Автоматизированный участок металлообработки

Рассмотрим автоматизированный участок металлообработки фирмы Murata (рисунок 8.2) [18].

Рисунок 8.2

На рисунке 8.2 приняты следующие обозначения:

1 – трасса передвижения робокаров; 2 – робокар; 3 – устройство автоматической смены спутников; 4 – участок ме­ханической обработки; 5 –участок доставки заготовок на склад; 6 – кран-штабелер; 7 – многоярусный склад с автоматическим складированием и поиском; 8 – конвейер готовых деталей; 9 – подготовительный участок.

Для обслуживания шести входящих в ГПС роботизированных технологических комплексов, созданных на базе трех токарных обрабатывающих центров, многоцелевого, круг­ло- и плоскошлифовального станков, в складе предусмотрено 543 стеллажа. Все станки оснащены ЧПУ типа CNC и обслуживаются двумя робокарами модели Roevatran фирмы Poivak Automaithen.

Для привода робокаров обычно используют электродвигатели постоянного тока со смешанным возбуждением. Скорости движе­ния от 30 для небольших робокаров до 60 м/мин для большинства типов, используемых в механических цехах. В робокарах применяют рекуперативное торможение и механическое тормо­жение с помощью электромагнитов.

На автоматизированном участке металлообработки фирмы Murata применяют робокары с индуктивным управлением, ко­торые имеют возможность поворота на угол 90°, а некоторые даже на угол 360°. Обычно индуктивный кабель размещают в полу цеха в узких траншеях шириной 3... 10 мм на глубине 10...200 мм. Ин­дуктивное управление робокарами обеспечивается подаваемым по индуктивному кабелю переменным током низкой частоты. Вокруг кабеля возникает концентрическое электромагнитное поле. На робокаре установлены две отклоняющие катушки, регистрирующие напряжение, подаваемое на управляющее устройство робокара. Для сохранения постоянства перемещения робокара вдоль кабеля уп­равляющее устройство непрерывно воздействует на управляющий двигатель для того, чтобы устранить разность напряжений между двумя катушками.

На некоторых робокарах устанавливают систему управления по световому лучу. Луч освещает выполненную на полу цеха флуорес­цирующую полосу или уложенную на нем флуоресцирующую ленту. Фотодатчики регистрируют флуоресценцию и передают получен­ные сигналы на отклоняющие катушки робокара.

Кроме возможности перемещения робокара вдоль индуктив­ного кабеля нередко требуются сведения об его местонахождении и наличии груза. Для получения подобной информации в полу цеха в определенных местах устанавливают постоянные магниты. Такие места находятся, например, до пересечения трасс или не­посредственно перед позицией загрузки-разгрузки. Для передачи управляющих сигналов перемещающимся робокаром в полу цеха могут быть вмонтированы также переключаемые катушки.

О наличии груза на робокаре сигнализируют фотоэлектриче­ские датчики или конечные выключатели. Когда робокар прибы­вает на рабочую позицию станка, готовность к его приему опре­деляется с помощью различных датчиков, например инфракрас­ных. После приема сигнала о готовности позиции (станции) ро­бокар разгружается, а по окончании загрузочно-разгрузочных ра­бот производится дальнейший обмен сигналами о готовности те­лежки к перемещению.

Для загрузки робокаров применяют несколько различных си­стем, простейшей из которых является встроенный гидравличес­кий подъемник. Робокар с опущенной платформой входит между двумя опорными направляющими спутниками, затем приподни­мает платформу, чтобы снять спутник с направляющих, и выхо­дит обратно. Такая система пригодна для транспортирования спут­ников со складов на подготовительные участки или к промежу­точным накопителям, но не может применяться при наличии на станках устройств автоматической смены спутников.

Управление робокарами осуществляется от ПК или технологи­ческого контроллера. Управление планированием маршрута робо­кара производится с помощью установленного на нем контрол­лера.

Кроме робокаров могут применяться транспортные тележки, которые перемещаются по стальным рельсам, прикрепленным к полу цеха. Для направления роликов тележки служит централь­ный рельс. Тяговое усилие тележки обеспечивает электродвига­тель переменного тока. Загрузочно-разгрузочное устройство имеет гидравлический привод. При подъезде к рабочей позиции станка тележка считывает установленные на полу цеха кодовые пласти­ны, и ее управляющее устройство останавливает тележку на соот­ветствующей позиции.

Системы ЧПУ

Внедрение в технологические процессы вычислительной тех­ники позволило экономически эффективно осуществить идею числового программного управления технологическим оборудо­ванием, которая нашла широкое применение в первую очередь в управлении станками.

Числовое программное управление это управление обработкой заготовки на станке или роботом по управляющей программе (УП), заданной в цифровой форме. Станки с устройствами числового программного управления (УЧПУ) превратились сегодня в важ­нейший вид высокоэффективного металлорежущего оборудова­ния. Этому способствовала не только высокая степень автоматиза­ции обработки, но и возможность быстрой переналадки их на об­работку любой детали в пределах технологических возможностей станка.

Управляющая программа включает в себя геометрическую технологическую информацию. Геометрическая информация содержит данные о траектории движения инструмента и ее параметрах. Большинство траекторий, воспроизводимых УЧПУ, представляют собой прямые и дуги окружностей, поэтому прямая и дуга окружности – это основные элементы траектории, задава­емые в управляющей программе. Более сложные, аналитически неописываемые кривые обычно аппроксимируются отрезками пря­мых и дугами окружностей.

