Оборудование с ЧПУ

Универсальным принципом гибкой автоматизации основных операций технологического процесса является принцип числового программного управления (ЧПУ) технологическим оборудованием. Первыми появились металлообрабатывающие станки с ЧПУ, по мере развития технической базы появилось и другое технологическое оборудование с ЧПУ.

ЧПУ – это способ автоматического управления технологическим оборудованием с помощью устройства числового программного управления (УЧПУ), работающего по сменяемой программе, задаваемой в символьных кодах и несущей всю необходимую информацию о рабочем цикле объекта управления и требуемых изменениях его параметров во времени.

Замена управляющей программы (УП) устройства ЧПУ, позволяет изменить рабочий цикл объекта управления и характер его управляемых параметров во времени, что обеспечивает переход на изготовление другого изделия. В качестве управляемых параметров обычно выступают перемещения рабочих органов технологического оборудования, что типично для металлообрабатывающих станков, промышленных роботов, сварочных автоматов, автоматов для раскройки материалов и др.

На рис. 52 приведена структура системы ЧПУ. Управление осуществляется приводами координатных перемещений технологического оборудования и его исполнительными механизмами. При управлении приводами решается задача автоматического регулирования координатных перемещений исполнительных органов и скорости их движения с целью обеспечения требуемой траектории движения в пространстве.

При регулировании фактические координаты исполнительного органа контролируются датчиками координат, которые могут иметь разный принцип действия. Эти датчики замыкают обратную связь по контролируемому параметру, превращая систему регулирования в замкнутую систему. При регулировании управляющие сигналы являются аналоговыми сигналами. Аналоговыми или цифровыми являются при этом информационные сигналы обратной связи.

В принципе возможны два способа задания перемещений исполнительного органа:

· задание координат конечного положения исполнительного органа,

· задание траектории движения исполнительного органа.

В первом случае траектория движения исполнительного органа неопределенна и значение имеет только конечное положение (позиция) исполнительного органа. Система управления в этом случае более проста и носит название позиционной системы ЧПУ.

Во втором случае исполнительный орган движется по заданной траектории в пространстве. Системы ЧПУ, обеспечивающие движение исполнительного органа по заданной траектории, называются контурными системами ЧПУ. При управлении приводами, для осуществления контурного управления, требуется взаимосвязь движений по разным координатам. Для взаимосвязанного управления приводами разных координат используется интерполятор, вычисляющий текущие значения координат в процессе движения исполнительного органа по заданной траектории.

Управление прочими исполнительными механизмами осуществляется с целью обеспечения требуемой последовательности их работы и сводится к задаче циклового управления. Информационные сигналы датчиков о состоянии исполнительных механизмов и управляющие команды, подаваемые на исполнительные механизмы, являются логическими сигналами. Датчиками информации являются переключатели, конечные и путевые выключатели, контакты реле или пускателей и др.

Внешняя информация в УЧПУ поступает через блок ввода, к которому подключены пульты устройства ЧПУ и технологического оборудования, а также устройство для считывания управляющей программы с того или иного программоносителя (перфолента, магнитная лента, магнитные диски). Используя пульты управления, оператор может изменять режим работы, контролировать работу, вносить коррекции в управляющую программу или осуществлять программирование УЧПУ.

Управляющая программа в современных системах ЧПУ составляется в символьном виде на специальных языках программирования. Для преобразования этой программы в команды управления в составе УЧПУ имеется блок декодирования. Введенная программа определяет рабочий цикл управляемого оборудования и траектории движения его исполнительных органов.

Современные УЧПУ построены с использованием микроЭВМ и имеют интерфейсные средства для связи с другими ЭВМ. Это обстоятельство позволяет использовать оборудование с ЧПУ в составе сложных автоматизированных технологических систем (например, ГПС) и управлять им от центральной ЭВМ, например, осуществлять автоматическое перепрограммирование УЧПУ.

Таким образом, оборудование с ЧПУ представляет собой гибкое автоматическое технологическое оборудование, автоматизирующее основные технологические операции и позволяющие переходить на выпуск новых изделий путем перепрограммирования. Недостатком оборудования с ЧПУ является меньшая, по сравнению со специализированными технологическими автоматами, производительность и отсутствие автоматизации вспомогательных операций.

На рис. 53 показан общий вид многооперационного станка с ЧПУ (обрабатывающий центр) модели ИР500МФ4. На станине 7 станка имеются направляющие для перемещения стола 8 и стойки 1. По направляющим стойки 1 перемещается шпиндельная бабка 2, несущая вращающийся шпиндель, в который устанавливается обрабатывающий инструмент. В результате взаимных перемещений стойки, стола и шпиндельной бабки реализуется пространственная прямоугольная система координат станка.

Все координатные перемещения станка имеют управляемые приводы, обеспечивающие точную отработку заданных в программе величин перемещений (класс точности станка "Н"). Диапазон перемещений по координатам лежит в пределах 500–800 мм.

Инструмент, необходимый для обработки сложных деталей, хранится в автоматическом инструментальном магазине 3 на 30 инструментов. Инструментальный манипулятор 4 обеспечивает автоматический обмен инструментов между магазином и рабочим шпинделем станка. Замена инструментов программируется в управляющей программе по мере осуществления технологических переходов.

К станку может придаваться автоматическое устройство 6 (приемно-передающий стол) для загрузки-разгрузки станка. Управляется станок от процессорной системы ЧПУ 5, которая позволяет управлять тремя координатами, причем 2 координаты управляются одновременно. Последнее свойство позволяет осуществлять контурную обработку.

Для работы станка в УЧПУ вводится нужная управляющая программа и производится ее запуск. Все дальнейшие действия определяются этой программой.

Обрабатываемая заготовка, закрепленная на столе-спутнике, устанавливается на стол станка и зажимается в технологическом приспособлении. Затем, в соответствии с управляющей программой в шпиндель станка загружается из инструментального магазина первый инструмент и начинается обработка заготовки.

В процессе обработки за счет приводов инструмент и заготовка взаимно перемещаются для получения требуемой формы детали. Автоматически устанавливаются требуемые режимы обработки (скорости главного движения и подач). По завершению первого перехода автоматически заменяется инструмент в шпинделе станка и выполняется следующий переход технологической операции.

В процессе обработки, по мере необходимости, включаются и выключаются различные устройства: насосы охлаждающей жидкости, клапаны и др. После завершения обработки обработанная деталь удаляется со стола станка и загружается новая заготовка. Если заготовка изменилась, то загружается новая управляющая программа и процесс обработки возобновляется.

Целый ряд вспомогательных операций приходится для описываемого станка выполнять вручную. К таким операциям относятся: комплектация инструментального магазина нужным инструментом, удаление стружки, контроль результатов обработки и коррекция управляющей программы, установка заготовок на спутники, разборка спутников после обработки и некоторые другие.

Сравнительная простота перестройки оборудования с ЧПУ на выпуск измененной продукции определила широкое применение этого оборудования для автоматизации многономенклатурного серийного производства, объем которого составляет, как отмечалось, около 80 % от общего объема производства.