ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР

Современная технология АПС

І

Базовыми элементами АПС являются: механическое оборудо­вание (станки), устройства контроля и транспортные устрой­ства. Этими устройствами управляют ЭВМ или подобные им контроллеры. Механическое оборудование связано с транспорт­ными устройствами и ЭВМ в единую систему — гибкий произ­водственный модуль (рис. 8.1). Иерархическая система ЭВМ координирует действия и управляет работой всей производст­венной системы. В настоящей главе рассматривается каждый элемент и его взаимодействие с остальными компонентами системы.

Числовое программное управление

T

Ъермиа «числовое программное управление» используют обыч­но применительно к механическому оборудованию (станкам), управляемому потоком числовых данных. В механическом цехе традиционной структуры человек-оператор управляет работой станков, пользуясь чертежом-«синькой» и картой (планом) технологического процесса. Всевозможные вентили, н;- борные устройства, рычаги и приспособления устанавливают в нужное положение вручную, а оперируя двумя органами управления одновременно, рабочий выполняет обработку заготовки в соот-j ветствии с чертежом. Для получения высококачественной про J дукции необходимы квалифицированные рабочие с точным гла­зомером и хорошей координацией движений. / ЧПУ позволяет устранить человека из процесса управления станком. Оператор только устанавливает заготовку и инстру­мент на станок и загружает управляющую программу при по­мощи устройства считывания данных с перфоленты. С этаго момента все дальнейшие операции выполняются автоматически. Типичный станок с ЧПУ показан на рис. 8.3. /

Структура системы числового программного управления I

Система ЧПУ состоит из трех основных компонентов: механи­ческого оборудования (станка), контроллера и управляющей программы (рис. 8.3). С помощью механического оборудования выполняется обработка изделия, контроллер предназначен для управления движениями органов станка, а управляющая про-

Грамма задает специфическую для данной детали последова­тельность операций.

Механическое оборудование. Различные типы механического оборудования включают фрезерные, токарные, сверлильные станки и станки для раскроя материала. Поскольку имеются одн^ или более осей движения и механизм продольной подачи шпийделя, станок с ЧПУ можно использовать весьма эффек­тивна Хотя в принципе можно приспособить двигатели к орга­нам управления станков традиционной конструкции, станки для модулей с ЧПУ создают специально, снабжая их стальной ста­ниной, несколько более жесткой, чем в станках обычной кон­струкции.

Осевое движение органов станка обеспечивается специаль­ными двигателями (сервомоторами переменного или постоян­ного тока). Понижающая коробка передач уменьшает скорость, а затем вращательное движение преобразуется в поступатель­ное движение стола. Скорость вращения вала сервомотора поддается прецизионному управлению, а устройство обратной связи — обычно это цифровой датчик линейного или углового перемещения — обеспечивает обратную связь по положению для достижения необходимой точности позиционирования. В процес­се обработки можно производить смену режущего инструмента, изменять скорость подачи (скорость движения стола) и ско­рость вращения шпинделя. Станок с ЧПУ позволяет легко до­стичь точности 0,001 дюйма0, что удовлетворяет большинству требований к обработке деталей.

В некоторых новых типах станков (рис. 8.4) предусмот­рены устройства для автома­тической смены инструмента и рабочей палеты. В левой ча­сти представленного на рисун­ке станка имеется магазин с 32 сменными инструментами. Инструменты автоматически извлекаются из магазина и закрепляются на шпинделе станка (на рисунке в центре) в соответствии с командами управляющей программы. Уст­ройство смены палеты в перед- сменой инструмента и палет (С раз-

НРЙ чягти гтянкя гпгтпит ич Решения фирмы Cincinnati Milacron. Ней части станка состоит из Cincinnati Ohio 45209.)

Двух механических столов,

Положение которых может взаимно меняться. Различные опер^ ции по обработке детали могут выполняться за один ции Заготовку закрепляют на палете, которая затем сдвигается ка один из столов станка. За то время, пока происходит обработ­ка первой детали, оператор имеет возможность установить иго - рую заготовку. Эффективность использования оборудования при этом возрастает. Подобные станки известны под назвашіем обрабатывающих центров. В последние годы в их состав вжде - ны новые устройства, подобные роботизированным загрузчикам деталей. В некоторых недавних разработках использованы даже роботоподобные структуры для увеличения количества степеней свободы.

'> 1 дюйм равен 2,54 си. — Прим. перев.

