Автоматичне технологічне обладнання (АТО). Системи управління АТО

Автоматичне технологічне обладнання (АТО). Системи управління АТО Верстати з ЧПУ

В Залежно від характеру виконуваних робіт і застосовуваного різального інструменту верстати підрозділяють на групи і типи (табл. 1).

Верстати з ЧПУ повинні забезпечувати високі точність і швидкість відпрацювання переміщень, заданих УП, а також зберегти цю точність в заданих межах при тривалій експлуатації. Конструкція верстатів з ЧПК повинна, як правило, забезпечувати поєднання різних видів обробки, автоматизацію завантаження і вивантаження деталей, автоматичне або дистанційне керування зміною інструменту, можливість встройки в загальну автоматичну систему управління. Висока точність обробки визначається точністю виготовлення і жорсткістю верстата. В конструкціях верстатів з ЧПК використовують короткі кінематичні ланцюги, що підвищує статичну і динамічну жорсткість верстатів. Для всіх виконавчих органів застосовують автономні приводи з мінімально можливим числом механічних передач. Ці приводи повинні мати високу швидкодію. Точність верстатів з ЧПУ підвищується в результаті усунення зазорів у передавальних механізмах приводів, зменшення втрат на тертя в напрямних і механізмах, підвищення вібростійкості, зниження теплових деформацій.

За технологічним ознаками і можливостям верстати з ЧПУ класифікуються практично так само, як універсальні верстати, на базі яких виготовляється більшість верстатів з ЧПУ.

Токарні верстати з ЧПУ призначені для обробки зовнішніх і внутрішніх поверхонь деталей типу тіл обертання, а також для нарізування зовнішньої і внутрішньої різьби.

Фрезерні верстати з ЧПУ, призначені для обробки плоских і просторових корпусних деталей, здійснюють такі операції: плоске, ступінчасте і контурне фрезерування з декількох сторін і під різними кутами; свердління; розточування; розгортання; нарізування різьби та ін

Свердлильно-розточувальні верстати з ЧПУ, призначені для обробки отворів в деталях, виконують свердління, розсвердлювання, зенкерування, розточування, розгортання, обточування торців, фрезерування, нарізування різьби та ін

Шліфувальні верстати з ЧПУ призначені для шліфування зовнішніх, внутрішніх і торцевих поверхонь деталей, що мають прямолінійну і криволінійну форму утворюючих.

Багатоцільові верстати з ЧПУ (оброблювальні центри), призначені для комплексної обробки деталей за одну установку, виконують практично всі операції обробки різанням.

Електроерозійні верстати з ЧПУ призначені для вирізання методом електроерозіі деталей складного контуру з струмопровідних матеріалів, обробка яких іншими способами утруднена або неможлива. Обробка здійснюється безперервно переміщається електродом-дротом (з латуні, міді, молібдену, вольфраму) в середовищі гасу або води з антикорозійними присадками.

Верстати створюють по розмірним рядам, що представляє собою групи однотипних верстатів подібної кінематичної структури і конструкції, але мають різні розміри. За ГОСТ 600-80 передбачено 13 розмірів токарно-карусельних верстатів (діаметр обробки 80 ... 25000 мм); по ГОСТ 2983-81 регламентовано 6 розмірів круглошліфувальних верстатів (діаметр встановлюваної заготівки 100 ... 800 мм); по ГОСТ 6852-80 передбачено 5 розмірів зубофрезерних верстатів (діаметр заготовки - 800 ... 5000 мм) і так далі.

Типорозмір верстата - представник ряду з конкретними параметрами, а модель верстата - конструкція даного типорозміру.

Класифікація верстатів по ступені універсальності передбачає підрозділ їх на універсальні (для різноманітних операцій на заготовках широкої номенклатури в одиничному і дрібносерійному виробництвах, а також при ремонтних роботах), спеціалізовані (для обробки однотипних заготовок різних розмірів в великосерійному і масовому виробництвах) і спеціальні (для обробки заготовок одного найменування і одного типорозміру в масовому виробництві).

За габаритним розмірам і масі, які в значній мірі визначаються параметрами тих деталей, для обробки яких призначений верстат, їх підрозділяють на легкі (до 1 т), середні (до 10 т) і важкі (понад 10 т). Останні ділять на великі (10 ... 30 т), власне важкі (30 ... 100 т) і особливо важкі - унікальні (понад 100 т).

