Технологическое оборудование машиностроительных произ­водств

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦИКЛОВОМ ПРОГРАММНОМ УПРАВЛЕНИИ СТАНКАМИ

Система ЦПУ позволяет частично или полностью программировать цикл работы станка, режим обработки и смену инструмента, а также задавать (с помощью предварительно налаживаемых упоров) величину перемещений исполнительных органов станка. Она является аналого­вой системой управления замкнутого типа (см. рис. 63) и обладает достаточно высокой гибкостью, т. е. обеспечивает легкое изменение последовательности включения аппаратуры (электрической, гидравли­ческой, пневматической и т. д.), управляющей элементами цикла. Достоинствами систем ЦПУ является простота конструкции и обслу­живания, а также низкая стоимость; недостатком — трудоемкость раз­мерной наладки упоров и кулачков.

Станки с ЦПУ целесообразно применять в условиях средне-, крупносерийного и массового производства деталей простых геомет­рических форм. Системами ЦПУ оснащают токарно-револьверные, токарно-копировальные, лоботокарные, вертикально-фрезерные, ко - пировально-фрезерные, вертикально-сверлильные станки, агрегатные станки, ПР и др.

Система ЦПУ (рис. 67) включает в себя программатор циклов, схему автоматики, исполнительное устройство и устройство обратной связи.

Собственно устройство ЦПУ со­стоит из программатора циклов и схемы автоматики.

Программатор циклов содер­жит блок 1 задания программы и блок 2 поэтапного его ввода (эта­пом программы называют часть программы, одновременно вводи­мую в систему управления). Из блока 1 информация поступает в схему автоматики, состоящую из блока Управления циклом работы станка и блока 4 преобразования сигналов контроля. Схема автоматики (которую, как правило, выполняют на электромагнитных реле) согла­сует действие программатора циклов с исполнительными органами станка и датчиком обратной связи (ДОС); усиливает и размножает команды; может выполнять ряд логических функций (например, обес­печивает выполнение стандартных циклов). Из блока J сигнал посту­пает в исполнительное устройство, обеспечивающее обработку заданных программой команд и включающее в себя исполнительные элементы 5 (приводы исполнительных органов станка, электромагни­ты, муфты и т. д.) и исполнительные органы 6 станка (суппорты, револьверные головки, столы и т. д.). Последние отрабатывают этап программы. Датчик /контролирует окончание обработки и через блок 4 дает команду блоку 2 на включение следующего этапа программы. Для контроля окончания этапа программы часто используют путевые переключатели или реле времени.

В качестве примера на рис. 68, а приведена система ЦПУ станком, исполнительные органы которого — продольные 1 и поперечные 2 салазки приводятся от электродвигателей 4 и 3 соответственно. Каж­дый ИО взаимодействует с помощью упоров с двумя неподвижными путевыми переключателями. Движение салазок 1 ограничивают пере­ключателями КВ2В и КВ2Н. Величину хода салазок устанавливают упорами. На рис. 68, б показана траектория перемещения резца в продольном и поперечном направлениях.

Для программирования команд используют программаторы меха­нические, электрические и др. Наиболее распространенным электри­ческим программатором является штеккерная панель, которая вместе с шаговым искателем составляет командоаппарат (рис. 68, в). Шаговый искатель состоит из контактного поля и ротора; контактное поле представляет собой совокупность неподвижных контактных пластин, расположенных по окружности и изолированных друг от друга; ротор выполнен в виде щетки с электромагнитным приводом, состоящим из электромагнита и храпового механизма. При поступлении на вход 108

Электромагнита импульсного сигнала ротор поворачивается на один шаг и коммутирует очередную пластину контактного поля.

Штекерная панель содержит ряд горизонтальных 2 и вертикальных 4 шин, соединенных соответственно с пластинами шагового искателя и с обмотками реле. Число горизонтальных шин равно числу ходов цикла, а число вертикальных шин — числу команд. В местах пересе­чения горизонтальных и вертикальных шин расположены штекерные гнезда 3, образованные двумя полукольцами, одно из которых соеди­нено с горизонтальной шиной, а другое с вертикальной. Если в гнездо вставить штекер (металлический стержень), то соответствующие шины соединяются и срабатывает реле. При отсутствии штекера шины разомкнуты и реле не срабатывает. Например, для программирования цикла, содержащего четыре последовательных хода салазок 7 и 2 (1В и 1Н— соответственно ход салазок 7 вперед и назад, 2В и 2Н —

109

Соответственно ход салазок 2 вперед и назад), необходимо установить в гнез­до штекерной панели штекеры 5, 6, 7 и &

При включении станка напряже­ние от шагового искателя подается на верхнюю горизонтальную шину штекерной панели: срабатывает реле 2В (рис. 68, г) и подается команда

