Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы числового программного управления и программирование обработки. Учебное пособие
.pdf
21
приводе главного движения; управление зажимными приспособлениями,
охлаждением, смазыванием, перемещением ограждений и так далее. Все эти
функции выполняет система цикловой электроавтоматики (СЦЭА).
СЦЭА называется САУ механизмами и группами механизмов, поведение
которых определяется множеством дискретных операций с отношениями
следования и параллелизма. При этом отдельные операции инициируются
электрическими управляющими сигналами, а условия их смены формируются
под влиянием осведомительных сигналов, поступающих со стороны объекта
управления. СЦЭА обеспечивает: подготовку к работе и работу станка в
заданных режимах; индикацию состояния электрооборудования станка и самой
системы автоматики во всех режимах; выход из аварийных ситуаций; хранение
информации при отключении питания; защиту электрооборудования и
некоторые другие.
СЦЭА создают для решения ЛЗ ЧПУ. Эта задача распадается на большое
число независимых, но в то же время и связанных между собой (через
взаимные блокировки) подзадач, где отдельная подзадача описывает
циклический процесс некоторого дискретного механизма (объекта) на станке.
Все сложные циклические процессы на станке с ЧПУ представляются в
виде циклов автоматики и операций. Циклом автоматики станка с ЧПУ
называют последовательность действий, вызываемых по имени одним из трех
следующих информационных слов (кадра) управляющей программы:
«Скорость главного движения», «Функция инструмента», «Вспомогательная
функция». Цикл автоматики состоит из операций. Под операцией понимается
любое независимое действие дискретного механизма, выполняемое одним
двигателем, открываемое самостоятельным управляющим сигналом,
подтверждаемое или неподтверждаемое при закрытии осведомительным
сигналом.
Дискретные механизмы станка делятся на следующие функциональные
группы: привод главного движения и шпиндель; дискретная группа в приводах
подачи; механизм автоматической смены инструмента; зажимные
приспособления станка; механизм уборки стружки; система охлаждения;
люнеты; задняя бабка и пиноль токарного станка и другие.
Отдельные механизмы могут выполнять не один, а несколько
взаимоисключающих циклов, называемых ортогональными. В качестве
примеров ортогональных групп циклов можно привести: группу циклов смены
диапазона частоты вращения шпинделя; группу циклов выбора направления
вращения и остановки шпинделя; циклы поиска инструмента; циклы включения
частоты вращения шпинделя.
Общая структура вспомогательного технологического обеспечения
построена по иерархической системе: функциональные группы дискретных
механизмов; ортогональные группы циклов автоматики для каждого механизма
и операции каждого отдельного цикла автоматики.
Обобщенной моделью решения ЛЗ ЧПУ является функциональный
автомат. При решении ЛЗ ЧПУ в качестве операционного автомата выступают
22
исполнительные цикловые механизмы объекта (станка), а функции
управляющего автомата выполняет СЦЭА.
Множество двоичных или цифровых осведомительных сигналов (от
конечных и путевых выключателей, датчиков параметров и т.д), поступающих
со стороны объекта, определяет его текущее состояние. Множество
управляющих сигналов включить-выключить поддерживает состояние объекта
неизменным или переводит объект в новое состояние. СЦЭА имеет и внешний
интерфейс, так как получает извне от других управляющих устройств команды
управления (например, имена вызываемых циклов) и сообщает другим
устройствам управления о своих состояниях (например, о выполнении
полученного задания).
Внутренняя структура СЦЭА построена по принципу функционального
автомата и представлена на рис. 3.
Рис. 3. СЦЭА как функциональный автомат
Роль операционного автомата играет информационная модель поведения
объекта, то есть модель воспроизводимых циклов автоматики. Роль
управляющего автомата играет система логического управления.
В качестве управляющих сигналов выступают логические функции f(x),
определяющие текущее состояние α воспроизводимых циклов автоматики в
информационной модели и переходы между состояниями этой модели.
