Назначение и состав электрооборудования станков с ЧПУ


СОДЕРЖАНИЕ:

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

14.09.2015

Электроприводы металлорежущих станков. Аппаратура управления станками

Для металлорежущих станков в целях приближения к валу рабочего механизма изготовляют электродвигатели специальных конструктивных форм: фланцевые двигатели, снабженные фланцем, при помощи которого двигатель крепится к корпусу станка; шпидельные двигатели, обладающие полым валом; встроенные двигатели, поставляемые заводом-изготовителем в виде отдельных частей — стали статора с обмоткой и ротора. Сталь статора устанавливают в специальную расточку станка и в ней закрепляют. Таким образом, достигают полного слияния электрической и механической частей станка в единое целое.

Для привода токарных станков применяют одно-, двух- и трехскоростные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Регулирование частоты вращения шпинделя осуществляется электрическим (изменение числа пар полюсов) и механическим (коробка передач) способами. Управление двигателями — при помощи барабанных или кулачковых переключателей, либо кнопочное, с помощью магнитных станций.

Привод главного движения мощных лобовых и карусельных станков выполняют по системе Г—Д или тиристорный электропривод (у прецизионных станков).

Мощные станки оборудуют дополнительными приводами: насоса охлаждения, быстрого передвижения суппорта, передвижения и зажима задней бабки. Вспомогательные двигатели при этом обычно асинхронные с короткозамкнутым ротором. Для зажима изделия в патроне или задней бабке на мощных станках применяют электродвигатели, которые приводят в движение эти зажимные устройства. Двигатель имеет реверсивную систему управления и должен останавливаться при заклинивании зажимного устройства. Двигатель отключается микро-переключателем или с помощью реле максимального тока.

На рис. 1 приведена схема, в которой для отключения двигателя использовано реле максимального тока. При нажатии кнопки S1 «зажим» через ер контакт и контакт путевого выключателя S3 получит питание катушка контактора К1; двигатель начнет вращаться, зажимая деталь. Когда зажимное устройство пройдет некоторый путь, контакт S3 разомкнется, а контакт S4 замкнется. При достижении усилием зажима заданного значения разомкнется контакт максимального реле К3, двигатель остановится. При необходимости отжима нажимают кнопку S2. В конце обратного хода контакт S3 замкнется, а контакт S4 разомкнется, и двигатель остановится. Цепи управления защищены от короткого замыкания плавкими предохранителями F1 и F2.

Для привода сверлильных станков применяют преимущественно асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Привод подачи осуществляется от двигателя шпинделя посредством механической или гидравлической передачи. Управление контакторное, с помощью кнопочного поста.

Наибольшую сложность представляет электропривод продольно-строгальных станков. Возвратно-поступательное движение рабочего органа вызывает необходимость дважды в течение цикла преодолевать инерцию системы при разгоне и торможении. В результате этого график нагрузки электродвигателя носит резко выраженный пиковый характер. С точки зрения увеличения производительности станка важное значение имеет время, в течение которого двигатель разгоняется и затормаживается.

Электропривод продольно-строгальных станков может быть осуществлен следующими способами: от нерегулируемого нереверсивного двигателя, реверс станка осуществляется механическим путем; от нерегулируемого нереверсивного асинхронного двигателя с электромагнитной муфтой; от реверсивного двигателя постоянного тока, управляемого по системе Г—Д.

В приводах с электромагнитными муфтами вследствие электромагнитной и механической инерции время реверса оказывалось значительным и в муфтах выделялось большое количество теплоты, поэтому такой привод рационально применять только для станков небольшой мощности. Получает распространение тиристорный реверсивный привод с широким регулированием частоты вращения электродвигателя.

Для обработки сложных поверхностей применяют копировальные станки. Принцип действия простейших электрокопировальных станков показан на рис. 2. Через шпиндель 3 пальцевой фрезы 2 обрабатывают заготовку 1. Фрезерный суппорт 4 жесткой связью 5 соединен с копировальной головкой 6. Шток 12 копировальной головки оканчивается копировальной насадкой 13, имеющей форму фрезы. Так как шток имеет сферическую опору, боковые давления на насадку преобразуются в вертикальные перемещения. На столе 15 вместе с заготовкой расположен шаблон 14. Стол непрерывно перемещается с помощью привода 16. Другой привод 9 осуществляет вертикальное перемещение копировальной и фрезерной головок. При разомкнутом контакте 8 электродвигатель 11 посредством привода 9 приближает копировальный шток к шаблону. Когда контакт 8 замкнут, электромагнитный переключатель 10 реверсирует электродвигатель, и шток отводится от шаблона. Соприкасаясь с шаблоном, насадка 13 подается вверх, рычаг 7 поворачивается и замыкает контакт 8, копировальная головка начинает перемещаться вверх, контакт 8 размыкается, тогда копировальная насадка вновь приблизится к шаблону.

В результате периодических подводов и отводов копировальной насадки при непрерывной ведущей подаче 16 копировальная насадка описывает относительно шаблона огибающую его пилообразную траекторию. Такую же траекторию относительно заготовки будет описывать фреза 2, жестко связанная с копировальной головкой 6.

Для бесступенчатого управления электрокопированием применяют индуктивные копировальные головки (рис. 3). У такой головки каждому положению насадки соответствует определенное положение якоря 4, помещенного между сердечниками 2 и 6 с обмотками 1,3,5 и 7. Первичные обмотки 1 и 7 соединены последовательно и включены в сеть переменного тока. Вторичные обмотки 3 и 5 включены встречно.

Если якорь 4 находится в среднем положении, э. д. с. вторичных обмоток уравновешены, напряжения на выходе копировальной головки нет. Приближение якоря к одному из сердечников вызовет увеличение его магнитного потока и уменьшение магнитного потока другого. Возникнет разность э. д. с. во вторичных обмотках сердечников, на выходе копировальной головки появится напряжение.

Системы с числовым программным управлением (ЧПУ) основаны на применении современных средств радиоэлектроники, бесконтактных логических элементов, интегральных схем, микропроцессоров. Посмотреть как работают электроэрозионные станки с ЧПУ1 можно на сайте компании «Перитон Индастриал» perytone.ru.

Существует два типа систем ЧПУ: замкнутая и разомкнутая. Замкнутые системы ЧПУ с применением устройств путевого контроля (обратной связи) имеют повышенную точность и используются для автоматизации мощных станков, а также станков повышенной точности малых и средних размеров. Разомкнутые системы менее точны, но проще по конструкции, дешевле и имеют меньшие габаритные размеры.

По способу управления системы подразделяют на фазовые, частотные и импульсные.

На рис. 4, а приведена структурная схема фазового управления замкнутой системой ЧПУ для одной из трех координат перемещения рабочего органа станка. На дорожках магнитной ленты нанесены записи синусоидальных напряжений. Напряжение сигнала, управляющего перемещением рабочего органа РО, подается с магнитной головки МГ1 через усилитель У1 на фазовый дискриминатор ФД. Одновременно магнитной головкой МГ2 считывается синусоидальное напряжение опорного сигнала, которое через усилитель У2 подается на входные обмотки вращающегося трансформатора Т, механически связанного с рабочим органом РО станка. Выходной сигнал трансформатора Т подается на второй вход фазового дискриминатора ФД. Фазовый дискриминатор вырабатывает сигнал, пропорциональный сдвигу фаз синусоидальных напряжений, поступивших с усилителя У1 и трансформатора Т.

Выходной сигнал фазового дискриминатора усиливается усилителем У3 и подается на двигатель М, который перемещает рабочий орган в сторону уменьшения рассогласования фаз.
Частотный способ управления применяют для разомкнутых систем ЧПУ (рис. 4, б).

Магнитные головки МГ1—МГ3 считывают с магнитной ленты синусоидальное напряжение и подают его в соответствующий усилитель-формирователь прямоугольных импульсов УФ1—УФ3. Прямоугольные импульсы напряжения усиливаются усилителем мощности У1—У3 и подаются на фазовые обмотки шагового двигателя. Число поданных импульсов определяет значение, а частота их — скорость перемещения.

Импульсный способ управления используют также для разомкнутых систем ЧПУ (рис. 4, в). В этом случае на магнитной ленте записывают импульсы, которые считывает магнитная головка МГ1. Импульсы усиливает усилитель У1 и направляет в кольцевой коммутатор КК. В коммутаторе КК импульсы распределяются по трем обмоткам шагового двигателя М, пройдя усилители мощности У3—У5. Для перемещения рабочего органа в обратную сторону предусмотрены магнитная головка МГ2 и усилитель У2.

Электродвигатели станков с ЧПУ должны обладать большим быстродействием, т. е. большим вращающим моментом при малом моменте инерции. К таким машинам относятся двигатели постоянного тока с гладким (беспазовым) якорем, имеющим малый диаметр и большую длину. На поверхности якоря укладывают многослойную обмотку, залитую эпоксидной смолой с ферромагнитным наполнителем.

Двигатель имеет большой воздушный зазор, что улучшает охлаждение якоря. Отсутствие пазов позволяет увеличить магнитный поток двигателя. Увеличение магнитного потока и улучшение охлаждения позволяют повысить максимальный момент двигателя примерно в 4 раза по сравнению с двигателем обычной конструкции. Промышленность выпускает двигатели с гладким якорем мощностью от 90 Вт до 6 кВт.

Для разомкнутых систем применяют шаговые двигатели, у которых угол поворота ротора при подаче управляющего импульса дозирован. Это позволяет подавать импульсы программы непосредственно на двигатели без проверки их исполнения (без обратной связи).

Статор 1 реактивного шагового электродвигателя (рис. 5) выполнен из листовой стали, имеет шесть зубчатых полюсных выступов 2. Зубцы 5 каждого выступа смещены относительно зубцов соседнего на 1/3 шага. Каждая из трех обмоток 4 статора размещена на двух противоположных полюсных выступах. При поочередном включении обмоток статора ось результирующего магнитного потока статора смещается на 1/3 зубцового шага. Воздействием магнитного поля ротор 3 также смещается на 1/3 шага. Часто включают попеременно то одну, то две обмотки одновременно. При такой схеме шаг уменьшается вдвое.

Шаговые двигатели имеют незначительный вращающий момент, поэтому их используют совместно с гидроусилителями. Имеются также силовые шаговые двигатели, развивающие на валу значительные моменты и не требующие применения гидроусилителей.

Программы, записанные на магнитной или перфорированной ленте, имеют недостатки: нельзя исправить или изменить изготовленную программу. Более гибкими с этой точки зрения являются системы программного управления с применением ЭВМ, так как машина выдает перфорированную ленту, которая идет непосредственно в читающее устройство системы управления станком или на устройство декодирования и записи на магнитную ленту.

Применение ЭВМ обеспечивает возможность различного вида коррекции программы, вводимые вручную с панели управления, необходимые для компенсации неучтенных факторов при подготовке программы. Коррекции могут быть введены по результатам обработки первой детали без изменения самой программы.

