4.14. Компоненты релейных схем

Европейский вариант

Американский вариант Значение

Логические компоненты

тг •ZT

тг

Реле с замыкающим контактом

Реле с размыкающим контактом

Начало ветвления параллельной цепи

Конец ветвления параллельной цепи

Символ присвоения

fj* "-"и Y .f-^Xu/ia Y Присвоение результата промежуточной переменной или выходу

равления идентифицируются входам, промежуточным переменным и выходам. Например, формат цепи ПК «Модикон» предполагает наличие пяти компонентов: четыре первые позиции цепи А, В, С и D от- водятся для логических компонентов, а последняя — для символа присвоения, указывающего с помощью номера цепь и промежуточ- ную (рабочая память) или выходную (управление объектом) переменную в соответствии с логикой управления. При использовании языка релейно-контактных символов по программе вычерчиваются в определенном масштабе легко читае- мые схемы. После трансляции программа выполняется по цепям цикловым образом. Каждая цепь отрабатывается слева направо. Это дает возможность программисту сделать какой-то определен- ный сигнал приоритетным по сравнению с другими, например, в целях обеспечения безопасности (приоритет команды на отклю- чение двигателя относительно команды включения). Булев язык. Работая с бесконтактной логикой, программисты ПК имеют дело с булевыми уравнениями и схематическими изобра- жениями цепей. В этих случаях предпочтительно использовать бо- лее совершенный язык программирования типа булева. Булев язык позволяет непосредственно написать уравнение, поэлементно соединяя операнды или операторы. При этом воз- можны фиксированный и переменный формат по числу операндов логического уравнения. Целесообразность применения перемен- 183

•ного формата состоит в сокращении числа промежуточных пере- менных. В данном случае мы имеем дело с цепью, состоящей из булевых операторов или соответствующих переменных, а символ присвоения эквивалентен знаку равенства.

4.9. Числовое программное управление станками и системы чпу

На основе достижений кибернетики, электроники, вычислительной техники и приборостроения были разработаны принципиально новые системы программного управления — си- стемы ЧПУ, широко используемые в станкостроении. Эти системы называют числовыми потому, что величина каждого хода испол- нительного органа станка задается с помощью числа. Каждой единице информации соответствует дискретное перемещение испол- нительного органа на определенную величину, называемую раз- решающей способностью системы ЧПУ или ценой импульса. В определенных пределах исполнительный орган можно пере- местить на любую величину, кратную разрешающей способности. Число импульсов, которое можно подать на вход привода, чтобы осуществить требуемое перемещение L, N = Llq, где ц — цена им- пульса. Число N, записанное в определенной системе кодирова- ния на носителе информации (перфоленте, магнитной ленте и др.), является программой, определяющей величину размерной информации. Под ЧПУ станком понимают управление (по программе, задан- ной в алфавитно-цифровом коде) движением исполнительных орга- нов станка, скоростью их перемещения, последовательностью цикла обработки, режимом резания и различными вспомогатель- ными функциями. Система ЧПУ — это совокупность специализированных уст- ройств, методов и средств, необходимых для реализации ЧПУ станком. Устройство ЧПУ (УЧПУ) — часть системы ЧПУ, пред- назначенная для выдачи управляющих воздействий исполнитель- ным органом станка в соответствии с управляющей программой (УП). Глруктурная схема системы ЧПУ представлена на рис. 4.21, а. Чертеж детали ЧД, подлежащей обработке на станке с ЧПУ, одновременно поступает в систему подготовки программы СПП и систему технологической подготовки СТП. Последняя обеспе- чивает СПП данными о разрабатываемом технологическом про- цессе, режиме резания и т. д. На основании этих данных разра- батывается управляющая программа УП. Наладчики устанавли- вают на станок приспособления, режущие инструменты согласно документации, разработанной в СТП. Установку заготовки и снятие готовой детали осуществляет оператор или автоматический загрузчик. Считывающее устрой- ство СУ считывает информацию с программоносителя. Информа^

УП

Технология обработки детали, режимы резания —I Наладка

Д

ДВ

а) в)

Рис. 4.21. Структурная схема системы ЧПУ (а) и целевого механизма (б)

