6.9.2. Верстати з програмним керуванням

У верстатах з програмним керуванням замість механіч­них систем, тобто кулачків з розподільним валом, запровадже­ні електромеханічні або електронні системи керування. Носія­ми програм у них є пристрої циклового програмного керування (ЦПК) або пульти числового програмного керування (ЧПК). Верстати з програмним керуванням працюють у автоматично­му або в напівавтоматичному режимі й мають підвищену гнуч­кість й продуктивність.

6.9.2.1. ВЕРСТАТИ З ЦИКЛОВИМ ПРОГРАМНИМ КЕРУВАННЯМ

Особливість систем циклового програмного керування в

тому, що вони механічно не пов'язані з кінематичною схемою

Рис. 6.9.2. Програмувальний

блок:

/ — редуктор; 2 — барабан;

З — перемикач; 4 — кулачок;

Д — електродвигун

верстата. Пристрій з системою ЦПК може бути встановлений на спеціальних і спеціалізованих верстатах. Він складається з таких основних блоків: програмувального, узгоджувального, ви­конавчого і пристрою зворотного зв'язку.

Програмувальний блок керує верстатом згідно з програмою циклу. Протягом циклу обробляють звичайно одну заготовку. Цикл під час складання програми поділяють на окремі елемен­ти, які необхідно виконувати на верстаті. Наприклад, цикл чистового розточування отвору складається з п'яти елементів: шви­дкий підхід стола із заготовкою; робоча подача; коротка зупинка і відведення різця (щоб не пошкодити оброблений отвір); швид­кий відхід, зупинка. Розрізняють програмувальні блоки механі­чного, електричного, пневматичного або гідравлічного типу.

У згоджу вальний блок призначений для узгодження роботи програмувального блоку, виконавчих елементів верстата й при­строю зворотного зв'язку. Блок виконує лише логічні операції керування і приймає імпульси, що надходять з інших блоків.

Виконавчий блок складається з елементів, які беруть участь у пересуванні рухомих частин верстата на задану програмою відстань.

Коли рухома частина верстата доходить до заданої коорди­нати, то пристрій зворотного зв'язку припиняє її переміщення й водночас через погоджувальний блок подає команду програму­вальному блоку на виконання наступного елемента програми.

На рис.6.9.2 зображений механічний програмувальний блок, основою якого є циліндричний барабан 2 з багатьма гніздами для кулачків 4. Програму циклу набирають, розставляючи ку­лачки в заданій послідовності й на заданих відстанях. Під час обертання барабана кулачки послідовно натискають на переми­качі З, від яких надходять команди керування до виконавчих елементів (наприклад, електродвигунів) верстата. Барабан обе-

ртається кроковим електродвигуном Д (або храповим механіз­мом з електромагнітом чи звичайним електродвигуном) через редуктор 1. Часто замість барабана застосовують комплект дис­ків з кулачками. Положення кожного диска на валі фіксують окремо, що спрощує налагоджування верстата.

Пристрій зворотного зв'язку складається, наприклад, з елек-тровимикачів і електрообмежувачів. Часто на робочому відріз­ку вздовж однієї координатної осі необхідно виконати декілька послідовних команд. Тому пристрій зворотного зв'язку на та­кому робочому відрізку повинен мати декілька вимикачів і обмежувачів. Обмежувачі розміщують у панелі, а саму панель — на супорті, столі чи повзуні верстата. В пазах панелі розставля­ють обмежувачі відповідно з програмою та розмірами оброблюва­них поверхонь. Обмежувачі бувають нерегульовані й регульовані. Регульований обмежувач має мікрогвинт з лімбом, що дає змогу точно (до 0,02 мм) змінювати його положення на панелі. Під час переміщення обмежувач натискає на вимикач, від якого пода­ється команда на зміну траєкторії руху або режиму різання.

Верстати з системами ЦПК хоч і прості за конструкцією, проте вимагають тривалого налагоджування на обробку кон­кретної заготовки, внаслідок чого їх доцільно застосовувати під час виготовлення великої партії деталей.

