Цикловое программное управление станками

Частично или полностью программировать цикл работы станка, режим обработки и смену инструмента, задавать путем предварительно налаживаемых упоров величину перемещений его исполнительных органов можно с помощью системы циклового программного управления (ЦПУ). Будучи аналоговой системой управления замкнутого типа, она обладает высокой гибкостью, обеспечивает легкое изменение последовательности включения аппаратов (электрических, гидравлических, пневматических и т. д.), управляющих элементами цикла. Преимущество системы ЦПУ: простота конструкции и обслуживания, а также низкая стоимость; недостаток — трудоемкость размерной наладки упоров и кулачков.

Станки с ЦПУ применяют в условиях серийного, крупносерийного и массового производства деталей простых геометрических форм. Этими системами оснащают токарно-револьверные, токарно-копировальные, лоботокарные, вертикально-фрезерные, копировально-фрезерные, вертикально-сверлильные, агрегатные станки, промышленные роботы (ПР) и др.

В систему ЦПУ (рис. 2) входит программатор циклов, схема автоматики, исполнительное устройство и устройство обратной связи. Само устройство ЦПУ состоит из программатора циклов и схемы автоматики. Программатор циклов состоит из блока 1 задания программы и блока 7 поэтапного ее ввода. Часть программы, одновременно вводимую в систему управления называют этапом. Из блока 1 информация поступает в схему автоматики, состоящую из блока 2 управления циклом работы станка и блока 6 преобразования сигналов контроля.

Действия программатора циклов с исполнительными органами станка и датчиком обратной связи согласует схема автоматики, которая усиливает и размножает команды и может выполнять ряд логических функций, в том числе реализацию стандартных циклов. Сигнал из блока 1 через блок 2 поступает в исполнительное устройство, которое обеспечивает отработку заданных программой команд: включает исполнительные элементы 3 (приводы исполнительных органов станка, электромагниты, муфты и т. д.) и исполнительные органы 4 станка (суппорты, револьверные головки, столы и т. д.).

Окончание обработки контролирует датчик 5, который через блок 6 дает команду блоку 7 на включение следующего этапа программы.

 

Рис. 2. Функциональная схема системы ЦПУ

В качестве примера на рис. 3, а приведена система ЦПУ станком, исполнительные органы которого (продольные 1 и поперечные 2 салазки) приводятся в движение от электродвигателей 4 и 3 соответственно.

Перемещение салазок 1 ограничивают переключатели К.1В и К1Н, а салазок 2 — переключатели К2В и К.2Н. Величину хода салазок задают упорами.

Широко распространенным электрическим программатором является штекерная панель, она вместе с шаговым искателем составляет командоаппарат (рис. 3, в). Шаговый искатель состоит из контактного поля и ротора.

 

Рис. 3. Система ЦПУ: а — кинематическая схема (1, 2— продольные и поперечные салазки соответственно; 3, 4 — электродвигатели); б — обрабатываемый цикл; в — штекерная панель с электромагнитом шагового искателя (1 — щетка; 2, 4— горизонтальная и вертикальная шины; 3 — штекерное гнездо; 5—8— штекеры); г — схема управления.

Контактное поле представляет собой совокупность неподвижных контактных пластин, расположенных по окружности и изолированных друг от друга. Ротор изготавливают в виде щетки с электромагнитным приводом. Он состоит из электромагнита и храпового механизма. При поступлении на вход электромагнита импульсного сигнала ротор поворачивается на один шаг и коммутирует очередную пластину контактного поля. На штекерной панели монтируют горизонтальные 2 и вертикальные 4 шины, соединяя их соответственно с пластинами шагового искателя и с обмотками реле. Количество горизонтальных шин равно числу ходов цикла, а вертикальных шин — числу команд. В местах пересечения горизонтальных и вертикальных шин располагают штекерные гнезда 3. Они состоят из двух полуколец, одно из которых соединяют с горизонтальной шиной, а другое — с вертикальной. При установке штекера в гнездо, соответствующие шины соединяются, и срабатывает реле. При отсутствии штекера шины разомкнуты, и реле не срабатывает. Так, для программирования цикла (см. рис. 3, а), содержащего четыре последовательных хода салазок 7 и 2 (К1В и К1Н — соответственно ход салазок 1 вперед и назад, К2В и К2Н — соответственно ход салазок 2 вперед и назад; рис. 1.17, б), необходимо установить в гнезда штекерной панели штекеры 5, 6, 7 и 8 (см. рис. 3, в). От шагового искателя, при включении станка, напряжение поступает на верхнюю горизонтальную шину штекерной панели. Срабатывает реле К2В (рис. 3, г) и подает команду «Вперед» приводу поперечных салазок. Последние перемещаются вперед до срабатывания переключателя К2В. Контакты К2В замыкаются, что вызывает срабатывание электромагнита шагового искателя. Ротор искателя поворачивается на один шаг, верхняя шина и реле К2В обесточиваются и движение прекращается. Затем напряжение поступает на вторую горизонтальную шину: срабатывает реле К1В и подает команду «Вперед» приводу продольной подачи. Продольные салазки перемещаются справа налево до срабатывания переключателя К1В и, следовательно, шагового искателя; возникает сигнал К2Н (поперечные салазки перемещаются в начальное положение), а затем сигнал К1Н (продольные салазки перемещаются в начальное положение). Ротор шагового искателя на вспомогательном ходу возвращается в исходное положение, после этого цикл повторяется.

