История развития металлорежущего оборудования с чпу

Станки с ручным управлением - универсальные станки, где ра- бочий, пользуясь чертежом детали или эскизом, преобразует прочи- танную им информацию в определенную последовательность движе- ния рук и воздействует на органы управления станком. В этом случае человек задает и выполняет программу управления станком, то есть управляет циклом работы и величиной перемещений исполнитель- ных органов станка. Достоинством такой системы управления явля- ется ее универсальность и гибкость. Однако использование человека в качестве основного элемента системы управления станком сдержи- вает рост производительности этого оборудования.

Универсальные станки с ручным управлением стали оснащать системами ручного ввода данных и цифровой индикации (в обозна- чении модели станка отмечаются индексом Ф1). Рабочий на специ- альной панели задает численное значение координат, на которые должны выйти исполнительные органы станка после включения по- дачи. На подвижных органах таких станков устанавливаются датчики положения, которые подают сигналы в систему цифровой индикации. Числовые значения координат детали или инструмента непрерывно индицируются на световом табло (визуализаторе), что позволяет кон- тролировать получаемые параметры в процессе обработки.

Системы ручного ввода данных и цифровой индикации обеспе- чивают в некоторой степени повышение производительности и точ- ности обработки, снижают утомляемость рабочего. Применяются ча- ще всего в станках токарной и сверлильно-расточной групп. Однако эти системы не автоматизируют рабочий цикл станка и не высвобож- дают рабочего.

Станки-автоматы и полуавтоматы. Использование человека в качестве основного элемента системы управления станком сдержива- ет рост производительности этого оборудования. Поэтому дальней- шее развитие металлообрабатывающих станков связано с созданием высокопроизводительных станков-автоматов и полуавтоматов, про- грамма управления которыми задается на программоносителе. Рабо-

чий цикл такого оборудования полностью автоматизирован.

В зависимости от способа задания на программоносителе ин- формации, необходимой для реализации рабочего цикла, системы управления металлообрабатывающими станками делятся на нечисло- вые и числовые.

В нечисловых системах управления информация физически ма- териализована в виде модели-аналога, управляющей исполнительны- ми органами станка. Рабочий цикл станков с нечисловыми системами управления формируется либо при разработке самой системы управ- ления, либо при проектировании программоносителя. В качестве про- граммоносителей в таких системах управления используются кулач- ки, копиры, шаблоны, путевые и временные командоаппараты. Гиб- кость такой системы управления обеспечивается за счет проектиро- вания и изготовления новых программоносителей, переналадки ко- мандоаппарата и самого станка.

Станки с программоносителем в виде модели-аналога имеют важное достоинство, состоящее в том, что возможности увеличения производительности станков не ограничиваются субъективным фак- тором –участием человека в реализации рабочего цикла.

Основные недостатки аналоговых программоносителей:

– невозможность быстрой переналадки станков на обработку за- готовки другой детали;

– высокая стоимость переналадки;

– неудовлетворительная точность обработки вследствие повы- шенного износа программоносителей, т. к. они передают не только закон перемещения исполнительных органов станка, но и усилия для его реализации.

В силу этих особенностей аналоговые программоносители ис- пользуются в станках для массового и крупносерийного производств с устойчивой во времени конструкцией выпускаемых изделий.

Станки с цикловой системой программного управления. В се- рийном производстве применение нашли станки с цикловой системой программного управления (в обозначении модели станка отмечаются индексом Ц). В этих станках в программоноситель вводится техноло- гическая информация, а геометрическая информация задается расста- новкой упоров на специальных линейках или барабанах.

Различают следующие виды систем циклового программного управления: кулачковые; аппаратные; микропрограммные и про-

граммируемые.

Функциональная схема цикловой системы кулачкового управле- ния, выполненная на командоаппарате с шаговым приводом или на штекерной панели, приведена на рис.1.1. Устройство задания и ввода программы обеспечивает систему управления станком технологиче- ской информацией и осуществляет поэтапный ввод этой информации. Устройство задания программы чаще всего выполняют в виде ште- керной или кнопочной панели, устройство поэтапного ввода – в виде шагового искателя или счетно-релейной схемы.

Программа управления формируется расстановкой штекеров в соответствующие гнезда панели с тем, чтобы составить такие элек- трические схемы включения исполнительных органов станка, кото- рые, сменяя друг друга, осуществляют последовательные этапы обра- ботки.

При наличии стандартных циклов система управления иногда содержит дополнительную штекерную панель.