Класифікація верстатів по точності передбачає п'ять класів: нормальної точності (Н); підвищеної точності (П) (на базі верстатів класу Н, але при більш високих вимогах до якості виготовлення та складання основних вузлів); ​​високої точності (В) (досягається спеціальною конструкцією окремих вузлів та елементів при високих вимогах до виготовлення, складанні і регулюванню верстата); особливо високої точності (А) (на базі верстатів класу В, але при більш високих вимогах до точності виготовлення основних вузлів і деталей); особливо точні (С), так звані майстер-верстати (для обробки деталей, що визначають точність еталонів зубчастих коліс, вимірювальних гвинтів або деталей до верстатів класів А і В).

Верстати класів В, А, С експлуатують в приміщеннях з постійною температурою і вологістю. В залежності від класу точності співвідношення допусків на виготовлення деталей і вузлів наступне: Н - 1,0; П - 0,6; В - 0,4; А - 0,25; С - 0,15.

Сучасний верстат з ЧПК являє собою самоврядну робочу машину, органічно пов'язану з обчислювальною машиною, що працює в реальному масштабі часу і перетворюючої дискретні сигнали інформації в дискретні сигнали управління.

За технологічним ознаками в залежності від призначення системи ЧПУ поділяють на позиційні, контурні й комбіновані.

За наявності зворотного зв'язку системи ЧПУ поділяють на розімкнені (мають один джерело інформації - від керуючої програми через пристрої керування до виконавчим органам верстата) і замкнуті (зі зворотним зв'язком по положенню робочого органу і з компенсацією похибки верстата, самопріспосаблівающіеся - з адаптацією на різні зовнішні обурення і зміни протікання техпроцесса).

В Залежно від ступеня автоматизації і типу системи ЧПУ для верстатів прийняті наступні додаткові позначення: Ф1 - цифрова індикація і попередній набір координат; Ф2 - позиційні і прямокутні системи ЧПУ; ФЗ - контурні системи ЧПУ; Ф4 - універсальні комбіновані системи ЧПУ; М - інструментальний магазин і автоматична зміна інструменту (АСІ); Р - револьверна інструментальна головка і АСІ; РМ - револьверна головка, інструментальний магазин і АСІ.

Кожна модель верстата має цифрове або літерно-цифрове позначення - шифр, по яким можна отримати деяке початкове уявлення про верстаті. Схеми розшифровки трьох основних систем позначень вітчизняних верстатів з ЧПУ наведені на рисунку 1.

Наприклад, модель верстата 1А512МФЗ слід розшифровувати по першому варіанту (рис. 1,1), починається з цифри. Так, 1 - група токарних верстатів; А - буква модернізації моделі; 5 - тип карусельних верстатів; 12 - умовний або характерний розмір верстата (У даній моделі це відповідає розміру планшайби 1250 мм); М - з інструментальним магазином і автоматичною зміною інструменту; ФЗ - з контурною системою ЧПУ; верстат відноситься до нормального класу точності, буква Н в класі не вказується.

Модель верстата РТ-724ФЗРМ розшифровується за другим варіантом (рис. 1, П): РТ - літерне позначення заводу-виробника (Рязанський верстатобудівний завод); 724 - порядковий номер моделі; ФЗ - з контурною системою ЧПУ; РМ - з револьверною голівкою, інструментальним магазином і АСІ.

Позначення верстата з ЧПУ, наприклад, моделі ІР320ПМФ4 розшифровується за третім варіантом (Рис. 1, III): ІР - літерне позначення заводу-виробника (Іванівський завод важкого верстатобудування); 320 - характерний розмір (габарити столу 320x320); П - Підвищеного класу точності; М - з інструментальним магазином і АСІ; Ф4 - з комбінованою системою ЧПУ.

Найбільш часто зустрічаються наступні буквені позначення заводів-виробників:

БРСК - Бердичівський верстатобудівний (Україна);

КТ - Середньо...волзький верстатобудівний (м. Самара, Росія);

РТ - Рязанський верстатобудівний (Росія);

ІР - Іванівський важкого верстатобудування (Росія);

ОФ - Одеський фрезерних верстатів (Україна);

ОП - Одеський прецизійних верстатів (Україна);

КК - Самарський (Куйбишевський) координатно-розточувальних верстатів (Росія);

ЛР - Санкт-Петербурзьке (колишнє Ленінградське) верстатобудівне виробниче об'єднання (Росія);

ME - Московський завод автоматичних ліній (Росія).

