7.3. Технологічні можливості верстатів з програмним управліням.

Історія розвитку систем ЧПК.

Шифрування програми роботи будь-якої машини у формі пробиття отворів на перфокартах, перфострічках або на інших носіях програм застосовують давно. Цей принцип застосовувався у ткацькому верстаті Жаккара, який створено у 1801 p. Ця машина працювала за принципом: є отвір - дія відбувається, немає отвору - дія не відбувається. При цьому дії були дуже прості і не залежали від складності програми. У верстатобудуванні програмне керування почало застосовуватися значно пізніше через складність процесів металообробки. Вирішення цього завдання стало можливим після того, як машинобудування, електроніка, обчислювальна техніка досягли певного рівня розвитку.

Системи ЧПК можна класифікувати за трьома ознаками:1) рівнем функціональних можливостей; 2)технологічним призначенням; 3) кількістю потоків інформації.

Класифікація систем ЧПК за рівнем функціональних можливостей

Відповідно до міжнародної класифікації усі пристрої ЧПК (ПЧПК) за рівнем функціональних можливостей діляться на декілька основних класів . Нижче наводяться основні характеристики цих систем.

NC (Numerical Control) - системи з покадровим зчитуванням перфострічки протягом циклу обробки кожної деталі. Під час такого зчитування трапляється збивання через недостатню надійність роботи зчитуючого пристрою ЧПК. В результаті окремі деталі з партії можуть бути бракованими. Підвищена ймовірність збивання пояснюється великою кількістю кадрів перфострічки, оскільки для роботи таких систем у програмі повинна бути записана кожна елементарна дія верстата. Крім того, при такому режимі роботи перфострічка швидко спрацьовується і забруднюється, що збільшує ймовірність збивання при читанні. Нарешті, якщо в кадрі записані дії, які верстат виконує дуже швидко, то ПЧПТ за цей час може не встигнути прочитати наступний кадр, що також веде до збивання.

Сьогодні усі верстати з ПЧПК класу NC випускаються з вмонтованим інтерполятором і працюють безпосередньо від перфострічки, однак випуск таких верстатів дуже обмежений. Інтерполятор - це обчислювальний пристрій, який систематично розраховує і надає поточну геометричну інформацію в унітарному коді про відповідне взаємне переміщення робочіх органів в проміжках між двома програмованими точками.

SNC (Speicher Numerical Control) – системи зберігають усі властивості систем класу NC, але відрізняються від них збільшеним об’ємом пам'яті. Ці системи дають змогу прочитати усі кадри програми і розташувати інформацію в запам'ятовуючім пристрої великої місткості. Перфострічка читається тільки один раз перед обробкою всієї партії однакових деталей і тому мало спрацьовується. Усі заготовки обробляються за сигналами із запам'ятовуючого пристрою, що зменшує ймовірність збивання, а також браку деталей.

Системи класів CNC, DNC, HNC.

Перехід обчислювальної техніки до великих інтегральних схем, мікропроцесорних інтегральних схем і створені на їх основі мікро-ЕОМ дали змогу об'єднати функції керування верстатом і розв'язання окремих завдань підготовки керуючих програм.

CNC (Computer Numerical Control) - системи, основу яких складають мікро- ЕОМ,що запрограмовані на виконання функцій ЧПК. Такі системи складаються з блоків зв'язку з координатними приводами, блоків видачі технологічних команд у потрібній логічній послідовності, системних органів керування та індикації, каналів обміну даними з центральною ЕОМ верхнього рівня.

Особливість системи класу CNC полягає в можливості змінювати та корегувати

час експлуатації як керуючу програму обробки деталі, так і програму функціонування системи з метою максимального врахування особливостей даного верстата.

DNC (Direct Numerical Control) - системи, які можуть керувати беспосередньо з центральної ЕОМ, минаючи зчитуючий пристрій верстата. Однак наявність ЕОМ не означає, що необхідність комплектування ПЧПК повністю відпадає. В одному з найбільш розповсюджених варіантів систем DNC кожний вид обладнання на дільниці зберігає свої ПЧПК класів NC, SNC, CNC. Нормальним для такої дільниці є режим роботи з керуванням від ЕОМ, але в умовах тимчасового виходу з ладу ЕОМ така дільниця зберігає працездатність, оскільки кожний вид обладнання може працювати від перфострічки, підготовленої заздалегідь на випадок аварійної ситуації.

У функції DNC входить керування і іншим обладнанням автоматизованої дільниці, наприклад, автоматизованим складом, транспортною системою і промисловими роботами, а також вирішення деяких організаційно - економічних завдань планування і диспетчеризації роботи дільниці. Підготовлені і відредаговані керуючі програми обладнання дільниці зберігаються в пам'яті ЕОМ, звідки вони передаються на верстати по каналах зв'язку.

