Системы управления станками

В решении задачи ускорения социально-экономического развития страны на базе научно-технического прогресса главенствующая роль принадлежит машиностроению, продукция которого должна обеспе­чить многократное увеличение производительности труда во всех областях производственной деятельности человека при автоматиза­ции всех ее стадий.

Управление станком называют ручным, если выполнение операции осуществляется непосредственно человеком на основе исходной информации в форме чертежа, технологической документации и текущей информации по результатам наблюдений за работой станка, инструмента, измерительных и регистрирующих устройств и другого оборудования. При ручном управлении циклом работы станка рабочий должен обладать знаниями, умением и опытом, наличие которых позволяет выполнять технологическую операцию с заданной производительностью, обеспечивая при этом требуемое качество изделия. При этом управлении возможности повышения производительности ограничены способностями человека, качество же изделий может оказаться нестабильным, а иногда и низким.

Управление станком называют автоматическим, если выполнение операциями обеспечивается комплексом устройств и средств связи, обеспечивающим требуемое согласованное взаимодействие испол­нительных механизмов станка, заготовки, инструмента и т. п.

Управление движением станка, его механизмов и транспортных средств, режимов работы машины, изменением физических и хими­ческих параметров технологического процесса по заранее заданной программе называется программным управлением (ПУ).

Способ достижения цели с однозначным описанием операций и процедуры их выполнения в заданной форме называется програм­мой.

Система программного управления состоит из ряда устройств, предназначенных для выполнения определенных функций: програм­моноситель, на котором записана программа работы исполнительных органов станка; устройства ввода программы; считывающего устрой­ства, способного воспринимать символы программы и преобразовы­вать их в электрические сигналы управления; преобразующего устройства, отрабатывающего рабочие команды для движения исполнитель­ных органов станка; привода исполнительных органов станка; системы обратной связи, осуществляющей контроль соответствия выпол­няемого движения исполнительных органов запрограммированным параметрам.

Станки, а также другое легкопереналаживаемое оборудование, снабженные системами автоматического управления, являются осно­вой для создания гибких производственных систем (ГПС).

Программное управление работой элементов станка разделяют на цикловое и числовое программное управление.

Цикловое программное управление (ЦПУ) основано на исполь­зовании простейших программ, содержащих только информацию о цикле и режимах обработки, обеспечиваемых регулируемыми электроприводами главного движения и подачи. Простейшим устрой­ством ЦПУ является кулачковый командоаппарат (программатор), который выдает команды на путевые переключатели, обеспечива­ющие начало движения или прекращение движения соответствующих рабочих органов станка по заданной программе от путевых переклю­чателей. Путевые переключатели имеют достаточно высокую точ­ность срабатывания и достаточную долговечность.

Системы ЦПУ могут быть с аппаратным управлением (электри­ческие, гидравлические или пневматические). Программу в таких устройствах часто вводят с панели нажатием клавиши с обозначением логического элемента.

Станки с ЦПУ отличаются простотой конструкции, невысокой стоимостью, однако их переналадка требует значительного времени. Поэтому станки с ЦПУ эффективно используются для обработки заготовок больших партий деталей простой формы. Они находят применение в крупносерийном и массовом производствах и автома­тических линиях для этих производств,

Развитие электроники и вычислительной техники, внедрение ЭВМ в производство привели к применению в станкостроении систем числового программного управления (ЧПУ). Числовое прог­раммное управление основано на программах, содержащих инфор­мацию чертежа детали, о цикле и режимах обработки, о перемещении заготовки и информацию об инструменте, записанную в виде опре­деленной последовательности чисел, представляющую собой язык программирования. В системах ЧПУ на всем пути подготовки про­граммы управления вплоть до ее передачи рабочим органам станка мы имеем дело только с информацией в цифровой форме.

Системы ЧПУ можно классифицировать по различных признакам: перемещению рабочих органов (позиционные, контурные, ком­бинированные или универсальные системы), наличию обратной связи (разомкнутые, замкнутые системы) и др.

В позиционных системах ЧПУ обработка осуществляется в про­цессе поочередного или одновременного перемещения рабочих органов станка по различным координатам (X, Y, Z).

В контурных системах управление обеспечивается перемещением рабочих органов станка по траектории (обычно криволинейной) и с контурной скоростью, заданными программой. Контурной скоростью является результирующая скорость подачи рабочих органов станка, направление которой совпадает с касательной в каждой точке заданного контура обработки.

В универсальных системах ЧПУ используют комбинированные позиционно-контурные системы управления.

В разомкнутых системах ЧПУ действительное положение рабочих органов станка не контролируется, а определяется точностью пере­даточных механизмов и точностью выполнения заданных программ, вводимых программоносителем по начальной информации.

В замкнутых системах имеется обратная связь и осуществляется сопоставление информации о контролируемом исполнении перемеще­ний и команд с заданными параметрами в программе. В замкнутых системах управления выделяют три подгруппы: 1) системы управле­ния с обратной связью по положению рабочих органов станка; 2) системы управления с обратной связью по положению рабочих органов и с компенсацией погрешностей станка из-за тепловых деформаций, износа инструмента, вибраций и т.п.; 3) адаптивные (самоприспособляющиеся, в том числе самонастраивающиеся, само­организующиеся, самообучающиеся) системы управления, в которых при непредвиденных изменениях в технологической системе обеспечивается высокая точность обработки, оптимальная произво­дительность и минимальная се­бестоимость обработки за счет использования информации о разных параметрах процесса об­работки, размерах заготовок, на­грузках и температурах в зоне резания и т. п. Название системы происходит от термина «адапта­ция», под которым понимают приспособление организмов к изменяющимся внешним ус­ловиям.

Работа станка с ЧПУ и про­граммирование тесно связаны с системами координат. Оси коор­динат необходимы для определе­ния перемещений рабочих орга­нов по направлению и величине. Для всех станков с ЧПУ принята правая система координат X, Y, Z. Оси координат располагают па­раллельно направляющим станка. Поворот вокруг осей X, Y, Z обо­значают буквами А, В, С

Для заточки осевого цилиндрического лезвийного инстру­мента по передней и задней поверхностям достаточно двух переме­щений, для инструмента с цилиндрическими и кони­ческими участками лезвия используют станки с тремя перемещения­ми , для инструмента с наклонным или винтовым зубом используют станки с четырьмя или более перемещениями. При обозначении моделей станков с ЧПУ используют индексы: Ф2 —для позиционной; ФЗ —для контурной; Ф4 —для позиционно-контурной систем ЧПУ; Ф1 —для цифровой индикации положения при ручном вводе данных.