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.