книги из ГПНТБ / Чвертко А.И. Установки и станки для электродуговой сварки и наплавки

Схема подготовки программы с применением электронной цифровой вычислительной машины (ЭЦВМ), определяющей координаты опорных точек [1, 14]и интерполятора, пред­ назначенного для представления программы перемещений в декодированном виде (рис. ПО, а), обеспечивает высокую автоматизацию подготовки программы, так как вручную при использовании этой системы определяют только коорди­ наты характерных точек траектории, в частности точек — границ различных участков траектории (прямых, дуг ок­ ружностей и т. п.) и точек, где изменяются режимы обрабо-

Рис. ПО. Схемы подготовки программы:

а — с э л е к т р о н н о й в ы ч и с л и т е л ь н о й м а ш и н о й : б — б е з э л е к ­ т р о н н о й в ы ч и с л и т е л ь н о й м а ш и н ы ; / — ч е р т е ж и з д е л и я ; 2 — т е х н о л о г и ч е с к а я к а р т а ; 3 — р у к о п и с ь п р о г р а м м ы ; 4 — п е р ф о р а т о р ; 5 — п е р ф о л е н т а с и с х о д н ы м и д а н н ы м и ; 6 — э л е к т р о н н а я в ы ч и с л и т е л ь н а я м а ш и н а ; 7 — п е р ф о л е н т а с к о ­

о р д и н а т а м и о п о р н ы х т о ч е к ; 8 — и н т е р п о л я т о р ; 9 — м а г н и т ­ н а я л е н т а ; 10 — р а с ч е т н ы й л и с т с к о о р д и н а т а м и о п о р н ы х

т о ч е к н с о с т а в л е н и е р у к о п и с и п р о г р а м м ы .

тки и подаются необходимые технологические и цикловые команды. Эти данные, объем которых сравнительно невелик даже для сложных деталей, наносятся на перфоленту (или на перфокарты) и вводятся в ЭЦВМ (универсальную или специализированную). Специализированную ЭЦВМ рацио­ нально применять в тех случаях, когда может быть обеспе­ чена достаточно полная загрузка ее и когда системы про­ граммного управления, которые эта машина обслуживает, отработаны до весьма стабильной конструкции, так как в противном случае устройство специализированной машины может служить причиной, делающей невыгодными измене­ ния системы программного управления с целью ее совер­ шенствования или приспособления к изменившимся усло­ виям производства. В этом смысле универсальная ЭЦВМ придает системе программного управления большую гиб­ кость. Кроме того, следует учитывать возможность исполь­ зования универсальных ЭЦВМ, имеющихся в других орга­ низациях, т. е. возможность изготовления программ по ко­ операции.

170

Система подготовки программ с применением ЭЦВМ яв­ ляется автоматизированной. Автоматизация подготовки про­ грамм — основное направление развития систем ЦПУ в на­ стоящее время. Разрабатываются системы [26], состоящие из нескольких станков или установок с программным управле­ нием связанных с одной управляющей ЭЦВМ. Однако при

невелик. Поэтому при подготовке относительно небольших и несложных программ часто применяют схему подготовки, приведенную на рис. ПО, б и отличающуюся тем, что в этом случае вычисление координат опорных точек выполняется вручную.

Как видно из рис. ПО, в системе подготовки программы с выдачей ее на магнитной ленте в декодированном виде пе­ ренос информации из вычислительных или преобразующих устройств на промежуточный программоноситель и обратно производится 4 —6 раз, что усложняет подготовку програм­ мы и является источником возникновения ошибок.

Поэтому в ряде систем интерполятор перенесен из си­ стемы подготовки в систему отработки программы, т. е. в схе­ му управления станком [1], что упрощает систему подготов­ ки программы. Такие системы более типичны для уникаль­ ных станков и индивидуального характера производства. При их применении отсутствует наиболее незащищенный от помех промежуточный программоноситель — ферромаг­ нитная лента, а программа в виде координат последова­ тельных опорных точек вводится в считывающее устройство станка на перфоленте или перфокартах. Интерполятор — весьма сложное электронное устройство. Его доля в общем объеме электронного оборудования системы программного управления (без ЭЦВМ) составляет 70—80% [1], и перенос интерполятора в схему управления станков усложняет об­ служивание этой схемы. Однако с совершенствованием си­ стем ЦПУ и увеличением надежности их электронной части относительное количество систем отработки с встроенным интерполятором возрастает [1].