ция поступает в УЧПУ, которое выдает управляющие команды на целевые механизмы ЦМ станка, осуществляющие основные и вспомогательные движения цикла обработки. Датчики обратной связи ДОС на основе информации (фактические положения и ско- рость перемещения исполнительных узлов, фактический размер обрабатываемой поверхности, тепловые и силовые параметры технологической системы и др.) контролируют величину переме- щения ЦМ. Станок содержит несколько ЦМ, имеющих (рис. 4.21,6) двигатель ДВ, являющийся источником энергии; передачу Я, служащую для преобразования энергии и ее передачи от дви- гателя к исполнительному органу ИО; собственно НО (стол, салазки, суппорт, шпиндель и т. д.), выполняющий координатные перемещения при выполнении цикла обработки. Система ЧПУ может видоизменяться в зависимости от вида программоносителя, способа кодирования информации в УП и метода ее передачи в систему ЧПУ. УЧПУ размещают рядом со станком (в одном или двух шкафах) или непосредственно на станке (в подвесных или стационарных пультах управления). Двигатели приводов подач станков с ЧПУ, имеющие специальную конструкцию и работающие с конкретными УЧПУ, являются составной частью системы ЧПУ. Все данные, необходимые для обработки заготовки на станке, УЧПУ получают от УП, которая содержит два вида информации — геометрическую и технологическую. Геометрическая информация содержит координаты опорных точек траектории движения ин- струмента, а технологическая — данные о скорости, подаче, номере режущего инструмента и т. д. УП записывают на програм-

моносителе. В оперативных системах ЧПУ программа может вво- диться (с помощью клавиш) непосредственно на станке. Наиболее распространенными программоносителями являются восьмидорожковые перфоленты шириной 25,4 мм. Транспортная дорожка, составленная из отверстий, служит для перемещения ленты (с помощью барабана) в считывающем устройстве. Рабочие отверстия, несущие информацию, пробивают на специальном устройстве, называемом перфоратором. Информацию на перфо- ленту наносят кадрами, каждый из которых является составной частью УП, содержащей не менее одной команды. В кадре можно

ЭВН, расчет программ

Перфолента f/нтер — палятар

Электрические сигналы ОС)

^Перфолента

Манные для ЭВМ Ручной расчет программ

Устройство записи на МЛ

\ Устройство контроля

—[ МП \ \ \ \ \ _|

Обработка программной информации (УЧПУ)

\ Реализация программы (станок с ЧПУ)

Деталь

ЗВМ, расчет программ

Даннь

Перфолента Перфолента Г

Устройство контроля перфоленты

Устройство записи на перфоленту /е для ЗВП |

Перфолента

Ручной расчет программ

Обработка программной информации (УЧПУ)

Реализация программы (станок с ЧПУ)

1

-

\ Система подготовки программ управления станком \

I [истепа подготовки и хранения \програпм управления станком

Рис. 4,22 Структурные схемы системы с ЧПУ: а — при задании УП в декодированной виде; б — при задании УП в кодированной виде: « — при управлении от ЭВМ

записать только такой набор команд, при котором каждому исполнительному органу станка направляется не более одной команды (например, в одном кадре нельзя задать движения ис- полнительному органу как вправо, так и влево). Перфоленты изготовляют из бумаги, металла, пластмассы или их композиции. Пластмассовую ленту, которая выдерживает несколько тысяч прогонов через считывающее устройство, используют для записи программ, по которым будут обрабатывать много деталей. Магнитная лента представляет собой двухслойную компози- цию, состоящую из пластмассовой основы и рабочего слоя из по- рошкового ферромагнитного материала. Информация на магнит- ную ленту записывается в виде магнитных штрихов, наносимых вдоль ленты и располагаемых в кадре УП с определенным шагом, соответствующим заданной скорости перемещения исполнитель- ного органа. При считывании УП магнитные штрихи преобра- зуются в управляющие импульсы. Каждому штриху соответствует один импульс. Поступающие на двигатель привода подачи им- пульсы обрабатываются исполнительным органом. Каждому им- пульсу соответствует определенное (дискретное) перемещение исполнительного органа; длина этого перемещения определяется числом импульсов, содержащихся в кадре магнитной ленты. Такую запись команд на перемещение исполнительного органа называют декодированной. Этот вид записи является жестким, так как не позволяет изменить число штрихов в кадре магнитной ленты после записи УП, т. е. не позволяет корректировать УП. Декодирование осуществляется с помощью интерполятора, который преобразует вводимую в него (на перфоленте или от ЭВМ) кодированную геометрическую информацию о контуре де- тали в последовательность управляющих импульсов, соответству- ющих элементарным перемещениям исполнительного органа. Некодированную программу записывают на магнитную ленту (МЛ) на специальном пульте, имеющем интерполирующее устройство с выходом, предназначенным для записи; лентопротяжный меха- низм с магнитными головками для стирания, записи и воспроиз- ведения. Системы ЧПУ, в которых УП задается в декодированном виде (рис. 4.22, а), являются наиболее простыми по конструкции, но имеют ограниченные технические возможности. Практически во всех современных системах ЧПУ задание УП осуществляется на перфоленте в кодированном виде (рис. 4.22, б), т. е. геометрическая и технологическая информация записывается в виде чисел и букв. Такие системы, используемые для управле- ния автоматизированными станками всех технологических групп, имеют следующие преимущества: малый объем программоносителя (перфоленты) и удобство его хранения; отсутствие ограничения на число и содержание технологических команд; длина программы зависит не от ее длительности обработки детали, а от сложности ее конфигурации и других факторов, влияющих на характер траекто- рии инструмента; допускается корректировка УП с пульта УЧПУ. 187

