Станки с ЧПУ можно отнести к самому крупному и перспективному достижению в средствах металлообработки ХХ века.
Прогресс в освоении новой продукции и в совершенствовании технологии сопровождается ускорением морального износа изделий. Это приводит в свою очередь к необходимости частой переналадки производства с одного вида изделия на другое.
Во второй половине ХХ века создание систем ЧПУ явилось началом качественно нового этапа развития станкостроения:
- сочетание высокой производительности, присущей специальным станкам и станкам-автоматам, с гибкостью, свойственной универсальному оборудованию, сделало станки с ЧПУ главным средством автоматизации мелко и среднесерийного производств;
- использование высокопрочных и труднообрабатываемых сталей породило новые методы их обработки и обеспечение оптимальных режимов работы станков для обработки этих сталей;
- улучшение режущих материалов увеличило скорости резания до величин, при которых ручное управление станком стало во многих случаях невозможным либо требующим высокой квалификации станочника.
(металлокерамический инструмент, скоростного силового шлифования, твердосплавные инструменты с покрытиями и т.д.).
· В своих высших формах — ГАП (гибкое автоматизированное производство )
и КИП (компьютерное интегрированное производство) — автоматизация предполагает функционирование многочисленных взаимосвязанных технических средств различных объектов производства на основе компьютерной техники, программного управления, групповой организации производства и мощного специального программного обеспечения, которое определяется обычно, как CAD/CAM,CAE.
· В таком производстве особое значение приобретает оборудование с числовым
программным управлением (ЧПУ), позволяющее не только автоматическое управление обработкой деталей, но и программирование такой обработки дистанционно с передачей управляющих программ по специальным каналам связи.
· В результате замены универсального неавтоматизированного оборудования
станками с ЧПУ трудоемкость изготовления деталей оказалось возможным сократить в несколько раз (до пяти — в зависимости от вида обработки и конструктивных особенностей обрабатываемых заготовок). Внедрение же компьютерных систем резко снизило сроки подготовки производства, сократило сроки освоения и выпуска новой продукции, повысило ее качество, снизило себестоимость, а, следовательно, повысило конкурентоспособность данного предприятия на рынке аналогичной продукции.
· Эксплуатация станков с ЧПУ возможна при наличии не только
соответствующего технологического процесса, но и обеспечивающих его исполнение управляющих программ (УП).
Поэтому программирование обработки для станков с ЧПУ отличается трудоемкостью и сложностью, требует от технолога высокой профессиональной подготовки, знания не только ряда технологических дисциплин, но и основ программирования, некоторых разделов математики и т. п.
Обеспечение высокого качества технологических процессов и УП при минимальных затратах труда и времени на их подготовку и изготовление — одно из главных условий рационального использования станков с ЧПУ в промышленности. Это условие связано и с новыми принципами организации производства. Появилась новая специальность — технолог-программист.
Действия квалифицированного рабочего, обрабатывающего заготовку на обычном станке, заменяются на станке с ЧПУ автоматической работой станка по управляющей программе, содержащей подробную информацию о последовательности и характере функционирования его исполнительных механизмов. Требования к квалификации оператора станка снижаются, так как задачи формообразования теперь решает технолог-программист в процессе подготовки УП.
При подготовке УП перерабатывается большой объем технологической информации. В ряде случаев поиск и нахождение оптимальных решений возможны лишь при широком использовании в процессе программирования электронно- вычислительных машин.
Развитие и широкое распространение в промышленности средств вычислительной техники, применение ЭВМ для управления участками станков и создание автоматизированных рабочих мест — все это создает предпосылки для полного перехода на автоматизированную подготовку УП для станков с ЧПУ.
При этом неизбежно слияние систем автоматизации программирования (САП) изготовления изделий с системами автоматизации их проектирования (САПР), что связано с решением насущного вопроса производства — комплексной автоматизации проектирования и изготовления.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СТАНКОВ С ЧПУ ВЫРАЖАЕТСЯ:
1. В повышении точности и однородности размеров и формы обрабатываемых заготовок, полностью определяемых правильностью программирования и точностью автоматических перемещений соответствующих узлов станка.
2. В повышении производительности обработки, связанной с уменьшением доли вспомогательного времени с 70…80%для обычных станков с ручным управлением до 40…50% (при использовании многооперационных станков до 20…30%).
В среднем при переводе обработки на станки с ЧПУ производительность возрастает: - для токарных станков – в 2…3 раза,
-для фрезерных станков в 3…4 раза,
- для обрабатывающих центров (ОЦ) – в 5…6 раз.
3. В снижении себестоимости обработки, связанном с повышением производительности, в снижении затрат на приспособления, потребность в которых (особенно для ОЦ) значительно уменьшается.