«Вперед» для привода поперечной Рис. 69. Кулачковая панель подачи; поперечные салазки переме­щаются вперед до срабатывания пере­ключателя КВ2В; контакты послед­него замыкаются, что вызывает срабатывание электромагнита шагового искателя; ротор искателя поворачивается на один шаг и верхняя шина, следовательно, и реле 2обесточиваются и движение прекратится. Затем напряжение подается на вторую горизонтальную шину: срабатывает реле Щ подается команда «Вперед» для привода продольной подачи; продольные салазки перемещаются справа налево до срабатывания переключателя КВ1В и, следовательно, шагового искателя; возникает сигнал 2Н (поперечные салазки перемещаются в начальное положе­ние), а затем сигнал 1Н (продольные салазки перемещаются в началь­ное положение); ротор шагового искателя на вспомогательном ходу возвращается в исходное положение, после этого цикл повторяется.

Установку штекеров в отверстие панели осуществляет оператор непосредственно на станке. Во избежание ошибок программирования и его ускорения на штекерную панель накладывают бумажные шабло­ны, имеющие пробитые в соответствии с программой отверстия, через которые штекеры входят в гнезда панели.

При многократном использовании в цикле исполнительных орга­нов число конечных переключателей должно быть увеличено. В этом случае для управления движением по каждой координатной оси раз­мещают кулачковую панель (рис. 69), представляющую собой плиту 7 с Т-образными пазами 3, в которых устанавливают кулачки 2, взаимо­действующие с блоком 4 путевых переключателей. Кулачки настраи­вают как непосредственно на станке, так и вне станка; в последнем случае панель снимают.

Существуют различные конструкции панели для задания команд. Панель (рис. 70) имеет многопозиционные переключатели 2 (число позиций каждого переключателя равно числу команд), соединенные с контрактными пластинами шагового искателя 7. Программирование последовательности цикла осуществляется установкой щеток переклю­чателя в соответствующее положение (на рис. 70, а запрограммирован цикл, приведенный на рис. 68). 110

Компактностью отличается штекерная панель, схема которой по­казана на рис. 70, б. Один ряд штекерных гнезд соединен с пластинами шагового искателя 7, второй —с реле 2. Программирование осуществ­ляют по парным соединениям соответствующих гнезд проводами со штекерами на концах (на рис. 70, б запрограммирован цикл, данный на рис. 68, б).

На рис. 71 приведены конструкции командоаппаратов. Шаговый искатель (рис. 71, а) имеет контактное поле, состоящее из четырех или восьми одинаковых рядов пластин (число пластин в каждом ряду 12; 18; 25 или 50). В искателях прямого действия перемещение ротора 1 происходит при срабатывании электромагнита 2, а в искателях обрат­ного действия — под действием пружины при отключении электромаг­нита. На рис. 71, б показан кулачковый аппарат (программатор механического типа с кинематическим заданием программы), выпол­ненный в виде барабана 1 с дискретным приводом 2 (электродвигатель со встроенным редуктором). Барабан периодически поворачивается на определенный угол и фиксируется в заданном положении. На цилин­дрической поверхности барабана, выполняющей роль панели, имеются гнезда J, куда устанавливают штекеры (шарики или штифты). Число гнезд по окружности барабана равно числу этапов программы, а число гнезд вдоль образующей барабана — числу программируемых парамет­ров. Информация считывается блоком 4 путевых переключателей: при

Наличии штекера переключатель срабатывает и выдает соответствую­щую команду.

Кулачковый командоаппарат может быть выполнен дисковым (рис. 71, в). На торце диска /, имеющего дискретный привод 2, выполнены гнезда. Информация считывается блоком 3 путевых переключателей.

На рис. 71, г показан командоаппарат со сменным диском 3, на котором записывают (путем пробивки в определенных местах отвер­стий 4 требуемую информацию, считывание которой осуществляется фотоэлектрическим способом. Диск можно использовать многократно. Дискретный привод командоаппарата состоит из электромагнита 1 и храпового механизма 2.

При большом объеме информации используют программаторы, в которых в качестве программоносителя служат перфоленты, исполь­зуемые многократно. Считывание информации осуществляется элек­тромеханическим или фотоэлектрическим способом.

Универсальными системами УПУ, построенными на базе микро­электроники, являются программируемые командоаппараты (ПК), представляющие собой управляющие логические машины последова­тельного действия. ПК (рис. 72) состоит из центрального процессора

(управляющего устройства) 7, постоянного запоминающего устройства 2, входного 3 и выходного J устройств, сканаторов (генера­торов импульсов) 4. К ПК можно подклю­чить программную панель 6 (загрузчик программ), содержащую декадные переклю­чатели и клавиши с обозначением логиче­ских элементов. Программирование осу­ществляют последовательным нажатием клавишей. Программы записываются в за­поминающее устройство 2. В режиме работы сканатор 7 поочередно подключает к про­цессору 7 устройства 3 и J. В процессоре 7 согласно программе производятся заданные

Логические операции, преобразующие состояние входов в состояние выходов. ПК, имея небольшой габарит, позволяют быстро изменить программу. К ним могут подключаться дисплеи, накопители на маг­нитных кассетах, печатающие устройства, регистрирующие различные параметры, сопутствующие процессу обработки.