В настоящее время все чаще для управления станком или группой станков с ЧПУ применяют малые ЭВМ (рис. 4.22, в). Интерполятор, входящий в систему ЧПУ, выполняет следу- ющие функции: на основе численных параметров участка обраба- тываемого контура (координат начальной и конечной точек пря- мой, радиуса дуги и т. д.), заданных УП, рассчитывает (с опре- деленной дискретностью) координаты промежуточных точек этого участка контура; вырабатывает управляющие электрические им- пульсы, последовательность которых соответствует перемещению (с требуемой скоростью) исполнительного органа станка по тра- ектории, проходящей через эти точки. В системах ЧПУ в основном применяют линейные и линейно- круговые интерполяторы; первые обеспечивают перемещение ин- струмента между соседними опорными точками по прямым ли- ниям, расположенным под любым углом, а вторые — как по пря- мым линиям, так и по дугам окружностей. Важнейшей технической характеристикой системы ЧПУ яв- ляется ее разрешающая способность или дискретность, под кото- рой понимают минимально возможную величину перемещения (линейного и углового) исполнительного органа станка, соответ- ствующую одному управляющему импульсу, т. е. контролируе- мую в процессе управления. Большинство современных систем ЧПУ имеют дискретность 0,01 мм/импульс. Осваивают производ- ство систем с дискретностью 0,001 мм/импульс. Системы ЧПУ классифицируют по следующим признакам: по уровню технических возможностей; по техническому назначению; по числу потоков информации (незамкнутые, замкнутые, самопри- способляющиеся или адаптивные); по принципу задания про- граммы (в декодированном виде, в кодированном виде, т. е. в абсолютных координатах или в приращениях, от ЭВМ); по типу привода (ступенчатый, регулируемый, следящий, дискретный); по числу одновременно управляемых координат. По уровню технических возможностей международной класси- фикации системы ЧПУ делят на следующие классы: NC — системы с покадровым чтением перфоленты на протяжении цикла обра- ботки каждой заготовки; SNC — системы с однократным чтением всей перфоленты перед обработкой партии одинаковых заготовок; CNC — системы со встроенной малой ЭВМ (компьютером, микро- процессором); DNC — системы прямого числового управления группами станков от одной ЭВМ; HNC — оперативные системы с ручным набором программы на пульте управления. По технологическому назначению системы ЧПУ подразделяют на четыре вида: позиционные; обеспечивающие прямоугольное формообразование; обеспечивающие прямолинейное формообра- зование; обеспечивающие криволинейное формообразование. Позиционные системы ЧПУ обеспечивают высокоточное пере- мещение (координатную установку) исполнительного органа станка в заданную программой позицию за минимальное время.

