книги из ГПНТБ / Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки учебник

ки, действуя на контакты или конечные выключители, включают соответствующие исполнительные органы станка. В качестве ку­ лачков используются штифты, шарики, профилированные шайбы. Примером применения штифтов может служить командоаппарат станка 6А12П.

§ 4. Кодирование программы

Одним из наиболее важных вопросов числового программного управления станками является выбор способа кодирования цифро­ вой информации. Под кодом понимают совокупность цифровых символов, каждая из которых однозначно эквивалентна какойлибо команде, необходимой для управления станком.

Информация, характеризующая цифровую программу, может быть задана в различных системах счисления — десятичной, двоич­ ной и двоично-десятичной.

В десятичной системе (десятичный код) основанием является число 10. Для получения произвольного числа в данном случае требуется десять цифр: 0, 1, 2, 3, ..., 9. Любое целое многозначное число может быть представлено в виде суммы членов, состоящих из цифр числа, каждая из которых в зависимости от ее порядка должна быть умножена на 10 в соответствующей целой степени.

(рис. X X III.8). Каждая из строк соответствует одной из цифр от 0 до 9. Количество вертикальных дорожек равно количеству зна­

дорожке пробито отверстие (залито черным) в строке, соответствую­ щей цифре 1, на второй дорожке — в строке, соответствующей цифре 8, и т. д. Запись того же числа при расположении разрядов поперек ленты представлена на рис. X X III.8, б.

Десятичный код отличается наглядностью, так как он позво­ ляет визуально прочесть зафиксированное число. Существенным недостатком десятичного кода является значительное увеличение размеров программоносителя и усложнение считывающих уст­ ройств, вследствие чего десятичный код применяется крайне редко.

Двоичный код базируется на двоичной системе счисления.

В двоичной системе основание равно 2. Любое многозначное число

вдвоичной системе может быть представлено в виде суммы степе­ ней числа два с соответствующими коэффициентами, причем коэф­ фициенты могут принимать только два значения: 0 и 1. Так, на­

пример, число 13 можно представить:

1 х 2 3 + 1 х 2 2 + 0 х 2 1 + 1 х2° = 8 + 4 + 0 + 1 = 13.

Выписав коэффициенты степеней числа два, получим запись числа 13 в двоичной системе: 1101.

573

Одна из важных особенностей двоичной системы заключается в том, что в этой системе наиболее просто осуществляется физи­ ческое представление чисел. Действительно, использование для записи числа всего лишь двух символов дает возможность пред­ ставлять любые числа с помощью элементов, имеющих только два состояния. Это может быть включенное или выключенное состоя­ ние электронной лампы, наличие или отсутствие отверстий в пер­ форированной ленте и т. д. Запись любых чисел с помощью двух символов упрощает создание ряда узлов систем программного управления.

Число, представленное в двоичной системе, переводится в деся­ тичную путем определения суммы соответствующих степеней двойки. Так, например, число в десятичной системе, эквивалентное числу 11001, представленному в двоичной системе, будет равно многочлену 1 X 2* -f 1 X 23 + 0 X 22 - f 0 X 21 + 1 X 2° = 25.

Первый член многочлена представляет собой произведение первого знака двоичного числа на основание системы (2) в степени, равной числу знаков, следующих после этого знака вправо. Аналогично находят и другие члены многочлена. Для перехода от записи чисел в десятичной системе к записи их в двоичной системе десятичное число следует разделить на два и записать остаток, частное вновь разделить на два и записать остаток и так продолжать деление до тех пор, пока частное не будет равно единице. Эта единица и остатки всех предыдущих делений образуют двоичное число, эквивалент­ ное исходному десятичному. Так, для числа 19 будет:

574

В двоичной системе число 19 запишется так: 10011. Изображение цифр от 0 до 9 десятичной системы в двоичной

и их обозначение на перфоленте приведены на рис. X X III.9, а . Цифра 1 записывается в обоих системах одинаково. Цифра 2 запи­ сывается в двоичной системе как 1 во втором разряде и 0 в первом разряде. Цифра 3 записывается как сумма чисел 2 и 1, т. е. 1 во втором и 1 в первом разрядах. Цифра 4 записывается как 1 в третьем

ленте в двоичной системе. Как видно, изображение числа 5281 в двоичной системе требует всего одной строчки, в которой зафик­ сировано 13 символов (единицы и нули). Изображение того же

числа в десятичной системе приведено на рис. X X III.8. При двоич­ ном коде величина программоносителя может быть значительно уменьшена, а конструкция считывающих устройств упрощена.

