Введение

Рост промышленного производства пробудил интерес предприятий к станкам с числовым программным управлением, однако интерес этот в значительной степени сдерживается высокой стоимостью такого оборудования и отсутствием средств у большей части отечественных производителей. Наиболее доступным решением проблемы является модернизация станков путем замены старой системы управления на ЧПУ.

Целесообразность такого подхода можно объяснить следующим:

- прогресс электронной составляющей станков с ЧПУ по своим темпам существенно превосходит прогресс механической составляющей (так, если производительность вычислительных систем и ёмкость запоминающих устройств выросли за последние 10 лет в сотни раз, то размеры рабочих зон, обороты двигателей и точность позиционирования остались практически неизменными);

- замена станка часто связана со значительными дополнительными капитальными вложениями, такими как демонтаж станины, демонтаж старых и монтаж новых гидравлических, пневматических и электрических коммуникаций;

- современное машиностроительное предприятие имеет практически неограниченные возможности по капитальному ремонту и даже улучшению состояния механических частей

станков, в то время как ремонт электронных блоков с каждым годом становится всё более трудоёмким.

Проблемы поддержания требуемого технического состояния и эффективной эксплуатации систем ЧПУ являются одними из наиболее острых у большинства современных предприятий. Это обусловлено следующими причинами:

Во-первых, из-за трудностей с приобретением систем ЧПУ в 70-х – 80-х годах (когда в основном формировался современный парк станков с ЧПУ) на предприятиях скопилась очень

большая номенклатура таких систем. Системы имеют различную элементную базу, причем некоторые комплектующие уже сняты с производства (часто приобретение необходимого для ремонта элемента становится самостоятельной проблемой).

Во-вторых, несмотря на наличие стандарта, определяющего порядок подготовки прикладных программ для станков с ЧПУ, практически каждая система имеет особенности программирования, в связи с чем технологическая подготовка не может быть унифицирована. Часто различия в программировании бывают существенными (так, в системах типа Н22 и аналогичных перемещения программируются в импульсах шагового двигателя, в то время как в других системах используются координаты точки; значительно различаются форматы описания скоростей подачи).

В-третьих, большинство из существующих систем ЧПУ построено на базе процессоров линии PDP-11, прекратившей свое существование. Соответственно программное обеспечение этой линии больше не поддерживается и количество специалистов в этой области постоянно уменьшается. Базовое программное обеспечение рассматриваемых систем записано на постоянном запоминающем устройстве, что практически исключает возможность его модернизации в условиях завода.

1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Целью дипломного проектирования является разработка программного обеспечения микропроцессорной системы автоматического контроля скорости движения рабочего органа станка.

1. Классификация способов управления станками

Автоматизация технологического процесса механической обработки имеет место в условиях крупносерийного и массового производства, где применяются станки-автоматы.

Таблица 1 – Способы управления станками

Ручное управления	Автоматы и полуавтоматы	Электронное(программное) управление
	один распределительный вал, вращающийся с постоянной для данной настройки частотой.	ПУ ЦПУ NC (ЧПУ) HNC SNC CNC DNC
	один распределительный вал, которому в течение цикла сообщаются две частоты вращения
	один распределительный вал и быстроходный вспомогательный вал

Автоматом называется станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, необходимые для выполнения технологического цикла обработки заготовок, включая загрузку и выдачу обработанной дели. Обслуживание автомата сводится к периодической наладке, подаче материала на станок и контролю обрабатываемых деталей.

Полуавтоматом называется автоматический станок, в котором часть движений неавтоматизирована. В большинстве случаев это движения, связанные с загрузкой и снятием заготовки.

Токарные станки и полуавтоматы применяются для обработки деталей сложной конфигурации с помощью большого количества инструментов. Они подразделяются: по назначению – на универсальные и специализированные; по виду заготовки – на прутковые и патронные; по количеству шпинделей – на одношпиндельные и многошпиндельные; по расположению шпинделей – на горизонтальные и вертикальные.