Выбор способа подготовки программы и уровня автома­ тизации этой операции определяется конкретными техни­ ческими, экономическими и организационными условиями. В тех случаях, когда объем информации в программе срав­ нительно невелик, для подготовки программы могут быть успешно применены простые системы.

171

Разработаны системы подготовки программы путем фик­ сации последовательности и величины перемещений (для позиционных систем) или траектории движения рабочих органов (для функциональных систем) при обработке первого изделия данного типоразмера с ручным управлением или при имитации этого процесса. При этом способе подготовки программы не требуется выполнения каких-либо расчетных операций. В металлообработке этот способ подготовки про­ граммы, несмотря на его простоту, не нашел широкого при­ менения вследствие относительно невысокой точности про­ граммы при большинстве практических реализаций такого способа.

Однако этот способ представляет значительный интерес для операций, при которых последовательные перемещения или непрерывное движение выполняются с относительно не­ высокой точностью. К таким процессам относится и боль­ шинство сварочных операций.

При выборе или разработке новой системы ЦПУ для ав­ томатизации той или иной группы сварочных операций не­ обходимо иметь в виду специфические особенности техноло­ гии и техники сварки, характер подготовительных операций и отличия сварочного производства в целом от других видов производства, где применяются системы ЦПУ, в частности от обработки металлов резанием.

Основные особенности сварочного производства, техноло­

свариваемого изделия в позиции сварки ±Д ф’, погрешности задания и отработки траектории сварочного движения ± Д Т; сварочными и другими деформациями изделия в процессе сварки ±Ад.

172

При сварке плавящимся электродом ось электрода мо­ жет не совпадать с расчетным положением вследствие изгиба электродной проволоки и износа направляющих элементов мундштука или горелки. Кроме того, ось столба дуги при всех видах электродуговой сварки не всегда является про­ должением оси электрода, а может быть направлена под углом к ней по кратчайшему расстоянию от конца электрода до ближайшей точки свариваемого изделия.

При ориентировочной оценке допускаемого отклонения dt Д при электродуговой сварке его принимают равным по­ ловине диаметра электродной или присадочной проволоки:

жения за фактическим положением кромок свариваемых элементов изделия в точке сварки. В большинстве случаев это затруднительно или вообще невозможно.

Слежение за фактическим расположением свариваемых элементов впереди зоны сварки, в общем случае, требует ввода в систему устройства для временной задержки ин­ формации о фактическом положении элементов изделия, что существенно усложняет систему. Устройство для вре­ менной задержки информации о положении линии стыка может отсутствовать, если эта линия близка к прямой или окружности.

2. Многие операции электродуговой сварки можно выпол­ нять вручную (штучными электродами или с помощью шлан­ гового полуавтомата) либо с помощью относительно не­ сложного и недорогого оборудования. Поэтому перевод кон­ кретных сварочных операций на программное управление, связанное со значительными капиталовложениями, должно быть технически и экономически обосновано. При этом сле­ дует учитывать влияние автоматизации процесса на предыду­ щие и последующие операции, а также на качество сварки или наплавки и на изменение условий труда.

3. Многие операции электродуговой сварки требуют управления перемещениями изделия и (или) сварочного рабочего органа со сравнительно невысокой точностью. На­ пример, допуск на отклонение электрода от линии стыка при электродуговой сварке стыковых соединений под флюсом

173

достигает ± 2 нм. Это может служить основанием для упро­ щения системы подготовки программы за счет уменьшения объема информации в программе и системы отработки за счет упрощения приводов.

4.В тех случаях, когда цикл сварки невелик, например при сварке электрозаклепками, при сварке трубок с труб­ ными досками, при сварке большого количества коротких швов, необходимо предусмотреть достаточно большую ско­ рость перемещения между точками или зонами сварки с тем, чтобы нерабочие (несварочные) перемещения составляли воз­ можно меньшую долю в общем времени сварки каждого из­ делия.

5.При позиционном управлении часто необходимо пере­ мещать изделие и (или) сварочный рабочий орган в большое количество последовательных положений, число которых может достигать нескольких сотен. При этом оказывается, что для перемещения в ряд последовательных положений

необходимо отрабатывать повторяющиеся приращения ко­ ординат. В этих случаях для экономии объема программоно­ сителя и упрощения подготовки программы следует преду­ сматривать возможность программирования необходимого количества повторений отдельных кадров программы.

6. Условия сварочного производства, особенно при сварке под флюсом, обычно более тяжелые для работы сис­ темы программного управления, чем, например, условия металлообрабатывающих цехов. При выборе или разработке системы программного управления для сварочного обору­ дования и отдельных элементов этой системы следует иметь в виду влияние следующих факторов: высокий уровень электрических помех; повышенная запыленность цехов; повышенная загазованность среды; недостаточный уровень подготовки обслуживающего персонала.

