4.3.Системы управления станками и станочными комплексами

Под управлением станками и станочными комплексами принято понимать совокупность воздействий на их механизмы, обеспечиваю­щих выполнение ими технологического цикла обработки, а под системой управления (СУ) - устройство или совокупность устройств, реа­лизующих эти воздействия.

Применительно к отдельным станкам различают два вида управления - ручное и автоматическое.

Ручное управлениеосновывается на том, что решения об исполнении тех или иных элементов рабочего цикла принимает человек - оператор станка, который на основании этих решений включает и выключает соответствую­щие механизмы станка и задает параметры их работы.

При ручном управлении используют раз­личные устройства - механические, гидравли­ческие, пневматические, электрические, элек­тронные и комбинированные. Операции руч­ного управления осуществляются как в неав­томатических универсальных и специализиро­ванных станках различного назначения, так и в автоматических станках (в последнем случае - для реализации наладочных режимов и специ­альных элементов рабочего цикла). В совре­менных станках ручное управление часто соче­тается с цифровой индикацией информации, поступающей от датчиков положения испол­нительных органов.

Автоматическое управлениезаключается в том, что решения об исполнении элементов рабочего цикла принимает СУ без участия оператора. Она же выдает команды на вклю­чение и выключение механизмов станка и управляет их работой.

По функциональному назначению авто­матическое управление можно разделить сле­дующим образом.

1. Управление неизменяемыми повто­ряющимися циклами обработки; примером этого служит управление агрегатными станка­ми, выполняющими фрезерные, сверлильные, расточные и резьбонарезные операции путем осуществления циклов движений много шпиндельных силовых головок.

2. Управление изменяемыми автомати­ческими циклами (цикловое программное управление), которые задают в виде индивиду­альных для каждого цикла материальных мо­делей-аналогов (копиров, наборов кулачков, системы упоров и т.д.); примерами являются СУ копировальных токарных и фрезерных станков, многошпиндельных токарных автома­тов и др.

3. Числовое программное управление (ЧПУ), при котором программу задают в виде записанного на том или ином носителе масси­ва информации; управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной, и ее обработка в процессе управления осуществля­ется цифровыми методами (4). Управление технологическими циклами практически по­всеместно осуществляется с помощью про­граммируемых логических контроллеров (ProgrammableLogicController-PLC), реали­зуемых на основе принципов цифровых элек­тронных вычислительных устройств

СУ на основе использования мо­делей-аналогов можно разделить на две группы.

К первой относятся так называемые СУ прямого действия незамкнутого типа.В них моделью-аналогом перемещения исполнитель­ного органа станка является профиль копира, например силового кулака, перемещающего этот орган посредством кинематической цепи. Примером служат СУ

вертикальных много­шпиндельных токарных автоматов с заданием программы от кулачков барабанного типа.

Ко второй группе относятся копироваль­ные СУ замкнутого типа.Для них характерно наличие двух потоков информации и проме­жуточной (между копиром и исполнительным органом) следящей системы, обычно гидрав­лического типа. Прямой поток информации от копира поступает в следящую систему, где сравнивается с обратным потоком, поступаю­щим по контуру обратной связи от датчиков станка и характеризующим фактическое поло­жение исполнительного органа. Следящая система обеспечивает минимальное рассогла­сование между заданным (от копира) и факти­ческим положением исполнительного органа. Примером являются СУ широко распростра­ненных токарных гидрокопировальных авто­матов для обработки фасонных валиков, где модель-аналог, задающая программу, имеет вид плоского копира, соответствующего (в ряде случаев - в определенном масштабе) осе­вому сечению изготовляемой детали.

Системы ЧПУ приобрели превали­рующее значение и практически вытесняют другие типы систем.

По технологическому назначениюи функ­циональным возможностямсистемы ЧПУ де­лятся на следующие группы

1. Позиционные, в которых задают толь­ко координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими тех или иных элементов рабочего цикла.