Автоматы можно разделить на три группы. Первая группа - авто­маты, имеющие один распределительный вал, вращающийся с постоянной для данной настройки частотой. Вал управляет как рабочими, так и вспомогательными движениями. Для автоматов этой группы характерна большая потеря времени при вспомогательных движениях, так как они выпол­няются при той же (медленной) частоте вращения распределительного вала, что и рабочие операции. Однако в автоматах малых размеров с небольшим количеством холостых движений применение такой схемы целесообразно вследствие ее простоты.

Вторая группа — автоматы с одним распределительным валом, которому в течение цикла сообщаются две частоты вращения: малая при рабо­чих и большая при холостых операциях. Такая схема обычно применяется в многошпиндельных токарных автоматах и полуавтоматах.

Третья группа — автоматы, имеющие, кроме распределительного ва­за, еще и быстроходный вспомогательный вал, осуществляющий холостые движения. Команды на выполнение холостых движений подаются распределительным валом с помощью закрепленных на нем специальных барабанов с упорами.

Автоматическое управление этих станков осуществляется с помощью распределительного (кулачкового) вала. Вал управляет как рабочими, так и вспомогательными движениями. Распределительный вал вращается с постоянной частотой. Обычно за один оборот вала происходит полный цикл обработки детали.

Автоматы управляются при помощи механических устройств, которые в условиях мелкосерийного и единичного производства нерентабельны ввиду их сложной переналадки. Возникла необходимость в средствах автоматизации, которые позволяли бы производить частую переналадку станков при обработке деталей малых партий. Эта задача решается применением станков с электронными системами управления, которые называют станками с программным управлением.

Целесообразно использовать обработку детали на станках с ЧПУ в следующих случаях:

- когда детали или изделия имеют сложные криволинейные поверхности и требуется их мелкосерийный или серийный выпуск;

- когда необходим серийный выпуск деталей обработка которых ведётся с большим количеством технологических переходов и операций;

- когда необходим мелкосерийный но регулярный выпуск деталей или изделий (от 30...50шт. в месяц), имеющих в своей конструкции признаки упомянутые в предыдущих пунктах, и велика вероятность того, что конструктивно эти детали могут претерпевать изменения. В этом случае можно оперативно вносить соответствующие изменение в управляющие программы обработки, без снижения общей производительности выполняемых работ.

В

П

БУ

У

ИО

РО

о всех перечисленных выше случаях имеет место неоспоримое преимущество механической обработки деталей на станках с ЧПУ перед обработкой с применением автоматического или ручного управления, как с экономической точки зрения, так и с точки зрения качества получаемой продукции.

ДП

П – управляющая программа, БУ – блок управления, У – усилитель, ИО – исполнительный орган, РО – рабочий орган, ДП – датчик перемещения.

Рисунок 1 - Схема электронной системы управления

Блок управления. Его назначение – преобразовывать соответствующие физические воздействия в электрические командные импульсы или потенциалы. Он также выполняет функции сопоставления задания с информацией датчика перемещений, расшифровывает введенную информант. Элемент БУ является обобщающим понятием различных устройств программного управления: дешифратора, интерполятора, счетчика в зависимости от принятой схемы реализации командных воздействий. Эти устройства предназначены для переработки управляющей информа­ции и выполнения отдельных функций автоматического управления на ос­нове использования электронных приборов.

Усилитель. В случае необходимости он поднимает полученный электрический потенциал до необходимого уровня, обеспечивающего на­дежное управляющее воздействие.

Исполнительный орган. Реализует командные импульсы путем подключения рабочего органа станка к источнику движения или выполне­ния других функций автоматического управления. Элемент ИО обобщает различные сервомеханизмы, которыми обычно в станках являются контак­торы, электромагниты, электромагнитные муфты, шаговые двигатели, зо­лотники.

Рабочий орган. Фактически реализует командные воздействия, являясь целевым управляемым органом станка.

Датчик перемещения. Его назначение - регистрировать факти­ческое перемещение рабочего органа станка. Наличие ДП определяет зам­кнутую систему программного управления, в отличие от более простой, открытой системы программного управления, у которой отсутствует этот элемент. Он обобщает различные системы путевого контроля, приме­няемые в замкнутых системах ЧПУ в качестве устройств обратной связи. В эти системы входят датчики, измеряющие величины фактического пере­мещения рабочего органа или положения управляемого объекта, и при­боры формирования необходимого выходного сигнала.