Естественно, не все эти факторы действуют в условиях всех видов сварки. Например, при аргоно-дуговой сварке уровень запыленности и загазованности среды не выше, чем

вметаллообрабатывающих цехах.

ВИнституте электросварки им. Е. О. Патона разработа­ на одна из первых (1961 г.) систем ЦПУ, предназначенных

Для операций, не требующих перемещений высокой точ­ ности, разработан метод подготовки интерполированной про­ граммы (для импульсных систем программного управления)

174

с записью программы в виде унитарного кода на перфолен­ те [20].

Координаты опорных точек определяют графически по вы­ черченной (в масштабе 1 импульс = 1 мм) на миллиметро­ вой бумаге траектории заданного перемещения с таким рас­ четом, чтобы отрезки прямых между соседними опорными точками состояли из небольшого числа стандартных отрез­ ков, интерполированные программы отработки которых (подпрограммы) введены в память перфоратора. Нанесение программы на программоноситель производится по подпро­ граммам, причем для нанесения очередной подпрограммы достаточно набрать на пульте перфоратора ее адрес.

Такой метод подготовки программы рационально при­ менять только тогда, когда объем информации в программе сравнительно невелик (не более 10.000—15.000 импульсов унитарного кода). Это возможно при программировании пе­ ремещений малой точности и перемещений высокой точности при их небольших абсолютных величинах.

Перфолента как программоноситель интерполированной программы обладает преимуществами по сравнению с более распространенной ферромагнитной лентой: возможность визуальной проверки программы, простота исправления или изменения части программы без изменения всей программы,, а также обеспечение высокой помехоустойчивости системы записи и считывания программы.

Основной недостаток перфоленты — малая плотность за­ писи по длине ленты — не имеет решающего значения при сравнительно малом объеме информации.

При задании программы движения в виде унитарного ко­ да, представляемого последовательностью отверстий на дорожках перфоленты, число импульсов (отверстий), считан­ ных с соответствующей дорожки, определяет величину соот­ ветствующего перемещения, а их частота — скорость этогоперемещения.

Перемещение S мм, соответствующее одному импульсу программы, называют ценой импульса (шага) системы.

Программы перемещений каждой из кареток станка за­ писываются на двух дорожках перфоленты: на одной — про­ грамма перемещений в положительном, а на другой—в от­ рицательном направлении.

При большинстве технологических процессов скорость, перемещения вдоль заданной траектории должна быть по­ стоянной. Скорость протягивания перфоленты через считы­

175-

вающее устройство также постоянна при выполнении данной операции, но при наладке может быть изменена. Управле­ ние скоростью протягивания перфоленты может также про­ изводиться по командам с перфоленты.

Для отработки прямолинейного отрезка длиной L, ле­ жащего произвольно в плоскости X — У, на соответствую­ щих дорожках X и Y перфоленты должны быть пробиты отверстия, число пх и пу которых пропорционально проекци­ ям А* и Ау этого отрезка:

Перфорирование ленты осуществляется построчно с ша­ гом t„. Число строк перфоленты IIL, необходимое для записи программы отработки траекторий длиной L, определяется из соотношения

При такой записи программоноситель содержит лишь информацию о геометрии запрограммированного перемеще­ ния. Скорость перемещения вдоль заданной траектории, пропорциональная скорости ѵл протягивания перфоленты мимо считывающей головки, определяется соотношением

Соотношения (24, 25, 26) являются исходными для гра­ фического расчёта подпрограмм (программ отработки стан­ дартных отрезков). В реализованной системе был принят комплект, который состоял из 41 отрезка.

Погрешность метода программирования бпр — геомет­ рическая сумма погрешности интерполяции 6„„, зависящей в основном от величины шага, и погрешности аппроксимации бап, определяемой способом замены заданной траектории стандартными отрезками:

стандартными отрезками может быть произведена тремя ■способами: вписанной ломаной (хордами), описанной лома­ ной (касательными) и секущей ломаной (секущими).

176

Наибольшая длина аппроксимирующих отрезков до­ пускается при аппроксимации секущими. Следовательно, этот способ наилучший с точки зрения уменьшения трудо­ емкости программирования.

При увеличении допустимой погрешности аппроксима­ ции допускаемая длина аппроксимирующего отрезка уве­ личивается незначительно. Опыт показал, что погрешность аппроксимации может быть не более 0,5 50, т. е. бап =

тоде программирования не превышает цены импульса про­ граммы.