Рис. 1 Схеми розшифровки різних систем позначень вітчизняних верстатів з ЧПУ

Таблиця 1 Класифікація металорізальних верстатів

Системи управління АТО

Найважливішою частиною будь-якого автомата є система і механізми управління. Одним з найважливіших визначальних ознак сучасних АТО обробки і збірки ЕА є тип системи управління, яка реалізує задану програму роботи, координує роботу всіх механізмів і пристроїв АТО протягом робочого циклу і виконує ряд додаткових функцій.

Еволюція технології числового програмного керування

Еволюція технології числового програмного керування відбувалася в тісному зв'язку з розвитком обчислювальної техніки і залежала від нього. Без автоматизації програмування систем ЧПУ за допомогою ЕОМ було б неможливо складати керуючі програми для обробки багатьох видів деталей. Крім того, ЕОМ дозволяють удосконалювати і полегшувати процедуру програмування СЧПУ з використанням таких методів, як інтерактивна машинна графіка і мовне введення програм.

1. ЧПУ від ЕОМ, або машинне числове програмне управління (МЧПУ).

2. Пряме цифрове управління (ПЦУ).

3. Адаптивне управління (АУ).

У системах ЧПУ від ЕОМ, або МЧПУ, традиційні керуючі пристрої, реалізовані на базі не перебудовуваною (В«жорстко запаянійВ») апаратури, замінюються малої (міні-або мікро-) ЕОМ. Ця мала ЕОМ використовується для виконання ряду основних функцій ЧПУ за допомогою програм, що зберігаються в її оперативної пам'яті. Одним з відмінних властивостей МЧПУ є те, що тут один верстат управляється однією ЕОМ.

На відміну від цього при іншому типі управління від ЕОМ - прямому цифровому управлінні (ПЦУ) - одна велика ЕОМ використовується для управління декількома окремими верстатами з ЧПУ.

Третій тип управління - адаптивне управління - не вимагає для своєї реалізації використання додаткової цифрової обчислювальної машини. Механічна обробка з адаптивним керуванням передбачає вимірювання керуючою системою однієї або більшого числа змінних, що характеризують процес обробки (наприклад, зусилля різання, температури, споживаної потужності і т.д.), і відповідне зміна швидкостей подачі та (або) різання для компенсації небажаних відхилень змінних керованого процесу. Мета такого режиму полягає в оптимізації процесу обробки, чого сама по собі СЧПУ забезпечити не в стані. Багато ранні проекти систем адаптивного управління базувалися на аналогових керуючих пристроях. Сучасні системи такого типу використовують мікропроцесорну.

Числове програмне управління від ЕОМ

Система МЧПУ використовує в монопольному режимі ЕОМ із записаною в неї програмою для виконання деяких або всіх основних функцій числового програмного керування. Протягом ряду років в пристроях МЧПУ застосовувалися також міні-ЕОМ.

За зовнішнім виглядом верстат з МЧПУ дуже схожий на звичайний верстат з ЧПК.

Рис. 2 - Загальна конфігурація системи машинного числового програмного керування (МЧПУ).

Керуюча програма обробки деталі спочатку вводиться аналогічним чином. В порівнянні із звичайними СЧПУ системи МЧПУ володіють більшою гнучкістю і підвищеними обчислювальними можливостями. Нові варіанти функціонування системи можна ввести в пристрій МЧПУ, просто замінивши програму його роботи. Завдяки можливості перепрограмування (це стосується як керуючих програм обробки деталей, так і варіантів керування системою) МЧПУ часто називають гнучко-програмованим ЧПУ. Загальна конфігурація системи МЧПУ показана на рис. 2.

Система МЧПУ призначена для виконання цілого ряду функцій. Основними функціями МЧПУ є наступні:

1. Управління верстатом.

2. Компенсація відхилень в процесі обробки деталей.

3. Забезпечення підвищених можливостей в режимах програмування і роботи.

4. Діагностика.

Управління верстатом. Головною функцією системи МЧПУ є управління роботою верстата. Це передбачає перетворення команд керуючої програми обробки деталі у відповідні рухи інструмента, що реалізовується допомогою сервосистеми, яка пов'язана з ЕОМ інтерфейсом. Можливість зручно вводити безліч різних функцій управління в такій програмований контролер є головною перевагою МЧПУ.

Рис. 3 - Гібридна система

розробили дві альтернативні конфігурації пристроїв МЧПУ:

1. Гібридні системи МЧПУ.

2. Прямі системи МЧПУ.

