4.Оборудование с чпу.
Для анализа СУ данного оборудования необходимо ознакомиться с объектами управления. Станки с ЧПУ широко используются в промышленности около 40 лет. Интенсивное использование станков с ЧПУ объясняется рядом их достоинств.
Станки с ЧПУ являются важнейшим средством автоматизации наиболее представительного серийного производства. Повышение производительности достигается уменьшением времени на холостые перемещения инструмента (позиционирование), контроль, уменьшением суммарного времени переналадки из-за высокой концентрации операций. Возможность многостаночного обслуживания увеличивает производительность на одного работающего.
Повышение качества определяется повторяемостью процесса (программы), уменьшением субъективных характеристик оператора, высокой точностью обработки.
Возможность обработки сложных поверхностей без использования специальной оснастки, ручного труда экономит средства основного и вспомогательного производства.
Достаточное инструментальное обеспечение, двух-, трех- и более координатная обработка позволяют увеличить концентрацию технологического процесса. Это дает снижение складских, транспортных, контрольных операций; проще становится планирование и управление; уменьшается количество оснастки; уменьшается суммарное время переналадок; увеличивается точность из-за уменьшения количества переустановок.
4.1. Характеристики систем числового программного управления (счпу)
Рис.5
Устройство ЧПУ (УЧПУ) получает управляющую программу и взаимодействует с объектом управления (ОУ). СЧПУ включает не только взаимосвязанное устройство и станок, но и необходимое программное обеспечение для пары «УЧПУ – станок».
Характеристики станков с ЧПУ можно разделить на две группы:
характеристики станков, не зависящие от УЧПУ;
характеристики, зависящие от УЧПУ.
1.Группы станков:
токарные;
фрезерные, сверлильно-фрезерные;
сверлильные;
расточные;
шлифовальные;
эрозионные с непрофильным электродом (проволока);
обрабатывающие центры (многооперационные станки);
резательные (ацетиленовая или плазменная резка);
гибочные;
намоточные.
2. Кинематика, мощность, размер рабочей зоны, скорости главного движения и подач, бесступенчатое регулирование, скорость холостого хода (10...20 м/мин).
3. Инструментальное обеспечение.
3.1. Количество инструментов и возможность автоматической смены:
револьверные головки (6...10 инструментов);
резцедержатель + инструментальный магазин (до 30 инструментов);
инструментальный шпиндель + магазин (30 инструментов и более).
3.2. Время смены инструмента или время «от реза до реза» включает время позиционирования и смены инструмента, 2tпоз.+ tсм.инст.. Желательно tсм. инст. < 10сек.
3.3. Погрешность от повторного позиционирования. Меняется в широких пределах и зависит от конструкции и точности изготовления РО, инструмента и дополнительной оснастки.
3.4. Для оценки технологических возможностей наиболее существенным является набор инструментальных переходов: инструмент (типоразмер) + поверхности + достижимая точность.
Рассмотрим характеристики, зависящие от УЧПУ
4. Точность станков с ЧПУ
На поле рассеивания размеров влияют как традиционные факторы (упругая деформация, износ элементов в технологической системы, температурные деформации и др.), так и причины, зависящие от СЧПУ:
дискрета перемещения (1-10 мкм);
погрешность позиционирования;
динамические погрешности приводов, особенно на режимах разгона и торможения;
погрешности интерполирования, зависящие от выбранных алгоритмов.
5. Количество координат станка (а), в том числе одновременно управляемых (в)
a) 2/2 – токарный;
b) 3/2 – фрезерный для контурной обработки;
c) 3/3 – фрезерный для объемной обработки;
d) 3-10/3-4 – обрабатывающие центры.
При в > 2 резко возрастает сложность математического, программного и технического обеспечения при интерполяции. 4-5 координатная обработка встречается редко. В качестве примера можно привести изготовление гребных винтов, осевых компрессоров (проточная часть), когда кроме поворота стола иногда требуется и поворот инструмента относительно своей оси.