2.4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЧИСЛОВОМ ПРОГРАММНОМ УПРАВЛЕНИИ СТАНКАМИ

На основе достижений кибернетики, электроники, вычислитель­ной техники и приборостроения были разработаны принципиально новые системы ПУ — системы ЧПУ (СЧПУ), широко используемые в промышленности. Эти системы называют числовыми потому, что величина каждого хода ИО станка задается с помощью числа. Каждой единице информации соответствует дискретное перемещение ИО на определенную величину, называемой разрешающей способностью СЧПУ или ценой импульса.

В определенных предела* ИО можно переместить на любую вели­чину, кратную разрешающей способности. Число импульсов, которое можно подать на вход привода, чтобы осуществить требуемое L пере­мещение, определяется по формуле N= L/q, где q— цена импульса. Число N, записанное в определенной системе кодирования на носителе информации (перфоленте, магнитной ленте и др.), является програм­мой, определяющей величину размерной информации.

Под ЧПУ станков понимают управление (по программе, заданной в алфавитном коде) движением исполнительных органов станка, ско­ростью их перемещения, последовательностью цикла обработки, ре­жимом резания и различными вспомогательными функциями.

СЧПУ — это совокупность специализированных устройств, мето­дов и средств, необходимых для реализации ЧПУ станком, предназна-

ГЖ1—DD—Ш} б)

Рис. 73. Структурная схема СЧПУ (а) и целевого механизма (б)

Ченная для выдачи управляющих воздействий исполнительным орга­нам станка в соответствии с УП.

Структурная схема СЧПУ представлена на рис. 73, а. Чертеж детали (ЧД), подлежащий обработке на станке с ЧПУ, одновременно поступает в систему подготовки программы (СПП) и систему технологической подготовки (СТП). Последняя обеспечивает СПП данными о разраба­тываемом технологическом процессе, режиме резания и т. д. На основании этих данных разрабатывается управляющая программ (УП). Наладчики устанавливают на станок приспособления, режущие инст­рументы согласно документации, разработанной в СТП. Установку заготовки и снятие готовой детали осуществляет оператор или автома­тический загрузчик. Считывающее устройство (СУ) считывает инфор­мацию с программоносителя. Информация поступает в УЧПУ] которое выдает управляющие команды на целевые механизмы (ЦМ) станка, осуществляющие основные и вспомогательные движения цикла обра­ботки. ДОС на основе информации (фактическое положение, скорость перемещения исполнительных узлов, фактический размер обрабатывае­мой поверхности, тепловые и силовые параметры технологической сис­темы и др.) контролируют величину перемещения ЦМ. Станок содержит несколько ЦМ, каждый из которых включает в себя (рис. 73, б): двигатель СЦВ), являющийся источником энергии; передачу /7, служащую для преобразования энергии и ее передачи от двигателя к исполнительному органу (ИО) собственно ИО (стол, салазки, суппорт, шпиндель и т. д.), выполняющие координатные перемещения цикла. 114

СЧПУ может видоизменяться в зависимости от вида программо­носителя, способа кодирования информации в УП и метода ее передачи в СЧПУ. УЧПУ разме­щают рядом со станком (в одном или двух шкафах) или непосред­ственно на станке (в подвесных или стационарных пультах управ­ления). Двигатели приводов подач станков с ЧПУ, имеющие специ­альную конструкцию и работаю­щие с конкретным УЧПУ, яв­ляются составной частью СЧПУ.

Все данные, необходимые для обработки заготовки на станке УЧПУ, получает от УП, которая содержит два вида информации — геометрическую и технологиче­скую. Геометрическая информа­ция — координаты опорных то­чек траектории движения инстру­мента, а технологическая — дан­ные о скорости, подаче, номере инструмента и т. д. УП записыва­ют на программоносителе. В опе­ративных СЧПУ программа мо­жет вводиться (с помощью кла­виш) непосредственно на станке.

Наиболее распространенны­ми программоносителями явля­ются восьмидорожечные перфо­ленты (рис. 74) шириной 25,4 мм. Транспортная дорожка, состав­ленная из отверстий /, служит для перемещения ленты (с помощью барабана) в считывающем устройстве. Рабочие отверстия 2, несущие информацию, пробивают на специальном устройстве, называемом перфоратором. Информацию на перфоленту наносят кадрами, каждый из которых является составной частью УП, содержащей не менее одной команды. В кадре можно записать только такой набор команд, при котором каждому ИО станка направляется не более одной команды. Например, в одном кадре нельзя задать движение ИО как вправо, так и влево. Перфоленты изготовляют из бумаги, пластмассы или их композиции. Пластмассовую ленту, которая выдерживает несколько
тысяч прогонов через считывающее устройство, используют для записи программ, по которым будет обрабатываться много заготовок.