4. В значительном снижении потребности в высококвалифицированных станочниках, связанном с упрощением изготовления сложных и точных заготовок на настроенных и автоматически работающих станках с ЧПУ, а также с применением их многостаночного обслуживания, следовательно, в снижении фонда заработной платы.
5. В автоматизации машиностроительного производства.
· При этом целесообразно создание крупных участков станков с ЧПУ, обслуживание которых существенно упрощается.
· Экономическая эффективность использования сравнительно дорогих станков с ЧПУ (особенно ОЦ) повышается при их 2-х и 3-х сменной работе и устранения простоев.
РАЗДЕЛ 1
ТЕМА 1.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
· Числовое программное управление (ЧПУ) станком — управление
обработкой заготовки на станке по УП, в которой данные заданы в цифровой форме.
· Управляющая программа (УП) — совокупность команд на языке
программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка для обработки конкретной заготовки.
Другими словами, управляющая программа для станка с ЧПУ – это совокупность элементарных команд, определяющих последовательность и характер перемещений и действий исполнительных органов станка при обработке конкретной заготовки. При этом вид и состав элементарных команд зависит от типа системы ЧПУ станка и языка программирования, принятого для данной системы.
· Система числового программного управления (СЧПУ) — совокупность
функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих ЧПУ станком.
СИСТЕМЫ ЧПУ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
· Интерполя́ция — способ нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений.
Любую траекторию перемещения, которую должен пройти режущий
инструмент при механообработке, можно разложить на элементарные перемещения из отрезков прямых линий и дуг окружности. Такие перемещения в ЧПУ называются интерполяциями. Все производимые в настоящее время системы ЧПУ оснащаются специальным электронным блоком – интерполятором, благодаря которому они имеют способность управлять взаимным перемещением инструмента и заготовки по прямой линии или по окружности путем автоматического расчета промежуточных точек траектории.
ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ НАЗНАЧЕНИЮ все системы ЧПУ(СЧПУ)
делятся на три основные группы:
- позиционные(координатная установка)
- контурные(прямоугольное формообразование, прямолинейное формообразование, криволинейное формообразование)
- комбинированные.
В позиционных системах программируются отдельные дискретные точки на плоскости или в пространстве (позиции, координаты). В процессе обработки исполнительный орган в определенной последовательности обходит заданные координаты. Позиционные системы используют для автоматизации сверлильных, координатно-сверлильных, координатно-расточных станков, цикловых промышленных роботов. По каждой координатной оси программируется только величина перемещения, а траектория перемещения может быть произвольной.
Позиционные системы ЧПУ - наиболее простой вид управляющей системы.
В контурных системах программируется не только величина перемещения по каждой координате, но и закон перемещения. Системы используют для автоматизации фрезерных и токарных станков. Характерной особенностью обрабатываемых деталей является наличие фасонных поверхностей. Подача инструмента в каждый данный момент получается сложением подач по отдельным координатным осям. Подача S при контурной обработке получается сложением продольной и поперечной подач. Таким образом, перемещения инструмента по различным координатным осям функционально связаны друг с другом.
К контурным (непрерывным) системам относятся прямоугольные и формообразующие СЧПУ:
Прямоугольные системы ЧПУ программируют перемещения исполнительных органов станка поочередно вдоль одной из координатных осей. Скорость подачи при перемещении в заданную позицию и в процессе обработки задается УП.
Прямоугольные системы ЧПУ используются, когда обрабатываемые контуры
заготовки можно расположить параллельно осям координат, например при продольном точении или плоскопараллельной фрезеровке.
Формообразующие системы ЧПУ реализуют движение исполнительного органа станка одновременно по двум и более осям координат, за счет чего появляется возможность производить обработку контуров и поверхностей сложной формы.
В данных системах используют многокоординатный (как минимум двух координатный) интерполятор, выдающий управляющие сигналы сразу на соответствующее количество приводов подач.
· Формообразующие системы ЧПУ в настоящее время являются наиболее
распространенным видом ЧПУ. Они имеют несколько уровней сложности, в зависимости от количества одновременно управляемых осей координат.
Комбинированные системы ЧПУ, отвечающие требованиям позиционных и контурных устройств, применяют, в основном, для управления ОЦ.
В отечественных стандартах в обозначении станков с ЧПУ принято учитывать установленный на нем вид системы ЧПУ.
- Станки с позиционными и прямоугольными системами управления имеют
индекс «Ф2»,
- станки с формообразующими системами – индекс «Ф3»,
- многоцелевые (сверлильно-фрезерно-расточные) станки с контурно-позиционными системами управления – индекс «Ф4».
КЛАССИФИКАЦИЯ УСТРОЙСТВ ЧПУ (УЧПУ)
К УЧПУ сходятся все нити управления автоматическими механизмами станка. Конструктивно УЧПУ выполнено как автономный электронный агрегат, имеющий устройство ввода УП, вычислительную часть, электрический канал связи с автоматическими механизмами станка.
