7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАНКАХ
С ЧПУ И ПРОГРАММИРОВАН ИИ
Основные особенности станков с ЧПУ. Обработка любой заготовки производится по определенной программе, задающей последовательность перемещений рабочих органов станка — На универсальных станках эта последовательность задается непосредственно рабочим с пульта управления. В последнее время такое «ручное управление» станками все меньше удовлетворяет требованиям современного производства, так как оно утомительно, требует много времени, а качество обработки в большой степени зависит от квалификации рабочего.
Для повышения производительности и качества обработки в условиях крупносерийного и массового производств применяют станки-полуавтоматы, автоматы и автоматические линии, в которых программа обработки задается автоматически: упорами, профильными кулачками, копирами, шаблонами и т. п. Основными характеристиками такого оборудования являются сложность переналадки, узкая номенклатура обрабатываемых деталей, высокая производительность и точность обработки, изготовление в течение длительного времени одинаковых деталей без переналадки.
Для мелкосерийного и единичного производств такие средства автоматизации не подходят. Если они будут выполнены для узкой номенклатуры деталей, то будут простаивать, не окупятся в приемлемый срок и при этом не смогут обеспечить требования мелкосерийного производства. Если же номенклатура будет достаточно широкой, то частые переналадки потребуют слишком много вспомогательного времени.
Таким образом, для мелкосерийного производства необходимы принципиально новые средства автоматизации, сочетающие в себе производительность и точность станков-автоматов с гибкостью универсального оборудования. В настоящее время эта проблема технически решена на базе современной электроники н вычислительной техники путем создания оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), в котором программа обработки задается в кодированной (числовой) форме — отсюда и название «числовое управление». Эта программа вводится в управляющее устройство, которое подает команды исполнительным органам станка.
Итак, станки с ЧПУ сочетают в себе свойства традиционных станков-полуавтоматов и универсальных станков. Так же как полуавтоматы, станки с ЧПУ после наладки повторяют по программе все необходимые движения, не требуя при этом вмешательства рабочего; он лишь меняет заготовку, периодически проверяет размеры обрабо — тайной заготовки, при необходимости подналаживает станок и наблюдает за ходом процесса.
Общим для универсальных станков с ручным управлением и станков с ЧПУ является простота переналадки и подналадки. Так, для переналадки станка с ЧПУ достаточно лищь ввести в устройство числового программного управления новую управляющую программу.
Станки с ЧПУ имеют и дополнительные достоинства, отсутствующие у автоматического и универсального оборудования: очень высокие степень точности и стабильности результатов, не зависящие от качества изготовлен и я копиров и квалификации рабочего-стан очника; возможность обрабатывать каждую конкретную заготовку по оптимальным режимам и рабочему циклу, отпадает необходимость в изготовлении дорогостоящих копиров, мастер-кулачков, сложнофасонных алмазных роликов и другого вспомогательного инструмента и оснастки.
Рабочий, обслуживающий шлифовальный станок с ЧПУ, должен быть не только высококвалифицированным станочником-универса — лом, но также владеть определенными навыками составления управляющих программ. Иначе он не сможет контролировать выполнение программы, вносить необходимые коррекции и исправления, изменять технологические условия и режимы обработки. Более того, на многих шлифовальных станках с ЧПУ ввод управляющих программ осуществляется непосредственно с пульта управления станком, и квалифицированный оператор часто сам составляет и отлаживает программы.
Принципы числового программного упраления. Сущность числового программного управления заключается в следующем. При составлении технологического процесса разрабатывают программу перемещений режущего инструмента относительно заготовки. Эта информация должна быть «понятной» станку — поэтому ее кодируют, т. е. заменяют условной системой числовых обозначений. Программа вводится в управляющее устройство станка, в котором эти данные преобразуются в соответствующие командные импульсы, а последние, с помощью управляющих механизмов, подают сигналы на приводы исполнительных органов станка.
В зависимости от применяемых систем управления программа может вводиться по-разному: набираться непосредственно с пульта управления станком, считываться с перфоленты или магнитной ленты, передаваться от управляющей ЭВМ по кабелю и т. п.
Одной из конструктивных особенностей механики станков с ЧПУ является применение импульсной системы управления с шаговыми двигателями, позволяющей исполнять программу обработки.
Особенность шаговых двигателей[11] состоит в том, что они работают прерывисто, в виде малых перемещений определенной величины,
которые называются дискретами. На каждое такое перемещение требуется подача отдельного электрического сигнала —импульса. На рис. 8.1 показана схема числового программного управления круглошлифовальным станком с помощью шаговых двигателей продольной подачи ШДХ и поперечной подачи ШДг. Устройство для ввода программы УВП считывает ее и подает сигнал в усилитель У, откуда они в виде электрических импульсов поступают к шаговым двигателям ШДХ и ШДг, осуществляющим заданные перемещения.