У гібридній системі машинного числового програмного управління, показаної схематично на рис. 4, до складу керуючого пристрою входять перепрограмувальна частина (ЕОМ) і В«жорстко запаяніВ» логічні схеми, реалізовані апаратно. Апаратні компоненти виконують ті функції, які у них виходять краще (наприклад, формування швидкості подачі і кругову інтерполяцію). На ЕОМ покладаються інші функції управління плюс інші обов'язки, які зазвичай не пов'язують із традиційними В«жорстко запаянимиВ» контролерами. У гібридній системі МЧПУ можна обійтися дешевшою ЕОМ

Рис. 4 - Система безпосереднього числового програмного керування (НЧПУ).

При прямій конфігурації системи МЧПУ ЕОМ використовується для виконання всіх функцій числового програмного управління. Апаратно реалізуються тільки елементи інтерфейсу, зв'язуючого ЕОМ з верстатом і з пультом оператора. Інтерполяція, зворотний зв'язок по положенню інструменту і всі інші функції здійснюються програмними засобами ЕОМ. У відповідності з цим в прямій системі МЧПУ потрібно більш потужна ЕОМ, ніж у гібридної. Перевага прямої конфігурації МЧПУ полягає в додатковій гнучкості. Тут є можливість вносити зміни в програми інтерполяції, тоді як логіку, В«запаянуВ» в апаратні схеми гібридних систем, не можна перебудувати. Схема побудови прямої системи МЧПУ показана на рис. 4.

Компенсація відхилень у процесі обробки деталей. Функція тісно пов'язана з управлінням верстатом. Це передбачає динамічну корекцію рухів верстата, компенсуючу зміни або помилки, які відбуваються під час обробки деталі. Забезпечення підвищених можливостей в режимах програмування і роботи. Гнучкість програмно перебудовуються керуючих пристроїв дозволила забезпечити багато зручних можливостей при програмуванні системи і при обробці деталей.

Верстати з ЧПУ - це складні і дорогі системи. В ідеалі підсистема діагностики повинна виконувати кілька функцій. По-перше, вона повинна вміти виявляти причину простою, щоб обслуговуючий персонал міг швидше провести ремонт. По-друге, діагностична підсистема повинна чутливо реагувати на ознаки, що передвіщають наближається відмова того чи іншого елемента. Це дозволить обслуговуючому персоналу своєчасно замінити дефектний елемент при запланованій профілактиці, що запобіжить непередбачену зупинку виробництва. Третя можлива функція пов'язана з тим, що системи МЧПУ можуть містити певну кількість надлишкових елементів з числа тих, які вважаються ненадійними. При відмові одного з таких елементів підсистема діагностики автоматично відключить його і задіє однотипний елемент з резерву.

Список літератури

1. Харченко А.О. Верстати з ЧПУ і обладнання гнучких виробничих систем: Навчальний посібник для студентів вузів. - К.: ВД В«ПрофесіоналВ», 2004. - 304 с.

2. Р.І. Гжіров, П.П. Серебреніцкій. Програмування обробки на верстатах з чпу. Довідник, - Л.: Машинобудування, 1990. - 592 с.

...

3. Роботизовані технологічні комплекси/Г.І. Костюк, О.О. Баранов, І.Г. Левченко, В.А. Фадєєв - Учеб. Посібник. - Харків. Нац. аерокосмічний університет В«ХАІВ», 2003. - 214с.

4. Н.П. Меткін, М.С. Лапін, С.А. Клейменов, В.М. Крітській. Гнучкі виробничі системи. - М.: Видавництво стандартів, 1989. - 309с.

5. Гнучкі робототехнічні системи/А.П. Гавриш, Л.С. Ямпольський, - Київ, Головне видавництво видавничого об'єднання "Вища школа", 1989. - 408с.

6. Широков А.Г. Склади в ГПС. - М.: Машинобудування, 1988. - 216с.

7. Проектування металорізальних верстатів і верстатних систем: Довідник-підручник у 3-х т. Т. 3: Проектування верстатних систем/Під загальною ред. А.С. Пронікова - М.: Изд-во МГТУ ім. Н.Е. Баумана; Вид-во МГТУ В«СтанкинВ», 2000. - 584 с.

8. Іванов Ю.В., Лакота Н.А. Гнучка автоматизація виробництва виробництва РЕА з застосуванням мікропроцесорів і роботів: Учеб. посібник для вузів. - М.: Радіо і зв'язок, 1987. - 464 с.

9. Промислові роботи: Конструкція, управління, експлуатація. /Костюк В.І., Гавриш А.П., Ямпільський Л.С., Карлів А.Г. - К.: Висш.шк., 1985. - 359 с.

10. Гнучкі виробничі комплекси/під. ред. П.М. Белянина. - М.: Машинобудування, 1984. - 384с.