В качестве осведомительных сигналов выступают имена операций или
процедур {z}, которые являются функциями устойчивых состояний α циклов
автоматики: {z}=f(α}. В дальнейшем имена f{z} транслируются во внешние
управляющие сигналы у. Некоторые состояния α информационной модели
(например, начальные или заключительные состояния циклов) представляют
интерес и для внешних устройств управления. Внешние управляющие сигналы
у поступают для начальной инициации циклов.
Общая конфигурация системы управления цикловой автоматикой
приведена на рис. 4.
23
Рис. 4. Общая конфигурация системы управления
цикловой автоматикой
В эту конфигурацию входят: технологический пульт станка, СЦЭА,
объект, представленный компонентами системы управления на станке,
устройство ЧПУ.
В автоматическом режиме система управления электроавтоматикой
получает от устройства ЧПУ команды γ на запуск циклов, а сигналы α
уведомляют устройство ЧПУ о завершении циклов на станке.
В ручном режиме оператор с помощью органов управления
технологического пульта или панели управления устройства ЧПУ вызывает
отдельные переходы циклов или полные циклы командами u. Реакция СЦЭА на
нерегулярные ситуации (смена режима, нажатие кнопки аварийного останова,
тайм-аут, срабатывание путевых ограничительных выключателей и других)
проявляется в останове станка в текущей операции или переводе в заданное
состояние.
Во всех режимах СЦЭА воздействует на объект управления командами у.
В результате подачи на объект управления управляющего воздействия вы-
полняются вспомогательные операции технологического обеспечения, а по
мере завершения отдельных стадий этих операций изменяются значения
осведомительных сигналов х. Отработка операций на станке визуализируется с
помощью средств индикации по сигналам u, являющимся подмножеством
множества Y.
СЦЭА создается производителем станка и пишется на языке лестничных
(релейных) диаграмм - Ladder diagram (рис. 5).
─┤├─ Нормально разомкнутый контакт разомкнут при значении
«ЛОЖЬ» назначенной ему переменной и замыкается при значении «ИСТИНА».
─┤/├─ Нормально замкнутый контакт, напротив, замкнут, если
переменная имеет значение «ЛОЖЬ», и разомкнут, если переменная имеет
значение ИСТИНА.
─( )─ Итог логической цепочки копируется в целевую переменную,
которая называется «КАТУШКА». Это слово имеет обобщённый образ
24
исполнительного устройства, поэтому в русскоязычной документации обычно
говорят о выходе цепочки, хотя можно встретить и частные значения термина,
например «КАТУШКА РЕЛЕ».
Рис. 5. Фрагмент СЦЭА на языке линейных диаграмм
Две вертикальные линии представляют пару питающих шин. Между
шинами располагаются горизонтально цепи, в которые включаются обмотка и
контакты реле. В цепи может быть установлено произвольное количество
контактов. Последовательно соединенные контакты должны замкнуться все,
тогда по цепи пойдет ток и обмотка реле получит питание. Несколько обмоток
реле может быть включено параллельно, но не последовательно.
В языке LD для каждого контакта имеет место логическая переменная,
которая и определяет состояние контакта.
При последовательном соединении нескольких контактов логика
равноценна операции «И». Параллельно соединенные контакты воспроизводят
логическую операцию «монтажное ИЛИ». Цепь замкнута - «ON», разомкнута -
«OFF», что сказывается на состоянии обмотки реле и на значении логической
переменной применительно к обмотке - «ЛОЖЬ» или «ИСТИНА».
4.3. Терминальная задача ЧПУ
Устройство ЧПУ первоначально было создано как проблемно-
ориентированная вычислительная машина реального времени. По мере
возрастания роли оператора в управлении все более увеличивается удельный
вес интерактивных (диалоговых) процедур и связанных с ним процессов
машинного масштаба времени. Постепенно был сформулирован автономный
круг задач, решение которых не требовало специализированной аппаратуры
ЧПУ, а могло быть выполнено универсальными вычислительными средствами
25
на основе взаимодействия оператора с терминалом. Таким образом,
оформилась терминальная задача ЧПУ (ТрЗ ЧПУ).