По каждой координатной оси программируется только переме- щение, а траектория перемещения может быть произвольной. Перемещение исполнительного органа с позиции на позицию осуществляется с максимальной скоростью, а его подход к задан- ной позиции — с минимальной (ползучей) скоростью. Точность позиционирования повышается в результате подхода исполни- тельного органа к заданной позиции всегда с одной стороны (например, слева направо). Позиционными системами ЧПУ осна- щают сверлильные и координатно-расточные станки. Системы ЧПУ, обеспечивающие прямоугольное формообразо- вание, в отличие от позиционных систем позволяют управлять перемещениями исполнительных органов станка в процессе обра- ботки. В процессе формообразования исполнительный орган станка перемещается по координатным осям поочередно, поэтому траектория инструмента имеет ступенчатый вид, а каждый эле- мент этой траектории параллелен координатным осям. Чтобы сократить время перемещений исполнительного органа из одной позиции в другую, иногда используют одновременное движение по двум координатам. При грубом позиционировании подход испол- нительного органа к заданной позиции осуществляется с разных сторон, а при точном — всегда с одной стороны. Число управляе- мых координат в таких системах достигает пяти, а число одновре- менно управляемых координат — четырех. Указанными систе- мами оснащают токарные, фрезерные, расточные станки. Системы ЧПУ, обеспечивающие прямолинейное (под любым углом к координатным осям станка) формообразование и позицио- нирование, реализуют движение инструмента при резании одно- временно по двум координатным осям (X и Y). В данных системах используют двухкоординатный интерполятор, выдающий упра- вляющий импульс сразу на два привода подач. Общее число управ- ляемых координат в таких системах 2—5. Указанные системы обладают большими технологическими возможностями (по сравне- нию с прямоугольными), их применяют для оснащения токарных, фрезерных, расточных и других станков. Системы ЧПУ, обеспечивающие криволинейное формообразо- вание, позволяют управлять обработкой плоских и объемных деталей, содержащих участки со сложными криволинейными контурами. Системы ЧПУ, обеспечивающие прямоугольное, прямолиней- ное и криволинейное формообразование, относятся к контурным (непрерывным) системам, так как они позволяют обрабатывать деталь по контуру. Контурные системы ЧПУ имеют, как правило, дискретный привод. Многоцелевые (сверлильно-фрезерно-расточные) станки в це- лях расширения их технологических возможностей оснащают кон- турно-позиционными системами ЧПУ. По числу потоков информации системы ЧПУ делят на замкну- тые, разомкнутые и адаптивные. 189

Разомкнутые системы характеризуются наличием одного по- тока информации, поступающего со считывающего устройства к исполнительному органу станка. В механизмах подач таких систем используют шаговые двигатели. Крутящий момент, разви- ваемый шаговым двигателем, недостаточен для привода механизма подачи. Поэтому указанный двигатель применяют в качестве задающего устройства, сигналы которого усиливаются различ- ными способами, например с помощью гидроусилителя моментов (аксиально-поршневого гидродвигателя), вал которого связан с ходовым винтом привода подач. В разомкнутой системе нет датчика обратной связи, и поэтому отсутствует информация о дей- ствительном положении исполнительных органов станка. Замкнутые системы ЧПУ характеризуются двумя потоками информации: от считывающего устройства и от датчика обратной связи по пути. В этих системах рассогласование между заданными и действительными перемещениями исполнительных органов устра- няется благодаря наличию обратной связи. Адаптивные системы ЧПУ характеризуются тремя потоками информации: от считывающего устройства; от датчика обратной связи по пути; от датчиков, установленных на станке и контро- лирующих процесс обработки по таким параметрам, как износ режущего инструмента, изменение сил резания и трения, колеба- ния припуска и твердости материала заготовки и др. Такие си- стемы позволяют корректировать программу обработки с учетом реальных условий резания.

4.10. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТАНКОВ С ЧПУ Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точ- ность и скорость отработки перемещений, заданных УП, а также сохранять эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки, автомати- зацию загрузки и выгрузки деталей, автоматическое и дистанци- онное управление сменой инструмента, возможность встраивания в общую автоматизированную систему управления. Высокая точ- ность обработки определяется точностью изготовления и жест- костью станка. В конструкциях станков с ЧПУ используют ко- роткие кинематические цепи, что повышает статическую и дина- мическую жесткость станков. Для всех исполнительных органов применяют автономные приводы с минимально возможным числом механических передач. Эти приводы должны иметь высокое быстро- действие. Точность станков с ЧПУ повышается в результате устранения зазоров в передаточных механизмах приводов, умень- шения потерь на трение в направляющих механизмах, повышения виброустойчивости, снижения тепловых деформаций. По технологическим признакам и возможностям станки с ЧПУ (рис. 4.23) классифицируют практически так же, как универ-

Рис. 4.23. Станки с ЧПУ: / — токарно-винторезный; 1 — токарно-револьверный; 3 — лоботокарный; 4 — токарно- карусельный: 5.6 — горизонтально-расточной; 7 — консольно-фрезерный горизонталь- ный; S — консольно-фрезерный вертикальный; 9 — продольно-фрезерный вертикальный; 10 — продольно-фрезерный двустоечный, // — продольно-фрезерный с подвижным пор- талом; 12 — одностоечный продольно-строгальный

сальные станки, на базе которых изготовляют большинство стан- ков с ЧПУ. Токарные станки с ЧПУ предназначены для обработки наруж- ных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения, а также для нарезания наружной и внутренней резьбы. Фрезерные станки с ЧПУ предназначены для обработки плоских и простран- ственных корпусных деталей, на них осуществляют следующие операции: плоское, ступенчатое и контурное фрезерование с не- 191