6. СЧПУ делят на:
позиционные (Ф2);
контурные (Ф3).
Позиционные применяются для сверлильных, расточных станков, где требуется отработка траектории от точки к точке по прямым, которые параллельны или перпендикулярны направляющим станка. Для сверлильных станков траектория перехода инструмента от одного отверстия к другому не имеет значения.
Контурные системы реализуют траектории, образованные отрезками прямых и дуг окружностей (линейно-круговая интерполяция), иногда и более сложными элементами (винтовая, параболическая интерполяция). Обозначения Ф4 в моделях станков применяется для обрабатывающих центров.
7. Возможность коррекции. Различают три основных варианта коррекции:
режимы обработки (n, S) в % - относительно заданных в управляющей программе;
положение инструмента (эквидистанта и линейный вылет относительно детали и рабочего органа);
смещение «0» отсчета, т.е. начала координат станка.
8. Тип программоносителя. Основным программоносителем является 8-дорожечная перфолента шириной 25,4 мм, предназначенная для кода ISO – 7bit. Фотосчитывающее устройство (ФСУ) основано на электромеханическом принципе, работает в стартстопном режиме, прочность перфоленты недостаточна, возможно загрязнение осветителей и фотоэлементов – это приводит к низкой надежности ФСУ. Поэтому практикуют перенос УП на других носителях (магнитных, полупроводниковых). Возможен ввод УП от ЭВМ верхнего уровня (современные СЧПУ).
9. Поколения СЧПУ
Первое поколение СЧПУ. Непосредственно у станка имелся минимальный набор электронной аппаратуры. УП записывались на широкую магнитную ленту, причем одному магнитному штриху соответствовало единичное перемещение, то есть УЧПУ представляло собой специализированный магнитофон. Даже небольшие изменения в УП требовали перерасчетов, перезаписи в специализированных подразделениях.
Второе поколение. NC (numerical control), где схемным (аппаратным) способом специальные блоки реализуют отдельные задачи СЧПУ – ввод, хранение, переработка УП, интерполяция... Наличие интерполятора позволило корректировать УП непосредственно с пульта УЧПУ. Системы NC, используемые и в настоящее время, Размер, Н22, Н33, Н55, Луч.
Недостатки NC:
жесткость структуры, они не приспособлены для управления разными объектами, отсюда обилие моделей УЧПУ;
трудность эксплуатации, обслуживания;
редактирование УП, неизбежное на этапе отладки, требует обычно перезаписи УП.
В 70-ые годы прошедшего века в связи с серийным производством интегральной техники, микро-ЭВМ появилась возможность создания CNC систем, обеспечивающих выполнение основных задач программным способом, с использованием встроенной микро-ЭВМ (одной или нескольких) или комплекта микропроцессоров. Сейчас применяют CNC системы: 2У - 32, 2С - 42, 2Р - 22, НЦ - 31, НЦ -80, -31 и др., а также зарубежные: Алкатель, Фанук, Синумерик, Бош.
Дальнейшим развитием СЧПУ являются системы типа многоцелевых. Путем комплектации и настройки системного программного обеспечения такие СЧПУ могут работать с различным технологическим оборудованием (станки, роботы, склады и др.).
В системах CNC по сравнению с NC появляются дополнительные возможности:
разработка, ввод и редактирование УП непосредственно с пульта управления;
связь оператора с СЧПУ и визуальная информация – появление буквенно-цифровых, а далее и графических дисплеев;
компенсация неточности изготовления и износа ответственных узлов станка;
расширенные возможности по коррекции режимов, положения инструмента;
большой набор постоянных технологических циклов;
возможность выхода в точку, где ранее была прервана обработка;
расширение диагностики;
управление дополнительными устройствами (приспособления, устройство контроля, загрузки-выгрузки и пр.);
возможность адаптивного управления;
связь с ЭВМ верхнего уровня.