Аппаратура управления станками

Для управления двигателями станков применяется аппаратура ручного дистанционного и автоматического управления. В качестве аппаратов ручного управления применяют кнопочные и пакетные выключатели и переключатели, а также при недостаточной мощности пакетного переключателя используют кулачковые контроллеры. При дистанционном и автоматическом управлении широкое распространение получили реле и контакторы. В ряде случаев на станках для ограничения предельных перемещений используют путевые и конечные выключатели.

Для управления гидравлическими и пневматическими механизмами станков служат однофазные электромагниты. Их применяют также для управления механическими тормозами, устанавливаемыми на некоторых станках.

Для механического соединения, реверса и регулирования частоты вращения рабочих органов станков предназначены электромагнитные муфты. Они могут быть фрикционными, скольжения и порошковыми.

Фрикционная электромагнитная муфта приведена на рис. 6. Один вывод катушки 4, размещенной внутри кольцевого сердечника 3, соединен с корпусом, а другой — с кольцевым контактом 1, отделенном от корпуса изолирующим кольцом 2. При пропускании тока через катушку якорь 8 притягивается к сердечнику 3. Ведущие диски 5 и 7 сжимаются с ведомым диском 6. Вращающий момент с диска 6 передается поводком 9 зубчатому колесу 10. При отключении тока якорь отталкивается сжатыми дисками 5, 6 и 7, и муфта расцепляет вал 11 и зубчатое колесо 10.

Принцип действия муфт скольжения аналогичен принципу действия асинхронного электродвигателя. Муфта состоит из двух частей, в одной из которых заложена обмотка постоянного тока. При вращении этой части создается вращающееся магнитное поле. Последнее индуцирует в ведомой части вихревые токи, которая приходит во вращение, так же как и ротор асинхронного электродвигателя.

В станкостроении широко применяют электромагнитные порошковые муфты, принцип действия которых основан на явлении увеличения вязкости жидкого или твердого магнитодиэлектрика при воздействии на него магнитного поля. У этих муфт зазор между сцепляющимися поверхностями заполняется текучими или сыпучими смесями,
главной составной частью которых являются железные порошки. В магнитном поле такая смесь превращается в пластический слой, сцепляющий между собой полумуфты и создающий значительное сопротивление их относительному перемещению.

Электромагнитные порошковые муфты могут работать в режимах сцепления и скольжения, создавая при этом момент, практически не зависящий от частоты вращения.

Для магнитных смесей употребляют порошки из карбонильного железа или обычный железный порошок, полученный распылением жидкого металла. Средний диаметр частиц порошка 4—10 мкм. Частицы порошка должны быть разделены средой, защищающей их от механического разрушения и окисления. Обычно такой средой является маловязкое масло типа трансформаторного. Содержание порошка в смеси составляет 0,3—0,45 по объему. В муфтах с жидкой смесью необходимо устанавливать уплотняющие устройства, предотвращающие вытекание смеси.

Основным недостатком порошковых муфт является старение магнитной смеси, проявляющееся в уменьшении ее подвижности, поэтому требуется регулярно заменять смесь. При эксплуатации муфты также вызывает затруднение поддержание необходимой герметичности полости, заполненной смесью.

Порошковые муфты применяют в тех случаях, когда использование фрикционных невозможно.

Для закрепления деталей на шлифовальных станках нашли широкое распространение электромагнитные плиты. Вращающиеся плиты называют электромагнитными столами. Электромагнитное закрепление имеет ряд преимуществ перед механическим: можно сразу закрепить много однотипных деталей, расположенных на поверхности плиты; быстро закрепить крупную деталь, которую при механическом способе крепления необходимо зажимать во многих точках; можно обрабатывать деталь сразу со всех сторон, кроме плоскости прилегания ее к поверхности плиты.

Для питания плиты применяют постоянный ток напряжением 24— 220 В. Питание переменным током невозможно из-за сильного размагничивающего и нагревающего действия вихревых токов.

Электромагнитная плита (рис. 7, а) состоит из стального корпуса 1, в котором установлены сердечники электромагнитов 3, отделенных от него немагнитными прослойками 4. При пропускании постоянного тока через катушки электромагнитов 2 обрабатываемая деталь 5, перекрывающая оба полюса электромагнита 3, замыкает магнитную цепь, показанную штриховой линией, и притягивается к поверхности плиты. Немагнитные прослойки изготавливают из сплава свинца и сурьмы, оловянных сплавов, бронзы и др.

Корпус стола 1 с неподвижными электромагнитами (рис. 7, б) вращается на валу 4 над неподвижными относительно станины станка электромагнитами 3, расположенными по окружности. Когда через обмотку электромагнита 2 протекает постоянный ток, магнитный поток замыкается через обрабатываемую деталь 5, перекрывающую одну или несколько немагнитных прослоек 6, обеспечивая ее притяжение.

Электромагнитный стол, кроме несквозных концентрических немагнитных прослоек 6, имеет сквозные радиальные прослойки, разделяя рабочую поверхность стола на секторы (на рис. 7, б не показаны). Если электромагниты 3 расположить не по всей окружности стола, то образуется сектор, на котором детали не будут притягиваться и могут быть легко сняты со стола. Вал 4 для исключения возможности замыкания через него магнитного поля изготавливают из немагнитного материала.

Сила притяжения плиты зависит от материала, размеров и конфигурации обрабатываемой детали, а также от ее конструкции. Удельная сила притяжения современных плит колеблется в пределах 20 — 130 Н/см 2 .

Токарные станки с ЧПУ: назначение и классификация

Оснащенность современного оборудования системами ЧПУ давно стала привычной, поскольку влияние человеческого фактора на производственные процессы может привести к снижению производительности, ухудшению качества выпускаемой продукции, а также выпуску огромного количества брака, что в условиях современной рыночной экономики является недопустимым. Таким образом, станки с чпу плотно вошли в производственные мастерские и цеха, и сегодня без их участия не обходится ни одно предприятие по обработке изделий из металлов, дерева, пластика и стекла.

Токарные станки с ЧПУ представляют собой обрабатывающие станки, на которых выполняется нарезка резьбы, выточка деталей различной формы, работа с заготовками разнообразных размеров. Особенностью станков является встроенная компьютерная программа, которая позволяет задавать станку определенный набор параметров для обработки той или иной заготовки. Конструкция современных станков с чпу, как правило, позволяет совмещать некоторые виды работ: фрезерование и точение, шлифование и фрезерование, и т.д.

Кроме того, станки с ЧПУ дополнительно оснащаются автоматизированными системами загрузки и выгрузки деталей, что очень важно в условиях автоматизированных производств, а также автоматическими пультами управления для возможности удобного и комфортного контроля за выполняемыми операциями.

В зависимости от выполняемых на них операций и назначения станки с чпу делятся на:

— Вертикально и горизонтально-фрезерные;
— Консольные;
— Продольные;
— Широкоуниверсальные;
— Инструментальные.

Компания «Ирлен Инжиниринг» () уже многие годы работает в области поставки высококачественного производственного оборудования на отечественный рынок от ведущих европейских производителей. В наших каталогах представлен широкий спектр обрабатывающих станков с чпу, имеющих самые различные технические и эксплуатационные характеристики. Обратившись к нам, вы можете получить не только высококачественное современное оборудование, но и профессиональную консультацию о работе того или иного производственного оборудования, представленного у нас. Именно поэтому сотрудничество с нами — это залог увеличения эффективности вашего производства и повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Именно поэтому позвонив к нам, Вы получите качественную помощь в приобретении станка или режущего инструмента.

Состав системы ЧПУ

Все устройства ЧПУ имеют развитую цикловую автоматику с большим числом входов-выходов, а также связь с ЭВМ высшего уровня, необходимую при создании гибких производственных систем.

Вместе с тем наблюдается разделение устройств ЧПУ по числу управляемых координат, связанное с их назначением: для токар­ных станков обычно требуется две координаты; для обычных фре­зерных – три; для фрезерных станков, предназначенных для объемной обработки, – пять; для многооперационных станков – от четырех до восьми. В настоящее время созданы устройства ЧПУ на 10–12 координат для управления ГПМ. Число координат весьма существенно влияет на конструкцию и стоимость устрой­ства ЧПУ.

Функциональная схема типовой универсальной системы ЧПУ (рис. 7.2) состоит из двух основных устройств: устройства число­вого программного управления, конструктивно оформленного в виде отдельного шкафа или пульта и исполнитель­ных устройств с приводами и датчиками обратной связи, разме­щенными на станке. Основные блоки системы ЧПУ описаны ниже.

Рис. 7.1. Упрощенная схема станка с ЧПУ

Устройство ввода информациивводит числовую информацию с программоносителя.

Блок запоминания считанной информации.Помимо запоминания входной информации в этом блоке выполняются ее контроль и формирова­ние соответствующего сигнала в момент обнаружения ошибки. Этот блок, как правило, имеет возможность получать информацию от ЭВМ верхнего уровня, что необходимо при объединении стан­ков в ГПС.

Пульт управления и индикациислужит для связи человека-оператора с системой ЧПУ. С помощью этого пульта проводится пуск системы и ее останов, переключение режимов работы с авто­матического на ручной и т.д., а также коррекция скорости подачи и размеров инструментов и изменение начального положения инструмента по всем или некоторым координатам. На этом пульте находится световая сигнализация и цифровая индикация о со­стоянии системы.

В современных ЧПУ индикация обычно осуществляется с помощью встроенного дисплея, позволяющего выводить значительно большее число параметров, а также проводить отработку про­грамм непосредственно на станке.

Блок интерполяцииформирует частичную траекторию движе­ния инструмента между двумя или более заданными в программе точками. В большинстве случаев используют линейную и круговую интерполяцию, хотя иногда применяют винтовую или цилиндри­ческую интерполяцию.

Приводы подач,чаще всего следящие, служат для обеспече­ния перемещения управляемых элементов станка (столов, суппор­тов, кареток и т.п.) с необходимой скоростью и точностью при заданном моменте. Под следящим приводом будем понимать систему, состоящую из двигателя (электрического, гидравличе­ского), усилителя мощности, снабжающего этот двигатель не­обходимой энергией, которая регулируется в широких пределах, датчика обратной связи по положению, служащего для измерения фактического перемещения (или положения) управляемого объ­екта, и сравнивающего устройства, сравнивающего фактическое положение объекта с заданным и выдающего сигнал ошибки, по­ступающий на вход усилителя мощности, в результате чего угло­вая скорость вала двигателя оказывается пропорциональной ошибке системы. В процессе работы эта система перемещает управ­ляемый объект таким образом, чтобы поддерживать минимальное значение ошибки. Если ошибка по каким-либо причинам превы­шает заранее установленный допустимый предел, то система ЧПУ автоматически отключается с помощью специальных устройств защиты.

Блоки управления приводами подачслужат для преобразования информации, получаемой с выхода интерполятора, в форму, пригодную для управления приводами подач, так, чтобы при поступлении каждого импульса управляемый объект перемещался на определенное расстояние, называемое ценой импульса, кото­рая обычно составляет 0,01 или 0,001 мм. В зависимости от типа приводов (замкнутые или разомкнутые, фазовые или амплитуд­ные), применяемых на станках, блоки управления существенно различаются.

