Классификация система автоматического управления

Конспект лекций по дисциплине «Управление станками и станочными комплексами»

Раздел 1. Системы управления станками и станочными комплексами.

Тема 1.1. Системы управления станками и станочными комплексами. Общие положения.

Основные понятия

По своему использованию МРС общего назначения укрупненно можно разделить на станки, обрабатывающие корпусные детали и детали типа тел вращения, а также выделить еще своеобразную группу станков со сложной кинематической структурой – станки для обработки поверхностей зубьев колес, червяков, реек и др. подобных деталей.

Каждый станок состоит из устройств, которые, взаимодействуя, выполняют или способствуют выполнению той работы, для которой предназначен данный станок. Однако можно найти для них общие функциональные черты. По назначению, характеристикам и принципам работы, а значит и по управлению можно выделить следующие группы исполнительных устройств:

1. Формообразующие устройства – рабочие органы станка, связанные с формообразованием изделий и процессами позиционирования, т.е. передвигают заготовку (или инструмент) по программируемым координатам во время обработки или перед обработкой. Отличительным свойством данной группы является то, что траекторию и путь движения можно изменять в зависимости от вводимой программы.

2. Манипулирующие устройства – предназначены для выполнения постоянных команд, связанных с автоматическим циклом работы оборудования. Они изменяют режимы резания, направления и скорости перемещения механизмов станка, управляют охлаждением, сменяют режущий инструмент или заготовку, закрепляют их, транспортируют и складируют. Момент ввода в действие и последовательность их работы могут быть различными. Это определяется программой цикловой автоматики.

3. Вспомогательные устройства – обслуживают процесс обработки, например, обеспечивают автоматическую сборку отходов, смазывание станка, отсос тумана и пыли, работу гидро – и пневмосистемы и др. Обычно они имеют автономную систему управления. Наиболее важными и сложными по своему управлению являются первая и частично вторая группа устройств.

Позиционированием называют движения в заранее программируемые точки (позиции), происходящие обычно без обработки, т.е. все установочные и делительные движения, осуществляемые перед формообразованием, а также движения манипулирующих устройств, сменяющих инструменты и заготовки и выполняющие другие подобные действия.

Под автоматическим циклом работы станка понимают программируемую последовательность движений основных органов станка, а также последовательность всех действий, необходимых для нормального функционирования оборудования при изготовлении единицы продукции.

Алгоритмом обозначают точное предписание, задающее процесс переработки исходных данных в однозначный результат. Алгоритм управления – предписание о последовательности выполнения операций управления.

При простом формообразовании и позиционировании движения осуществляются поочередно или одновременно, но при этом кинематически не взаимосвязаны. Так обработка ступенчатого валика на токарном станке по прямоугольному циклу происходит при поочередных движениях продольной и поперечной кареток суппорта с одновременным, но не обязательно взаимосвязанным вращением заготовки.

При сложном движении форма детали зависит от формы направляющих и передаточных отношений между рабочими органами станка, которые перемещаются на размеры, определяемые командами управления.

Рассмотрим произвольный профиль обрабатываемой поверхности, предположим, что это или плоский профиль, или осевое сечение детали типа тела вращения.

Такой профиль может быть обработан различным режущим инструментом: резцом 1 с точечной режущей кромкой (если это тело вращения); цилиндрической фрезой 2 с осью, расположенной перпендикулярно плоскости заготовки; пальцевой фрезой 3 с осью, расположенной в плоскости заготовки.

Однако разнообразие вариантов обработки и возможность использования различного инструмента могут быть получены ограниченным числом формообразующих движений. Возможно лишь три варианта: движение заготовки относительно неподвижного инструмента; движение инструмента относительно неподвижной заготовки и совместное их движение. Выбор варианта происходит при проектировании станка и влияет на разработку его системы управления.

Рассматривая сложное формообразование, его можно представить состоящим из простых движений, каждое по своим направляющим (координатным перемещениям). Обработка элемента сложной траектории (участок А–Б) произойдет при одновременном перемещении в продольном направлении на расстояние Sz и поперечном на расстояние Sx.

Управление станком можно представить, как процесс воздействия на него для обеспечения выполнения требуемого технологического процесса обработки детали с заданными точностью, производительностью и себестоимостью обработки. Оно может осуществляться вручную – человеком или без участия человека – системой автоматического управления (САУ).

При управлении станками вручную обеспечиваются большая универсальность и высокая мобильность. Однако управление станком вручную значительно ограничивает возможность повышения производительности обработки, а во многих случаях также снижает или делает нестабильной точность обрабатываемых деталей.

При применении САУ управление станком производится на основе заранее разработанной программы, воплощенной в программоноситель (кулачках, копире, перфоленте и др.).

Система автоматического управления (САУ) представляет собой комплекс устройств и средств связи, обеспечивающих точное и согласованное во времени взаимодействие рабочих и вспомогательных исполнительных механизмов станка в соответствии с программой управления, разработанной на основе принятого технологического процесса обработки. Программа управления – это последовательность команд, обеспечивающих заданное функционирование рабочих органов станка. Элемент или комплекс элементов, несущих на себе программу управления, называется программоносителем.

Варианты исполнения САУ приведены на рис. а, б, в.

При первом варианте исполнения САУ (рис. а) программа управления, воплощенная в программоноситель, вводится в управляющее устройство, которое осуществляет управление рабочими органами станка. САУ в этом исполнении не контролирует, как в действительности обрабатывается программа управления.