HNC (Handled Numerical Control) - системи з ручним введенням програм в електронну пам'ять мікро-ЕОМ з пульта ПЧПК. Сучасні ПКЧП класу HNC побудовані на базі кращих ПЧПК класу СNC, які лише формально відрізняються від останніх відсутністю фотозчитуючого пристрою (ФСП) для введення керуючих програм з перфострічки. Але ПЧПК класу HNC мають вхідний пристрій для увімкнення переносних ФСП та інших зовнішніх пристроїв. Найновіші моделі мають підвищений об’єм пам’яті , вмонтованої в ЕОМ. Подібні пристрої можуть вводити програму з пульта ПЧПК в режимі діалога при використанні великого архіву стандартних підпрограм, які зберігаються в пам’яті вмонтованої ЕОМ. Ряд ПЧПК цього класу дають змогу вводити програму в запам’ятовуючий пристрій паралельно з роботою верстата за попередньою програмою. Це виключає можливість простоювання верстата.

VNC (Voise Numerical Control) - системи дають змогу вводити інформацію безпосередньо голосом. Прийнята інформація перетворюється в керуючу програму переносних ФСП та інших зовнішніх пристроїв.

Класифікація систем ЧПК за технологічним призначенням

Позиційні системи ЧПК призначені для переміщення робочих органів верстата з позиції на позицію, тобто з однієї точки з координатами Х,У, робочого простору в іншу точку з координатами Х2У2, при цьому траєкторія переміщень не задається, а обробка відбувається не під час переміщення, а лише після зупинки. У цих системах програмуються окремі точки. Одночасний рух за двома координатами не обов'язковий, але доцільний для заощадження часу. Швидкість руху – максимально можлива на більшій частині шляху, сповільнена перед зупинкою для підвищення точності позиціювання.Такі системи застосовуються переважно на свердлильних і розточувальних верстатах для обробки плоских і корпусних деталей з великою кількістю отворів.

Прямокутні системи ЧПК призначені для програмування відрізків ( Х1Z1- X1Z2, X1Z2-X2Z2,X2Z2-X2Z3 і т.п.) паралельких осям координат, тобто для позачергової обробки поверхонь, розташованих вздовж осей координат. Точність траєкторії залежить від прямолінійності ходу робочих органів верстата. Швидкість руху відзначається режимами обробки. Такі системи застосовуються для обробки ступінчастих валів на токарних верстатах і деталей з прямокутним контуром на фрезерних верстатах.

Контурні системи ЧПК забезпечують задану складну форму траєкторії відносного руху інструмента і заготовки і дають змогу обробляти фасонні поверхні. ЧПК для контурної обробки здійснюють безперервне керування швидкостями робочих рухів інструмента відносно заготовки і забезпечують автоматичний обхід різального інструмента за заданим контуром деталі.

Задані точки з координатами Х1Y1, Х2Y2 і т.д. називаються опорними. Вони розмежують дільниці контура у вигляді відрізків прямої або дуг різних радіусів.

Траєкторія обумовлюється функціональним зв'язком між окремими рухами робочих органів верстата весь час. Для обробки плоских деталей використовують системи контурної двокоординатної, а для об'ємних деталей - трикоординатної обробки.

Комбіновані системи ЧПК можуть працювати у режимі позиційної або контурної системи.

Система групового керування верстатами від ЕОМ призначена для керування групою верстатів з ЧПК та іншого обладнання (наприклад, роботів, вимірювальних машин та ін.) безпосередньо від ЕОМ. Відомі системи «одна ЕОМ - група верстатів» або «центральна ЕОМ - підпорядковані ЕОМ (більш низького півня) - група верстатів і іншого обладнання з ЧПК». Для безпосереднього керування від ЕОМ характерна відсутність програмоносія, що є великою перевагою. Команди програми у вигляді-електричних сигналів передаються від ЕОМ безпосередньо до пристроїв ЧПК, що обслуговують верстати. Пульт зв'язку з ЕОМ дає можливість вводити різні корекції. Керування від ЕОМ дає змогу автоматизувати також підготовку і організацію виробничого процесу на дільниці (планування, диспетчеризацію, облік).

Системи з цифровою індикацією і попереднім набором координат можна виділити в окрему групу. У цих верстатах є електронний пристрій, якому задаються координати потрібних точок (попередній набір координат) і хрестовидний стіл, який оснащений давачем положення і виводиться в задану позицію. При цьому на екрані висвічуються координати кожного миттєвого положення стола (цифрова індикація). У цих верстатах ( найчастіше у розточувальних) вихідна програма роботи задається верстатником.

Класифікація систем ЧПК за кількістю потоків інформації.

