Конструктивные особенности станков с ЧПУ

В связи с управлением работой станков по командам системы ЧПУ были внесены изменения в конструкцию их основных узлов с целью повышения точности и стабильности качества обработки. Эти изменения, в первую очередь, коснулись приводов подачи, в которых стали применять передачи, позволяющие исключить кинематические зазоры. С этой целью: 1) сокращают длину кинематических цепей; 2) в каждой цепи (кинематической) используют индивидуальный двигатель; 3) в пределах трения скольжение заменяют трением качения; 4) при установке зубчатых колес на валы используют конические разжимные кольца и т.п.

Большое значение для станков с ЧПУ имеет быстродействие привода, т.к. время его разгона и торможение оказывает влияние на точность отработки программы, в частности, на точность позиционирования. Высокое быстродействие обеспечивается применением специальных шаговых электродвигаталей и передач со стабильно малыми потерями на трение (винт – гайка качения, гидростатические винт – гайка), а также специальных смазочных материалов.

Особенность шагового электродвигателя (ШЭД) в том, что электрический ток на обмотки их статора подается отдельными импульсами (в современных ШЭД частота импульсов на холостом ходу равна 16 кГц), причем от одного импульса ротор двигателя поворачивается на определенный угол небольшой величины (для ШЭД с частотой f = 16 кГц эти углы стандартизированы и составляют 1,5^о; 3^о или 7,5^о).

Импульсы для питания ШЭД вырабатываются специальным тиристорным генератором, в котором переменный ток преобразуется в импульсы постоянного тока. Генераторы обеспечивают требуемую последовательность, частоту и количество импульсов в соответствии с программой управления.

В приводах главного движения в станках с ЧПУ нашли наибольшее применение двигатели постоянного тока, позволяющие плавно изменять скорость вращения его вала, с тиристорным управлением и упрощенные 2-ух или 3-ех ступенчатые коробки скоростей.

Шпиндели станков с ЧПУ по сравнению со шпинделями универсальных станков имеют большие диаметры, что позволяет размещать в них зажимные автоматические устройства, датчики и диагностические устройства.

Принцип работы станка с ЧПУ. Станок с ЧПУ содержит два самостоятельных агрегата: металлорежущий станок и устройство числового программного управления (УЧПУ) с встроенной панелью управления.

УЧПУ – устройство, выдающее управляющее воздействие на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта. Вся информация, необходимая для работы станка сосредоточивается и хранится в УЧПУ. Устройство состоит из различных блоков, которые считывают информацию с программоносителя, производят необходимые вычисления, передают информацию на исполнительные органы станка, осуществляют связь между различными потоками информации, реализуют коррекцию управляющих команд и т.п.

Диалог оператора с УЧПУ осуществляется с помощью пульта управления, состоящего из монитора и клавиатуры.

Принцип работы станка с ЧПУ следующий. Допустим, необходимо обработать ступенчатый валик (рис.4.45). Для этого проходной резец из исходного положения нужно последовательно переместить на расстояния l₀, l₁, l₂, l₃ и l₄. Перемещения осуществляются с помощью шаговых электродвигателей. Величина перемещения определяется количеством импульсов тока, подведенных к ШЭД, а скорость перемещения – их частотой. Изменение направления тока, подводимого к ШЭД, влечен изменение направления перемещения резца. Единичное перемещение исполнительного органа, соответствующее одному управляющему импульсу, называют дискретностью или ценой импульса. Дискретность определяет погрешность, обусловленную представлением траектории вершины резца в цифровой форме. Передаточное отношение редукторов выбирают таким образом, чтобы дискретность равнялась 0,01; 0,05 или 0,001 мм, т.е. при дискретности 0,01 мм для перемещения резца на 10 мм необходимо подать 1000 импульсов.

Рис.4.45. Принцип работы станка с ЧПУ.

Содержания команд (поперечное или продольное перемещение, вперед или назад, быстро или медленно), соответствующие количества импульсов, определяющие перемещение, в определенной последовательности записывают в программе. Программа может записываться непосредственно оператором с пульта управления или представляться на каком-либо носителе. С помощью считывающего устройства УЧПУ информация программы считывается и в виде электрических сигналов подается в блок управления УЧПУ для расшифровки. Центральным устройством блока управления является интерполятор – устройство, преобразующее получаемую информацию в определенное число импульсов, выдаваемых по каждой из управляемых координат. Импульсы через усилительное устройство посылаются в соответствующий ШЭД.