Все виды УЧПУ по структуре делят на 2 группы:
Первая:устройства с постоянной структурой – имеют схемную реализацию алгоритмов работы (интерполяции, типовых циклов и т.д.), выпускаются для различных групп станков:
- токарные: Н22, Контур-2ПТ
- фрезерные: Н33, Контур-3П
- коорд.-расточн.: Размер 2М, П33
- шлифовальные: П-111, Ш-111М
- эл.-эррозионные: Контур-2П-67
Эти УЧПУ совершенствуются в части схемно-конструкторских реализаций, элементной базы и сохранят свое значение для станков с ЧПУ, выпускаемых крупными сериями. Основным направлением развития этой группы является создание устройств с памятью на всю программу и расширенными технологическими возможностями (коррекция, индикация и т.д.).
Вторая:устройства с переменной структурой – возникли позднее. Основные алгоритмы работы этих устройств задаются программно и могут изменяться для различных применений устройства. Это позволяет уменьшить число модификаций УЧПУ, ускорить и облегчить их освоение. Строятся они на основе микро ЭВМ либо микропроцессоров.
В соответствии с международной классификацией все УЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие основные классы:
- NC (Numerical Control);
- SNC (Stored Numerical Control);
- CNC (Computer Numerical Control);
- DNC (Direct Numerical Control);
- HNC (Handled Numerical Control);
- VNC (Voise Numerical Control).
Однако, реальный вариант системы управления может представлять собой синтез систем разных классов.
· NC – отсутствует оперативная ЭВМ,покадровое считывание перфоленты
на протяжении цикла обработки каждой заготовки., т.е. система читает последующий кадр и заносит его в запоминающее устройство во время обработки предыдущего и т.д.
Постоянное использование внешнего программоносителя ведёт к возможному возникновению сбоев чтения информации;
Если в кадре записаны действия, которые станок выполняет очень быстро, то УЧПУ может не успеть прочитать следующий кадр, что также ведет к сбоям.
· SNC – отсутствует оперативная ЭВМ, однократное считывание всей
перфоленты перед обработкой партии одинаковых заготовок. Имеет увеличенный объем памяти запоминающего устройства.
В настоящее время УЧПУ класса NC и SNC уже не выпускаются.
· CNC – системы со встроенной малой ЭВМ (компьютером, микропроцессором).
· DNC – прямое числовое управление группой станков от одной ЭВМ.
· HNC – оперативные системы с ручным набором программы на пульте управления.
Возможности современных УЧПУ классов CNC, DNC, HNC безграничны и определены лишь возможностями использованных в них ЭВМ.
УЧПУ классов CNC, DNC, HNC обеспечивают также автоматический выбор
инструмента из имеющихся в наличии (в магазине станка), определяют режимы обработки выбранным инструментом для деталей из различных материалов, находят оптимальную последовательность операций и т. д.
В общем случае такие системы позволяют вести подготовку УП непосредственно у станка по чертежу детали без каких-либо особых предварительных работ технологического характера.
Системы CNC, DNC, HNC обеспечивает автоматический контроль, автоматическое регулирование и оптимизацию всех основных параметров при обработке деталей любой сложности. Ряд моделей станков, оснащенных данными УЧПУ обеспечивают точность обработки ±1,5—2,0 мкм при шероховатости обработанной поверхности R mах = 0,23 мкм (12-й класс).
· VNC - позволяет вводить информацию непосредственно голосом. Принятая
информация преобразуется в УП и затем в виде графики и текста отображается на дисплее, чем обеспечивается визуальный контроль введенных данных, их корректировка и отработка.
Особенно активно речевой ввод информации внедряется в робототехнику.
УЧПУ класса VNC пока еще не получили распространения в промышленности,
Аппаратные системы ЧПУ — устройства управления технологическим оборудованием отечественной разработки. Устройства позволяют с помощью цифровых моделей циркуля, линейки, угольника и транспортира, реализовать любые функции современных СЧПУ. При этом:
-снижается объем электронного оборудования в 103— 105 раз,
- обеспечиваются высокое быстродействие и наивысшая точность описания траектории.
- стоимость в три—пять раз ниже, чем систем аналогового уровня классов CNC.
Системы реализованы в виде моделей «Дельта 122», «Дельта 422», «Дельта 386», «МГА NC-AT» и «СП-33».
К сожалению аппаратные системы ЧПУ не получили должного распространения и применения. Одна из причин — резкое удешевление компьютерной техники, изменение и повышение ее качественных характеристик, произошедшие за последнее десятилетие.
Дата добавления: 2016-12-26; просмотров: 1416;