Рис. 4. Кулачковая панель: 1 — плита; 2— кулачки; 3— пазы; 4— путевые переключатели

 

Штекеры в отверстия панели вставляет оператор непосредственно на станке. Для избегания ошибок программирования и его ускорения на штекерную панель накладывают бумажные шаблоны, на которых в соответствии с программой пробиты отверстия, через них штекеры вводят в гнезда панели. Для многократного использования исполнительных органов в цикле число конечных переключателей должно быть увеличено. В таких случаях для управления движением по каждой координатной оси целесообразно применять кулачковую панель (рис. 4), представляющую собой плиту 1 с Т-образными пазами 3, в которых устанавливают кулачки, 2, взаимодействующие с блоком 4 путевых переключателей.

Для задания команд существуют различные по конструкции программаторы. Например, кулачковый командоаппарат является программатором механического типа с кинематическим заданием программы. Его выполняют в виде барабана 1 с приводом 2 от электродвигателя со встроенным редуктором (рис. 5, б). Барабан периодически поворачивается на определенный угол и фиксируется в заданном положении. На его цилиндрической поверхности, выполняющей роль панели, предусмотрены гнезда 3, в которые устанавливают штекеры (шарики или штифты). Количество гнезд по окружности барабана равно числу этапов программы, а вдоль образующей барабана — числу программируемых параметров. Информация считывается блоком 4 путевых переключателей; при наличии штекера переключатель срабатывает и выдает команду. Конструктивно кулачковый командоаппарат часто выполняют дисковым (рис. 5, б). На торце диска 1, имеющего дискретный привод 2, сделаны гнезда. Информацию считывает блок 3 путевых переключателей. Командоаппарат со сменным алюминиевым диском 3 показан на рис. 4, в. На диске записывают (путем пробивки в определенных местах отверстий 4) требуемую информацию, считывание которой осуществляет фотоэлектрический прибор. Диск можно использовать многократно. Дискретный привод командоаппарата состоит из электромагнита 1 и храпового механизма 2.

Рис. 5. Схемы конструкций командоаппаратов: о — барабанного типа; б — дискового типа; в — со сменным перфорированным диском (1 — электромагнит; 2 — храповый механизм; 3 — диск)

Рис. 6. Функциональная схема программируемого командоаппарата: 1 — центральный процессор; 2 — постоянное запоминающее устройство; 3 — входное устройство; 4 — сканатор; 5 — выходное устройство; б — программная панель

Программируемые командоаппараты (ПК), построенные на базе микроэлектроники, являются универсальными системами ЦПУ. Они представляют собой управляющие логические машины последовательного действия.

Программируемый командоаппарат состоит из центрального процессора (управляющего устройства) 1, постоянного запоминающего устройства 2, входного 3 и выходного 5, устройств сканатора (генератора импульсов) 4 (рис. 6).

Программную панель 6 (загрузчик программ), оснащенную декадными переключателями и клавишами с обозначением логических элементов можно подключать к ПК. Программирование осуществляют последовательным нажатием клавишей. Программа записывается и запоминается в устройстве 2. В режиме работы сканатор 4 поочередно подключает к процессору 1 устройства 3 и 5. В процессоре 7 согласно программе выполняются заданные логические операции, преобразующие состояния входов в состояния выходов.