​

1. Обзор и анализ номенклатуры типовых деталей

   1. Обзор обрабатываемых зон типовых деталей

Проектируемый ГПМ предназначен для обработки корпусных деталей. Примером типовой детали является корпус редуктора.

Рис. 1.1. Корпус редуктора в сборе

Зоны 1, 2, 13, 14 – внутренние цилиндрические поверхности с допуском на диаметр по Н7, допуском цилиндричности 0,02 мм (0,016 мм), допуском соосности 0,016 мм, допуском параллельности осей АБ и ВГ ±0,04 мм и шероховатостью Ra1,6. Являются основными открытыми зонами и требуют черновой, получистовой и чистовой обработки.

Зоны 3, 4, 15, 16 – кольцевые канавки с допуском на размер по Н11, допуском перпендикулярности относительно оси АБ (ВГ) 0,04 мм и шероховатостью Ra1,6. Являются основными закрытыми зонами и требуют черновой и чистовой обработки.

Зона 5 – внутренняя цилиндрическая поверхность с допуском на диаметр по Н7, допуском цилиндричности 0,02 мм, допуском перпендикулярности относительно оси ВГ 0,016 мм и шероховатостью Ra1,6. Является основной открытой зоной и требует черновой, получистовой и чистовой обработки.

Зоны 6, 7, 9, 17, 18, 19 – плоскости с шероховатостью Ra3,2. Являются основными открытыми зонами и требуют черновой обработки.

Зона 8 – плоскость с допуском плоскостности 0,01/100 мм, допуском перпендикулярности относительно оси Е 0,016/100 мм и шероховатостью Ra1,6. Является основной открытой зоной и требует черновой, получистовой и чистовой обработки.

Зоны 10, 11 – отверстия с резьбой М16-7Н, М8-7Н с позиционным допуском Ø0,8 мм (Ø 0,5 мм). Являются основными открытыми зонами и требуют черновой обработки отверстия с последующим нарезанием резьбы.

Зоны 12, 22 – отверстия под штифты с допуском на диаметр по Н7 и шероховатостью Ra0,8. Являются основными закрытыми зонами и требуют черновой, получистовой и чистовой обработки.

Зона 20 – отверстие с резьбой М20х1,5–7Н, основная открытая зона, требует черновой обработки.

Зона 21 – отверстие с шероховатостью Ra6,3. Является основной открытой зоной и требует черновой обработки.

Зона 23 – цилиндрическое углубление с шероховатостью Ra6,3. Является основной закрытой зоной и требует черновой обработки.

Инструмент, а также количество, состав и зависимость движений, необходимые для обработки указанных зон, приведены в таблице 1.

1. Геометрическая задача

В рамках геометрической задачи выполняются следующие функции управления:

1. Ввод и хранение СПО
2. Ввод, редактирование и хранение УП
3. Интерпретация кадра
4. Интерполяция
5. Управление приводами
6. Работа с постоянными технологическими циклами
7. Коррекция УП
   1. Ввод и хранение СПО. Специальное программное обеспечение (СПО) обеспечивает распределение ресурсов устройства ЧПУ, а также организацию процесса обработки, ввода – вывода, редактирования и управления данными [3]. Для СПО используется энергонезависимая память. Ввод СПО осуществляется с ЭВМ верхнего уровня, с USB или дискового носителя.
      1. Ввод, редактирование и хранение УП. Управляющая программа (УП) изменяется при изготовлении разных деталей. Она может вводиться покадрово или целиком следующими способами: с USB или дискового носителя, с ЭВМ верхнего уровня, с пульта УЧПУ.
      2. Интерпретация кадра. Функция интерпретации кадра необходима для того, чтобы перевести команды, записанные в кадрах УП, в вид, понятный СЧПУ. При интерпретации кадра решаются следующие задачи:
8. Анализ вспомогательной функции М и формирование кодов управления электроавтоматикой станка.
9. Перевод размерных величин перемещений и скоростей в машинные единицы путём умножения на масштабные коэффициенты.
10. Анализ кодов учёта корректирующих поправок на размеры инструмента и коррекции траектории.
11. Расчёт исходных данных для интерполяции, анализ признаков торможения и расчёт тормозного пути.
    1. Интерполяция. Интерполяция – процесс получения с требуемой точностью координат промежуточных точек траектории по координатам вспомогательных опорных точек аппроксимируемого контура с величиной дискреты СЧПУ и заданной функцией интерполяции.