К ТрЗ ЧПУ относятся все проявления взаимодействия устройства ЧПУ с
окружающей средой, то есть диалог с оператором и диалог с другими
системами управления. Техническими средствами поддержания диалога
являются пассивный терминал (панель оператора) или активный терминал
(персональный компьютер), а также интерфейс с управляющими устройствами
внешней среды.
Инструментом общения оператора с панелью оператора являются
дисплей и клавиатура. Клавиатура предназначена для выбора режима работы:
ввод алфавитно-цифровых данных; управление курсором с целью
редактирования вводимой информации; смена страниц информации,
выводимой на дисплей; изменение системы отчета выбора; дискретное
перемещение; ввод исполнительных команд типа «включить», «выключить»,
«стоп», «пуск»; задание элементов геометрии; задание укрупненных команд
типа технологических циклов и других.
Экран дисплея предоставляет следующую информацию: состояние
системы управления (указание режима и подрежимных ветвлений, так
называемых «мод», сообщения об ошибках и сбоях); состояние объекта
управления (станка) – положения рабочих органов в различных системах
координат, подача, частота вращения шпинделя, имена выполняемых циклов
автоматики: сведения о выполняемой управляющей программе, текст
выполняемого фрагмента управляющей программы); описание всех прошлых
действий оператора; описание стандартных циклов обработки, включая их
графическую интерпретацию; представление статико-графической модели
управляющей программы (наложенные эскизы заготовки и изделия с указанием
всех рабочих и вспомогательных проходов); представление динамико-
графической модели процесса обработки (изображение текущего состояния и
его развития в реальном времени).
Информация, появляющаяся на экране дисплея, отражает ту часть
решения ТрЗ ЧПУ, которая в данный момент интересует оператора. Еcли
панель оператора является компонентой пассивного терминала (консоли
оператора), то само решение ТрЗ ЧПУ осуществляется в устройстве ЧПУ. Если
же панель оператора придана активному терминалу (персональному
компьютеру), то решение ТрЗ ЧПУ выполняется в самом терминале. Объем
предоставляемой оператору информации, т.е. объем дисплейных функций, во
многом определяет функциональные возможности устройства ЧПУ.
Оптимальным режимом работы оператора с системой управления
является диалог. Диалог имеет следующую структуру: выдача (системой
управления) очередного сообщения оператору через экран дисплея
(сообщение - это та часть системной реакции, которая появляется на экране
дисплея и приглашает оператора к дальнейшей работе); ожидание системой
управления ввода директивы оператором, где директива – минимальная
совокупность действий оператора через клавиатуру панели, которая вызывает
смену сообщения; ввод оператором директивы через клавиатуру панели; вызов
26
системой управления соответствующей подпрограммы обработки директивы
оператора; переход к началу.
Диалог вовлекает оператора в сложный иерархический процесс принятия
решений. При этом система управления поддерживает функцию выбора
решения с привлечением техники меню. Меню предлагает варианты развития
диалога, варианты ответов на вопрос, перечень виртуальных клавиш.
Виртуальными клавишами называются такие, имена которых переменны, а их
текущие значения динамически изображаются на экране дисплея.
На практике существуют четыре варианта диалога оператора с
устройством ЧПУ: управление процессом и объектом; системная работа;
автоматизированное проектирование управляющей программы; редактирование
управляющей программы.
Диалог управления процессом и объектом протекает непосредственно в
ходе обработки детали (ручной или автоматической). Речь идет о приглашениях
со стороны системы управления выбрать режим или выбрать команду на
перемещение в ручном режиме. Под диалоговой системной работой понимают:
манипулирование различными наборами констант, параметров настройки,
корректоров; архивную работу с внешними носителями; вход в
информационный обмен с ЭВМ верхнего уровня. При диалоге
автоматизированного проектирования управляющей программой используется
процедура ввода данных, необходимых для построения управляющей
программы, которая базируется на одном из двух вариантов САПР: цикловой
системе; инструментальной системе.