Для облегчения программирования станка используют трафаре- ты, заготавливающиеся заранее. Их накладывают на панель, и в от- верстия вставляют штекеры.

Штекерные панели могут быть выполнены также по типу функ- циональных программных полей. В этом случае всё поле штекерной панели разделяется на функциональные участки. Программа задается путем соединения отдельных гнезд различных функциональных уча- стков панели.

Кроме штекерных панелей, применяются кулачковые командо- аппараты, представляющие собой цилиндрические барабаны с рядами гнезд. Число гнезд по окружности барабана определяет количество возможных этапов программы, а число гнезд вдоль образующей – возможное число программируемых параметров. В гнезда барабана закладывают шарики или штифты, воздействующие на электрические контакты, включая цепи соответствующих исполнительных органов станка. Устройство управления, усиливая и размножая команды, обеспечивает управление элементами, перемещающими исполни- тельные органы станка. Принцип работы аппаратного управления ос- нован на формировании необходимых электрических схем включения исполнительных органов станка с использованием контактной или бесконтактной аппаратуры.

Рис. 1.1 Функциональная схема цикловой системы программного управления

 

В микропрограммных системах весь набор необходимых циклов программного управления хранится в запоминающих устройствах. За последнее время широкое применение получило программируемое цикловое управление, основанное на использовании бесконтактных устройств программируемой логики, получивших название програм- мируемых контроллеров. В качестве элементной базы программи- руемых контроллеров используются микроэлектронные интеграль- ные схемы. Программу обработки задают нажатием клавиш с обозна- чениями логических элементов. По сравнению с релейно-контактной аппаратурой бесконтактные электронные блоки имеют высокую на- дежность в работе и малые габариты.

Для задания геометрической информации часто используют групповые путевые переключатели, состоящие из упоров и блоков переключателей. Упоры устанавливают на панели или барабане с па- зами в соответствии с размерами, заданными на эскизе обработки. Панели обычно выполняются съемными, что позволяет проводить их настройку вне станка. Упоры бывают нерегулируемые (грубые) и ре- гулируемые (точные) с микрометрическими винтами. В качестве упо- ров могут использоваться штрихи из ферромагнитного материала на латунном барабане (в качестве групповых переключателей). Магнит- ная головка, встречая такой штрих, дает сигнал об окончании пере- мещения. Окончание отработки этапа программы может контролиро- ваться реле времени, реле давления и т. п.

Цикловая система программного управления отличается высо- кой надежностью в работе и простотой составления программы обра- ботки. Однако наладка и переналадка станков с цикловой системой управления требует значительного времени, поэтому эти станки ис- пользуют в средне- и крупносерийном производствах при относи-

тельно больших партиях запуска заготовок, обеспечивающих работу станка без переналадки в течение не менее одной смены.

В силу ограниченных технологических возможностей системы циклового программного управления позволяют проводить обработку деталей простой геометрической формы и сравнительно невысокой точности. Эти системы наиболее широко используют в токарно- револьверных станках.

Станки с числовым программным управлением. Отличие стан- ков с ЧПУ от станков с нечисловыми системами управления заклю- чается не только в принципе построения программного управления. Реализация идеи ЧПУ выдвинула ряд требований к конструкции са- мого станка, без выполнения которых применение системы ЧПУ ос- тается малоэффективным. Так, система ЧПУ позволяет обеспечить высокую точность перемещения исполнительных органов станка (до 10 нм). Для создания возможности получения высокой точности раз- меров детали при обработке необходимо, чтобы механические узлы станка удовлетворяли соответствующим требованиям. Поэтому ос- нащение станков системами ЧПУ повлекло пересмотр требований к их конструкции.

Рабочий цикл станка с ЧПУ осуществляется автоматически от управляющей программы. Управляющая программа – это совокуп- ность команд на языке программирования, соответствующих задан- ному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки. Управляющая программа содержит как геометрическую, так и технологическую информацию.

Технологическая информация – это данные о технологии обра- ботки, содержащие сведения о смене заготовок и инструмента, по- следовательности ввода их в работу, выборе и изменении режимов обработки, включении в работу в определенной последовательности различных исполнительных органов станка, автоматическом измере- нии размеров детали или инструмента и т. п.

Геометрическая информация – это данные, содержащие сведе- ния о размерах отдельных элементов детали и инструмента, их поло- жении относительно выбранного начала координат.

В качестве программо-носителя используют перфоленты, маг- нитные ленты, гибкие магнитные диски, постоянные запоминающие устройства, Flash – накопители или подключение к компьютерной се- ти предприятия.