На разрабатываемом ГПМ СЧПУ обеспечивает следующие виды интерполяции: G01 – линейная; G02, G03 – круговая в плоскости XOY, винтовая, сплайновая.

1. Управление приводами

Реализацию обратной связи по положению рассмотрим на примере управления приводом перемещения колонны (Ось X). На двигатель М1 из СЧПУ подается сигнал X_зад о перемещении рабочего органа на заданное расстояние. Двигатель через муфту связан с ШВП, которая осуществляет перемещение рабочего органа. Оптический линейный измерительный преобразователь ИП1 модели ЛИР–7М посылает в СЧПУ сигнал Х_факт о фактическом положении рабочего органа. Если разница фактического Х_факт и заданного X_зад положения рабочего органа не равна нулю и превышает допустимое значение, то на двигатель М1 посылается сигнал ΔX = Х_факт – X_зад о перемещении рабочего органа для устранения рассогласования.

Реализацию обратной связи по скорости рассмотрим на примере управления приводом перемещения салазок (Ось Y). На двигатель М2 из СЧПУ подается сигнал F_зад о перемещении рабочего органа с заданной скоростью. Оптический линейный измерительный преобразователь ИП2 модели ЛИР–7М посылает в СЧПУ сигнал F_факт о фактической скорости рабочего органа. Если разница фактической F_факт и заданной F_зад скорости рабочего органа не равна нулю и превышает допустимое значение, то на

Рис. 4.1. Управление приводом перемещения колонны (ось Х)

а б

Рис. 4.2. Управление приводом перемещения: а – салазок (ось Y), б – шпиндельной бабки (ось Z)

двигатель М2 посылается сигнал ΔF = F_факт – F_зад о изменении скорости перемещения рабочего органа для устранения рассогласования.

Аварийный останов привода. Чтобы исключить выход рабочего органа за пределы рабочего поля устанавливают 6 концевых выключателей: 2 – для плавного торможения, 2 – для отключения двигателя, крайние 2 – для авариного отключения СЧПУ.

Работа УЧПУ в абсолютной или относительной системе координат. Эта функция задается в УП с помощью подготовительных функций G90, G91. Без сигналов, соответствующих этим функциям не будет реализованы алгоритмы интерполяции и рабочие органы не начнут перемещаться.

Согласование заключается в подборе из устройства ЧПУ кода задания, отвечающего истинному положению ИП обратной связи. При согласовании ИП должен выдать сигнал С в устройство ЧПУ.

Автоматической выход рабочего органа в нулевую точку станка. Для перемещения рабочих органов в точку М используется подготовительная функция G53, осуществляющая выход рабочих органов в точку М по осям X, Y, Z, А, В. При достижении нулевой точки ИП посылает сигнал 0 в устройство ЧПУ о выполнении данной функции.

Реферирование. Эта функция предполагает автоматический выход рабочего органа в референтную точку R станка. Точка R необходима для уменьшения величин холостых ходов. На двигатели приводов подач продается сигнал, соответствующий подготовительной функции G28. При достижении рабочими органами точки R каждый ИП посылает сигнал «R » на УЧПУ.

Автоматический выход рабочего органа в точку смены заготовки. Для выполнения цикла смены заготовки рабочие органы перемещаются в точку F. Для этого используется функция М60. При достижении точки смены заготовки ИП выдают сигнал F.

Рис. 4.3. Управление приводом поворота наклонного стола (ось А)

Рис. 4.4. Управление приводом поворотного стола (ось В)

1. Работа с постоянными технологическими циклами. СЧПУ может автоматически рассчитывать и формировать траектории движения инструмента, если в УП заданы постоянные технологические циклы обработки.

Цикл – процесс отдельных движений станка для различных видов обработки, выполняемых специальными инструментами. Каждый постоянных цикл имеет определенный формат записи, который записывается и вызывается при необходимости в кадрах основной УП.

На проектируемом ГПМ применяются следующие циклы: G81, G82, G83, G84. Отмена технологических циклов осуществляется при помощи подготовительной функции G80.

Расточные постоянные циклы (G80 – G89)

Рис. 4.5. Пример задания постоянного цикла сверления

Пример:

N10 G90 S1000 M42 LF

N20 G81 X85 Y45 Z25 R55 F300 M3 LF

N30 X45 Y30 Z15 R40 LF

N40 X25 LF

N50 G80 Z60 H0 LF

N60 G0 X150 Y0 M30 LF

1. Коррекция УП. СЧПУ может автоматически пересчитывать координаты опорных точек траекторий, заданных в УП, с учетом фактически используемых параметров инструмента. Также могут быть скорректированы подача и частота вращения шпинделя. Функции коррекции соответствует сигнал L.