Количество импульсов, требующихся для передвижения рабочего органа станка на заданную длину, зависит от цены импульса, т. е. от величины дискреты — перемещения инструмента, которое осуществляет шаговый двигатель за один импульс. Следовательно, для подготовки и ввода программы необходимо знать, сколько импульсов нужно подать на шаговый двигатель.
Пример. Для обработки вала на круглошлифовальном станке методом проходного шлифования задана следующая программа перемещений инструмента и заготовки: поперечное перемещение az =
= 0,1 мм, продольное перемещение (прямой и обратный ход) ах = 80 мм.
Применяются шаговые двигатели с ценой импульса на поперечное перемещение Аг = 0,001 мм и на продольное перемещение Дх= 0,02 мм.
Определить, сколько импульсов требуется подать на шаговые двигатели ШДг и ШДХ.
Решение. Для определения требуемого числа импульсов необходимо разделить величину перемещения на соответствущую дискрету (перемещение за один импульс). Тогда на шаговый двигатель поперечной подачи ЩДг необходимо подать:
az б, 1
Nz —=————- —-100импульсов,
Д* 0.001
а иа двигатель продольной подачи ШДХ:
,, ах 80
N х~— = “ГГ—’ = 4000 им пульсов.
Д* 0,02
Помимо количества импульсов необходимо знать частоту следования импульсов (количество ипульсов в единицу времени), так как от нее зависит подача S = vA.
Применение шагового привода упрощает систему управления и делает ее более надежной, но предъявляет высокие требования к точности изготовления исполнительных механизмов, которые должны обеспечить прецизионное перемещение движущихся частей станка при подаче отдельных импульсов. Шаговые двигатели являются лишь исполнительными органами.
Отличительный признак станков с ЧПУ заключается в наличии системы программного управления. На рис. 8.2 показана принципиальная схема для общего случая программного управления. Сигнал из устройства для свода программы УВП поступает в устройство промежуточной памяти ПП. Это устройство необходимо для запоминания и хранения в течение заданного времени сигналов. Отсюда сигнал следует в сравнивающее устройство СУ. Работа его заключается в том, что с помощью системы обратной связи сопоставляется величина перемещения, задаваемая программой, с фактической величиной перемещения рабочего органа станка. До тех пор пока име
ет место рассогласование, т. е. разница между указанными величинами, система работает. По окончании заданного перемещения сравнивающее устройство вырабатывает сигнал, выключающий движение рабочего органа. Таким образом сравнивающее устройство (подобно активному контролю) образует систему обратной связи. Движения исполнительных механизмов (ИМ) станка контролируются датчиками перемещения, вырабатывающими контрольные сигналы, которые с помощью устройства обратной связи (УОС) поступают в сравнивающее устройство, где сопоставляются с сигналами программы. И только после того, как заданное перемещение будет выполнено, подача импульсов прекратится. Для выполнения очередного движения от программы должен поступить следующий сигнал, задающий величину и направление нового перемещения.
Во многих станках с ЧПУ предусмотрены устройства цифровой индикации (УЦИ), предназначенные для визуального наблюдения за текущими значениями контролируемого размера. Это позволяет оператору активно следить за выполнением программы, вносить необходимые коррекции и изменения. На рис. 8.3 приведена структурная схема простейшего УЦИ для отсчета перемещений рабочего органа станка (каретки, стола, бабки, суппорта) с помощью измерительного преобразователя 2. Перемещение рабочего органа 1 преобразуется в электрические импульсы, число которых пропорционально перемещению. Импульсы поступают в счетчик перемещений 3 и индицируются на цифровом табло 4, состоящем из набора десятичных индикаторов и дешифратора, преобразующего показания счетчика в сигналы, управляющие индикаторами.
Таким образом, на световом табло УЦИ светящимися цифрами указывается значение координаты (перемещение рабочего органа); по мере перемещения рабочего органа происходит смена цифр на табло, и оператор проверяет в любой момент времени положение рабочего органа. Иногда УЦИ сообщает, на каком режиме (подача, частота вращения) работает станок, или выдает другую информацию.
Учебно-производственное задание по теме
«Общие сведения о станках с ЧПУ»
Дайте ответы на следующие вопросы:
1. Что общего у станков с ЧПУ с полуавтоматами и универсальными станками? В чем их принципиальные отличия?
2. Почему в станках с ЧПУ применяются приводы на шаговых двигателях и почему эти двигатели называются «шаговыми»?
3. Определите количество импульсов, которое необходимо подать на шаговые двигатели ШДЖ и ШДг (см. условие примера 8.1), если задана следующая программа перемещений: поперечное перемещение aZl = 0,6 мм, продольное перемещение аХ! = 120 мм, поперечное перемещение аи = 0,3 мм, продольное перемещение aXt = — 120 мм.
Цена импульса Л2 = 0,001 мм и Ах — 0,02 мм.
4. В чем назначение сравнивающего устройства в системе программного управления?
5. Чем отличается схема программного управления от схемы работы приборов активного контроля?
6. В чем специфика применения УЦИ в станках с ЧПУ?