Однако применение двоичного кода связано с рядом затрудне­ ний. Во-первых, при ручном программировании затруднительны расчеты, связанные с двоичным кодированием. Во-вторых, его чтение требует определенного навыка. В-третьих, становится не­ возможно использовать обычные перфораторы для записи програм­ мы, так как при двоичном коде количество разрядов может дости­ гать 20.

Для записи больших чисел, например пятизначных, шести­ значных и т. д., двоичный код становится менее удобным, так как необходимо большое число каналов или большое число мест в одном канале. Например, число 75 931 в двоичной системе имеет обозна­ чение 10010100010011011. Для его записи в двоичном коде потре­ буется семнадцать каналов и одна строка или один канал и сем­ надцать мест в нем, в то время как для записи этого числа в деся­ тичном коде необходимо пять каналов и десять строк.

575

В таких случаях для записи чисел может быть использован двоично-десятичный код. Здесь сохраняются десятичные разряды (разряды единиц, десятков, сотен и т. д.), но цифры в каждом из разрядов записываются двоичным кодом. Для записи любой из десяти цифр в этом коде достаточно четырех каналов, а для записи любого числа требуется четыре канала и количество строчек, рав­ ное количеству разрядов числа. Так, например, для записи любого

6)

Р и с. X X I I I .10. Запись числа в разны х кодах

пятизначного числа в двоично-десятичном коде требуется четыре канала и пять строк, т. е. площадь ленты, достаточная для раз­

После считывания с программоносителя закодированная число­ вая программа претерпевает в системе управления обратный про­ цесс декодирования. В системах координатного управления деко­ дирование цифровой программы осуществляется обычно непосредст­ венно системой программного управления, установленной у станка. В системах контурного управления для декодирования число­ вой программы применяются специальные устройства, так назы­

576

ваемые интерполяторы (кодовые преобразователи). Это сложные электронные устройства, которые могут встраиваться в систему программного управления, а также находиться отдельно от него.

Особенностью систем числового управления является то, что исходная программа задается в виде отдельных числовых блоков информации или кадров, которые рассчитываются по чертежу детали только для конечного числа точек на ее поверхности. В сис­ темах контурного управления эти точки называются опорными. При этом заданный контур между опорными точками аппроксими­ руется в интерполяторе отрезками прямых линий или кривыми.

В случае, если интерполятор эксплуатируется отдельно от станка, декодированная числовая программа, получаемая с интер­ полятора, записывается на промежуточный программоноситель (обычно на магнитную ленту) в виде командных импульсов или сдвига фазы, которые уже непосредственно могут быть использо­ ваны для управления станком. В связи с этим для систем контур­ ного управления различают кодированную и декодированную за­ писи программ. Однако применение декодированной программы не исключает необходимости кодирования программ и записи их на программоноситель в кодированном виде. В этом случае исход­ ная кодированная программа вводится не в систему управления станка, а в промежуточное устройство, которым является интер­ полятор. Следовательно, по виду входной информации системы контурного программного управления делятся на две основные группы: 1) системы с кодированным заданием программы (на перфо­ ленте, перфокарте, магнитной ленте и т. д.) и встроенным интер­ полятором; 2) системы с декодированным заданием программы в унитарном коде или в аналоговом виде (фазовые системы).

По мере повышения надежности и удешевления электронных элементов, увеличения числа одновременно управляемых коорди­ нат станка системы первой группы становятся доминирующими. К достоинству систем со встроенным интерполятором следует отнести простоту автоматического регулирования режимов реза­

ния.