В разомкнутых приводах, использующих шаговые двигатели, блоки управления представляют собой специальные кольцевые коммутаторы, на выходе которых включены мощные усилители, питающие обмотки шаговых двигателей, которые служат для циклического переключения обмоток ШД, что заставляет вра­щаться его ротор. В замкнутых приводах фазового типа, исполь­зующих датчики обратной связи в виде вращающихся трансфор­маторов (ВТ) или индуктосинов в режиме фазовращателей, блоки управления представляют собой преобразователи импульсов в фазу переменного тока и фазовые дискриминаторы, которые сравни­вают фазу сигнала на выходе фазового преобразователя с фазой датчика обратной связи и выдают разностный сигнал ошибки на усилитель мощности привода.

В этом же блоке обычно расположены усилители для питания датчиков обратной связи, а также устройства защиты, отключаю­щие приводы при превышении допустимой ошибки слежения.

Датчики обратной связиДОС являются измерительными устройствами, служащими для определения фактического поло­жения (абсолютного значения координаты) или перемещения (от­носительного значения координаты) управляемого объекта в пре­делах шага системы. При этом суммирование шагов производит система ЧПУ. Перемещения объекта определяют как непосредственно с помощью каких-либо линейных измерительных устройств, например, индуктосинов, так и косвенно, измеряя, например, угол поворота вала двигателя подач с помощью какого-либо углового измерительного устройства, например, обычного ВТ или резольвера (точный ВТ синусно-косинусного типа, применяемый в счетно-решающих устройствах).

Помимо индуктосинов, для непосредственного измерения ли­нейных перемещений иногда используют и другие измерительные устройства, например, прецизионные зубчатые рейки с много­полюсными ВТ, или для достижения особо высокой точности – оптические штриховые измерительные шкалы с соответствующими импульсными датчиками. Обычно одно и то же устройство ЧПУ может работать с раз­личными типами ДОС.

Рис. 7.2. Функциональная схема системы ЧПУ

Блок скоростей подачобеспечивает заданную скорость подачи, а также разгон и торможение в начале и конце участков обработки по заданному закону, чаще всего – линейному. Скорость подачи задается либо номером скорости соответствующего ряда скоростей, составляющих геометрическую прогрессию со знаменателем по­рядка 1,25, либо непосредственно в миллиметрах в минуту через 1 или даже через 0,1 мм/мин. Помимо рабочих скоростей подач, составляющих обычно 5–2000 мм/мин, этот блок выполняет, как правило, и установочное движение с повышенной скоростью, на которой производится установка координат при позиционной обработке или переход инструмента из одного участка заготовки в другой при контурной обработке. Эта скорость в современных системах ЧПУ составляет 10–15 м/мин.

Блок коррекции программывместе с пультом управления слу­жит для изменения запрограммированных параметров обработки, т.е. скорости подачи и размеров инструмента (длины и диаметра). Изменение скорости движения (обычно 5–120 %) сводится к руч­ному изменению частоты задающего генератора в блоке подач. Изменение длины инструмента (обычно от 0 до 100 мм) сводится к изменению заданного значения перемещения вдоль оси инстру­мента, без изменения его начального поло­жения.

Блок технологических командпредназначен для управления цикловой автоматикой станка, включающего поиск и смену до­статочно большого числа инструментов (до 100), смену частоты вращения шпинделя, зажим направляющих при позиционирова­нии и разжим их при движении, различные блокировки, обеспе­чивающие сохранность станка. Цикловая автоматика станка со­стоит в основном из исполнительных элементов типа пускателей, электромагнитных муфт, соленоидов и других электромагнитных механизмов, а также дискретных элементов обратной связи типа концевых и путевых выключателей, реле тока, реле давления и других элементов, контактных или бесконтактных, сигнализи­рующих о состоянии исполнительных органов. Часто эти элементы с дополнительными устройствами типа реле реализуют местные циклы (например, цикл поиска и смены инструмента), команды, на исполнение которых подаются из устройства программного управления. Современные устройства ЧПУ, как правило, осу­ществляют эти циклы внутри, выдавая сигналы на исполнитель­ные элементы станка через согласующе-усилительные устройства, которые могут находиться как в станке, так и в устройстве ЧПУ. Для этого часто используют программируемые контроллеры в виде отдельного блока, размещаемого внутри или вне устройства ЧПУ.

Блок стандартных цикловслужит для облегчения программи­рования и сокращения длины программы при позиционной обра­ботке повторяющихся элементов заготовки, например, при свер­лении и растачивании отверстий, нарезании резьбы и других операций.

Помимо этих блоков, применяют блоки адаптации, которые служат для увеличения точности и производительности обработки при изменяющихся по случайному закону внешних условиях (например, припуск на обработку, твердость обрабатываемого материала, затупление инструмента). Это объясняется тем, что любая система ЧПУ является разомкнутой системой управления, так как она не «знает» результата своей работы. В системе ЧПУ с обычной обратной связью заготовка ею не охвачена; задается только перемещение инструмента относительно заготовки. В то же время на точности размеров детали сказывается, например, де­формация инструмента, которая в обычных системах ЧПУ может учитываться при программировании только тогда, когда она по­стоянна или изменяется по заранее известному закону, чего на практике нет.

Контрольные вопросы

1. Расскажите про работу станка с ЧПУ по упрощенной схеме.

2. Назначение пульта управления и индикации.

3. Назовите структуру привода подачи станка с ЧПУ.

4. Назначение блоков управления приводами подач.

5. Назовите виды датчиков обратной связи.

6. Назначение блока технологических команд.

7. Для чего предназначен блок стандартных циклов?

8. В связи с чем наблюдается разделение УЧПУ по числу управляемых координат?

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (стр. 1 из 7)

1. Общие сведения о станках с ЧПУ

2. Конструктивные особенности станков с ЧПУ

3. Многоцелевые станки с ЧПУ

4. Оснастка и инструмент для многоцелевых станков с ЧПУ

5. Серия Mynx NM (Doosan)

6. Организация работы оператора многоцелевых станков с ЧПУ

7. Технологии обработки деталей на многоцелевых станках с ЧПУ

1. Общие сведения о станках с ЧПУ

Под управлением станком принято понимать совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления — устройство или совокупность, реализующих эти воздействия.

Числовое программное управление (ЧПУ) — это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком-либо носителе массива информации. Управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами. Управление технологическими циклами практически повсеместно осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров, реализуемых на основе принципов цифровых электронных вычислительных устройств.

Системы ЧПУ практически вытесняют другие типы систем управления.

По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ подразделяют на четыре группы:

позиционные , в которых задают только координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими определенных элементов рабочего цикла;

контурные, или непрерывные , управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;

универсальные (комбинированные) , в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок;

многоконтурные системы , обеспечивающие одновременное или последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка.

Примером применения систем ЧПУ первой группы являются сверлильные, расточные и координатно-расточные станки. Примером второй группы служат системы ЧПУ различных токарных, фрезерных и круглошлифовальных станков. К третьей группе относятся системы ЧПУ различных многоцелевых токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков.

К четвертой группе относятся бесцентровые круглошлифовальные станки, в которых от систем ЧПУ управляют различными механизмами: правки, подачи бабок и т.д. Существуют позиционные, контурные, комбинированные и многоконтурные (рис.ЧПУ.1, а) циклы управления.

По способу подготовки и ввода управляющей программы различают так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной техники, входящих в состав систем ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную или с помощью системы автоматизации программирования).

Программируемые контроллеры — это устройства управления электроавтоматикой станка. Большинство программируемых контролеров имеют модельную конструкцию, в состав которой входят источник питания, процессорный блок и программируемая память, а также различные модули входов/выходов. Для создания и отладки программ работы станка применяют программирующие аппараты. Принцип работы контроллера: опрашиваются необходимые входы/выходы и полученные данные анализируются в процессорном блоке. При этом решаются логические задачи и результат вычисления передается на соответствующий логический или физический выход для подачи в соответствующий механизм станка.

В программируемых контролерах используют различные типы памяти, в которой хранится программа электроавтоматики станка: электрическую перепрограммируемую энергонезависимую память; оперативную память со свободным доступом; стираемую ультрафиолетовым излучением и электрически перепрограммируемую.

Программируемый контролер имеет систему диагностики: входов/выходов, ошибки в работе процессора, памяти, батареи, связи и других элементов. Для упрощения поиска неисправностей современные интеллектуальные модули имеют самодиагностику. Программоноситель может содержать как геометрическую, так технологическую информацию. Технологическая информация обеспечивает определенный цикл работы станка, а геометрическая — характеризует форму, размеры элементов обрабатываемой заготовки и инструмента и их взаимное положение в пространстве.

Станки с программным управлением (ПУ) по виду управления подразделяют на станки и системами циклового программного управления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ). Системы ЦПУ более просты, так как в них программируется только цикл работы станка, а величины рабочих перемещений, т.е. геометрическая информация, задаются упрощенно, например с помощью упоров. В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который в числовом виде занесена и геометрическая, и технологическая информация.

В отдельную группу выделяют станки с цифровой индикацией и преднабором координат. В этих станках имеется электронное устройство для задания координат нужных точек (преднабором координат) и крестовый стол, снабженный датчиками положения, который дает команды на перемещение до необходимой позиции. При этом на экране высвечивается каждое текущее положение стола (цифровая индикация). В таких станках можно применять или преднабор координат или цифровую индикацию; исходную программу работы задает станочник.

В моделях станков с ПУ для обозначения степени автоматизации добавляется буква Ф с цифрой: Ф1-станки с цифровой индикацией и преднабором координат; Ф2-станки с позиционными и прямоугольными системами чпу; Ф3-станки с контурными системами ЧПУ и Ф4-станки с универсальной системой ЧПУ для позиционной и контурной обработки. Особую группу составляют станки, имеющие ЧПУ для многоконтурной обработки, например бесцентровые круглошлифовальные станки. Для станков с цикловыми системами ПУ в обозначении модели введен индекс Ц, с оперативными системами — индекс Т (например, 16К2Т1).

Системы числового программного управления (СЧПУ)-это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления ЧПУ станками. Устройство ЧПУ (УЧПУ) станками — это часть СЧПУ, выполненная как единое целое с ней и осуществляющая выдачу управляющих воздействий по заданной программе.

В международной практике приняты следующие обозначения: NC-ЧПУ; HNC-разновидность ЧПУ с заданием программы оператором с пульта с помощью клавиш, переключателей и т.д.; SNS-устройство ЧПУ, имеющее память для хранения всей управляющей программы; CNC-управление автономным станком с ЧПУ, содержание мини-ЭВМ или процессор; DNS-управление группой станков от общей ЭВМ.

Для станков с ЧПУ стандартизованы направления перемещения и их символика. Стандартом ISO-R841 принято за положительное направление перемещения элемента станка считать то, при котором инструмент или заготовка отходят один от другого. Исходной осью (ось Z) является ось рабочего шпинделя. Если эта ось поворотная, то ее положение выбирают перпендикулярно плоскости крепления детали. Положительно направление оси Z-от устройства крепления детали к инструменту. Тогда оси X и Y расположены так, как это показано на рис.ЧПУ.1.

Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовления детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ — это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80. 90% трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

 производительность станка повышается в 1,5. 2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением;

 сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата;

 снижается потребность в квалифицированных рабочих станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;

 детали, изготовленные по одной программе, являются взаимозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в процессе сборки;

 сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке;

 снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.

2. Конструктивные особенности станков с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ по металлу

Основные требования, предъявляемые к современному металлорежущему оборудованию — это скорость запуска в производство, точность изготовления и быстрая переналадка на выпуск другого изделия. Всеми этими качествами обладает токарный станок с ЧПУ. Его главные достоинства — точность, высокая производительность, возможность многооперационной механообработки за одну установку и скорость переналадки. А применение системы ЧПУ (англ. CNC) с цифровым управлением электроприводами позволяет выполнять все действия по изготовлению изделия без участия станочника-оператора. По существующей классификации он относится к металлорежущим установкам, но по факту станок по обработке металла — универсальный и может обрабатывать множество других материалов.

Назначение

Технологические особенности токарного оборудования позволяют выполнять на нем лишь некоторые виды механообработки. Поэтому его применяют при изготовлении изделий с цилиндрическими, сферическими и коническими поверхностями, используя при этом обработку точением, а также операции с применением сверл, метчиков, зенкеров и разверток. Точение является основным видом токарных работ и имеет следующие разновидности:

  • наружное обтачивание;
  • внутренняя расточка;
  • подрезка торцов;
  • прорезка канавок;
  • отрезка.

Многофункциональные токарные центры имеют дополнительный фрезерный шпиндель, который позволяет выполнять все виды фрезерных работ. Универсальный токарный станок с ЧПУ по металлу также может оснащаться съемной фрезерной головкой. Чаще всего такие дополнительные механизмы используют на устройствах небольшого размера, примером которых является настольный токарный станок с ЧПУ.

Основные группы изделий, изготавливаемые токаркой — это валы, втулки, плоские тела вращения, части корпусов, фланцы редукторов и эксцентрики. Для крупносерийного изготовления простых деталей применяют прутковые автоматы или специализированные установки. А основное назначение токарных станков с программным управлением — единичное и мелкосерийное производства изделий повышенной сложности.

Конструктивные особенности

Независимо от технических характеристик в состав токарных установок входит примерно один и тот же набор узлов и агрегатов:

  1. Станина. Это сварная или литая конструкция для размещения всех остальных механизмов. Она устанавливается на виброопоры или крепится анкерными болтами к бетонному полу цеха. На станине монтируется передняя бабка и горизонтальные направляющие.
  2. Передняя бабка. Внутри нее находится главный привод, коробка скоростей и шпиндель. Для зажима заготовки используется кулачковый патрон или планшайба, которые крепят на конец шпинделя.
  3. Задняя бабка. Расположена на продольных направляющих напротив передней бабки. Предназначена для фиксации второго конца заготовок или закрепления инструмента для работы с цилиндрическими и коническими отверстиями.
  4. Суппорт. Служит для позиционирования резца или поворотной инструментальной головки. В его состав входят каретка, поперечные салазки, верхние салазки, резцедержатель и механизм, обеспечивающий перемещение этих устройств.

Конструкция токарного станка с ЧПУ

Эти агрегаты дополняют устройства регулировки вращения главного привода и скорости перемещения режущего инструмента. При ручном механическом управлении — это коробка скоростей и коробка подач, а также гитара — сменный набор шестерен для изменения скорости подачи или шага резьбы. В современных установках вместо механических приводов применяют раздельные электроприводы (главный, отдельных осей, дополнительных устройств) с цифровым управлением.

Токарное оборудование комплектуется различными вспомогательными устройствами. Самые распространенные из них — это системы подачи СОЖ и транспортеры стружкоудаления.

Система СОЖ орошает рабочую зону смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ), которая охлаждает обрабатываемый металл и инструмент, а также улучшает условия резания. Транспортеры стружкоудаления отводят металлическую стружку из рабочей зоны и доставляют ее в накопительные контейнеры.

Главное отличие механообработки с использованием ЧПУ от выполнения технологических операций в ручном режиме — это не только программное управление перемещениями и режимами резания, но и полная автоматизация всех вспомогательных операций. Конструкция токарного станка с ЧПУ позволяет управлять не только позиционированием и работой инструмента, но и такими вспомогательными действиями, как:

  • зажим заготовки;
  • позиционирование револьверной головки;
  • включение и выключение системы охлаждения;
  • управление транспортером стружкоудаления;
  • блокировка и разблокировка защитного ограждения.

При разработке CNC-программ применяют программное обеспечение, которое позволяет генерировать последовательность команд для вычисления траектории резца на основании чертежа в электронном формате DXF. Технологу-программисту остается только задать параметры режущей кромки и режимы резания. Большинство современных систем ЧПУ отображают такие чертежи на своем экране, что очень удобно для корректировки программы при ее отладке или пробном изготовлении детали.

Каждый электрик должен знать:  Подключение духовки и варочной панели к одному УЗО на 40А

Принцип работы

Технология токарной обработки включает в себя основные и вспомогательные операции. Первые — это сама металлообработка, а вторые — все, что связано с подготовкой и завершением цикла обработки заготовки. В общем виде их последовательность при точении одной поверхности детали выглядит так:

  1. Базирование заготовки. Выполняется ее загрузка, центровка, необходимые измерения и фиксация зажимными приспособлениями.
  2. Размещение оснастки. При необходимости устанавливается оснастка и приспособления, используемые в процессе работы.
  3. Выбор и фиксация резца. Согласно технологической карте отбирается соответствующий резец и устанавливается в резцедержатель или поворотную инструментальную головку.
  4. Запуск вращения шпинделя. Задается скорость вращения и включается главный привод.
  5. Позиционирование в исходную точку. Резец выводится в точку начала резания и устанавливается на заданном расстоянии от поверхности
  6. Включение подачи. Включается поперечное перемещения резца, которое по достижении заданной глубины точения переключается на продольное.
  7. Рабочий проход. Выполняется проход на заданной глубине со снятием металлической стружки.
  8. Отвод резца. По достижении конца обрабатываемой поверхности продольное перемещение переключается на поперечное, и резец отводится от поверхности.
  9. Новое позиционирование. Резец отводится в исходное положение (или позиционируется для нового прохода).
  10. Измерение. Замеряется геометрия обработанной поверхности.
  11. Снятие детали. Расфиксация детали и снятие ее вручную или с использованием грузоподъемных механизмов.

На основании параметров технологического процесса технолог рассчитывает нормы вспомогательного и основного времени. С учетом этих данных определяются экономические показатели изготовления изделия. Автоматизированная механообработка намного сокращает трудозатраты на единицу продукции и увеличивает коэффициент загрузки оборудования.

Токарные работы на станке с ЧПУ

При токарной обработке с ЧПУ станок выполняет почти все действия по заданной программе, а участие станочника-оператора требуется только при установке и снятии детали и проверке инструмента, а также замере готового изделия (иногда это делается автоматически). Значительное сокращение вспомогательного времени во много раз повышает экономическую эффективность механообработки. Поэтому все современное токарное оборудование с ЧПУ имеет в своем составе:

  • быстрозажимную оснастку для закрепления заготовки;
  • револьверные головки с программным позиционированием;
  • цифровые электроприводы главного привода и всех осей перемещения;
  • программно-управляемые вспомогательные устройства.

Некоторые виды оборудования с автоматизированным управлением могут иметь в своем составе приводной инструмент, противошпиндели, фрезерные и шлифовальные шпиндели, а также устройства для автоматического замера деталей.

Такое оборудование тоже называется «токарным», поскольку в его основе лежит традиционная компоновка. Но на самом деле это уже обрабатывающие центры широкого профиля.

Виды токарных станков с ЧПУ


Токарное оборудование с ЧПУ классифицируются по тем же показателям, что и станки с ручным управлением:

  • ориентация направляющих;
  • класс точности (пять типов);
  • масса (четыре типа);
  • степень специализации (универсальные, специализированные и специальные).

Кроме того, существует технологическая классификация токарных станков с ЧПУ, основанная на компоновке узлов и агрегатов. В этом случае выделяют пять основных групп:

  1. Горизонтальные токарно-револьверные. Самая распространенная группа оборудования с программным управлением. Выпускаются во множестве типоразмеров и модификаций.
  2. Токарно-лобовые станки с ЧПУ. Не имеют задней бабки, а размер планшайбы может достигать нескольких метров. Применяются при работе с крупноразмерными изделиями типа обечаек.
  3. Токарно-карусельные. Планшайба расположена горизонтально, а ее размер может достигать 10-12 метров. Установки с планшайбой более двух метров, как правило, имеют два вертикальных суппорта.
  4. Многошпиндельные. При работе с заготовками используется шпиндельный блок, состоящий из нескольких (обычно 4-6) одновременно вращающихся шпинделей, и такое же количество неподвижных суппортов с разными резцами. Поворотом блока каждая заготовка подводится к очередному суппорту и таким образом за один оборот на ней выполняется четыре-шесть различных видов резания.
  5. Токарно-фрезерные обрабатывающие центры. Многофункциональное оборудование, способное выполнять за одну установку детали весь спектр операций по механообработке.

Отдельная группа в составе токарного оборудования — это малогабаритные станки, которые используются в профессионально-технических учебных заведениях, небольших мастерских, лабораториях и домашними умельцами.

Мини токарный станок ЧПУ по металлу может выполнять все те же операции, что и промышленные установки, но только с меньшими по размеру деталями. Обычно они оснащены системой CNC со стандартным языком программирования G-code, которая управляет перемещением суппорта, а также оборотами главного и вспомогательного привода. Настольный токарный станок с ЧПУ может оснащаться сменной фрезерно-сверлильной головкой, что значительно расширяет область его применения.

Программирование токарного оборудования

Система ЧПУ токарного станка управляет обработкой детали в соответствии с программой, составленной технологом-программистом. Эти программы пишутся на языке G-code (стандарт RS274), разработанном специально для установок, управляемых с помощью числового программного управления.

Программа на G-code состоит из последовательных нумерованных блоков, называемых кадрами. Каждый такой блок содержит набор команд, на основании которых совершается элементарное технологическое действие, например, позиционирование резца в исходную точку или его движение с определенной подачей и оборотами вглубь металла. Перемещение режущей кромки по заданной программе производится в инкрементной системе координат. Это означает, что координаты каждой последующей точки указываются в виде приращения к координатам предыдущей позиции инструмента. И только выход на исходное положение задается в начале программы в абсолютных координатах.

Программирование станков с ЧПУ

Язык G-code включает в себя две группы: G-команды и M-команды.

Первая группа — это подготовительные команды, которые задают:

  • систему координат и рабочую плоскость;
  • точку начала координат;
  • тип движения (ускоренное, рабочее);
  • вид траектории движения (линейное, круговое);
  • координаты позиционирования;
  • значение подачи и оборотов шпинделя;
  • переход к сверлению и нарезанию резьбы;
  • значение коррекции инструмента (по радиусу и по длине).