6.9.2.2. ВЕРСТАТИ З ЧИСЛОВИМ ПРОГРАМНИМ КЕРУВАННЯМ

Числове програмне керування обробкою заготовки здійсню­ється за допомогою програми, поданої у цифровому вигляді [49]. У керувальній програмі записують сукупність команд, які за­безпечують заданий алгоритм роботи верстата під час обробки конкретної заготовки. Відсутність у верстатах з системою ЧПК кулачків, обмежувачів, перемикачів істотно прискорює і зде­шевлює їх налагоджування та дає змогу рентабельно застосовува­ти ці верстати для виготовлення малих партій деталей, а іноді й окремо взятої деталі. Носіями програми можуть бути перфо­ровані стрічки, магнітні стрічки й магнітні диски. Верстати з ЧПК найпоширеніші серед верстатів з програмним керуванням.

Розрізняють системи позиційного та контурного числового програмного керування.

Системи позиційного (координатного) керування забезпечу­ють переміщення робочих частин верстата у задані точки без регламентації траєкторії руху. Такі системи використовують у свердлильних і розточувальних верстатах.

Системи контурного (неперервного) керування реалізують взаємопов'язані переміщення різального інструмента або заготовки вздовж двох і більше координатних осей за заданою траєкторією та зі заданою швидкістю, що необхідно під час об­робки складного профілю на токарних і фрезерних верстатах.

Залежно від рівня контролю за правильністю виконання за­даних переміщень системи керування поділяють на розімкнуті, замкнуті й самоналагоджувальні.

У розімкнутих системах відсутній зворотний зв'язок між заданим і фактичним переміщенням робочих частин верстата.

У замкнутих системах відбувається контроль виконання кожної команди, а відтак неперервне коригування допуще­них похибок переміщень за допомогою мікро-ЕОМ, що істот­но підвищує точність обробки. Дані про фактичні величини переміщень надходять в мікро-ЕОМ від давачів зворотного зв'язку.

Самоналагоджувальні (адаптивні) системи підтримують один або кілька параметрів обробки, таких як сила різання, рівень вібрації та ін., особливо тоді, коли змінились умови різання внаслідок коливання припуску чи твердості матеріалу заготов­ки, затуплення різального інструмента тощо. Якщо змінені умови призвели до збільшення сили різання, то система повин­на так відкоригувати значення подачі або швидкості різання, щоб зменшити силу різання до заданого значення.

На програмоносію записують у закодованому вигляді такі дані: напрямок, значення швидкості робочих і допоміжних пе­реміщень рухомих частин верстата, а також послідовність над­ходження команд до виконавчих елементів. Для кодування ви­користовують цифри 1 і 0 у різних комбінаціях, а для запису додаткових команд — літери латинського алфавіту або замість літер — певну комбінацію чисел 1 і 0. Кожному напрямкові переміщення рухомої частини верстата присвоюється символ однієї з осей координат (X, Y або Z). Зокрема, для токарного верстата вісь Z співпадає з віссю шпинделя, а вісь X перпенди-

кулярна до неї. За додатний напрямок переміщення рухомої частини верстата прийнято такий, коли інструмент і заготовка відходять одне від одного.

Програму записують поза верстатом на перфострічку у ви­гляді комбінації пробитих отворів, на магнітну стрічку — у вигляді магнітних штрихів або заносять її безпосередньо в пам'ять верстата за допомогою клавіатури пульта керування.

Перетворення закодованої інформації у сигнали керування відбувається в інтерполяторі, звідки ці сигнали пересилають­ся до регульованих двигунів головного руху різання та рухів подач. За наявності зворотного зв'язку інтерполятор коригує невідповідність між фактичним і заданим переміщенням рухо­мої частини верстата.

Переваги верстатів з ЧПК перед верстатами з ручним керу­ванням:

• підвищення точності форми та розмірів обробленої поверхні;

• зростання продуктивності обробки внаслідок зменшення допоміжного часу;

• зниження собівартості обробки.

Недолік: верстати з ЧПК дорожчі порівняно з універсаль­ними й спеціальними верстатами.