2.9.Металлообрабатывающие станки как объекты управления

По мере своего развития системы ЧПУ наложили на УЧПУ некоторые специфические особенности, связанные с особенностями исполнительных систем, а также ТП в металлообработке и повлекшие за собой языка заданий, обособление языка задач и систем подготовки УП для металлообработки, некоторую специфику математического и программного обеспечения УЧПУ станков.

Как ОУ металлообрабатывающее оборудование можно охарактеризовать несколькими параметрами, общими для всех станков.

Число координат (осей). Понятие координата (ось) связано с геометрическим представлением перемещения в пространстве рабочих органов (РО) станка в некоторой системе координат. При этом положение каждого РО в пространстве может задаваться в какой либо системе координат тремя транспортирующими и тремя ориентирующими координатами, а перемещение в пространстве – законами перемещения и ориентации на каждой из координат во времени. Число управляемых осей характеризует возможности станка по формированию пространственной траектории РО, несущего инструмент или заготовку. Координаты РО станка могут изменяться одновременно или поочередно. Число одновременно управляемых осей характеризует возможности станка обрабатывать сложные пространственные поверхности, а общее число координат – возможности обработки заготовок без переустановки ее на рабочем столе станка или зажимных устройствах.

Так, при обработке в плоскости часто достаточно перемещать РО по двум одновременно управляемым осям, что достаточно для управления, например, токарным станком. При обработке в пространстве требуется минимум три одновременно управляемых оси, а для сложных изделий, требующих управление ориентацией инструмента и (или) заготовки – более трех. Это характерно для станков типа ОУ или специализированных, выполняющих обработку пространственно сложных изделий (например, лопатку турбины или гребной винт).

Контурное и позиционное управление. Управление осями станка может производиться по различным законам. В одном случае может быть оговорено только конечное положение РО по соответствующим осям. В другом случае, кроме конечного положения, УЧПУ может задавать среднее значение скорости перемещения по осям, в третьем – закон изменения значений каждой координаты во времени. В первых двух случаях речь идет о позиционных системах, когда траектория движения РО в пространстве строго не определена, но гарантируется установка РО в конечное положение (позиция), заданное УП. При этом перемещение УП может идти по нескольким осям без обработки или поочередно по одной из осей с обработкой (например, в станках сверлильно-расточной группы). В третьем случае траектория (контур) движения РО в пространстве четко определена и речь идет о контурном управлении РО (контурной СУ), которое свойственно при обработке по сложным плоскостным и пространственным траекториям. Перемещение РО станка по осям называют подачами, а осуществляются они приводами подач. Диапазон изменения скоростей подач очень велик и определяется технологическими режимами обработки. Однако для соблюдения заданных технологических режимов обработки, как правило, заданная контурная скорость обработки (например, линейная скорость движения центра фрезы вдоль контура обработки), а требуемые при этом скорости по осям вычисляются УЧПУ в процессе выполнения задания. Станки с микропроцессорами УЧПУ обеспечивают как позиционное, так и контурное управление по осям.

Главное движение – движение, обеспечивающее перемещение рабочей точки, линии или поверхности инструмента относительно заготовки и производящее при этом обработку заготовки. Так, например, в токарных станках таким движением является вращение заготовки, зажатой в патроне шпинделя, в фрезерных – вращение инструмента (фрезы), установленной в шпиндель, в шлифовальных – вращение шлифовального круга. Как правило это движение требует наибольшей установленной мощности привода по сравнению с мощностями приводов подач, т.к. различные технологические режимы требуют больших диапазонов изменения скоростей и сил обработки. С целью снижения установленной мощности привод ГД иногда снабжается многоступенчатым редуктором, передаточное число которого можно дискретно автоматически менять, например, с помощью, электромагнитных муфт. Поэтому УЧПУ должно иметь возможность управлять изменением передаточного числа редуктора и скоростью ПГД, а при выполнении некоторых заданий (режимов) – ПГД с обратной связью по положению.

Инструментальная система. Для обработки заготовок на станке, как правило, используется не один, а несколько инструментов. Их число иногда доходит до нескольких сотен. Эти системы могут быть просты или сложны. Достаточно просты системы для запитки инструмента при оснащении станков РГ, ее фиксацией и зажатием. Более сложны системы снабжения магазинами инструментов поворотного типа с автооператорами для замены инструмента в шпинделе станка. Магазины стеллажного типа имеют большую плотность упаковки инструмента и менее громоздки, но требуют для замены инструмента более сложной системы поиска и установки. Важную проблему представляет собой контроль износа инструмента и адаптации к нему ТП. С этой целью создаются специальные системы контроля и прогнозирования стойкости инструмента. Следует отметить, что доля стоимости инструмента и инструментальной системы в общей стоимости станка с ЧПУ достаточно высока.

Станочный транспорт. Современные станки с ЧПУ имеют станочный транспорт, обеспечивающий доставку спутников с заготовками и деталями при загрузке и выгрузке рабочего стола станка из накопителей спутников. Управление работой этого транспорта также возлагается на УЧПУ станка.

Распознавание инструмента и заготовок. Для обработки разных деталей, поступающих на рабочий стол станка из станочной транспортной системы, УЧПУ должно распознать заготовку, т.е. определить с помощью какой УП и каким инструментом возможно произвести обработку.

Кроме перечисленных задач управления на УЧПУ возлагаются еще дополнительные задачи:

- контроль и управление различными подсистемами станков, такими как система СОЖ, уборки отходов, управление зажимными приспособлениями, смазки, энергообеспечения;

- обеспечение безаварийной работы станка и безопасной работы оператора, что достигается в результате слежения за входом РО в закрытые зоны и за состоянием ограждения рабочей зоны.

Индексация станков с ЧПУ. В названии станков с ЧПУ отражены их возможности. К основному обозначения модели станка добавляется один из следующих индексов: Ц – станки с цикловым управлением; Ф1 – станки с цифровой индикацией положения, а также станки с ручным вводом данных;Ф2 – станки с позиционными УЧПУ; Ф3 – станки с контурными УЧПУ; Ф4 – станки с контурно-позиционными УЧПУ. Кроме того, введены индексы, отражающие конструктивные особенности станков, связанные с автоматической сменой инструментов: Р – смена инструмента поворотом РГ; М – смена инструмента из магазина. Индексы Р и М записываются перед индексами Ф.