122813 (Автоматическое технологическое оборудование (АТО). Системы управления АТО)

Автоматическое технологическое оборудование (АТО). Системы управления АТО

Станки с ЧПУ

В зависимости от характера выполняемых работ и применяемого режущего инструмента станки подразделяют на группы и типы (табл. 1).

Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений, заданных УП, а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки, автоматизацию загрузки и выгрузки деталей, автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента, возможность встройки в общую автоматическую систему управления. Высокая точность обработки определяется точностью изготовления и жесткостью станка. В конструкциях станков с ЧПУ используют короткие кинематические цепи, что повышает статическую и динамическую жесткость станков. Для всех исполнительных органов применяют автономные приводы с минимально возможным числом механических передач. Эти приводы должны иметь высокое быстродействие. Точность станков с ЧПУ повышается в результате устранения зазоров в передаточных механизмах приводов, уменьшения потерь на трение в направляющих и механизмах, повышения виброустойчивости, снижения тепловых деформаций.

По технологическим признакам и возможностям станки с ЧПУ классифицируются практически так же, как универсальные станки, на базе которых изготовляется большинство станков с ЧПУ.

Токарные станки с ЧПУ предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения, а также для нарезания наружной и внутренней резьбы.

Фрезерные станки с ЧПУ, предназначенные для обработки плоских и пространственных корпусных деталей, осуществляют следующие операции: плоское, ступенчатое и контурное фрезерование с нескольких сторон и под различными углами; сверление; растачивание; развертывание; нарезание резьбы и др.

Сверлильно-расточные станки с ЧПУ, предназначенные для обработки отверстий в деталях, выполняют сверление, рассверливание, зенкерование, растачивание, развертывание, обтачивание торцов, фрезерование, нарезание резьбы и др.

Шлифовальные станки с ЧПУ предназначены для шлифования наружных, внутренних и торцовых поверхностей деталей, имеющих прямолинейную и криволинейную форму образующих.

Многоцелевые станки с ЧПУ (обрабатывающие центры), предназначенные для комплексной обработки деталей за одну установку, выполняют практически все операции обработки резанием.

Э лектроэрозионные станки с ЧПУ предназначены для вырезания методом электроэрозии деталей сложного контура из токопроводящих материалов, обработка которых другими способами затруднена или невозможна. Обработка осуществляется непрерывно перемещающимся электродом-проволокой (из латуни, меди, молибдена, вольфрама) в среде керосина или воды с антикоррозионными присадками.

Станки создают по размерным рядам, представляющим собой группы однотипных станков подобной кинематической структуры и конструкции, но имеющих разные размеры. По ГОСТ 600-80 предусмотрено 13 размеров токарно-карусельных станков (диаметр обработки 80...25000 мм); по ГОСТ 2983-81 регламентировано 6 размеров круглошлифовальных станков (диаметр устанавливаемой заготовки 100...800 мм); по ГОСТ 6852-80 предусмотрено 5 размеров зубофрезерных станков (диаметр заготовки — 800...5000 мм) и так далее.

Типоразмер станка — представитель ряда с конкретными параметрами, а модель станка — конструкция данного типоразмера.

Классификация станков по степени универсальности предусматривает подразделение их на универсальные (для разнообразных операций на заготовках широкой номенклатуры в единичном и мелкосерийном производствах, а также при ремонтных работах), специализированные (для обработки однотипных заготовок разных размеров в крупносерийном и массовом производствах) и специальные (для обработки заготовок одного наименования и одного типоразмера в массовом производстве).

По габаритным размерам и массе, которые в значительной степени определяются параметрами тех деталей, для обработки которых предназначен станок, их подразделяют на легкие (до 1 т), средние (до 10 т) и тяжелые (свыше 10 т). Последние делят на крупные (10...30 т), собственно тяжелые (30... 100 т) и особо тяжелые — уникальные (свыше 100 т).