При цикловой САПР управляющая программа обработки составляется из
стандартных технологических решений (циклов), которые заранее разработаны
в параметрической форме и нуждаются лишь в том, чтобы параметрам придали
конкретные числовые значения. Из стандартных системных циклов оператор
выделяет тот, который первым необходимо применить для обработки. Затем
оператор задает все необходимые геометрические и технологические данные,
относящиеся к этому циклу. Если для обработки детали недостаточно одного
цикла, то описанный процесс повторяется для очередного стандартного цикла,
привлекаемого в управляющую программу.
Для инструментальной САПР управляющих программ характерна
следующая схема действий оператора: определение вида материала и параметра
шероховатости обработки; определение геометрии детали и заготовки;
определение вылета и геометрии каждого используемого инструмента и его
положения в координатной системе детали; определение всех необходимых
проходов; формирование ISO текста управляющей программы.
Диалоговое проектирование управляющей программы охватывает
собственно редактирование и ручной ввод текста управляющей программы.
27
5. Разработка управляющих программ
В настоящее время одним из этапов подготовки производства является
разработка управляющих программ для станков с числовым программным
управлением.
Приведем основные термины и определения по ГОСТ 20523-80.
Числовое программное управление (ЧПУ) - управление обработкой
заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в
цифровой форме.
Устройство числового программного управления станком (УЧПУ) -
устройство, выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы
станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии
управляемого объекта.
Программируемое устройство числового программного управления
станком - устройство числового программного управления станком, алгоритмы
работы которого реализуются с помощью программ, вводимых в его память, и
могут быть изменены после изготовления устройства.
Система числового программного управления станком - совокупность
функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и
программных средств, обеспечивающих числовое программное управление
станком.
Нулевая точка станка - точка, принятая за начало системы координат
станка.
Исходная точка станка - точка, определенная относительно нулевой
точки станка и используемая для начала работы по управляющей программе.
Точка начала обработки - точка, определяющая начало обработки
конкретной заготовки.
Нулевая точка детали - точка на детали, относительно которой заданы
ее размеры.
Фиксированная точка станка - точка, определенная относительно
нулевой точки станка и используемая для определения положения рабочего
органа станка.
Коррекция инструмента - изменение с пульта управления
запрограммированных координат (координаты) рабочего органа станка.
Значение коррекции положения инструмента - расстояние по оси
координат станка, на которое следует дополнительно сместить инструмент.
Значение коррекции на длину инструмента - расстояние вдоль оси
вращающегося инструмента, на которое следует дополнительно сместить
инструмент.
Коррекция на радиус инструмента (значение коррекции на фрезу) -
расстояние по нормали к заданному контуру перемещения фрезы, на которое
следует дополнительно переместить центр фрезы.
При разработке управляющей программы на первом этапе необходимо
выбрать точку начала отсчета перемещения инструмента по управляющей
программе (точку начала обработки) - далее ноль программы.
28
Здесь необходимо выполнение двух условий:
1. Удобство размерной настройки оборудования.
2. Совпадения ноля программы с нулевой точкой детали - далее
конструкторская база.
Конструкторская база - это база, используемая для определения
положения детали или сборочной единицы в изделии (ГОСТ 21495-76). В
обычной практике конструкторской работы конструкторской базой называются
поверхность, линия или точка детали, по отношению к которым определяются
на чертеже расчетные положения других деталей или сборочных единиц
изделия, а также других поверхностей и геометрических элементов данной
детали.
Любой станок с ЧПУ имеет нулевую точку отсчета (ноль станка), от
которой отсчитывается перемещение рабочего органа в системе координат
станка.
Пользователь не может изменять ее положения. Нулевая точка отсчета
определяется производителем и переопределяется каждый раз при включении
оборудования.
Однако инженер-программист при разработке управляющих программ не
учитывает положение ноля станка, так как это потребовало бы обеспечить
точное положение заготовки относительно данной точки отсчета, что
значительно затрудняет процесс наладки станка на обработку.
