Автоматизированный станочный модуль

Саратовский государственный технический университет

А.А.Игнатьев, В.А.Добряков, М.В.Виноградов, Е.А.сигитов

конструкции современных автоматизированных станков

как объектов управления

в машиностроении

Учебное пособие

для магистрантов направления 220200

по курсам «Автоматические станочные модули»,

«Объекты управления»

и для студентов направления 220301

по курсам «Автоматизированные контроль и диагностика»,

«Технические средства автоматизации»

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2010

УДК 621: 580.562

ББК 32.965

И 26

Рецензенты:

кафедра «Технология металлов и материаловедение»

Саратовского государственного аграрного университета

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Института проблем точной механики

и управления АН РФ Д.Ю.Петров

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного технического университета

Игнатьев А.А., Добряков В.А., Виноградов М.В., сигитов Е.А.

И 26 конструкции современных автоматизированных станков

как объектов управления: учеб. пособие / А.А.Игнатьев,

В.А.Добряков, М.В.Виноградов, Е.А.сигитов.

Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. 55 с

ISBN

Изложены современные тенденции в конструкциях автоматизированных станков, направленные на расширение их технологических возможностей. Рассмотренные материалы позволили определить широкий круг вопросов, решение которых будет способствовать повышению экспортного потенциала выпускаемых металлорежущих станков и, следовательно, росту их конкурентоспособности на рынках сбыта в промышленно развитых странах.

Ил.38, табл.7, библиогр.14 назв.

УДК621: 580.562..

ББК 32.965………..

© Саратовский государственный

технический университет

© Игнатьев А.А., 2010

Добряков В.А., 2010

Виноградов М.В., 2010

ISBN сигитов Е.А., 2010

ВВЕДЕНИЕ

Главными направлениями научно-технического прогресса в станкостроении являются:

- техническое совершенствование и обновление конструкций в условиях непрерывно возрастающих требований;

- повышение в экономически оправданных пределах единичных мощностей станков и другого оборудования;

- уменьшение затрат на производство станков в расчете на единицу их производительности;

- снижение удельной металлоемкости и энерговооруженности станков;

- повышение ресурса и надежности станков, систем и комплектующих изделий;

- применение новейших видов технологических операций, основанных на использовании физических и физико-химических методов обработки;

- комплексная механизация и автоматизация технологических процессов;

- реализация прогрессивных экономических и технико-экономичес­ких решений, повышающих эффективность практического использования достижений науки и техники.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

СОВРЕМЕННЫХ СТАНОЧНЫХ МОДУЛЕЙ

Структура автоматизированных станочных модулей

Как объектов управления

Современные тенденции развития машиностроения определяют создание принципиально нового станочного оборудования, способного длительное время функционировать как в автономном режиме, так и встраиваться в системы более высокого иерархического уровня. Согласно современной классификации такие объекты определяются как автоматизированные станочные модули (АСМ).

Отличительной особенностью этого оборудования по сравнению со станками с ЧПУ является большое число новых функций, реализуемых в АСМ, которые можно разбить на две группы: 1 – функции, связанные с повышением уровня автоматизации; 2 – функции, обеспечивающие надежность и эффективность эксплуатации. Очевидно, что в обоих случаях появляются дополнительное оборудование и специальное программно-математическое обеспечение, что приводит к усложнению структуры и возникновению проблем, относящихся не только к свойствам отдельных элементов, но и к закономерностям функционирования системы в целом.

Рассмотрим функции современного автоматизированного оборудования на примере токарного АСМ ТПАРМ-100 (рис.1). Отметим прежде конструктивные особенности объекта, направленные на повышение эффективности использования модуля для достижения цели функционирования – обеспечения количественных и качественных показателей изготавливаемой продукции:

– автоматическая загрузка заготовок и удаление деталей с помощью манипулятора;

– аэростатические опоры шпинделя и направляющие суппорта;

– лазерный интерферометр в качестве датчика обратной связи (ДОС) системы управления;

– фрикционные редукторы в приводах подач;

– возможность прерывистого резания для уменьшения процесса стружкообразования;

– импульсная подача СОЖ в процессе обработки;

– встроенное средство диагностирования состояния основных блоков.

Рассмотрим структурную иерархическую схему АСМ (рис. 2). Процесс функционирования АСМ представляет собой последовательность действий в рамках выполнения имеющихся заявок на производство, в которой каждая его часть есть комбинация соответствующих элементов различной физической природы и связей между ними. Эта совокупность называется подсистемой, а с учетом характера ее действий – функциональной подсистемой АСМ, не подлежащей (на данном уровне) дальнейшему разбиению. Тогда внутренняя структура подсистемы не является предметом исследования и имеют значение только те ее свойства, которые определяют взаимодействие и оказывают влияние на характер системы в целом. Таких подсистем в АСМ восемь: автоматическое управляющее устройство (АУУ), привод главного движения (ПГД), приводы продольных (ПП_z) и поперечных (ПП_х) перемещений, смена заготовки (СЗ), смена инструмента (СИ), режущий инструмент (РИ), обеспечение СОЖ (СОЖ).

Рис.1. токарный АСМ ТПАРМ-100

Однако выделенные подсистемы сами являются сложными системами, которые легко расчленить на подсистемы. Например, в подсистеме привода главного движения выделим преобразователь частоты, двигатель главного движения, тормоз, шпиндель, реле оптическое шпинделя. Верно и обратное положение. Исходные подсистемы можно объединить, что еще упростит структуру системы и уменьшит число связей между элементами. Так, подсистемы приводов главного движения, подач и процесса резания легко объединяются в формообразующую подсистему, а подсистемы смены заготовки, смены инструмента и обеспечениях СОЖ – во вспомогательную подсистему, а подсистемы смены заготовки, смены инструмента и обеспечения СОЖ – во вспомогательную подсистему. Тогда АСМ будет представлять собой совокупность трех подсистем: управляющей, формообразующей, вспомогательной. Наконец, объединение всех подсистем позволяет получить АСМ в целом как динамическую стохастическую систему, которую можно рассматривать, например, в качестве одноканальной системы массового обслуживания.

Подсистемы 1 уровня

Подсистемы 2 уровня

3 уровень

Рис. 2. Иерархическая структура АСМ:

ПЧ – преобразователь частоты; Д – двигатель; Шп – шпиндель; РОШ – реле

оптическое шпинделя; Т – тормоз; ФР – фрикционный редуктор, ТГ – тахогенератор; К_х, К_z – каретки суппорта по оси Х и Z; ДКПх, z – датчики крайнего положения по оси Х и Z; ЛИ – лазерный интерферометр; РИ – режущий инструмент; РД – резцедержка; УВП – устройство ввода программы; УСО – устройство сопряжения с объектом;

ПУ – пульт управления; БА – блок автоматики; СЗ – подсистема смены заготовки;

М – магазин; Мп – манипулятор; П – патрон; СИ – подсистема смены инструмента;

РГ – резцовая головка; СОЖ – подсистема обеспечения смазочно-охлаждающей

жидкостью; Бак – бак с СОЖ; УП – устройство подачи СОЖ в зону резания

Нетрудно убедиться, что при данном представлении понимание АСМ возрастает при последовательном переходе от одного уровня к другому: чем ниже осуществляется спуск по иерархии, тем более детальным становится раскрытие системы, чем выше подъем, тем яснее становятся ее смысл и знание. Полученная структура реализует ряд потенциальных преимуществ стратификации, среди которых главным является получение отправных точек для исследования различных аспектов и проблем анализа и синтеза (оптимизации) процесса функционирования АСМ.

Автоматизированный станочный модуль