Станки с числовым программным управлением (ЧПУ)

Электромеханические силовые столы

Это унифицированные узлы, предназначенные для сообщения движения подачи сверлильным, расточным, фрезерным головкам или сообщение линейного движения приспособлению с заготовкой. Силовые столы выпускаются с электромеханическим приводом или с гидравлическим приводом. Столы с электромеханическим приводом имеют электродвигатель и винтовой механизм продольного перемещения, а также дополнительный электродвигатель, используемый для ускоренных перемещений стола.

[Картинка 145]

М1 – электродвигатель рабочих подач;

М2 – электродвигатель ускоренных подач;

i_s – звено настройки рабочих подач;

i_y – звено настройки ускоренных подач;

M_п – перегрузочная муфта;

М_э – электромагнитная муфта;

Z₁ и Z₂ – зубчатые колеса;

Шарико-винтовая пара, с шагом винта t.

Электромагнитная муфта служит для отключения цепи подач при включении электродвигателя М2 при ускоренных подачах.

S_раб = М1 ∙ i_s ∙ Z₁/Z₂ ∙ t

S_уск = М2 ∙ i_y ∙ t

 

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ)

При обработке заготовок на металлорежущих станках инструмент совершает относительные перемещения или ходы. Совокупность перемещений, повторяющихся при изготовлении каждой детали, называется циклом обработки. Каждый цикл обработки характеризуется величиной ходов и их последовательностью. Поэтому в общем случае программа управления станков представляет собой последовательность команд, формируемых системой управления. Эта последовательность команд обеспечивает заданное функционирование рабочих органов. программа содержит размерную информацию и команды. При автоматическом управлении необходимая последовательность команд. Задается программо-носителем, который может быть выполнен в виде кулачков, копиров, упоров и так далее. Однако при смене объекта производства при использовании таких программо-носителей, необходимо их заменять и осуществлять переналадку станков. Станки с такими программо-носителями имеют высокую производительность, но время, затрачиваемое на переналадке достаточно велико. Наибольшей гибкостью и быстротой переналадки обладают системы с ЧПУ, в которых программа работы задается в алфавитно-цифровом коде. Программа может быть записана на программо-носители, например, в виде перфокарт, перфолент, магнитных лент, гибких магнитных дисков и т.д.

Управляющие команды можно вводить, в том числе вручную, посредством клавиш, которые имеются на панелях управления станками. Современные программо-носители позволяют автоматизировать процесс подготовки управляющих программ и снизить затраты на программо-носители.

По виду управления станки с программный управлением подразделяются на станки:

- с системой числового программного управления;

- с цикловым программным управлением.

Отдельную группу составляют станки с цифровой индикацией и преднабором координат. В таких станках имеется электронное устройство, которому задаются координаты нужных точек, то есть осуществляется преднабор координат, а также имеются датчики, которые фиксируют положение перемещающихся положений станка. При этом на экране электронного устройства высвечивается каждое мгновенное положение перемещающегося рабочего органа, то есть осуществляется цифровая индикация. Управляющая программа для работы такого станка задается станочником.

Первое поколение станков с программным управлением в нашей стране создавалось на основе серийно-выпускающихся станков. Начало выпуска станков с программным управлением в нашей стране относится к 1959 году. От базовых моделей станков станки с программным управлением отличались только автоматизацией привода подач. Устройство программного управления для таких станков выполнялось с использованием электронных ламп и позволяло получать заданные размеры обрабатываемых заготовок при регулировании величин подач.

Система управления станков второго поколения выполнялось с использованием полупроводниковых элементов. Такие системы управления позволяли изменять в автоматическом цикле не только скорости подач, но и переключать частоту вращения шпинделей, задавать команды на автоматическую смену инструментов, то есть, например, на поворот револьверной головки. Позволяли также задавать команды на зажим заготовок, включение подачи смазочной жидкости.

Третий этап развития станков с программным управлением характеризуется качественным изменением системы ЧПУ, когда для управления станками стали использовать ЭВМ. Такие системы дают возможность создавать станки широким уровнем автоматизации и с широкими технологическими возможностями. Станки обладающие широкими технологическими возможностями называются многоцелевыми станками или обрабатывающими центрами. Из подобных станков создаются автоматизированные участки в обработке различных деталей, в том числе в режиме безлюдной технологии.

Конструктивная сложность обрабатываемых деталей, а также серийность производства во многом определяет использование того или иного вида оборудования. Чем меньше объем выпускаемой продукции, тем большей технологической гибкостью должен обладать станок.

В ряде случаев при изготовлении деталей сложной формы применение станков с программным управлением является единственно правильным решением с точки зрения качества и экономичности обработки изделия.

Преимущества станков с программным управлением:

1. Высокая производительность, которая в 2-5 выше по сравнению со станками, имеющими ручное управление. В том числе высокая производительность достигается за счет реализации высоких скоростей, холостых и рабочих ходов, высокой жесткостью узлов и механизмов, использование систем диагностики, работы узлов и механизмов, предотвращающих выход станком из строя и т.д.

2. В станках обеспечивается сочетание точности и производительности с высокой гибкостью перехода на другое изделии, что характерно для универсального оборудования. В результате создается возможность для комплексной автоматизации мелкосерийного производства.

3. Подготовка производства переносится в сферу инженерного труда, что снижает потребность в высококвалифицированных рабочих станочников.

4. Детали изготовленные по одинаковой управляющей программе является взаимозаменяемыми, что сокращают затраты времени при сборке изделия.

5. Благодаря централизованной подготовке управляющих программ и использованию универсальной технологической оснастки, значительно сокращается время на переход к изготовлению новых видов деталей.

6. Сокращает продолжительность цикла изготовления деталей, а также сокращается запас не завершенного производства.

