4 Системы автоматического управления станками

4.1 Общие понятия

Совокупность движений на станке, необходимых для изготовления единицы изделия, называется циклом.

Движения рабочих органов (шпинделей, столов, суппортов и т.п.), во время которых производится непосредственная обработка материалов, называют рабочими ходами цикла.

Вспомогательные движения, которые служат для подготовки условий, необходимых для совершения рабочих ходов, называют холостыми ходами цикла. К холостым ходам относят установку заготовки и снятие готовой детали, подводы и отводы инструментов, смену позиций и т.п.

Если станок кроме рабочих ходов самостоятельно (без помощи человека) производит часть холостых ходов или все холостые ходы, то его считают автоматизированным станком.

По степени автоматизации автоматизированные станки делят на автоматы и полуавтоматы.

Автоматами называют такие станки, на которых все операции, за исключением загрузки заготовок на партию изделий и контроля размеров, производятся без участия рабочего, т.е. автоматически.

Полуавтоматами называют станки, отличающиеся от автоматов тем, что на них снятие готового изделия и установка новой заготовки производится рабочим, обслуживающим станок.

Особенность автоматизированных станков – наличие в их структуре системы управления, которая обеспечивает заданную последовательность осуществления различных технологических переходов и цикличность процесса в целом.

4.2 Классификация систем управления станками

Управление станком можно представить как процесс воздействия на него для обеспечения выполнения требуемого технологического процесса обработки детали с заданной точностью, производительностью и себестоимостью обработки. Это воздействие может осуществляться человеком с помощью органов ручного управления станком или системой автоматического управления циклом станка без участия человека.

При управлении станком вручную рабочий преобразует информацию чертежа детали в опредёленные движения рук, осуществляя управление циклом работы станка и перемещениями его рабочих органов. При этом рабочий использует свой опыт и знания о методах обработки, последовательности выполнения технологических переходов, применяемых режимах обработки, возможностях и особенностях конструкции станка, режущих инструментов и пр. При ручном управлении станком обеспечивается большая универсальность и высокая мобильность. Действительно, любое изменение чертежа детали может быть учтено рабочим при управлении станком: очень быстро и без больших затрат производится переход на обработку других деталей. Однако управление станком вручную значительно ограничивает возможности повышения производительности обработки, а во многих случаях – снижает или делает нестабильной точность обрабатываемых деталей.

Автоматическое управление станком производится по программе, заранее разработанной на основе принятого технологического процесса обработки. Программа – это способ достижения цели с однозначным описанием процедуры его выполнения. Элемент или комплекс элементов, несущих на себе программу управления, называют программоносителем. Программоносителями могут являться кулачки, копиры, перфоленты и т.д.

Система автоматического управления (САУ) представляет собой комплекс устройств и средств связи, обеспечивающий точное и согласованное во времени взаимодействие исполнительных механизмов станка в соответствии с программой управления.

Различают САУ разомкнутые или без обратной связи и замкнутые или с обратной связью.

В первом случае (рис. 4.1) заданный цикл осуществляется с требуемой последовательностью без контроля системой правильности его осуществления. Во втором (рис. 4.2) – при помощи специальных устройств сравнивается действительное положение рабочего органа станка с требуемым, определяемым программой, и появляющееся рассогласование ликвидируется. Здесь, таким образом, имеется два потока информации, а не один как в первом случае.

САУ в зависимости от числа потоков информации и вида программоносителей можно разделить на несколько групп (рис. 4.3).

Классификация САУ может быть проведена и по другим признакам. Например, при разделении САУ на централизованные временные, централизованные и децентрализованные путевые, к первым могут быть отнесены все отмеченные на рис. 4.3 разомкнутые системы управления (СУ), ко вторым – все остальные кроме аппаратных.

При централизованной СУ команда на выполнение очередного движения или такта цикла станка формируется с помощью специального устройства.

Централизованное временное управление может осуществляться, к примеру, непрерывно вращающимся валом с кулачками, приводящими механизмы и рабочие органы станка или вызывающими срабатывание в определенные моменты цикла микропереключателей, гидравлических или пневматических распределителей. При этом СУ не контролирует исполнение команд.

Централизованная путевая СУ может представлять собой шаговый командоаппарат, вал которого периодически поворачивается при поступлении сигналов от датчиков, контролирующих выполнение предшествующих команд по пути перемещения рабочих органов, по сопротивлению перемещению, по скорости перемещения или другим факторам.

Децентрализованное путевое управление осуществляется определенным образом организованной системой релейно-контактной или бесконтактной электроаппаратуры либо аппаратов гидропневмоавтоматики. В таких СУ, назовем их аппаратными, сигналы от датчиков, контролирующих выполнение предыдущих тактов, поступают в необходимых логических сочетаниях непосредственно к устройству, включающему отработку следующего такта.

Функционирование разомкнутых и замкнутых САУ подчинено принципу "как сделать". В наиболее сложных и перспективных замкнутых САУ с дополнительными потоками информации предусматривается переработка текущей информации об изменениях в станке и условиях обработки для внесения соответствующих дополнений и изменений в программу обработки, построенную на основе неполной начальной информации. Такие системы работают по принципу "что сделать".