Контроллеры. Традиционно контроллеры ЧПУ выполнялись как электронные устройства с жесткой логикой. Современные конт-_ роллеры ЧПУ — это устройства на основе ЭВМ, которые могут быть связаны с другими ЭВМ или управляющими устройствами.

Пульт управления типичного современного контроллера ЧПУ показан на рис. 8.5. Пульт состоит из дисплея на основе элек - тронно-лучевой трубки, клавиатуры, нескольких специальных функциональных клавиш и небольшого числа ручек и переклю-

Рве. 8.5. Операторский пульт контроллера ЧПУ на основе ЭВМ. (С Раз­Решения фирмы Industrial Computer Groups, Allen-Bradley Company, 747, Alfa Drive, Highland Heights, Ohio 44143.)

Чателей. На дисплее отображаются выполняемая программа, информация о состоянии станка и различные меню управления. Клавиатура используется для ввода инструкций или для моди­фикации программ. Специальные функциональные клавиши по - звоДрют оператору осуществлять управление станком в ручном режиме.

Обычно программа вводится в контроллер с помощью уст­ройства считывания данных с перфоленты. Память контролле­ра, как правило, энергонезависимого типа, например на ЦМД (цилиндрических магнитных доменах), позволяет хранить не-

Сколько различных программ. Типичный контроллер сначала считывает программу пользователя (управляющую программу),, а затем в соответствии с ней вырабатывает управляющие сиг­налы для сервоприводов. [Существуют международные стандар­ты, определяющие формат управляющих программ для систем ЧПУ (EIA'>, RS-273-A и RS-273-B), однако незначительные отличия форматов кодирования для различных систем ЧПУ все же имеются.]

Раньше на экране дисплея контроллера ЧПУ отображалась буквенно-цифровая информация. Некоторые современные стан­ки с ЧПУ обеспечивают цветной графический интерактивный

Рис. 8.6. Контроллер системы ЧПУ с управлением от ЭВМ, снабженный графическим дисплеем.

Интерфейс (рис. 8.6). Проектная информация о детали вводится разработчиком с клавиатуры в интерактивном режиме; при этом контроллер автоматически вычисляет траекторию движения ре­жущего инструмента и отображает результат в виде цветного графика на экране дисплея, существенно облегчая составление и отладку программ. Однако этот тип систем ЧПУ имеет более высокую стоимость и, возможно, меньшую производственную эффективность, поскольку во время программирования конт­роллера оператором станок простаивает. Поскольку использо­вание подобных контроллеров может оказаться неэкономич-

Electronic Industry Association — Ассоциация электронной промыш­ленности (США). — Прим. перев.

Ным, целесообразно иметь отдельную графическую вычисли­тельную систему для составления и верификации управляющих программ.

Существуют также системы ЧПУ, способные воспринимать подаваемые голосом команды и использующие в качестве уст­ройства ввода управляющих программ микрофон, а не клавиа­туру. Исчерпывающий набор инструкций может быть введен с помощью речевых команд. Имеются, однако, проблемы двоякого рода, препятствующие широкому распространению подобных систем:

1. Высокий уровень шума в цехах делает подаваемые голо­сом команды неразличимыми.

2. Каждый оператор станка должен выполнить утомитель­ную процедуру «обучения» контроллера перед началом его ис­пользования.

Управляющие программы. Управляющая программа представ­ляет собой набор инструкций контроллеру, указывающий ха­рактер и последовательность движений рабочих органов станка. Она состоит из блоков[6]' инструкций, каждый из которых содер­жит последовательный номер, линейные координаты по каждой из осей X, Y и Z, дополнительные координаты вращательного движения А, В и С, скорость подачи, скорость вращения шпин­деля, номер выбираемого инструмента, подготовительные коман­ды и вспомогательные команды (рис. 8.7). Наиболее часто ис­пользуемым носителем управляющих программ является бу­мажная перфолента, из которой каждый символ кодируется одним рядом отверстий. Для представления информации ис­пользуют два вида кодов (шаблонов расположения отверстий) — код EIA и код ASCII2) (иногда называемый также кодом ISO[7]'). Основное различие между ними заключается в том, что в коде EIA символы кодируются нечетным числом отверстий (контроль по нечетности), а в коде ASCII число отверстий, кодирующих один символ, всегда четио (контроль по четности). Контроллеры ЧПУ обычно воспринимают какой-либо из этих кодов.