Группа M-команд — это вспомогательные команды. Они управляют электромеханическими и гидравлическими устройствами, а также выполнят служебные функции внутри программы. Чаще всего применяют следующие M-команды:

  • включение шпинделя и задание ему направления вращения;
  • остановка вращения шпинделя;
  • автоматическая смена инструмента (поворот инструментальной головки);
  • ручная смена инструмента;
  • включение и выключение подачи СОЖ.

Принцип числового программного управления токарным станком

В отличие от фрезерных, в токарных станках вращается не инструмент, а заготовка. Поэтому программирование для их систем CNC имеет некоторые особенности. Во-первых, перемещение в радиальном направлении задается по оси X, а в продольном — по оси Z. Во-вторых, при составлении программ ЧПУ параметры задаются в миллиметрах на оборот, а не в миллиметрах в секунду, как при операциях фрезерования.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

§ 3. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА СТАНКОВ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ .

Использование того или иного вида оборудования зависит от сложности изготовляемой детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок. В единичном производстве при изготовлении деталей очень малыми партиями (1-3 шт.) можно применять для автоматизации станки с преднабором координат и цифровой индикацией. При изготовлении сложных деталей в единичном производстве, а также для автоматизации мелкосерийного производства наиболее эффективно применять станки с ЧПУ. В серийном производстве целесообразно использовать станки как с ЦПУ, так и с ЧПУ. В последнее время в условиях переналаживаемого крупносерийного производства широко используют станки с ЧПУ для изготовления корпусных деталей и деталей типа тел вращения.

В некоторых случаях при изготовлении деталей со сложными профилями использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять и тогда, когда невозможно быстро изготовить оснастку.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

1) производительность станка повышается в 1,5-5 раз по сравнению с аналогичными станками с ручным управлением;

2) сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата, что и позволяет решать вопрос комплексной автоматизации единичного и серийного производства;

3) качественно перевооружается машиностроение на базе современной электроники и вычислительной техники;

4) снижается потребность в квалифицированных рабочих-станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;

5) сокращается время пригоночных работ в процессе сборки, так как детали, изготовленные по одной программе, являются взаимозаменяемыми;

6) сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря централизованной записи программ и более простой и универсальной технологической оснастке;

7) снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.

Номенклатура оборудования с ЧПУ расширяется для всех видов технологических процессов, используемых в машиностроении: раскройно-заготовительных, кузнечно-прессовых, штамповочных, гибочных, токарных, сверлильно-фрезерно-расточных, шлифовальных, электроэрозионных и др. Все выпускаемое оборудование с ПУ, как правило, ориентировано на минимальное участие человека в процессе производства и на обеспечение максимального использования его в гибких производственных системах различного назначения (см. гл. 27 § 2, 3).

Электрооборудование станков. Электропривод и системы ЧПУ. Книги, справочники, каталоги
Электронная библиотека машиностроителя на DVD

В библиотеке собраны справочники, каталоги, техническая литература по металлорежущим станкам, металлообработке, машиностроению

Библиотека предназначена для инженерно-технических работников, конструкторов, технологов, занимающихся проектированием технологий и конструированием и эксплуатацией станков, может быть полезна аспирантам и студентам вузов.

Общий объем библиотеки 220 книги, 2.8 Гб. Книги отсканированы в формате djvu и pdf

Автоматическое управление торможением станочных электроприводов

Петров Л.П. Р. Г. Подзолов, Л. В. Буштян. — М.: Машиностроение, 1978. — 135 с, ил.— (Электроавтоматика станков). Размер: 2,1 МБ

В книге описаны различные способы автоматического управления электрическим торможением наиболее распространенных в станкостроении электроприводов; с асинхронными короткозамкнутыми двигателями для получения быстрой и точной остановки исполнительных механизмов; дан расчет тормозных устройств. Приведены технико-экономические показатели эффективности различных приводов; основное внимание уделено новым способам комбинированного торможения с применением конденсаторов и управляемых вентилей.

Асинхронные двигатели серии 4А

А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевская Год издания: 1982 Кол-во страниц: 504 Формат: .djvu Размер: 1.9 Мб

Аннотация: Приведены основные технические данные асинхронных двигателей серии 4А основного исполнения, с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, многоскоростных и с фазным ротором. Даны сведения, необходимые для расчета пусковых режимов электродвигателей и выбора нагрузок.

Асинхронные двигатели в трехфазном и однофазном режимах

Алиев И.И. Год издания: 2004 Кол-во страниц: 128 Формат: .djvu Размер: 850 Kb

В книге представлены сведения об устройстве и принципе действия трехфазных и однофазных асинхронных двигателей, о расчете характеристик и выборе мощности двигателей при их питании от трехфазной и однофазной сети, о расчете параметров и выборе пусковых и рабочих конденсаторов, о схемах управления и защиты и выборе элементов и схем.

Представлены технические данные о некоторых типах современных асинхронных двигателей, конденсаторов, электрических аппаратов управления и защиты.

Приведены сведения о разработке новейших типов асинхронных энергосберегающих двигателей

Асинхронный электропривод. Учебное пособие, 2003

Томский политехнический университет

В настоящее время электропривод с двигателями переменного тока и управляемыми полупроводниковыми преобразователями частоты занимает лидирующее положение среди других типов регулируемого электропривода. Интенсивному развитию этого направления способствуют значительные успехи в усовершенствовании традиционных и создании новых силовых управляемых полупроводниковых приборов и интегральных схем, развитии цифровых информационных технологий и разнообразных средств микроконтроллерного управления. Асинхронные двигатели наиболее часто применяются в промышленности и на транспорте из-за своей простоты и надёжности. Однако эффективное управление ими представляет собой довольно сложную задачу и требует создания специальных систем управления.

Выбор асинхронных двигателей общего назначения

к.т.н. Е.Г. Акимов (Методические рекомендации)

Комплектные системы управления электроприводами тяжелых металлорежущих станков

Поздеев А.Д. Издательство: Энергия Год: 1980 Страниц: 288 Формат: djvu Размер: 5.69 Мб Качество: нормальное

Рассматриваются вопросы, связанные с электрооборудованием современных тяжелых и уникальных металлорежущих станков. Рассматриваются особенности электрооборудования различных групп станков, типовые электроприводы и схемы автоматики.

Для инженерно-технических работников, занятых проектированием и эксплуатацией электрооборудования тяжелых станков.

Методика программирования станков с ЧПУ на наиболее полном полигоне вспомогательных G-функций

Сосинкин В.Л., Мартынов Г.М. Год издания: — Кол-во страниц: 101 Формат: .pdf Размер: 1.5 Мб

Аннотация: Даны базовые понятия, координатные оси и координатные системы, достаточно подробно описаны G-функции, вспомогательные и специальные функции. Описаны управление шпинделем и компенсация (коррекция) инструмента.

Микропроцессорное управление электроприводами станков с ЧПУ

Э. Л. Тихомиров, В. В. Васильев, Б. Г. Коровин, В. А. Яковлев. — М.: Машиностроение, 1990. — 320 с.: ил.

Рассмотрены структуры микропроцессорных систем управления цифровыми электроприводами (ЦЭП) подач станков, требования к ЦЭП подач, основные методы компенсации нелинейностей и синтеза регуляторов ЦЭП, аппаратные средства микропроцессорного управления и измерительные преобразователи координат ЦЭП, программные средства микропроцессорного управления и комплексной наладки ЦЭП. Приводятся резуль -таты исследований на ЭВМ и экспериментальных исследований микропроцессорных ЦЭП подач станков с ЧПУ.

Для инженерно-технических работников, работающих в области систем ЧПУ и автоматизированного электропривода .

Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования

Петров И. В. Под ред. проф. В. П. Дьяконова. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. — 256 с: ил. — (Серия «Библиотека инженера»)

Описана практика применения промышленных программируемых контроллеров, широко применяющихся для автоматизации производства. Излагаются языки программирования на основе действующего стандарта МЭК 61131-3 и многочисленные примеры подготовки программ для промышленных программируемых контроллеров.

Для специалистов по автоматизации производственных процессов и производственного оборудования, а также для студентов и преподавателей высших технических заведений.

Ремонт электродвигателей

Мандрыкин С.А. Издательство: Энергия Год: 1965 Размер: 1,5 МБ Формат: djvu Качество: хорошее

В брошюре описан ремонт крупных и средних электродвигателей на электростанциях. Указан порядок разборки и сборки электродвигателей и приспособления, облегчающие и ускоряющие эти операции.

Приведены дефекты, выявляемые при ремонте электродвигателей, и последствия несвоевременного устранения дефектов. Приведены нормы на зазоры в подшипниках, между статором и ротором, на вибрацию с указанием, к чему приведет .несоблюдение этих норм. Описаны ремонт и замена подшипников, правка валов, центровка двигателей с приводным механизмом, определение причин вибрации и методы их устранения.

Брошюра рассчитана на электрослесарей и электромонтеров, занимающихся ремонтом и эксплуатацией электродвигателей.

Силовая электроника: от простого к сложному

Семенов Б.Ю. Год издания: 2005 Кол-во страниц: 416 Формат: .djvu Размер: 8.6 Мб

Силовая электроника — стремительно развивающееся направление техники, целью которого является снижение масс и габаритов устройств питания электронной аппаратуры и электродвигателей. Сегодня уже невозможно представить компьютер, видеокамеру, DVD-проигрыватель, телевизор без компактного и надежного импульсного источника. К сожалению, в последние годы наметился острый дефицит литературы на эту тему. Второе издание книги в значительной степени переработано и дополнено. Доступным языком рассказывается об основах проектирования импульсных устройств электропитания, о перспективной элементной базе, особенностях ее применения и оптимальном выборе, приведены практические конструкции. Подробно рассказано о «трудных вопросах» и «подводных камнях» схемотехники. Затронуты также нетрадиционные направления, как, например, создания высокочастотных балластов для ламп Дневного света и электронных корректоров коэффициента мощности.

Системы цифрового управления многокоординатными следящими электроприводами

Гусев Н.В., Букреев В.Г. Год издания: 2007 Кол-во страниц: 213 Формат: .pdf Размер: 4.7 Мб

В пособии приведен обзор концепций систем числового программного управления, характеристики некоторых типов электроприводов ведущих производителей, датчиков перемещения и современных контролеров движения. Представлены основы математического и программного обеспечения для построения инвариантных следящих систем и разработки контроллеров движения. Рассмотрены программная реализация и аппаратное исполнение контроллера движения электроприводами постоянного тока двухкоординатного стола. Приведены имитационные модели и результаты исследований цифро-аналогового следящего электропривода для алгоритмов формирования задающих воздействий при линейной и круговой интерполяции.

Системы числового программного управления

Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Год издания: 2005 Кол-во страниц: 200 Формат: .pdf Размер: 5.48 Мб

Представлены архитектурные решения локальных систем числового программного управления, дан анализ вариантов их интеграции на системном и прикладном уровнях. Рассмотрены особенности новейшего поколения систем ЧПУ. Основное внимание уделено модульному построению однокомпьютерной системы ЧПУ и принципам взаимодействия модулей в рамках открытой архитектуры. Представлены все разделы прикладного программного обеспечения систем ЧПУ. Показано, каким образом понятия предметной области (интерпретатор, интерполятор, языковый процессор и др.) соотносятся с понятиями программирования (объектный тип, атрибут, операция и др.). Охарактеризованы функциональные возможности современных систем ЧПУ.