Магнитная лента представляет собой двухслойную композицию, состоящую из пластмассовой основы и рабочего слоя из порошкового ферромагнитного материала. Информация на магнитную ленту запи­сывается в виде магнитных штрихов, наносимых вдоль ленты и распо­лагаемых в кадре УП с определенным шагом, соответствующим заданной скорости перемещения ИО. При считывании УП магнитные штрихи преобразуются в управляющие импульсы. Каждому штриху соответствует один импульс. Импульсы, поступающие на двигатель привода подачи, отрабатываются исполнительным органом. Каждому импульсу соответствует определенное (дискретное) перемещение ИО, длина этого перемещения определяется числом импульсов, содержа­щихся в кадре магнитной ленты. Такая запись команд на перемещение ИО называется декодированной. Этот вид записи является жестким, так как не позволяет изменить число штрихов в кадре магнитной ленты после записи УП, т. е. не позволяет корректировать УП.

Декодирование осуществляется интерполятором, который преоб­разует вводимую в него (на перфоленте или ЭВМ) кодированную геометрическую информацию о контуре обрабатываемой поверхности детали в последовательность импульсов, соответствующих элементар­ным перемещениям ИО. Запись декодированной программы на маг­нитную ленту производят на специальном пульте, включающем в себя интерполирующее устройство с выходом, предназначенным для запи­си, лентопротяжный механизм с магнитными головками для стирания записи и восстановления. СЧПУ, в которых УП задается в декодиро­ванном виде (рис. 75, а), являются наиболее простыми по конструкции, но имеют ограниченные технические возможности.

В современных СЧПУ задание УП осуществляется на перфоленте в кодированном виде (рис. 75, б), т. е. геометрическая и технологическая информация записывается в виде чисел и букв. Такие системы, ис­пользуемые для управления высокоавтоматизированными станками всех технологических групп, имеют следующие преимущества: малый объем программоносителя (перфоленты) и удобство его хранения; отсутствуют ограничения на число и содержание технологических команд; длина программы зависит не от длительности обработки, а от сложности конфигурации детали и других факторов, влияющих на характер траектории инструмента; допускается корректировка УП с пульта УЧПУ.

Для кодирования информации при подготовке УП применяют международный код ISO-7bit (ГОСТ 1305—74). В этом коде при программировании информации могут использоваться 128 символов (комбинаций) (табл. 7). Информация о перемещении ИО станка кодируется в двоично-десятичной системе счисления, при которой 116

Устройство записи на перфоленту Данные для ЭВМ

Система подготовки программ управления станком

Перфолента

Обработка программной информации (УЧПУ)

ЭВМ

Система подготовки программ управления станком

В)

Рис. 75. Структурные схемы ЧПУ: a — при задании УП в декодированном виде, б— при задании УП в кодированном виде, в- управлении от ЭВМ

Сохраняются десятичные разряды (единицы, десятки, сотни и т. д.). Цифры в каждом разряде записываются в двоичной системе счисления (8 — 23, 4 — 22, 2 — 2і, 1 — 2°). Отверстия на первой дорожке пер­фоленты соответствуют 1, на второй — 2, на третьей — 4, на четвер­той — 8.

В настоящее время все чаще для управления станком или группой станков применяют малые ЭВМ (рис. 75, в).

Интерполятор, входящий в вычислительный блок УЧПУ, выпол­няет следующие функции: на основе численных параметров участка обрабатываемого контура (координат начальной и конечной точек, прямой, величины радиуса дуги и т. д.), заданных в УП, рассчитывает (с определенной дискретностью) координаты промежуточных точек этого участка контура; вырабатывает управляющие электрические им-

117

Пульсы, последовательность которых соответствует перемещению (с требуемой скоростью) исполнительного органа станка по траектории, проходящей через эти точки. В системах ЧПУ применяют в основном линейные и линейно-круговые интерполяторы, первые обеспечивают перемещение инструмента между соседними опорными точками по прямым линиям, расположенным под любым углом, а вторые — как по прямым линиям, так и по дугам окружностей.

Важнейшей технической характеристикой СЧПУ является ее раз­решающая способность или дискретность, т. е. минимально возможная величина линейного и углового хода ИО станка, соответствующая одному управляющему импульсу, т. е. контролируемая в процессе управления. Большинство современных СЧПУ имеют дискретность 0,01 мм/импульс. Осваиваются в производстве системы с дискретно­стью 0,001 мм/импульс.