и крупносерийное производство. При этом автоматизация распространилась и на подготовку производства, диспетчеризацию и планирование.

Общая гибкость оборудования определяется через коэффициен­ты конструктивной (операционной) и адаптационной гибкости. Под операционной гибкостью понимают способность системы приспосабли­ваться к изменениям в номенклатуре обрабатываемых деталей. Она выражается числом различных деталей данного класса, обрабатывае­мых на ГПС.

Адаптационная гибкость указывает на способность системы приспосабливаться к отказам отдельных устройств и определяется вероятностью функционирования системы в случае таких отказов.

Рисунок 1-Эффективность применения различных методов управления на производительность: 1 - гибкость; 2 - производительность

Создание ГПС стало возможным благодаря применению ЭВМ в сфере производства для управления и планирования. Электронное давление позволяет создавать новые компоновки станков, где механические связи координат заменяются многокоординатным управлением электроприводами с заданием законов движения каждого при­вода в системе ЧПУ.

В таблице 3 дан перечень функций и средств вычислительной тех­ники, используемой в ГПС. Анализ приведенных в таблице данных позволил выделить набор основных функций:

1 – оперативное планирование;

2 – подготовку УП и технологической документации;

3 – сбор информации о состоянии производственного процесса;

4 – сбор информации о состоянии и работе оборудования;

5 – координацию и диспетчеризацию;

6 – управление производственным процессом с использованием средств диалога;

7 – взаимодействие УЧПУ с ЭВМ;

8 – взаимодействие ЭВМ с системами локального управления автоматизированной транспортно-складской системы АТСС;

9 – управление АТСС от ПК;

10 – контроль размеров обрабатываемой детали;

11 – диагностику оборудования и инструмента

Таблица 3 – Функции и технические средства

Система, фирма, страна	Основные данные ГПС	Функции СУ	Средства ВТ, реализующие функции СУ
Scamp 600 (Вели­кобрита­ния)	Обработка деталей типа тел вращения, величина партии 25-100 штук, де­вять станков, восемь ПР	6,7,8	Две сдвоенные ЭВМ модели Sistime Series 5000Е на базе ЭВМ PDP-11/34Е
Gardner, Hacoker, Syddeley (Вели­кобрита­ния)	Обработка корпусных де­талей многоцелевых стан­ков с ЧПУ (Kongsberg CNC 2000), связанных кон­вейером	9,10,11	ПК Allen-Bradley для управления ТНС
Fiat (Италия)	Сборочное производство. Стенды обслуживаются 37 самоходными тележками типа Robocarrier, автома­тизированный склад на 1000 деталей	1,3,4,8,9	Две ЭВМ (управление тележками от бортовых ЭВМ)
Система, фирма,	Основные данные ГПС	Функции СУ	Средства ВТ, реализующие функции СУ
MazakСorp (Филиал в США)	Обработка деталей – 27 станков, 180 типоразмеров	5,7,8	ЭВМ PIP-11 Mazak
Okita (Япония)	Обработка валов, фланцев корпусных деталей. Мно­гоцелевой станок, два то­карных станка, шлифо­вальный станок, транспортная тележка	7,10,11	Две ЭВМ Okita для управления ТНО-ЭВМ Саmrus A.
Shin Nippon Koki (Япония)	Система корпусных дета­лей, станки с ЧПУ Fanuc System		ЭВМ Welcom 70/30
Traub (Герма­ния)	Система сбора информа­ции в цехах	2,3,4,5,6	Две ЭВМ, 25 терминалов
Numeri Tronix	Обслуживает от 8 до 63 станков на расстоянии до 1,6 км. Каждый станок оснащается дополнительным редакти­рующим устройством модели ЕХЕС-1501, посредством которого может быть подключена СЧПУ любой фирмы-изготовителя. Объем ЗУ на магнитных дисках 30 Мбайт может быть расширен включением еще 16 дисков
Tipros 90 Toyoda (Фран­ция)	Два многоцелевых и шли­фовальный станки с ЧПУ, автоматические тележки для подачи заготовок, ин­струмента и отвода стружки		ЭВМ Eclipse MV/6000, ОЗУ (1Мбайт), НМД (76 Мбайт)
Citroen (Фран­ция)	Обработка корпусных де­талей габаритом 500Х500Х500 мм, партия­ми 50-100 шт. Два много­целевых станка, измери­тельная машина, моечная машина с роботом, накопи­тель деталей, инструмен­тальная система, четыре тележки	5,7,8,11	Две ЭВМ Solar 16/65 фирмы SFMS (одна из них в резерве), цветной графи­ческий дисплей, НМД, НГМД

Развитие УЧПУ построено на базе 32-разрядных процессоров, связано со значительным снижением их стоимости. Эти процессоры обеспечивают при позиционировании высокую скорость вычислений и обработки данных, что необходимо при изготовлении деталей сложных конфигураций и при высокой скорости резания.

Фирма GE Fanuc предпочитает 32-разрядные УЧПУ мод. System 16, для которых характерна высокая скорость выполнения команд и отсутствие погрешностей слежения (т.е. разницы между запрограммированными и фактическими траекториями режущего ин­струмента), что существенно повышает точность обработки. Компакт­ность этого УЧПУ (глубина тонкопленочного цветного жидкокристаллического дисплея, встроенного в панель управления, равна 60-70 мкм) достигнута благодаря применению технологии поверхностного монта­жа.

фирма Vicers Electric (США) выпускает компактное 32-разрядное УЧПУ мод. IBM Macro 10 Series, в котором используется операционная система MS-DOS, что позволяет одновременно управ­лять шестью координатами при упрощенном программировании в це­ховых условиях.

Фирма BOSH рекомендует УЧПУ мод. СС320М, связанной с приводами станка посредством оптоволоконных кабелей через интер­фейс SERO- COS; модели УЧПУ СС320М и ССЗЗОМ оснащены уст­ройством, обеспечивающим посредством графических дисплеев или телефона поиск и диагностирование неисправностей.

Для обеспечения операций, требующих высокой степени син­хронизации между шпинделем и приводом подачи, фирма Siemens предлагает УЧПУ модели Sinumeric 880M с электронной коробкой скоростей. Нарезание резьбы метчиком и разметка по трем коорди­натным осям реалиизуются УЧПУ модели Delta 10M, Delta 20M (USA) на новом ПМО. Широкое при

менение УЧПУ получили в управлении шлифовальными и электроэрозионными станками, на которых осуще­ствляется проверка круга по радиусу, электронными контрольно-измерительными балансировочными устройствами, а также датчиком припуска. В пятикоординатном УЧПУ проволочно-вырезного станка фирмы Elox (USA) для получения геометрических параметров и ис­пользования базы данных применяется сферический курсор, позво­ляющий фиксировать мнемонические символы на программируемых дисплеях и получать свыше 80 связанных между собой геометриче­ских профилей.

Дата добавления: 2015-04-29