Наряду с указанными двумя группами контурного управления в последнее время появились системы, в которых станок управля­ ется непосредственно от ЦВМ. Такая система особенно целесооб­ разна в том случае, когда ЦВМ управляет технологическим про­ цессом, в котором участвуют станки с числовым программным управлением.

§5. Подготовка программ для станков

счисловым управлением

Подготовка программ для станков с позиционными системами числового управления, где перемещения инструмента (или заго­ товки), как правило, осуществляются по прямолинейным траек­ ториям, не представляет больших затруднений и может быть осу­

577

ществлена программистом без использования специальных средств вычислительной техники.

Подготовка программ для контурных систем управления пред­ ставляет собой трудоемкий процесс. Для составления программы необходимо знать форму и размеры обрабатываемой детали, вели­ чины припусков, характер и последовательность обработки, тре­ буемую точность обработки, шероховатость обработанной поверх­ ности и др.

Для получения требуемой формы и размеров обрабатываемой детали станок должен обеспечить соответствующие перемещения заготовки и инструмента. У большинства станков с программным управлением движения рабочих органов совершаются по двум или трем взаимно перпендикулярным направлениям, которые можно рассматривать, как координатные оси некоторой системы коорди­ нат. Такую систему координат называют «абсолютной». Ось X — направление продольной подачи, ось Y — поперечной и ось Z — вертикальной. Начало координат располагают в определенной точке в зависимости от типа станка. За положительное перемещение рабочих органов станка относительно начала координат прини­ мается: продольное — влево, поперечное — от рабочего, верти­ кальное — вниз. В обычных машиностроительных чертежах раз­ меры поверхностей даются в виде расстояний между определенными точками, значениями радиусов дуг окружностей и т. д. Задачей технолога-программиста является преобразование этой информа­ ции в форму, позволяющую осуществить автоматическое управле­ ние технологическим процессом. Перед разработкой технологичес­ кого процесса по профилю детали проставляется ряд опорных точек и указываются значения их координат относительно произвольно выбранного на чертеже начала. Такую систему координат называют относительной. Хотя начало относительной системы координат выбирается произвольно, все же рекомендуется при изображении

детали, что позволит оперировать только с положительными зна­ чениями координат.

При установке детали на станке оси относительной системы координат по направлению должны совпадать с направлением соответствующих осей абсолютной системы координат станка.

На рис. X X III.И показаны примеры деталей, обрабатываемых на токарных и фрезерных станках с ПУ, с нанесенными опорными точками 1, 2, 3 и т. д. и осями координат. После выбора начала относительной системы координат намечают траекторию движения

578

Контур обрабатываемой детали разбивают па отдельные участки и проставляют опорные точки. За опорные точки принимают, как правило, точки сопряжения отдельных участков профиля, вершины углов, центры дуг окружностей и др. При обработке криволиней­ ного профиля траектория движения инструмента разбивается на ряд участков (промежуточные опорные точки а, в, с, d и т. д.), в пределах которых криволинейный профиль заменяется прямыми линиями (линейная аппроксимация), дугами окружностей, либо параболой, проходящей через три соседние точки. Чем больше при­ нято промежуточных точек, тем точнее будет получаться профиль, но это приводит к увеличению тру­ доемкости при расчете программы.

Следующим этапом подготовки программы является вычисление координат опорных и промежу­ точных точек. Этот процесс осуще­ ствляется интерполяторами, в ко­ торые вводятся уравнения,описы­ вающие траекторию движения инструмента. Интерполяторы по заданной информации о коорди­ натах опорных точек вырабаты­ вают командные импульсы по ко­ ординатам станка. Число импуль­ сов определяет величину переме­ щения рабочего органа станка, а частота импульсов — скорость пе­ ремещения.

Получаемые на выходе интер­ полятора командные импульсы

используются для непосредственного управления станком (в слу­ чае встроенного интерполятора в станок) или записываются на промежуточный программоноситель (при выносном интерполяторе). Все полученные данные по расчету программы заносят в специаль­ ную операционную карту, в которой указываются участки обра­ ботки (0—1, 1—2 и т. д.), характер обрабатываемого контура (под­ вод фрезы, прямая, окружность), значения координат опорных точек или длину пути хода инструмента (число импульсов), ско­ рость перемещения (частота импульсов).