Технологическая информация в УП включает в себя данные о технологических режимах станка и режущем инструменте, а так­же функциях дискретно-логического управления вспомогательны­ми системами станка.

Любое устройство ЧПУ имеет четыре основных функции: циф­ровое управление; обработку УП; связь с оператором; диагности­рование УЧПУ, тестирование программного обеспечения и аппа­ратных средств УЧПУ.

На рисунке 8.3 отображено содержание этих функций.

Рисунок 8.3

Группа функций цифрового управления определяет преобра­зование УП в сигналы управления исполнительными механизма­ми станка. Функция расчета траектории включает в себя: интер­претацию текста УП, коррекцию траектории движения с учетом геометрических параметров реального инструмента, расчет опти­мальных режимов разгона и торможения. Функция воспроизведе­ния траектории обеспечивает управление приводами осей геомет­рии станка и отслеживание правильности воспроизведения тра­ектории. Для реализации заданной траектории необходимо в режиме реального времени вычислять координаты промежуточных точек траектории. Этот процесс называют интерполяцией. Функ­ция воспроизведения траектории включает в себя реализацию зам­кнутого контура регулирования положения осей станка. Функция управления электроавтоматикой (ЭА) также осуществляется в ре­жиме реального времени и обеспечивает выполнение технологи­ческих команд управляющей программы.

Другую группу функций составляют функции обработки УП, которые зависят от способа ее подготовки.

Различают следующие способы подготовки:

аналитический, предполагающий введение программы на язы­ке технолога. Этот способ наиболее распространен при програм­мировании станков с ЧПУ;

непосредственное обучение, при котором координаты точек по всем осям заносятся в память после вывода всех исполнитель­ных механизмов в заданную точку. Этот способ используется, как правило, в промышленных роботах;

полуаналитический, при котором координаты опорных точек записываются в память УЧПУ, а участки кривых между ними аппроксимируются элементарными кривыми. Этот способ исполь­зуется в контурных УЧПУ роботами (когда траектория задается пространственной кривой).

Современные УЧПУ имеют развитые инструментальные среды для интерактивного создания, коррекции и моделирования вы­полнения УП.

Следующая группа функций отвечает за взаимодействие опе­ратора с УЧПУ. Традиционно ввод команд оператора в УЧПУ производится при помощи функциональной клавиатуры. Однако функциональные возможности современных УЧПУ значительно расширились, поэтому наряду со стандартной функциональной клавиатурой широко используются так называемые программные клавиши (SoftKey), назначение которых изменяется в зависимос­ти от режима УЧПУ. Текущее назначение программных клавиш отображается на экране панели оператора. На экране также ото­бражаются: текущее состояние и режим работы устройства, сооб­щения оператору, координаты текущего положения инструмента в различных системах координат, текущие технологические режимы, текст текущей управляющей программы и др.

Существует также группа функций диагностирования аппа­ратных средств, системного программного обеспечения, проте­кания технологических процессов, а также правильности вводн­ых УП. Чем точнее указано место неисправности, тем меньше время восстановления работоспособности системы.

Для диагностирования в УЧПУ используются различные программно-аппа­ратные средства (датчики положения, программные счетчики и пр.).

В зависимости от выполняемого задания УЧПУ работает в различных режимах. Можно выделить несколько основных режимов работы, которые соответствуют функциям УЧПУ:

режим наладки станка. В этом режиме оператор имеет возмож­ность управлять перемещениями станка вручную при помощи кла­виатуры или специальных задающих устройств. Этот режим ис­пользуется при установке и базировании заготовки на станке;

режим выхода в исходное состояние. Большинство станков ос­нащено инкрементальными датчиками положения осей. Следова­тельно, после включения УЧПУ абсолютные координаты осей стан­ка неизвестны. Режим выхода в исходное состояние позволяет осу­ществить поиск ноль-меток измерительных датчиков и опреде­лить положение осей станка в его системе координат;

режим ввода и вывода информации по каналам связи. Он ис­пользуется при подготовке УП и связи с внешними устройствами и модулями УЧПУ;

режим выполнения УП. Этот режим соответствует функции циф­рового управления, а также включает в себя контроль состояния оборудования и работы программного обеспечения. При сбоях в работе УЧПУ должно связываться с оператором и сообщать об ошибке через интерфейс оператора. При выполнении этого зада­ния одновременно выполняется несколько задач – интерпретация, интерполяция и др. Дискретно-логическое управление, основан­ное на логическом анализе поступающей с датчиков информации и соответствующей реакции на события, предусматривает также адаптацию управления к возмущениям, возникающим во время ра­боты.

Изготовление продукции на станках с ЧПУ во многом основы­вается на проверенных практикой надежных типовых технологи­ческих решениях, применяющихся на универсальном оборудова­нии, обслуживаемом рабочим-станочником. Эти решения закла­дываются в основу технологических УП для станков с ЧПУ.

Рекомендуемая литература

1. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. – М.: Изд. центр «Академия», 2004. – С. 257-264, 514-528.

2. Лебедев А.М., Орлова Р.Т., Пальцев А.В. Следящие электроприводы станков с ЧПУ. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 223 с.

Лекция 9