Современные системы ЧПУ и их эксплуатация

М. А. Босинзон Издательство: Академия Год: 2008 Страниц: 192 Формат: djvu Размер: 3.03 Мб Качество: нормальное Серия или Выпуск: 2-е издание, стереотипное

Приведены общие сведения и характеристики современных устройств ЧПУ, систем управления металлорежущими станками, станочными модулями, автоматизированными участками и автоматизированными производствами. Отражена специфика профессии оператора станков с ЧПУ.

Для учащихся учреждений начального профессионального образования. Может быть полезен станочникам широкого профиля, наладчикам, мастерам, инженерам-конструкторам, технологам и программистам.

Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система

Ловыгин А.А. «Эльф» 2006

Ни для кого не секрет, что на полках отечественных книжных магазинов крайне трудно найти литературу по современным технологиям механической обработки, в частности по программированию оборудования с числовым программным управлением и работе с CAD/САМ системами. В лучшем случае вы обнаружите справочники или учебники, повествующие об уже устаревших металлорежущих станках или о теории автоматизации производства. Бывая в командировках на разных предприятиях, мне пришлось столкнуться с еще большим дефицитом знаний по данной теме и огромным желанием людей научиться работать с ЧПУ и CAD/CAM. Я и мои коллеги посоветовались с потенциальными читателями, сформировали круг вопросов и постарались описать максимально просто и доходчиво конструкцию современного фрезерного станка с ЧПУ, процесс создания управляющей программы и основы работы в CAD/САМ системе. Эту книгу мы адресуем всем, кто хочет быстро разобраться с основами автоматизированного программирования обработки, а так же студентам и выпускникам технических колледжей и ВУЗов, инженерам-технологам, инженерам-конструкторам, операторам и наладчикам станков с ЧПУ, руководителям участков механической обработки. Некоторые технические моменты мы сознательно упростили и обобщили, поскольку считаем, что для начинающего технолога-программиста важнее понять суть работы с ЧПУ, а все тонкости и нюансы, можно изучить непосредственно на производстве, исходя из поставленных задач и собственной любознательности.

Современный электропривод станков с ЧПУ и промышленных роботов

О.П. Михайлов, Р.Т. Орлова, А.В. Пальцев. Под ред. Б.И. Черпакова. — М.: Высш. шк., — 1989. — 111 с: ил

В пособии изложены требования к электроприводам станков и промышленных роботов, дается описание всех основных типов электроприводов, применяемых в ГПС. Большое внимание уделено технической характеристике электродвигателей, используемых для электроприводов.

Книга предназначена для преподавателей и мастеров производственного обучения профессионально-технических училищ.

Современный электропривод станков с ЧПУ и промышленных роботов

Черпаков Б.И., 1989 г.

В пособии изложены требования к электроприводам станков и промышленных роботов, дается описание всех основных типов электроприводов, применяемых в ГПС. Большое внимание уделено технической характеристике электродвигателей, используемых для электроприводов. Книга предназначена для преподавателей и мастеров производственного обучения профессионально-технических училищ.

Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов

Башарин А.В. и др. Издательство: Энергоиздат Год: 1982 Размер: 4,8 МБ Формат: djvu Качество: среднее

Рассмотрены принципы построения автоматических систем управления электроприводами Дано математическое описание двигателей, преобразователей к других типовых узлов как элементов АСУ Рассмотрены типовые системы стабилизации скорости, программные и следящие системы управления электроприводом, а также системы регулирования тока, момента и других параметров Изложены методы расчета в освещены вопросы машинного проектирования систем управления электроприводом.

Книга предназначена в качестве учебного пособия для студентов специальности «Электропривод и автоматизация промышленных установок». Она может быть полезна студентам других специальностей, а также инженерам и научным сотрудникам, занятым разработкой, исследованием и эксплуатацией АСУ электропривода кн.

Типовые расчеты по электрооборудованию

Дьяков В.А. Год издания: 1991 Кол-во страниц: 160 Формат: .djvu Размер: 1.6 Мб

Даны практические расчеты по электрооборудованию, приведены теоретические сведения, методика расчета, расчетные примеры и важнейшие справочные данные. Седьмое издание (6-е в 1985 г.) дополнено сведениями о стабилизаторах, фильтрах и др.

Тиристорный преобразователь КЕМРОН. Техническое описание

Кол-во страниц: 38 Формат: .pdf Размер: 2.2 Мб

Аннотация: В техническом описании приводятся: комплектность электропривода, условия работы, технические данные, конструкция, устройство и принцип работы, электрический монтаж, приведены принципиальные электрические схемы и графики.

Числовое управление в производстве

Хайнц Петцольд Год издания: 1984 Кол-во страниц: 45 Формат: .djvu Размер: 0.78 Мб

Целью данного учебного пособия является последовательное ознакомление начинающего квалифицированного рабочего с комплексной темой «Техника числового управления» и оказание помощи в применении на практике приобретенных теоретических знаний.

Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления

Кенно Т. Год издания: 1987 Кол-во страниц: 200 Формат: .djvu Размер: 2.7 Мб

Рассмотрены вопросы анализа электромагнитных процессов в шаговых двигателях различного типа, приведено большое количество конструктивных решений. Значительное внимание уделено микропроцессорным системам управления, алгоритмам их работы и схемной реализации систем управления. Приведены примеры применения шаговых двигателей с микропроцессорным управлением.

Электрооборудование координатно-расточных и резьбошлифовальных станков

Бернштейн-Коган В. С, Драницкий Л. В., Кузнецова Т. А. Б 51., М., «Энергия», 1969.

В брошюре описаны схемы, особенности обслуживания и ремонта электрооборудования координатно-расточных и резьбошлифовальных станков, выпускаемых Московским заводом координатно-расточных станков

Особое внимание уделено станкам, выпускаемым крупными сериями. Приводятся схемы характерных электроприводов и систем управления станков. Указываются наиболее часто встречающиеся неисправности, методы их обнаружения и устранения.

Брошюра предназначена для электромонтеров, бригадиров и наладчиков, обслуживающих прецизионные станки.

Электроприводы подач станков с ЧПУ

Чернов Е.А., Кузьмин В.П., Синичкин С.Г./Справочное пособие. -Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1986. -271с.:ил. Формат: djvu Размер: 17.78 Мб Качество: cреднее

Справочное пособие посвящено описанию принципов работы и изложению методик наладки наиболее распространенных в станкостроении приводов: «Кемрон», «БТУ 3601», «Мезоматик» и пр.

Книга рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, наладкой и эксплуатацией электрооборудования станков с ЧПУ, электриков-наладчиков промышленных предприятий, а также студентов специализирующихся в области электропривода.

Электрооборудование современных металлорежущих станков и обрабатывающих комплексов

Игнатов В.А. и др. Издательство: Высшая школа Год: 1991 Страниц: 94 Формат: djvu Размер: 3.07 Мб ISBN: 5-06-001881-4 Качество: нормальное

Приведены сведения об автоматизированном электроприводе, различных двигателях, аппаратуре релейно-контактного и бесконтактного управления, зашиты и автоматики станков; рассмотрены вопросы программного управления станками от ЭВМ; даны сведения о монтаже, наладке и эксплуатации различного электрооборудования, а также о мерах безопасности при его обслуживании. Учебник может быть использован для профессионального обучения рабочих на производстве.

1.Общие сведения о системах управления и станках с чпу

Под управлением станком принято понимать совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающих выполнение этими механизмами технологического цикла обработки, а под системой управления — устройство или совокупность устройств, реализующие эти воздействия.

Ручное управление основывается на том, что решение об использовании тех или иных элементов рабочего цикла принимает человек – оператор станка. Оператор на основании принятых решений включает соответствующие механизмы станка и задает параметры их работы.

Операции ручного управления осуществляются как в неавтоматических универсальных и специализированных станках разного назначения, так и в автоматических станках. В автоматических станках ручное управление используется для реализации наладочных режимов и специальных элементов рабочего цикла.

В автоматических станках ручное управление часто сочетается с цифровой индикацией информации, поступающей от датчиков положения исполнительных органов.

Автоматическое управление заключается в том, что решения об использовании элементов рабочего цикла принимает система управления без участия оператора. Она же выдает команды на включение и выключение механизмов станка и управляет его работой.

Циклом обработки называют совокупность перемещения рабочих органов, повторяющихся при обработке каждой заготовки. Комплекс перемещений рабочих органов в цикле работы станка осуществляется в определенной последовательности, т. е. по программе.

Управляющая программа – это совокупность команд, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки.

Алгоритмом называют способ достижения цели (решения задачи) с однозначным описанием процедуры его выполнения.

По функциональному назначению автоматическое управление можно разделить следующим образом:

управление неизменными повторяющимися циклами обработки (например, управление агрегатными станками, выполняющими фрезерные, сверлильные, расточные и резьбонарезные операции путем осуществления циклов движения многошпиндельных силовых головок);

управление изменяемыми автоматическими циклами, которые задают в виде индивидуальных для каждого цикла материальных моделей-аналогов (копиров, наборов кулачков, системы упоров и т. д.) Примером циклового управления станков (ЦПУ) являются системы управления копировальных токарных и фрезерных станков, многошпиндельных токарных автоматов и др.;

ЧПУ, при котором программу задают в виде записанного на том или ином носителе массива информации. Управляющая информация для станков с ЧПУ является дискретной, и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами.

Цикловое программное управление (ЦПУ)

Система циклового программного управления (ЦПУ) позволят частично или полностью программировать цикл работы станка, режим обработки и смену инструмента, а также задавать (с помощью предварительного налаживания упоров) величину перемещений исполнительных органов станка. Она является аналоговой системой управления замкнутого типа (рисунок 1) и обладает достаточно высокой гибкостью, т. е. обеспечивает легкое изменение последовательности включения аппаратуры (электрической, гидравлической, пневматической и т. д.), управляющей элементами цикла.

Рисунок 1 – Устройство циклового программного управления

Программатор циклов содержит блок 1 задания программы и блок 2 поэтапного ее ввода (этапом программы называют часть программы, одновременно вводимую в систему управления). Из блока 1 информация поступает в схему автоматики, состоящую из блока 3 управления циклом работы станка и блока 4 преобразования сигналов контроля. Схема автоматики (которую, как правило, выполняют на электромагнитных реле) согласует работу программатора циклов с исполнительными органами станка и датчиком обратной связи; усиливает и размножает команды; может выполнять ряд логических функций (например, обеспечивать выполнение стандартных циклов). Из блока 3 сигнал поступает в исполнительное устройство, обеспечивающее отработку заданных программой команд и включающее в себя исполнительные элементы 5 (приводы исполнительных органов станка, электромагниты, муфты и т. д.). Последние отрабатывают этап программы. Датчик 7 контролирует окончание обработки и через блок 4 дает команду блоку 2 на включение следующего этапа программы. Датчик 7 контролирует окончание обработки и через блок 4 дает команду блоку 2 на включение следующего этапа программы. Для контроля окончания этапа программы часто используют путевые переключатели или реле времени.