При втором исполнении САУ (рис.б) в управляющее устройство поступают не только задающие сигналы программы управления, характеризующие требуемое положение рабочих органов станка, но и сигналы от датчика обратной связи, характеризующие действительное положение рабочего органа станка, или от датчиков, характеризующих действительные параметры процесса обработки детали (рис.в.). Управляющее устройство перерабатывает получаемую информацию по определенному, заложенному в нем алгоритму. Если имеется рассогласование сигналов требуемого и действительного положения, на выходе УУ возникает управляющее воздействие, подаваемое на приводной двигатель М.

Классификация система автоматического управления

Системы автоматического управления обеспечивают работу станка по заранее заданной программе. Главное отличие автомата от обычного универсального станка состоит в том, что он по точной, заранее составленной программе выполняет определенный повторяющийся цикл работы.

Выбор системы управления во многом зависит от специфики технологического процесса, от конкретных производственных условий, в которых будет эксплуатироваться станок и от требований экономики.

Кроме того, система управления накладывает свои особенности на кинематику и конструкцию станков, систему транспортных и вспомогательных устройств,

так как они неотделимы от системы управления.

Однако любая система управления, независимо от ее технологического назначения, должна отвечать следующему ряду основных требований:

· высокоточное исполнение команд на перемещение;

· синхронизация перемещений в различных циклах;

· высокая надежность работы;

· мобильность при смене объекта производства;

· простота конструкции и низкая стоимость;

· оптимальное регулирование процесса обработки;

· короткий цикл подготовки программы работы;

· выполнение большого количества команд (переключение подач и частот вращения шпинделя, поворот резцовой головки, включение и выключение САЖ, смена инструмента и т.д.);

· управление продолжительными циклами обработки без смены программоносителя.

Системы управления автоматов и полуавтоматов можно различать по следующим признакам: по принципу синхронизации, степени централизации управления, по методу воздействия, числу управляемых координат, виду программоносителя, по наличию или отсутствию обратной связи и т.д.

Централизованные системы управления характеризуются тем, что управление всем технологическим циклом осуществляется с центрального командного устройства (командоаппарата, пульта, распределительного вала, лентопротяжного устройства) независимо от действия и положения ИО. У таких систем управления (СУ) продолжительность рабочего цикла для каждого ИО является, как правило, величиной постоянной. Благодаря простоте схемы управления, надежности в работе удобству обслуживания и наладки централизованные СУ получили наибольшее применение в автоматах и полуавтоматах. К числу недостатков подобных систем можно отнести необходимость иметь дополнительные предохранительные устройства, так как команды с центрального пульта подаются вне зависимости от действия и положения исполнительных и рабочих органов.

Децентрализованные СУ, называемые иногда путевыми, осуществляют управление при помощи датчиков (чаще всего путевых переключателей и конечных выключателей), включаемых движущимися ИО. Эти системы основаны на управлении упорами. Все ИО связанны между собой так, что каждое последующее движение одного может происходить только лишь после окончания движения предыдущего ИО. Преимуществом этой системы управления является отсутствие блокировки, так как команды подаются только лишь после окончания предыдущей операции. Однако датчики расположены в рабочей зоне станков и нередко выходят из строя из-за попадания стружки, пыли, масла и выдают неправильные команды вследствие закорачивания электрических цепей. Кроме того, такие датчики являются еще недостаточно надежными в работе.

Смешанные СУ являются комбинацией первых двух систем. Здесь управление некоторыми элементами цикла осуществляется как в децентрализованной системе, а другими (остальными) от центрального командного, командного устройства. Например, управление всем циклом обработки детали осуществляется централизованно, а контроль выполнения очередных команд - при помощи путевых датчиков.

Наиболее важным и характерным признаком любой системы ПУ является способ задания программы обработки, выбор которого во многом зависит от назначения СУ, от структурной особенности и экономической целесообразности. Любая СУ выполняет строго определенный, заранее намеченный комплекс операций по обработке детали, составленный в виде программы работы автомата. Поэтому СПУ имеет программоноситель, который в той или иной отражает величину, траекторию, скорость и направление перемещения детали и инструмента.

По способу задания программы и виду программирования имеются:

· системы управления упорами;

· системы управления копирами;

· системы управления распределительным валом;

· СЦПУ (упоры, коммутаторы, штекерное табло);

· системы ЧПУ (перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и т.д.).

Наиболее высокой надежностью обладает СУ распределительным валом. Она представляет собой характерный пример централизованной разомкнутой СУ без обратной связи, обеспечивающей надежную и точную синхронизацию рабочего цикла любой сложности. Эта СУ получила широкое распространение в автоматах самого широкого распространения.

СУ упорами нашли широкое распространение в современных агрегатных станках и автоматических линиях.

СУ копирами, обладая целым рядом преимуществ (возможность обработки деталей со сложными поверхностями, универсальность и мобильность при наладке, широкая возможность автоматизации станков и т.д.) имеют и недостаток - невозможность работы несколькими инструментами, автоматизация только рабочих ходов и сравнительно высокая трудоемкость изготовления копиров.

Цикловые СПУ в отличие от СЧПУ более просты по структуре построения, конструкции и схеме их узлов. Они имеют меньшую стоимость, меньшую сложность освоения, достаточно высокую надежность работы, простоту устранения возникающих неисправностей, но и менее широкие возможности, чем СЧПУ.

Системы ЧПУ более сложны, чем ЦСПУ, более универсальны, обладают высокой гибкостью и переналаживаемостью оборудования на обработку новой детали, но и менее надежны. Несмотря на высокую пока еще их стоимость и сложность в обслуживании они находят все большее и большее применение, особенно при обработке сложных корпусных и дорогостоящих деталей.

Тема 1.2. Системы управления с распределительными валами