Классификация станков по точности предусматривает пять классов: нормальной точности (Н); повышенной точности (П) (на базе станков класса Н, но при более высоких требованиях к качеству изготовления и сборки основных узлов); высокой точности (В) (достигается специальной конструкцией отдельных узлов и элементов при высоких требованиях к изготовлению, сборке и регулировке станка); особо высокой точности (А) (на базе станков класса В, но при более высоких требованиях к точности изготовления основных узлов и деталей); особо точные (С), так называемые мастер-станки (для обработки деталей, определяющих точность эталонов зубчатых колес, измерительных винтов или деталей к станкам классов А и В).

Станки классов В, А, С эксплуатируют в помещениях с постоянной температурой и влажностью. В зависимости от класса точности соотношение допусков на изготовление деталей и узлов следующее: Н — 1,0; П — 0,6; В — 0,4; А — 0,25; С — 0,15.

Современный станок с ЧПУ представляет собой самоуправляющуюся рабочую машину, органически связанную с вычислительной машиной, работающей в реальном масштабе времени и преобразующей дискретные сигналы информации в дискретные сигналы управления.

По технологическим признакам в зависимости от назначения системы ЧПУ разделяют на позиционные, контурные и комбинированные.

По наличию обратной связи системы ЧПУ разделяют на разомкнутые (имеющие один источник информации — от управляющей программы через устройства управления к исполнительным органам станка) и замкнутые (с обратной связью по положению рабочего органа и с компенсацией погрешности станка, самоприспосабливающиеся — с адаптацией на различные внешние возмущения и изменения протекания техпроцесса).

В зависимости от степени автоматизации и типа системы ЧПУ для станков приняты следующие дополнительные обозначения: Ф1 — цифровая индикация и предварительный набор координат; Ф2 — позиционные и прямоугольные системы ЧПУ; ФЗ — контурные системы ЧПУ; Ф4 — универсальные комбинированные системы ЧПУ; М — инструментальный магазин и автоматическая смена инструмента (АСИ); Р — револьверная инструментальная головка и АСИ; РМ — револьверная головка, инструментальный магазин и АСИ.

Каждая модель станка имеет цифровое или буквенно-цифровое обозначение — шифр, по которому можно получить некоторое первоначальное представление о станке. Схемы расшифровки трех основных систем обозначений отечественных станков с ЧПУ приведены на рисунке 1.

Например, модель станка 1А512МФЗ следует расшифровывать по первому варианту (рис. 1,1), начинающемуся с цифры. Так, 1 — группа токарных станков; А — буква модернизации модели; 5 — тип карусельных станков; 12 — условный либо характерный размер станка (в данной модели это соответствует размеру планшайбы 1250 мм); М — с инструментальным магазином и автоматической сменой инструмента; ФЗ — с контурной системой ЧПУ; станок относится к нормальному классу точности, буква Н в классе не указывается.

Модель станка РТ-724ФЗРМ расшифровывается по второму варианту (рис. 1, П): РТ — буквенное обозначение завода-изготовителя (Рязанский станкостроительный завод); 724 — порядковый номер модели; ФЗ — с контурной системой ЧПУ; РМ — с револьверной головкой, инструментальным магазином и АСИ.

Обозначение станка с ЧПУ, например, модели ИР320ПМФ4 расшифровывается по третьему варианту (рис. 1, III): ИР — буквенное обозначение завода-изготовителя (Ивановский завод тяжелого станкостроения); 320 — характерный размер (габариты стола 320x320); П — повышенного класса точности; М — с инструментальным магазином и АСИ; Ф4 — с комбинированной системой ЧПУ.

Наиболее часто встречаются следующие буквенные обозначения заводов-изготовителей:

БРСК — Бердичевский станкостроительный (Украина);

КТ — Средневолжский станкостроительный (г. Самара, Россия);

РТ — Рязанский станкостроительный (Россия);

ИР — Ивановский тяжелого станкостроения (Россия);

ОФ — Одесский фрезерных станков (Украина);

ОП — Одесский прецизионных станков (Украина);

КК — Самарский (Куйбышевский) координатно-расточных станков (Россия);

ЛР — Санкт-Петербургское (бывшее Ленинградское) станкостроительное производственное объединение (Россия);

ME — Московский завод автоматических линий (Россия).