В устройствах циклового управления в числовом виде программа содержит информацию только о цикле режимах обработки, а величину перемещения рабочих органов задают настройкой упоров.

Достоинствами системы ЦПУ являются простота конструкции и обслуживания, а также низкая стоимость; недостатком – трудоемкость размерной наладки упоров и кулачков.

Станки с ЦПУ целесообразно применять в условиях серийного, крупносерийного и массового производства деталей простых геометрических форм. Системами ЦПУ оснащают токарно-револьверные, токарно-фрезерные, вертикально-сверлильные станки, агрегатные станки, промышленные роботы (ПР) и др.

Система ЦПУ (рисунок 2) включает в себя программатор циклов, схему автоматики, исполнительное устройство и устройство обратной связи. Собственно устройство ЦПУ состоит из программатора циклов и схемы автоматики.

Числовое программное управление (ЧПУ)

На основе достижений кибернетики, электроники, вычислительной техники и приборостроения были разработаны принципиально новые системы программного управления – системы ЧПУ, широко используемые в станкостроении. В этих системах величина каждого хода исполнительного органа станка задается с помощью числа. Каждой единице информации соответствует дискретное перемещение исполнительного органа на определенную величину, называемую разрешающей способностью системы ЧПУ или ценой импульса. В определенных пределах исполнительный орган можно переместить на любую величину, кратную разрешающей способности. Число импульсов, которое нужно подать на вход привода, чтобы осуществить требуемое перемещение L, определяется по формуле N = L/ q, где q – цена импульса. Число N, записанное в определенной системе кодирования на носителе информации (перфоленте, магнитной ленте и др.), является программой, определяющей величину размерной информации.

Под ЧПУ станком понимают управление (по программе, заданной в алфавитно-цифровом коде) движением исполнительных органов станка, скоростью их перемещения, последовательностью цикла обработки, режимом резания и различными вспомогательными функциями.

Система ЧПУ – это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для реализации ЧПУ станком. Устройство ЧПУ (УЧПУ) – часть системы ЧПУ, предназначенная для выдачи управляющих воздействий исполнительным органом станка в соответствии с управляющей программой (УП).

Структурная схема системы ЧПУ представлена на рисунке 3.

Чертеж детали (ЧД), подлежащей обработке на станке с ЧПУ, одновременно поступает в систему подготовки программы (СПП) и систему технологической подготовки (СТП). СТП обеспечивает СПП данными о разрабатываемом технологическом процессе, режиме резания и т. д. На основании этих данных разрабатывается управляющая программа (УП). Наладчики устанавливают на станок приспособления, режущие инструменты согласно документации, разработанной в СТП. Установку заготовки и снятие готовой детали осуществляет оператор или автоматический загрузчик. Считывающее устройство (СУ) считывает информацию с программоносителя. Информация поступает в УЧПУ, оно выдает управляющие команды на целевые механизмы (ЦМ) станка, осуществляющие основные и вспомогательные движения обработки. Датчики обратной связи (ДОС) на основе информации (фактические положения и скорость перемещения исполнительных узлов, фактический размер обрабатываемой поверхности, тепловые и силовые параметры технологической системы и др.) контролируют величину перемещения ЦМ. Станок содержит несколько ЦМ, каждый из которых включает в себя: двигатель (ДВ), являющийся источником энергии; передачу П, служащую для преобразования энергии и ее передачи от двигателя к исполнительному органу (ИО); собственно ИО (стол, салазки, суппорт, шпиндель и т. д.), выполняющий координатные перемещения цикла.

Рисунок 3 – Структурная схема системы ЧПУ

Универсальные системы ЧПУ предоставляют пользователю и оператору большие возможности. Они могут быть приспособлены путем программирования к широкому классу объектов, в том числе к разным станкам; обеспечивают при этом все виды интерполяции – линейную, круговую, параболическую и др., а также подготовку и отладку управляющей программы непосредственно у станка в диалоговом режиме. Управляющая программа может храниться в памяти и считываться из нее в процессе обработки, что в ряде случаев позволяет обойтись без предварительного ввода программы путем ее считывания с программоносителя. Системы ЧПУ имеют широкие возможности по редактированию программы, дают возможность автоматической коррекции (из памяти) без использования корректоров пульта. Следует отметить наличие специальных программ диагностики для проверки работы узлов с целью выявления источников неисправности, также возможность сохранения в памяти информации о систематических погрешностях кинематических цепей и исключения или компенсации этих погрешностей при воспроизведении заданного профиля; возможность введения в систему ограничений на зону обработки во избежание брака или поломки станка; возврат в любую точку, в которой был прерван процесс обработки. Универсальные системы ЧПУ работают в линейных и полярных координатах, обеспечивая преобразование координатных осей, например при использовании на горизонтально-фрезерных станках программ, составленных для вертикально-фрезерных станков.

Основным режимом работы устройства ЧПУ — автоматический режим. В процессе автоматической обработки управляющей программы решается широкий круг задач разного уровня сложности: опрос кнопок пульта оператора; распределение и выдача данных для индикации на пульте оператора; вычисление текущего положения по координатам и выдача информации на пульт оператора; расчет циклов обработки; расчет смещения эквидистанты; введение коррекции; компенсация погрешностей; опрос датчиков электроавтоматики; опрос сигналов готовности устройств ввода — вывода; интерполяция; расчет скорости; расчет режимов разгона-торможения; опрос датчиков обратной связи; выдача управляющих воздействий на технологическое оборудование; анализ текущего времени; контроль времени отработки управляющей программы; анализ выполнения программы, содержащейся в данном кадре; подготовка исходной информации для обработки следующего кадра.

Система ЧПУ может видоизменяться в зависимости от вида программоносителя, способа кодирования информации в УП и метода ее передачи в систему ЧПУ.

Числовое программное управление (ЧПУ) – это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком – либо носителе массива информации. Управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами. Управление технологическими циклами практически повсеместно осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров, реализуемых на основе принципов цифровых электронных вычислительных устройств.


Программируемый контроллер (ПК) – это устройство управления электроавтоматикой станка с помощью определенных алгоритмов, реализованных программой, хранящейся в памяти устройства. Программируемый контроллер (командоаппарат) может либо применяться автономно в системе ЦПУ, либо входить в состав общей системы управления (например, системы управления гибкого производственного модуля (ГПМ)), а также применяться для управления оборудованием автоматических линий и др. Структурная схема приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Структурная схема программируемого контроллера:

1 – процессор; 2 – таймер и счетчики; 3 – перепрограммируемая память; 4 – оперативная память (ОЗУ); 5 – общая шина связи блоков; 6 – блок связи с устройством ЧПУ или ЭВМ; 7 – блок подключения пульта для программирования; 8 – модули ввода; 9 – коммутатор ввода – вывода; 10 – модули вывода; 11 – пульт программирования с клавиатурой и дисплеем.

Большинство программируемых контролеров имеют модульную конструкцию, в состав которой входят источник питания, процессорный блок и программируемая память, а также различные модули входов / выходов. Модули ввода (входные модули) формируют сигналы, поступающие от разных периферийных устройств (конечных выключателей, электрических аппаратов, тепловых реле и т. п.). Сигналы, поступающие на вход, имеют, как правило, два уровня «О» и»1». Модули вывода (выходные модули) подают сигналы на управляемые исполнительные устройства электроавтоматики станка (контакторы, пускатели, электромагниты, сигнальные лампы, электромагнитные муфты и т. д.). При выходном сигнале «1» соответствующее устройство получает команду на включение, а при выходном сигнале «О» — на выключение.

Процессор с памятью решает логические задачи управления модулями вывода на основании информации, поступающей на модули ввода, и алгоритмов управления, введенных в память. Таймеры настраивают на обеспечение выдержек времени в соответствии с циклами работы ПК. Счетчики также решают задачи реализации цикла работы ПК.

Ввод программы в память процессора и ее отладка выполняются с помощью специального переносно пульта, временно подключаемого к ПК. Этим пультом, представляющим собой устройство записи программы, можно обслуживать поочередно несколько ПК. В процессе записи программы на дисплее пульта отображается текущее состояние управляемого объекта в релейных символах ли условных обозначениях. Ввод программы может также осуществляться через блок связи с устройством ЧПУ или ЭВМ.

Всю программу, хранящуюся в памяти, можно разбить на две части: основную, представляющую собой алгоритм управления объектом, и служебную, обеспечивающую обмен информацией между ПК и управляемым объектом. Обмен информацией между ПК и управляемым объектом состоит в опросе входов (получение информации из управляемого объекта) и переключения выходов (выдача управляющего воздействия в управляемый объект). В соответствии с этим служебная часть программы состоит их двух этапов: опроса входов и переключения выходов.

В программируемых контролерах используют различные типы памяти, в которой хранится программа электроавтоматики станка: электрическую перепрограммируемую энергонезависимую память; оперативную память со свободным доступом; стираемую ультрафиолетовым излучением и электрически перепрограммируемую.

Программируемый контроль имеет систему диагностики: входов / выходов, ошибки в работе процессора, памяти, батареи, связи и других элементов. Для упрощения поиска неисправности современные интеллектуальные модули имеют самодиагностику.

Программируемый логический контроллер (ПЛК) – это микропроцессорная система, предназначенная для реализации алгоритмов логического управления. Контроллер предназначен для замены релейно-контактных схем, собранных на дискретных компонентах – реле, счетчиках, таймерах, элементах жесткой логики.

Современный ПЛК может обрабатывать дискретные и аналоговые сигналы, управлять клапанами, шаговым двигателями, сервоприводами, преобразователями частоты, осуществлять регулирование.

Высокие эксплуатационные характеристики делают целесообразным применение ПЛК везде, где требуется логическая обработка сигналов от датчиков. Применение ПЛК обеспечивает высокую надежность работы оборудования; простое обслуживание устройств управления; ускоренные монтаж и наладка оборудования; быстрое обновление алгоритмов управления (в том числе и на работающем оборудовании).

Кроме прямых выгод от применения ПЛК, обусловленных низкой ценой и высокой надежностью, есть и косвенные: появляется возможность реализовать дополнительные функции, не усложняя и не увеличивая стоимости готовой продукции, которые помогут полнее реализовать возможности оборудования. Большой ассортимент ПЛК дает возможность находить оптимальные решения, как для несложных задач, так и для комплексной автоматизации производства.

Программа работы исполнительных органов станка задается с помощью программоносителя.

Программоноситель – это носитель данных, на котором записана управляющая программа.

Программоноситель может содержать как геометрическую, так и технологическую информацию. Технологическая информация обеспечивает определенный цикл работы станка, содержит данные о последовательности ввода в работу различных инструментов, об изменении режима резания и включении смазочно-охлаждающей жидкости и т.д., а геометрическая – характеризует форму, размеры элементов обрабатываемой заготовки и инструмента и их взаимное положение в пространстве.

Наиболее распространенными программоносителями являются:

перфокарта — изготавливается из картона, имеет форму прямоугольника, один конец которого срезан для ориентации при установке карты в считывающее устройство. Программа записывается пробивкой отверстий на месте соответствующих цифр.