скольких сторон и под различными углами, сверление, растачи- вание, развертывание, нарезание резьбы и др. На сверлильно- расточных станках с ЧПУ, предназначенных для обработки от- верстий в деталях, выполняют сверление, рассверливание, раста- чивание, развертывание, обтачивание торцов, фрезерование, на- резание резьбы и др. Шлифовальные станки с ЧПУ предназна- чены для шлифования наружных, внутренних и торцовых поверх- ностей деталей, имеющих прямолинейную и криволинейную форму образующих. Многоцелевые станки с ЧПУ предназначены для комплексной обработки деталей за одну установку, на них выполняют практи- чески все операции обработки резанием. Электроэрозионные станки с ЧПУ предназначены для вырезания методом электроэрозии деталей сложного контура из токопроводящих материалов, обра- ботка которых другими способами затруднена или невозможна. Обработка осуществляется непрерывно перемещающимся элек- тродом-проволокой (из латуни, меди, молибдена, вольфрама) в среде керосина или воды с антикоррозионными присадками. В зависимости от типа управления станки с ЧПУ оснащают различными системами ЧПУ: позиционными, контурными и ком- бинированными (позиционно-контурными). Различают станки с низким уровнем автоматизации, в которых запрограммированы только перемещения исполнительных орга- нов, управляемые от УЧПУ. Для таких станков характерно не- большое число технологических команд, поступающих от УЧПУ к исполнительным органам станка. Эти команды хранятся в ко- дированном виде в УЧПУ, не требуют переработки и передаются на исполнительные органы непосредственно или через силовые реле устройства электроавтоматики станка. В станках со средним уровнем автоматизации используется большое число технологических команд. Эти команды требуют переработки, которая осуществляется, как правило, устройством электроавтоматики, размещенным в специальном шкафу и со- стоящим из релейных или электронных схем. Переработка команд заключается в их дешифровке, при которой код команды, посту- пающей из УЧПУ, преобразуется в сигналы, управляющие испол- нительными органами станка. Помимо дешифровки устройство электроавтоматики управляет различными автоматическими цик- лами -{смены инструмента, сверления и т. д.). В станках с высоким уровнем автоматизации переработку технологических команд осуществляет УЧПУ. По способу смены инструмента станки с ЧПУ подразделяются на следующие типы: с ручной сменой инструмента и его ручным закреплением; с ручной сменой инструмента в револьверной головке; с автоматической сменой (манипулятором) инструмента, хранящегося в инструментальном магазине. Показатели, характеризующие станки с ЧПУ. 1. Класс точно- сти — Н, П, В, А, С; вид системы ЧПУ (Ф1, Ф2, ФЗ, Ф4);

выполняемые технологические операции; ос- новные параметры станков: наибольший диа- метр заготовки, устанавливаемой над стани- ной; наибольший диаметрюбработки при уста- новке заготовки над станиной (для патронных станков); наибольший диаметр обработки при установке заготовки над суппортом (для цент- ровых и патронных станков); наибольший диаметр обрабатываемого прутка (для прутко- рис_ 4.24. Стандарт- ных станков); ширина рабочей поверхности ная система коорди- стола или его диаметр; наибольший условный нат в станках с ЧПУ диаметр сверления; диаметр шпинделя и др. 2. Величина перемещений исполнительных органов станка: суппорта по двум координатам; выдвижение шпинделя; переме- щение стола по двум координатам и т. д.; дискретность системы ЧПУ. 3. Точность и повторяемость позиционирования по управляе- мым координатам. 4. Главный привод: вид и модель; мощность; частота вращения и ее регулирование (ступенчатое или бесступенчатое); число рабо- чих скоростей и автоматически переключаемых скоростей и т. д. 5. Привод подачи: вид и модель; мощность; пределы и число рабочих подач; скорость быстрого перемещения и т. д. 6. Число инструментов в резцедержателе, револьверной го- ловке или в инструментальном магазине; способ смены. 7. Число управляемых координат и число одновременно управ- ляемых координат; обозначение координатных осей и направлений движения исполнительных органов. 8. Тип и модель УЧПУ; вид интерполяции: линейная, линейно- круговая и т. д. Вид программоносителя и код программирования. 9. Габаритные размеры и масса станка. Система координат и направления движений исполнительных органов станков с ЧПУ. Работа станка с ЧПУ и программиро- вание процесса обработки связаны с -системами координат. Для станков с ЧПУ направления перемещений и их символика стан- дартизованы. Координатные оси расположены параллельно на- правляющим станка. Единой для всех станков с ЧПУ является система координат, показанная на рис. 4.24, в которой коор- динатные оси X, Y и Z (сплошные линии) указывают положитель- ные направления перемещений инструмента относительно непо- движных частей станка. Координатные оси X', Y' и Z' (штрихо- вые линии), направленные противоположно осям X, Y и Z, ука- зывают положительные направления перемещений заготовки от- носительно неподвижных частей станка. Ось X всегда расположена горизонтально, ось Z совмещена с осью вращения инструмента (на токарных станках с осью вращения шпинделя). Положитель- ными всегда являются такие движения, при которых инструмент и заготовка взаимно удаляются. Круговые перемещения инстру-