2. Контурные, или непрерывные, кото­рые управляют движением исполнительного органа по заданной криволинейной траекто­рии.

3. Универсальные (комбинированные), в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по тра­ектории, а также смены инструментов и за­грузки-выгрузки заготовок.

Примером применения систем ЧПУ пер­вой группы являются сверлильные, расточные, координатно-сверлильные и координатно - расточные станки. Примером второй группы служат системы ЧПУ различных токарных, фрезерных и шлифовальных станков. К треть­ей группе относятся системы ЧПУ различных мнргоцелевых токарных и сверлильно- фрезерно-расточных станков (известных также, как "обрабатывающие центры"). К этой же группе можно отнести системы ЧПУ находя­щих в последнее время достаточно широкое применение станков, получивших название "блок- или агрегат-центры". На таких станках по программе осуществляется не только смена отдельных инструментов и инструментальных комплектов, но и поиск и смена сверлильно- расточно-резьбонарезных шпиндельных голо­вок из магазина. Подобные станки сочетают производительность агрегатных с гибкостью станков с ЧПУ.

По способу подготовки и ввода управляю­щей программы(УП) системы ЧПУ делятся на так называемые оперативные системы (в этом случае УП готовится и редактируется непо­средственно на станке в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, дЛя которых УП гото­вится независимо от обработки детали. При­чем независимая подготовка УП может вы­полняться либо с помощью средств вычисли­тельной техники, входящих в состав системы ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную или с помощью системы автоматизации про­граммирования).

Кроме рассмотренных выше СУ отдель­ными станками созданы системы, объединяю­щие в технологически единые комплексы группу станков и другого оборудования, которые могут быть конструктивно различными.

Существуют два типа таких систем. К первому относятся СУ автоматических ли­ний(АЛ), ориентированных на выпуск изделия одного наименования либо за весь период эксплуатации (не переналаживаемые АЛ), либо за период между двумя остановками на пере­наладку (переналаживаемые АЛ). Ко второму относятся СУ многономенклатурным производ­ствомс одновременным запуском нескольких наименований изделий в обработку, которая осуществляется на гибких автоматизированных технологических комплексах на базе станков с ЧПУ, так называемых гибких производствен­ных системах - ГПС (FlexibleManufacturingSystems-FSM). Подобные СУ в отечественной литературе фигурируют как АСУ ГПС.

СУ АЛ подразделяются следующим обра­зом. СУ работой АЛ, обеспечивающие выполнение всеми агрегатами требуемой по­следовательности действий; СУ эксплуатацией АЛ (называемые также системами монито­ринга), которые являются системами верхнего уровня для упомянутых СУ работой АЛ и вы­полняют функции контроля за работой и управлением АЛ и обеспечения ее эффектив­ного функционирования; комбинированные, или полные СУ АЛ, в которых совмещены функции управления и работой, и эксплуата­цией АЛ.

АСУ ГПС подразделяются по масштабу и характеристикам объекта управления на АСУ автоматизированными участками, цехами и заводами .

По функциональным возможностям и степени их полноты АСУ ГПС подразделяются следующим образом.

1. Системы оперативного управления в реальном масштабе времени (системы диспетчирования).

2. Системы автоматизированного органи­зационно-технологического управления.

3. Системы автоматизированной инже­нерной подготовки производства, в том числе конструкторской и технологической.

4. Системы автоматизированной органи­зационной подготовки производства.

5. Комбинированные системы автомати­зации цикла "проектирование - изготовление" - так называемые системы CAD/CAM(ComputerAidedDesigning-ComputerAidedManufactur­ing).

Интегрированные системы управления всем комплексом как технологических, так и организационных функций в производствен­ной сфере и в сфере обработки информации – так называемые системы CIM(ComputerInte­gratedManufacturing).

Внутри каждого из названных типов сис­темы могут различаться по степени полноты функциональных возможностей, структурным и компоновочным принципам, используемому базовому комплексу технических средств, принципам организации и алгоритмизации.