Рис. 1 Схемы расшифровки различных систем обозначений отечественных станков с ЧПУ

Таблица 1 Классификация металлорежущих станков

Системы управления АТО

Важнейшей частью любого автомата являются система и механизмы управления. Одним из важнейших определяющих признаков современных АТО обработки и сборки ЭА является тип системы управления, которая реализует заданною программу работы, координирует работу всех механизмов и устройств АТО в течение рабочего цикла и выполняет ряд дополнительных функций.

Эволюция технологии числового программного управления

Эволюция технологии числового программного управления происходила в тесной связи с развитием вычислительной техники и зависела от него. Без автоматизации программирования систем ЧПУ с помощью ЭВМ было бы невозможно составлять управляющие программы для обработки многих видов деталей. Кроме того, ЭВМ позволяют совершенствовать и облегчать процедуру программирования СЧПУ с использованием таких методов, как интерактивная машинная графика и речевой ввод программ.

1. ЧПУ от ЭВМ, или машинное числовое программное управление (МЧПУ).

2. Прямое цифровое управление (ПЦУ).

3. Адаптивное управление (АУ).

В системах ЧПУ от ЭВМ, или МЧПУ, традиционные управляющие устройства, реализованные на базе не перестраиваемой («жестко запаянной») аппаратуры, заменяются малой (мини- или микро-) ЭВМ. Эта малая ЭВМ используется для выполнения ряда основных функций ЧПУ с помощью программ, хранящихся в ее оперативной памяти. Одним из отличительных свойств МЧПУ является то, что здесь один станок управляется одной ЭВМ.

В отличие от этого при другом типе управления от ЭВМ - прямом цифровом управлении (ПЦУ) - одна большая ЭВМ используется для управления несколькими отдельными станками с ЧПУ.

Третий тип управления - адаптивное управление - не требует для своей реализации использования дополнительной цифровой вычислительной машины. Механическая обработка с адаптивным управлением предусматривает измерение управляющей системой одной или большего числа переменных, характеризующих процесс обработки (например, усилия резания, температуры, потребляемой мощности и т.д.), и соответствующее изменение скоростей подачи и (или) резания для компенсации нежелательных отклонений переменных управляемого процесса. Цель такого режима состоит в оптимизации процесса обработки, чего сама по себе СЧПУ обеспечить не в состоянии. Многие ранние проекты систем адаптивного управления базировались на аналоговых управляющих устройствах. Современные системы такого типа используют микропроцессорную.

Числовое программное управление от ЭВМ

Система МЧПУ использует в монопольном режиме ЭВМ с записанной в нее программой для выполнения некоторых или всех основных функций числового программного управления. На протяжении ряда лет в устройствах МЧПУ применялись также мини-ЭВМ.

По внешнему виду станок с МЧПУ очень похож на обычный станок с ЧПУ.

Рис. 2 - Общая конфигурация системы машинного числового программного управления (МЧПУ).

Управляющая программа обработки детали вначале вводится аналогичным образом. По сравнению с обычными СЧПУ системы МЧПУ обладают большей гибкостью и повышенными вычислительными возможностями. Новые варианты функционирования системы можно ввести в устройство МЧПУ, просто заменив программу его работы. Благодаря возможности перепрограммирования (это касается как управляющих программ обработки деталей, так и вариантов управления системой) МЧПУ часто называют гибко-программируемым ЧПУ. Общая конфигурация системы МЧПУ показана на рис. 2.

Система МЧПУ предназначена для выполнения целого ряда функций. Основными функциями МЧПУ являются следующие:

1. Управление станком.

2. Компенсация отклонений в процессе обработки деталей.

3. Обеспечение повышенных возможностей в режимах программирования и работы.

4. Диагностика.

Управление станком. Главной функцией системы МЧПУ является управление работой станка. Это предполагает преобразование команд управляющей программы обработки детали в соответствующие движения инструмента, реализуемое посредством сервосистемы, которая связана с ЭВМ интерфейсом. Возможность удобно вводить множество различных функций управления в такой программируемый контроллер является главным преимуществом МЧПУ.