Теория автоматического 193

мента (например, поворот оси шпинделя фрезерного станка) обозначают буквами А (вокруг оси X), В (вокруг оси К) и С (вокруг оси Z). Круговые перемещения заготовки (например, управляемый по программе поворот стола на расточном станке) обозначают соответственно буквами А', В', С'. Для программирования обработки необходимо, чтобы напра- вление перемещения каждого исполнительного органа станка было обозначено определенной буквой, которая указывает в УП на тот исполнительный орган, который необходимо включить. Клавиатура перфоратора не имеет букв со штрихами; поэтому для записи информации на перфоленту при обозначении направления перемещения двух исполнительных органов вдоль одной прямой используют так называемые вторичные оси: U (вместо X), V (вместо Y), W (вместо Z). При перемещении трех исполнительных органов вдоль одного направления используются третичные оси Р, Q и R. Примеры расположения и буквенных обозначений координатных осей на различных станках с ЧПУ даны на рис. 4.23. Способы и начало отсчета координат. При настройке станка с ЧПУ каждый исполнительный орган устанавливают в некоторое исходное положение, из которого он перемещается при обработке заготовки на строго определенные расстояния. Благодаря этому инструмент проходит через данные опорные точки траектории. Значения и направления перемещений исполнительного органа из одного положения в другое задаются р УП и могут выполняться на станке по-разному в зависимости от конструкции станка и системы ЧПУ. В современных станках с ЧПУ применяют два способа отсчета перемещений: абсолютный и относительный (в при- ращениях). В первом случае положение начала координат фиксировано (неподвижно) для всей программы обработки заготовки. При составлении программы записывают абсолютные значения коор- динат последовательно расположенных точек, заданных от начала координат. При отработке программы координаты каждый раз отсчитываются от этого начала, что исключает накапливание погрешности перемещений в процессе отработки программы. Для удобства программирования и настройки станков с ЧПУ начало координат в ряде случаев может быть выбрано в любом месте в пределах ходов исполнительных органов. Такое начало координат называют «плавающим нулем> и используют в основном на сверлильных и расточных станках, оснащенных позицион- ными системами ЧПУ. При относительном способе отсчета координат за нулевое положение каждый раз принимают положение исполнительного органа, которое он занимает перед началом перемещения к сле- дующей опорной точке. В этом случае в программу записывают приращения координат для последовательного перемещения ин- струмента от точки к точке. Этот способ отсчета применяют в кон- турных системах ЧПУ. Точность позиционирования исполнитель-

ного органа в данной опорной точке определяется точностью отработки всех предыдущих опорных точек, начиная от исходной, что приводит к накапливанию погрешностей перемещения в про- цессе обработки программы. Число программируемых координат. По числу программируе- мых координат (движений) станки с ЧПУ могут быть двухкоор- динатными (сверлильные, токарные), трехкоординатными (свер- лильные, фрезерные, расточные), четырехкоординатными (двух- суппортные токарные, фрезерные с дополнительным движением инструмента или заготовки), пятикоординатными (в основном фрезерные) и многокоординатными (специализированные станки). Для позиционных систем ЧПУ число управляемых координат является полной характеристикой. Контурные системы ЧПУ характеризуются не только общим числом управляемых коор- динат, но и числом одновременно управляемых координат при линейной и круговой интерполяции. Например, пятикоординат- ная система ЧПУ мод. Н55-1 при линейной интерполяции одно- временно управляет пятью координатами, а при круговой — только тремя.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что означает набор обязательных состояний автомата? 2. Что означает набор условных состояний автомата? 3. Разложить функцию / (xlt xt) = *f+ «1*2 на конституенты единицы. 4. Как разложить функцию / (хг, xt) = *!*, на конституенты нуля? 5. Как с помощью включения можно упростить релейную схему? 6. В чем заключается сущность графического метода минимизации релей- ных функций? 7. По какому принципу строится матрица Карно? 8. В чем отличие синтеза однотактных и многотактных автоматов? 9. В чем сущность циклового программного управления автоматическими линиями? 10. Какие типы систем программного управления станками Вы знаете? 11. Как классифицируются системы ЧПУ? 12. Как обозначаются координатные оси и направления движения в стан- ках с ЧПУ?