7. Машиностроение переоснащается качественно новым оборудованием, построенным на базе современной электронике и вычислительной техники.

8. Все выпускаемое высокотехнологичное оборудование с программным управлением ориентировано на максимальное использование в гибких производственных системах, в том числе при создании автоматизированных участков и цехов.

Системы программного управления называются числовыми, потому что величина каждого движения или рабочего хода исполнительного органа станка задается с помощью чисел. Каждой единице информации соответствует дискретное перемещение исполнительного органа станка на определенную величину, называемую разрешающей способностью.

Система УЧПУ, благодаря вводимой информации, совершает соответствующие действия по импульсам, поступающим от управляющей программы. Исполнительный орган станка может перемещаться на любую величину, кратную разрешающей способности.

Число импульсов, которые можно подать на вход привода, чтобы осуществить требуемое перемещение на определенную величину, например L, определяется по формуле::

N = L/q

, где N – число импульсов;

    L – величина перемещения;

    q – цена импульса.

Число N, заложенное в определенном системе кодирования на носителе информации, является программой, определяющей величину размерной информации.

Под ЧПУ станков понимается управление движениями исполнительных органов станка, в том числе скоростями их перемещения, управление последовательностью цикла обработки, режимами резания и управление различными вспомогательными функциями.

В общем случае, можно считать, что СЧПУ представляет собой совокупность специализированных устройтсв, необходимых для реализации программы управления станков и предназначенное для выдачи управляющих воздействий исполнительным органом станка в соответствии с заданной программой.

Системы числового программного управления можно классифицировать следующим образом:

1. По уровню технических возможностей.

2. По технологическому назначению.

3. По числу потоков информации.

4. По принципу задания программы.

5. По принципу привода рабочих перемещений.

6. По числу одновременно управляемых координат.

По техническим возможностям, в соответствии с международной классификацией, системы програмного управления подразделяются на следующие классы:

1) NC (Numeric Control) – система с покадровым чтением программы на протяжении цикла обработки каждой заготовки.

2) SNC (Simplified Numeric Control) – система с однократным чтением всей программы перед обработкой партии одинаковых заготовок.

3) HNC (Hand Numeric Control) – оперативная система с ручным набором программы на пульте управления.

4) CNC (Computerized Numeric Control) – системы с встроенной ЭВМ.

5) DNC (Direct Numeric Control) – система прямого числового управления, в том числе и нескольких станков от одной ЭВМ верхнего уровня.

По технологическому назначению, системы ЧПУ могут быть следующими:

1) Обеспечивающими прямоугольное формообразование – могут управлять перемещениями исполнительного органа станка в процессе работы станка. Число управляемых координат может достигать 5 единиц, а число одновременно управляемых координат составляет 4 единицы. Такие системы используются на токарных, фрезерных, расточных станках и т.д.

2) Обеспечивающие прямолинейное формообразование – любой угол к координатным осям, может осуществлять управление по координатам от 2х до 5 координат. Такие системы также применяются для токарных, фрезерных и расточных станков.

3) Обеспечивающие криволинейное формообразование – позволяет управлять обработкой плоских и объемных деталей со сложными криволинейными контурами. Такие системы могут использоваться для многоцелевых фрезерно-сверлильно-расточных станков.

4) Обеспечивающие позиционное формообразование – обеспечивает высокоточное перемещение или координатную установку исполнительного органа станка в заданную позицию за минимальное время перемещения. В этих системах по каждой координатной оси программируется только величина перемещений, а траектория перемещений может быть произвольной. Такие системы применяются на сверлильных и координатно-расточных станках.

По числу потоков информации, СЧПУ деляться на:

1) Замкнутые – характеризуется наличием 2х потоков информации, которые формируются от считывающего устройства системы программного управления и от датчика обратной связи, фиксирующего величину перемещения и достигнутое положение исполнительного органа. Благодаря этому, устраняется рассогласование между заданным в программе положением и действительной величиной перемещения.

2) Разомкнутые – характеризуются наличием одного потока информации, поступающего от считывающего органа системы к исполнительным органам станка. В механизмах подач таких станков используются шаговые двигатели, в том числе с гидроусилителями (при необходимости).

3) Адаптивные – характеризуются наличием 3х потоков информации, а именно: от считывающего устройства; от датчиков обратной связи; от датчиков на станке, контролирующих изменение сил резания, в том числе связанные с износом режущего инструмента и т.д. Благодаря наличию 3х потоков информации, можно осуществлять коррекцию заданной программы обработки с учетом реальных условий обработки детали.

По принципу задания программы СЧПУ могут быть в абсолютных координатах или в приращениях.

По принципу привода различаются станки со ступенчатым, регулируемым, следящим и шаговым приводом.

Станки с программным управлением могут быть токарными, фрезерными, фрезерно-сверлильно-расточными, шлифовальными, зубообрабатывающими и т.д.

Как правило, станки, в том числе, многоцелевые, изготавливаются на основе использования принципа агрегатирования, что позволяет сократить сроки разработки новых моделей, а также сократить и сроки их изготовления. На станках с программным управлением стремятся к обработке максимально возможного количества сторон обрабатываемой детали, для этого используются различные системы.

Дополнительные опционные поворотные столы имеют систему управления, которая встраивается в общую систему программного управления станком, то есть в програме могут быть заложены движения, которые могут быть реализованы поворотным столом.

На станках с программным управлением имеем автоматическую замену режущих инструментов. Имеется 2 системы базирования режущих инструментов:

- Первая система применяется для базирования инструментов, установленных в специальных оправках, используемых для станков токарной группы. Этот инструмент установлен в специальной оправке, которая вводится в отверстие револьверной головки. Все гнезда револьверной головки выполнены в этом варианте.