1. Логическая задача

В рамках логической задачи осуществляется управление цикловой автоматикой станка. В логическую задачу входит:

1. Управление приводом главного движения
2. Реализация цикла автоматической смены инструмента
3. Реализация цикла автоматической смены заготовки
4. Компенсация УЧПУ кинематических погрешностей станка
   1. Управление приводом главного движения

Рис. 4.6. Управление приводом главного движения

Включение и выключение привода главного движения осуществляется при помощи вспомогательных функций М03, М05.

Задание частоты вращения шпинделя осуществляется в УП при помощи функции S.

Реализация обратной связи по скорости осуществляется так же, как и для линейного перемещения, описанного в разделе 3.1.

Реверс дает возможность обрабатывать зеркальные детали по одной УП, а также необходим при выходе метчика из отверстия с резьбой. Реализуется вспомогательной функцией М04.

Согласование частоты вращения с величиной подачи при резьбонарезании осуществляется подготовительной функцией G33.

Аварийный останов привода. Привод главного движения автоматический останавливается, если частота вращения превышает допустимую.

Ориентированный останов шпинделя необходим для выполнения цикла автоматической смены инструмента. Задается при помощи вспомогательной функции М19. По достижении шпинделем требуемого углового положения ИП посылает в СЧПУ сигнал 35, который разрешает цикл смены инструмента.

1. Управление циклом автоматической смены инструмента

До начала цикла рабочие органы станка должны быть выведены в точку смены инструмента N по соответствующим координатам.

Последовательность движений в цикле смены инструмента

Рис. 4.7. Цикл смены инструмента

Цикл начинается с раскрытия защитной шторки. По сигналу, соответствующему вспомогательной функции М06 и приходящему на ЭМ1 золотника пневмоцилиндра ПЦ1, сжатый воздух подается в левую полость ПЦ1, шток которого прозводит раскрытие защитной шторки. После ее раскрытия концевой выключатель выдает осведомительный сигнал 40.

По сигналу, соответствующему вспомогательной функции М19 и приходящему на двигатель М6 привода главного движения, шпиндель доворачивается до заданного углового положения. ИП6 формирует сигнал 35.

По сигналам 35 и 40, приходящим на двигатель двигатель М2 привода подачи по оси Y и происходит перемещение салазок в направлении оси -Y 200 мм. По достижении требуемого положения ИП 2 подает сигнал 41, который останавливает привод салазок.

По сигналу, соответствующему функции М11 и приходящему на ЭМ3 золотника гидроцилиндра ГЦ1, масло подается в левую полость ГЦ1, шток которого разжимает оправку с инструментом в шпинделе. При этом формируется сигнал 42.

По сигналу 42, поступающему на двигатель М3 привода подачи по оси Z, происходит перемещение шпиндельной бабки в направлении оси +Z 50 мм. По достижении требуемого положения ИП3 подает сигнал 43, который останавливает двигатель М3.

Сигнал вспомогательной функции Т с числовым значением, соответствующим номеру инструмента, включает двигатель привода вращения инструментального магазина. Как только нужный инструмент найден, ИП7 выдает сигнал 44,который останавливает привод вращения инструментального магазина.

По сигналу 44, поступающему на двигатель М3, шпиндельная бабка перемещается в направлении оси -Z 50 мм, после чего ИП3 подает сигнал 45, который останавливает привод оси Z.

По сигналу, соответствующему функции М10 и приходящему на ЭМ2 золотника гидроцилиндра ГЦ1, масло подается в правую полость ГЦ1, шток которого разжимает оправку с инструментом в шпинделе. При этом формируется сигнал 46.

Сигнал 46 поступает на двигатель М2 привода подачи по оси Y и происходит перемещение салазок в направлении оси +Y 200 мм. По достижении требуемого положения ИП2 подает сигнал 47, который останавливает привод салазок и снимает сигнал М06 с электромагнита ЭМ1.

После снятия с ЭМ1 сигнала М06 происходит переключение золотника под действием пружины, сжатый воздух поступает в правую полость ПЦ1, шток которого закрывает защитную шторку. При этом формируется сигнал 48, завершающий цикл смены инструмента.