5 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 5.1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Высокий динамизм производственных процессов, возрастающие требования к повышению его эффективности при- вели к необходимости создания принципиально новой или корен- ного совершенствования сложившейся системы управления на предприятии. Для настоящего этапа развития машиностроения характерно: расширение функций и задач управления, усложнение объек- тов и законов управления, переход от управления отдельными объектами к управлению технологическими процессами, от упра- вления отдельными участками производства к управлению пред- приятиями и отраслями производства, т. е. переход к сложным многоцелевым системам управления; управление в условиях значительной и все возрастающей по мере усложнения систем управления неопределенностью свойств сложного объекта управления или процесса, влияния внешней среды, взаимодействия отдельных подсистем управления, целей управления, критериев качества и др.; широкое применение средств вычислительной техники для реализации алгоритмов и оценки качества управления, создания систем управления с УВМ, многопроцессорных систем управле- ния, реализации диалога «человек—система управления», повы- шения эффективности проектирования и исследования систем управления и т. п. ' Производственный процесс на машиностроительном предприя- тии может состоять из технологических операций непрерывных, характерных для химических производств, и дискретных, чаще распространенных в машиностроении, приборостроении и др. Однако при всем многообразии технологических процессов, встречающихся в машиностроении, большинство из них можно отнести в первом приближении к категории непрерывных на отрезке времени «контроль—управление». Так, технологический процесс механической обработки на станке является дискретным. Вместе с тем если рассматривать отдельную операцию (например, фрезерование), то на интервале времени фрезерования (одного рабочего хода) и управления параметрами сил, режимов резания и др. процесс можно рассматривать как непрерывный и управле-

ние осуществлять в контуре автоматического управления или регулирования. Тот или иной тип технологического процесса определяет способ управления как основными, так и вспомога- тельными операциями и процессами объекта управления, возмож- ную полноту автоматизации технологического процесса. Деление производственного процесса на фазы позволяет раз- рабатывать систему управления для фаз производства, так как каждая фаза имеет свои особенности независимо от конкретного вида изготовляемой продукции, локализована по месту и времени выполнения и является законченной частью производственного процесса. Конкретный вид изготовляемой продукции определяет состав технологических процессов различных типов (дискретный, непрерывный и др.) для каждой фазы производства, что влияет на выбор той или иной схемы системы управления с учетом до- стигнутого уровня автоматизации производства. В современном машиностроительном производстве наряду с совершенствованием технологических процессов, энерговоору- женностью и оснащенностью механизмами все большее значение начинают приобретать вопросы организации производства, при- нятия решений на основе информации о его функционировании на всех уровнях. Структуру производственного процесса машиностроительного производства представим в виде совокупности типовых задач управления независимо от типа и фазы производства (рис. 5.1). Первая группа задач связана с управлением процессами, в основе которых лежат изменения физико-химических свойств или гео- метрических размеров изделий, материалов или сырья, контроль за состоянием режущего инструмента и др. Характерной особен- ностью этой группы задач является необходимость решения их в реальном масштабе времени. Сюда, как правило, входят меха- ническая, термическая и другие виды обработки, гальванопокры-

1 Управление технологическими процессами 1 Измерение, контроль и управление физическими параметрами