§6. Примеры станков с программным управлением

Внастоящее время нашей промышленностью освоены и выпус­ каются станки с программным управлением — токарные, сверлиль­ ные, расточные, шлифовальные, фрезерные и др. Директивами XXIV съезда КПСС намечено за пятилетний период увеличить

579

выпуск станков с числовым программным управлением в

3,5 раза.

В авиационной промышленности применяют различные виды станков с программным управлением: вертикально-фрезерные стан­ ки с числовым программным управлением типа 6Н13ГЭ-2 для мало­ габаритных деталей, станки типа ФП-7 для крупногабаритных деталей, токарные станки типа

Станок 6Ш31Э-2 предназна­ чен для обработки простран­ ственно сложных поверхностей (штампов, пресс-форм) и все­ возможных плоских кулачков. Внешний вид станка 6Н13ГЭ2-

Рис. X X III.12. Станок 6Н13ГЭ-2 с пультом управления

с пультом управления представлен на рис. X X III.12. Диапазон частот вращения шпинделя 30—1500 об/мин, диапазон подач стола по координатам при программном управлении 0—800 мм/мин.

Станок допускает быструю переналадку и может быть исполь­ зован в серийном, мелкосерийном и единичном производствах. Кинематическая схема станка 6Н13ГЭ-2 представлена на рис. X X III.13. В станке применена разомкнутая система цифро­ вого программного управления с шаговым приводом подач. Про­ грамма записывается на магнитной ленте в виде ряда последова­ тельных импульсов. Принципиальная структурная схема системы программного управления станком 6Н13ГЭ-2 представлена на рис. X X III.14. Система состоит из следующих элементов: ленто­ протяжного механизма и магнитной ленты 1, считывающей маг­ нитной головки 2, усилителей импульсов 3, формирователей им­ пульсов 4, узла распределения импульсов 5, усилителей 6, шаговых двигателей 7 и гидравлических усилителей крутящих моментов 8.

580

Рис. X X III.13. Кинематическая схема станка 6Н13ГЭ-2:

М, Ми Мг, Ма— шаговые электродвигатели! Г,, Г,, Г3 — гидро­ моторы

U T

Рис. X X III.14. Структурная схема системы ПУ станка 6Н13ГЭ-2

581

В зависимости от типа используемого пульта управления про­ грамма записывается на магнитную ленту шириной 19 мм (для пульта ПРС-2-60) или 35 мм (для пульта ПРС-3-61). Длина ленты

водной бобине 500 м. При скорости считывания 100 мм/с обеспечи­ вается непрерывная работа станка около 1,5 ч. На магнитной ленте размещается шесть дорожек. На каждую из управляемых коорди­ нат (X, Y и Z) приходится по две дорожки: одна дорожка исполь­ зуется для записи числа шаговых перемещений ротора двигателя

водном направлении, а другая — в противоположном. На маг­ нитной ленте программа записывается импульсами с помощью

ля. Шаговый электродви­ гатель обеспечивает заданное перемещение исполнительного органа станка через золотник гидравлического следящего устройства и гидравлического усилителя крутящих моментов (гидромотора) типа МГ-18-14М (см. рис. X III.7). Выходной вал одпого гидромо­ тора связан с ходовым винтом продольной подачи, выходной вал второго — с ходовым винтом поперечной подачи, а третьего — с винтом подачи ниноли.

Привод с шаговыми электродвигателями позволяет осуществить дискретные перемещения рабочих органов без датчиков обратной связи, что существенно упрощает систему программного управ­ ления.

На рис. X X III.15 приведена конструктивная схема трехста­ торного шагового электродвигателя. Он состоит из ротора 1, ста­ тора 2 и имеет вдоль оси три секции /, II, III . В каждой секции на магнитах статора имеются обмотки 3, которые подключены к узлу распределения импульсов. На роторе имеется столько же полюсов 4 сколько и на статоре. Полюсы ротора также разделены

582