За інформаційною ознакою СЧПК діляться на розімкнені, замкнені і адаптивні.

Розімкненою називають систему ЧПК з одним потоком інформації, джерелом якої, є програма, що вводиться з програмоносія у зчитуючий пристрій ЗП , або вручну з пульта оператора ПО. Центральна частина системи ЧПК - це пристрій керування ПК, який складається з пристрою вводу ПВ, пристрою,що обробляє інформацію для привода подач ПП (містить,зокрема, інтерполятор,блок задання швидкості), пристрою зв'язку з приводом ПЗ. Джерелом руху у приводі служить кроковий електродвигун КД (з гідропідсилювачем або силовий), переміщення робочого органа РО верстата на задану відстань відбувається за допомогою пристрою, що відраховує відповідну кількість імпульсів. Фактичне пере­міщення не контролюється, що знижує точність обробки і потребує високої надійності усіх пристроїв.

Замкнена система ЧПК містить як мінімум два джерела інформації -один, що іде від керуючої програми до виконавчих механізмів, другий - від давача зворотного зв'язку ДЗЗ,найчастіше давача шляху.

Структурні схеми систем ЧПК: а) . розімкнена; б) . замкнена

Останній визначає фактичне положення (або переміщення) робочого органа і спрямовує сигнали до блока порівняння БП. Перший потік інформації (від програми) також надходить у цей блок. Фактичне положення (переміщення) порівнюється із заданим. У випадку розходження сформується сигнал для вмикання електродвигуна постійного струму ЕД в потрібному напрямку. Блок порівняння порівнює кількість імпульсів, які визначені для відпрацювання програмою і отримані від давача ДЗЗ. Чим більша різниця, тим більша швидкість двигуна, яка встановлюється його системою регулювання СР. Коли кількісі імпульсів стає однаковою, сигнал на виході дорівнює нулю - двигун зупиняється або працює з постійною швидкістю.

Адаптивна система ЧПК побудована на використанні зворотного зв'язку, який забезпечує автоматичне пристосування процесу обробки заготовки до змінних умов за певними критеріями. Найпростіші адаптивні системи стабілізації (інваріантні), які служать для підтримання заданого значення сили різання або іншого параметра. Сила різання змінна із-за непостійності твердості оброблюваного матеріалу, припуску заготовки, поступового затуплення інструмента. Зменшення подачі, яке не допускає зростання сили, запобігає збільшенню деформацій, а отже зниженню точності обробки. Збільшення подачі у випадку зменшення сили різання дає змогу підвищити продуктивність обробки.

Для стабілізації сили різання за рахунок зміни швидкості руху подачі в систему верстат-пристрій-інструменп—заготовка, крім давача шляху ДШ (рис.4.5, а) вмонтований ще один давач зворотного зв'язку - давач сили ДС. Сигнали від цього давача про фактичне значення сили різання надходять у блок порівняння сили БПС. Тут воно порівнюється із заданим значенням сили, що надійшло із задаючого пристрою сили ПС. На виході БПС формується сигнал, який через пристрій керування ПК збільшує або зменшує частоту імпульсів, які подаються у блок порівняння шляху БПШ. Внаслідок цього швидкість регульованого привода РП змінюється так, щоб фактичне значення сили зрівнялося із заданим значенням. Отже, верстат автоматично пристосовується (адаптується) до умов обробки, що змінюються.

Б ільш складні порівняно з системами стабілізації є адаптивні системи оптимізації. В оптимальній СЧПУ при зміні керованих параметрів процесу різання під дією збурюючих факторів забезпечується екстремум обраних критеріїв (продуктивності, собівартості та ін.). Якщо обраний економічний критерій, то повинен бути забезпечений мінімум приведених витрат П, причому П=В\ Q, де В - вартість витрат (грн.) на зняття деякого об'єму Q матеріалу (см³\ хв). Чим напруженіший режим обробки, тобто чим вища швидкість різання V і подача S, тим більший об'єм матеріалу, що зрізується за одиницю часу; зростають і витрати (особливо на інструмент). Ступінь зростання В і Q різний, тому існує мінімум Пmin (рис. 4.5, б); Qo - оптимальний, оскільки при менших або більших його значеннях приведені витрати зростають. Відповідно існують оптимальні значення V і S.

Поведінка систем 11 верстат-пристрій-інструмент—заготовка (рис А. 5, в) при змінних умовах обробки фіксується комплексом давачів зворотного зв'язку. Давач коливань ДК дає змогу опосередковано зробити висновок про шорсткість обробленої поверхні, а разом з давачем температури в зоні різання ДТ - про спрацювання інструмента. Давач ДМ дає інформацію про крутний момент. Блок адаптації БА обробляє дані, отримані від давачів, і за певною програмою веде пошук оптимальних значень Vo і So.