Система организационно - технологического управления

Упрабление вспомогательным оборудованием

Программное управление

Управление технологическим оборудованием

1 Управление складом

1 Информационно - поисковая система управления

Управление транспортом

Программное и адаптивное управление

Управление по служившейся ситуации

Рис. 6.1. Основные типовые задачи управления производственным процессом 197

тия и т. п. В данном случае имеем дело с управляемым технологи- ческим процессом. Управляемый технологический процесс — процесс, для кото- рого определены основные входные (управляющие, управляемые и неуправляемые) воздействия и выходные переменные процесса, которые необходимо контролировать в реальном времени, уста- новлены зависимости между входными воздействиями и выход- ными переменными (математические модели), разработаны методы их автоматического измерения и направленного изменения. В большинстве технологических процессов машиностроения при- ходится сталкиваться с необходимостью измерения и управления такими величинами, как температура, давление, сила, время, сила электрического тока, напряжение и др. Рассматривая состав технологических процессов фазы обработки в машиностроении, можно отметить преобладание процессов, управление которыми связано с необходимостью регулирования и поддержания физиче- ских параметров процесса в соответствии с заданными требова- ниями с помощью локальных контуров автоматического управле- ния или программного управления. Время реакции системы — секунды, доли секунды. Вторая группа задач связана с управлением технологическим оборудованием, которое обеспечивает протекание процесса в тре- буемом режиме. Управляемый технологический процесс не может- протекать вне и независимо от некоторой технической системы, обеспечивающей условия протекания процесса и способы воздей- ствия на него. В этом смысле собственно процесс и технические средства, обеспечивающие его протекание, рассматриваются сов- местно. Однако при решении задач управления в ряде случаев удобнее разделять общую задачу на составные части и для каж- дой подзадачи выбирать свой способ решения. Обычно управле- ние процессом осуществляется подачей на органы управления технологическим оборудованием команд в соответствующие мо- менты времени. Оборудование может работать в автоматическом режиме, формируя необходимые воздействия на процесс по жест- кой программе. Такой режим работы присущ, как правило, узко- специализированным автоматам, перестройка которых на иные режимы работы сопряжена с определенными трудностями, а в ряде случаев просто невозможна. Стремление обеспечить гибкость работы технологического оборудования привело к созданию станков и установок, работа- ющих от внешней программы, смена которой позволяет быстро и легко перевести агрегат на иной требуемый режим работы из класса предусмотренных для программно-управляемого обору- дования с ЧПУ. Прямое программное управление по разомкну- той схеме в ряде случаев не оптимально вследствие трудностей предсказания реальных условий протекания процесса, учета случайных возмущений (разброс свойств материалов, изнашива- ние инструмента и т. п.).

Для повышения качества управления в систему вводят обрат- ную связь, позволяющую получить информацию о выполнении команд управления, и систему измерений реальных условий протекания процесса для обеспечения адаптивного управления технологическими процессами. Технологическое оборудование с ЧПУ позволяет обеспечить гибкость производства за счет бы- строй перестройки режимов работы, а введение контуров обрат- ной связи и адаптации в системе управления — повышение эффективности работы оборудования. Время реакции — секунды. Третий класс задач включает вопросы автоматизации про- цессов управления технологическим оборудованием в ходе вы- полнения их производственных заданий и их реализуют с помощью вспомогательного оборудования. Основной круг вопросов обслу- живания сводится к решению задач по загрузке и разгрузке оборудования, смене деталей и инструмента. Техническая реали- зация устройств обслуживания достаточно велика: от простейших роликовых направляющих до сложных автоматических устройств, управляемых ЭВМ. Они могут быть составной частью технологи- ческого оборудования или их поставляют самостоятельно для работы в общей технологической системе. Время реакции — до десятков секунд. К четвертой группе задач относят автоматизацию транспорт- ных операций. Автоматизация транспортных работ осуществляется на базе специального класса транспортных роботов и манипуля- торов. С помощью этих устройств и соответствующих систем управления организуется два материальных потока: поток заго- товок (деталей) и поток инструмента. Транспортными системами может управлять либо автономная система программного управле- ния, либо подсистема оперативного управления, входящая в об- щую систему управления. При проектировании транспортной системы существенное значение приобретают вопросы ее опти- мизации за счет выбора целесообразных маршрутов и алгоритмов управления. Задача автоматизации складских работ имеет ряд специфиче- ских особенностей, однако в силу ряда обстоятельств ее часто решают совместно с задачей автоматизации транспортных про- цессов. Это объясняется тем, что эти подсистемы тесно связаны между собой в производственном процессе и наиболее приемлемые технические решения получают при совместном рассмотрении на начальном этапе проектирования, когда выбирают общую схему организации работ и формируют технические требования на отдельные устройства и подсистемы, входящие в систему транспортно-складских работ. Время реакции — десятки секунд, минуты. Следует отметить, что такое деление производственного про- цесса на типовые задачи не лишено некоторой условности из-за отсутствия четких границ между задачами вследствие их неко- торого взаимного пересечения. 199

Таким образом, деление производственного процесса на фазы и анализ всех технологических процессов каждой фазы позволяют определять способ управления каждым технологическим процес- сом с последующим объединением подсистем в единую систему управления. В процессе объединения подсистем учитывают не только внутренние связи, но и связь с подсистемами управления обслуживающих и вспомогательных подразделений. Свойства и особенности объекта управления являются опреде- ляющими для структуры системы управления, алгоритмов ее функционирования и потоков информации, циркулирующих в си- стеме.