Наиболее простым способом является задание некой точки начала
обработки на детали, от которой отсчитываются все перемещения по
управляющей программе. Этот процесс называется размерной настройкой
станка.
Размерной настройкой станка называется совокупность операций,
обеспечивающих процесс регулирования расстояния между режущими
кромками инструмента и базирующими элементами приспособления с целью
обработки возможно большего количества деталей с размерами в пределах
заданного допуска в течение межнастроечного периода.
Рассмотрим размерную настройку токарного и фрезерного оборудования.
5.1. Размерная настройка токарного оборудования
При конструировании деталей типа тело вращения (валы, фланцы,
гильзы) конструктор старается все линейные размеры ставить от торца,
диаметральные – от оси детали. Поэтому для любого тела вращения точка
начала обработки будет совпадать с нулевой точкой детали и выбираться на ее
«чистом торце» (рис. 6).
Согласно ГОСТ 23597-79 положение оси Z определяется по отношению к
главному движению. На токарном оборудовании ось Z будет совпадать с осью
вращения шпинделя, а ее положительное направление будет совпадать с
направлением отвода инструмента от детали. Ось Х направлена по радиусу
заготовки, а ее положительное направление будет тогда, когда инструмент
отходит от оси заготовки.
29
При размерной настройке токарного оборудования применяют два
метода:
- метод протачивания;
- метод размерной настройки от датчика положения.
Рис. 6. Точка начала обработки
5.1.1. Размерная настройка токарного оборудования
методом протачивания
Настраиваемый инструмент устанавливается в рабочую позицию. Для
настройки координаты Z подрезают торец «как чисто» (рис. 6), открывают
таблицу корректоров на пульте управления и в строке с соответствующим
номером корректора в ячейке координаты Z запоминают положение как Z=0.
Процесс запоминания для каждой системы ЧПУ имеет свои
последовательность и отличия.
При настройке координаты Х протачивают (как чисто) цилиндрический
участок длиной 15-20 мм (рис. 6), замеряют диаметр и в соответствующей
ячейке таблицы корректоров запоминают положение рабочего органа как Х=d .
При этом необходимо знать, что в ячейке Х численное значение не будет
равно d, а в ячейке Z не будет 0. В ячейках таблицы корректоров отображается
расстояние от нулевой точки станка до фиксированной точки станка.
Фактически это будет смещение 0 станка.
При настройке осевого инструмента касание заготовки производится
периферией. Настройку осуществляют в той же последовательности. Однако
затем дополнительно в ячейку с полученным значением расстояния по Х через
кнопку «+ВВОД» добавляют диаметр инструмента.
5.1.2. Размерная настройка токарного оборудования
методом настройки от датчика положения
Все современные станки оснащаются датчиком положения 3 для
настройки инструмента, который находится на откидном кронштейне 1 (рис. 7)
рядом со шпинделем. Кронштейн из транспортного положения в рабочее
поворачивается вручную, или от встроенного привода по управляющей
30
программе автоматически, или вручную с пульта управления. Однако деталь 2
может мешать повороту. По датчику положения можно автоматически
определять износ инструмента и постоянно подстраивать станок.
Рис. 7. Датчик положения
Для настройки инструмента его ставят в рабочую позицию в режиме
преднабора или с пульта управления. После поворота кронштейна из
транспортного положения в рабочее автоматически открывается таблица
корректоров и курсор находится в строчке корректора, соответствующей
номеру инструмента в револьверной головке.
Для определения положения инструмента необходимо его вершиной
коснуться соответствующей стороны датчика положения (рис. 8).
Рис.8. Настройка координат Х и Z
Система ЧПУ сама определит положение инструмента и занесет
параметры в таблицу корректоров. При этом координата Х будет на оси, а
координата Z на торце патрона (заготовки имеют разную длину, а положение
торца патрона всегда неизменно). Следовательно, необходимо координату Z
сместить на длину заготовки через кнопку «+ВВОД», добавив ее размер в
таблицу корректоров.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]