Фактическая величина погрешности программирования была определена для различных прямых и дуговых участков траектории путем графического построения отрабатываемой траектории в масштабе 5 0 = 10 мм. Замеры были сделаны непосредственно на чертеже. Погрешность программирова­ ния не превысила 0,8 S Q131].

Автоматический ленточный перфоратор АЛП (рис. 111) состоит из собственно ленточного перфоратора, пульта уп­ равления и стола, в котором смонтированы блок памяти и схема управления перфоратором.

Перфоратор пробивает отверстия на одиннадцати дорож­ ках. В качестве программоносителя используется непро­ зрачная стандартная кинопленка шириной 35 мм с ведущи­ ми перфорациями. На шести дорожках наносится программа перемещений по трем взаимно перпендикулярным коор­ динатам (по две дорожки на каждую координату: для поло­ жительного и для отрицательного направления перемеще­ ния).

Четыре дорожки используются для нанесения техноло­ гических и цикловых команд на включение и выключение различных механизмов и аппаратов станка или установки. При нанесении команд кодом типа двоичного на четырех дорожках можно записать до 15 различных команд. В этом случае одновременно может быть подана только одна ко­ манда. Одиннадцатая дорожка служит для пробивки «мар­ ки», отмечающей начало очередной подпрограммы. Марка чрезвычайно облегчает визуальную проверку и исправ­ ление программы.

На пульте перфоратора размещена аппаратура управле­ ния: телефонный номеронабиратель для набора подпрограмм,

а также для набора программ перемещения вдоль коорди­ натных осей X, Y и Z на величину от 1до 50 шагов и для на­ бора пропуска ленты без пробивки на 1 —50 строк; тумбле­ ры для выбора положительного или отрицательного направ­

ления перемещения вдоль каждой из трех координатных осей; кнопки для набора соответствующей технологической или цикловой команды; кнопка «Пуск», включающая авто­ матическое нанесение на перфоленту подпрограммы, на­ бранной аппаратурой (пп. 1—3); кнопка «Сброс» для снятия набранной подпрограммы без пробивки; сигнальные лам­ почки для контроля правильности набора.

Стандартные подпрограммы наносятся на дорожки X и Y, однако путем несложных переключений можно наносить подпрограммы на дорожки X и Z или Y и Z.

178

Технологические и цикловые команды наносятся в пер­ вой строке той подпрограммы, одновременно с которой они были набраны.

Выбор стандартной подпрограммы производится путем набора ее адреса на соответствующем номеронабирателе. Знак перемещения устанавливается соответствующими тумблерами.

Для постоянного хранения подпрограмм имеется блок памяти в виде двух матриц (рис. 112), в узлах которых за­ паяны кремниевые точечные диоды в соответствии со схе­ мами подпрограмм, причем горизонтали матриц соответству­ ют адресам подпрограмм, а вертикали — строкам подпро­ грамм. Одна из матриц содержит информацию, относящуюся к координате X, а другая — к координате Y. Выбор со­ ответствующей подпрограммы производится декадным ша­ говым искателем. При наборе адреса номеронабирателем подпрограмм щетки ДШИ устанавливаются на тех гори­ зонталях матриц, которые соответствуют набранному адресу.

Построчный перенос подпрограммы производится от­ дельным шаговым искателем ШИ, щетки которого последо­ вательно соединяются с вертикалями матриц и управляют подачей напряжения на обмотки пробивных электромаг­ нитов .

Таким образом, устройство для подготовки программ (ав­ томатический ленточный перфоратор) сравнительно простое, схема его не содержит сложных и дорогостоящих элементов и собрана на серийной аппаратуре. Опыт эксплуатации АЛП показал надежность работы его схемы и механизмов.

Время подготовки программы, отнесенное к 1 пог. м плос­ кой траектории, состоящей на 50—75% из прямолинейных отрезков, составляет в среднем 2,5 ч при цене импульса 5 0 = == 0,5 мм, т. е. 1,25 ч на 1000 строк программоносителя. Две трети этого времени затрачивается на вычерчивание траектории, назначение опорных точек, заполнение и про­ верку расчетного бланка, а одна треть — на перфорирование.

Для обучения составлению программы и работе на АЛП требуется 3—4 ч.

Опыт подготовки программы описанным методом подтвер­ дил целесообразность его применения для составления программы отработки движений малой точности, а также движений высокой точности при малой общей длине переме­ щения, особенно на начальном этапе освоения програм­ много управления на данном производстве.