восьмидорожечные перфоленты (рисунок 5) шириной 25,4 мм. Транспортная дорожка 1, служит для перемещения ленты (с помощью барабана) в считывающем устройстве. Рабочие отверстия 2, несущие информацию, пробивают на специальном устройстве, называемом перфоратором. Информацию на перфоленту наносят кадрами, каждый из которых является составной частью УП. В кадре можно записать только такой набор команд, при котором каждому исполнительному органу станка задается не более одной команды (например, в одном кадре нельзя задать движение ИО как вправо, так и влево);

Рисунок 5 — Восьмидорожечная перфолента

1 – кодовые дорожки; 2 – кромка базовая; 3 – номер кодовой дорожки; 4 – порядковый номер бита в кодовой комбинации

магнитная лента – двухслойная композиция, состоящая из пластмассовой основы и рабочего слоя из порошкового ферромагнитного материала. Информация на магнитную ленту записывается в виде магнитных штрихов, наносимых вдоль ленты и располагаемых в кадре УП с определенным шагом, соответствующим заданной скорости ИО. При считывании УП магнитные штрихи преобразуются в управляющие импульсы. Каждому штриху соответствует один импульс. Каждому импульсу соответствует определенное (дискретное) перемещение ИО; длина этого перемещения определяется числом импульсов, содержащихся в кадре магнитной ленты. Такая запись команд на перемещение ИО называется декодированной.

Декодирование осуществляется с помощью интерполятора, который преобразует вводимую в него (на перфоленте или от ЭВМ) кодированную геометрическую информацию о контуре обрабатываемой детали в последовательность управляющих импульсов, соответствующих элементарным перемещениям ИО. Запись декодированной программы на магнитную ленту производят на специальном устройстве, включающем в себя: интерполирующее устройство с выходом, предназначенным для записи; лентопротяжный механизм с магнитными головками для стирания, записи и воспроизведения.

Информацию в декодированном виде записывают, как правило, на магнитную ленту, а в кодированном – на перфоленту или перфокарту. Магнитные ленты применяют в токарных станках с шаговыми двигателями, которым необходим декодированный вид программы.

Интерполяция – это отработка программы движения рабочего органа (инструмента), по контуру обрабатываемой поверхности детали, последовательно отдельными участками (кадрами).

Интерполятор – блок УЧПУ, ответственный за вычисление координат промежуточных точек траектории, которую должен пройти инструмент между точками, заданными в УП. Интерполятор имеет в качестве исходных данных команду УП перемещения инструмента от начальной до конечной точки по контуру в виде отрезка прямой, дуги окружности и т. п.

Каждый электрик должен знать:  Почему возникает самоход счетчика

Для обеспечения точности воспроизведения траектории порядка 1 мкм (точность датчиков положения и точность позиционирования суппорта составляют порядка 1 мкм) интерполятор выдает управляющие импульсы каждые 5…10 мс, что требует от него высокого быстродействия.

С целью упрощения алгоритма работы интерполятора заданные криволинейный контур формируется обычно из отрезков прямых линий или из дуг окружностей, причем часто шаги перемещений по разным осям координат выполняются неодновременно, а поочередно. Тем не менее за счет высокой частоты выдачи управляющих воздействий и инерционности механических узлов привода происходит сглаживание ломанной траектории до плавного криволинейного контура.

Интерполятор, входящий в систему ЧПУ, выполняет следующие функции:

на основе численных параметров участка обрабатываемого контура (координат начальной и конечной точек прямой, величины радиуса дуги и т. д.), заданных УП, рассчитывает (с определенной дискретностью) координаты промежуточных точек этого участка контура;

вырабатывает управляющие электрические импульсы, последовательность которых соответствует перемещению (с требуемой скоростью) исполнительного органа станка по траектории, проходящей через эти точки.

В системах ЧПУ применяют в основном линейные и линейно-круговые интерполяторы; первые обеспечивают перемещение инструмента между соседними опорными точками по прямым линиям, расположенным под любым углом, а вторые — как по прямым линиям, так и по дугам окружностей.

Линейная интерполяция – участки между дискретными координатами представляются прямой линией, расположенной в пространстве в соответствии с траекторией движения режущего инструмента.

Круговая интерполяция – предусматривает представление участка контура обработки в виде дуги соответствующего радиуса. Возможности устройств ЧПУ позволяют обеспечить интерполяцию путем описания участка контура сложным алгебраическим уравнением.

Винтовая интерполяция – винтовая линия складывается из двух видов движений: кругового в одной плоскости и линейного перпендикулярно этой плоскости. В данном случае может программироваться или подача кругового движения, или линейная подача трех используемых координат (осей) станка.

Важнейшей технической характеристикой системы ЧПУ является ее разрешающая способность или дискретность.

Дискретность – это минимально возможная величина перемещения (линейного или углового) исполнительного органа станка, соответствующая одному управляющему импульсу.

Большинство современных систем ЧПУ имеют дискретность 0,01 мм/импульс. Осваиваются в производстве системы с дискретностью 0,001 мм/импульс.

Система ЧПУ практически вытесняют другие типы систем управления.

Классификация систем ЧПУ

По технологическим возможностям и характеру движения рабочих органов системы ЧПУ подразделяют на три группы:

Позиционные системы обеспечивают прямолинейное перемещение исполнительного органа станка по одной или двум координатам. Перемещение ИО из позиции в позицию осуществляется с максимальной скоростью, а его подход к заданной позиции – с минимальной («ползучей») скоростью. Такими системами ЧПУ оснащены сверлильные и координатно-расточные станки.

Контурные системы предназначены для выполнения рабочих перемещений по определенной траектории с заданной скоростью согласно программе обработки. Системы ЧПУ, обеспечивающие прямоугольное, прямолинейное и криволинейное формообразование, относятся к контурным (непрерывным) системам, так как они позволяют обработать деталь по контуру. В системах ЧПУ с прямоугольным формообразованием ИО станка перемещается по координатным осям поочередно, поэтому траектория инструмента имеет ступенчатый вид, а каждый элемент этой траектории параллелен координатным осям. Число управляемых координат в таких системах достигает 5, а число одновременно управляемых координат 4. В системах ЧПУ с прямолинейным формообразованием различают движение инструмента при резании по двум координатным осям (X и Y). В данных системах используется двухкоординатный интерполятор, выдающий управляющие импульсы сразу на два привода подач. Общее число управляемых координат 2–5. Системы ЧПУ с криволинейным формообразованием позволяют управлять обработкой плоских и объемных деталей, содержащих участки со сложными криволинейными контурами. Контурные системы ЧПУ имеют шаговый двигатель. Такими системами оснащаются токарные, фрезерные, расточные станки.

Комбинированные системы (универсальные) обладают особенностями как позиционных, так и контурных систем и наиболее типичны для многоцелевых станков (сверлильно-фрезерно-расточных).

В станках с системами ЧПУ, управление осуществляется от программоносителя, на котором в числовом виде, занесена геометрическая и технологическая информация.

В отдельную группу выделяют станки с цифровой индикацией и преднабором координат. В этих станках имеется электронное устройство для задания координат нужных точек (преднабор координат) и крестовый стол, снабженный датчиками положения, который дает команды на перемещение до необходимой позиции. При этом на экране высвечивается каждое текущее положение стола (цифровая индикация). В таких станках можно применять преднабор координат или цифровую индикацию; исходную программу работы задает станочник.

В моделях станков с ПУ для обозначения степени автоматизации добавляется буква Ф с цифрой:

Ф 1 – станки с цифровой индикацией и преднабором координат;

Ф 2 – станки с прямоугольными и позиционными системами ЧПУ;

Ф 3 – станки с контурными прямолинейными и криволинейными системами ЧПУ;

Ф 4 – станки с универсальной системой ЧПУ для позиционно — контурной обработки.

Кроме того, к обозначению модели станка с ЧПУ могут прибавляться приставки С1, С2, С3, С4 и С5, что указывает на различные модели систем ЧПУ, применяемых в станках, а также на различные технологические возможности станков. Например, станок модели 16К20Ф3С1 оснащен системой ЧПУ «Контур 2ПТ-71», станок модели 16К20Ф3С4 – системой ЧПУ ЭМ907 и т. д.

Для станков с цикловыми системами ПУ в обозначении модели введен индекс Ц, с оперативными системамииндекс Т (например, 16К20Т1). ЧПУ обеспечивает управление движение рабочих органов станка и скоростью их перемещения при формообразовании, а также последовательностью цикла обработки, режима резанья, различными вспомогательными функциями.

Для характеристики станков с ЧПУ используют следующие показатели:

Класс точности: Н – нормальной точности, П – повышенной точности, В – высокой точности, А – особо высокой точности, С – сверхвысокой точности (мастер-станки);

Технологические операции, выполняемые на станке: точение, сверление, фрезерование, шлифование и т. д.;

Основные параметры станка: для патронных станков – наибольший диаметр устанавливаемого изделия над станиной; для центровых и патронных станков – наибольший диаметр обрабатываемого изделия над суппортом; для прутково-токарных станков – наибольший диаметр обрабатываемого прутка; для фрезерно-расточных станков – габаритные размеры (длина, ширина) рабочей поверхности стола, диаметр рабочей поверхности круглого поворотного стола; для сверлильных станков – наибольший диаметр сверления, диаметр выдвигаемого шпинделя и т. д.;

Величины перемещений рабочих органов станка – суппорта по двум координатам, стола по двум координатам, шпиндельного узла по линейной и угловой координатам и т. д.;

Величина дискретности (цена деления) минимальное задание перемещения по программе (шаг);

Точность и повторяемость позиционирования по управляемым координатам;

Привод главного движения – тип, номинальное и максимальное значения мощности, пределы скоростей вращения шпинделя (ступенчатое или бесступенчатое), число рабочих скоростей, число автоматически переключаемых скоростей;

Привод подачи станка – координата, тип, номинальный и максимальный моменты, пределы скоростей рабочих подач и число скоростей рабочих подач, скорость быстрого перемещения;

Число инструментов – в резцедержателе, револьверной головке, инструментальном магазине;

Вид смены инструмента – автоматический, ручной;

Габаритные размеры станка и его масса.

По способу подготовки и ввода управляющей программы различают:

оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки);

адаптивные системы, для которых управляющая программа готовится, независимо от места обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной техники, входящих в состав системы ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную или с помощью системы автоматизации программирования.)

По уровню технических возможностей в международной практике приняты следующие обозначения числовых систем программного управления:

NC (Computer Numerical Control) — ЧПУ;

HNC (Hand Numerical Control) – разновидность устройства ЧПУ с заданием программы обработки оператором с пульта с помощью клавиш, переключателей и т. д.;

SNC (Speiher Numerical Control) – устройство ЧПУ, имеющее память для хранения всей управляющей программы (программа хранится во внутренней памяти);

CNC – устройство ЧПУ позволяет управлять одним станком с ЧПУ; устройство соответствует структуре управляющей мини – ЭВМ или процессора; расширяет функциональные возможности программного управления, появляется возможность хранения УП и ее редактирование на рабочем месте, диалоговое общение с оператором, широкие возможности коррекции, возможность изменения программы при ее эксплуатации и др.;

DNC (Direct Numerical Control)– системы более высокого уровня, обеспечивающие: управление сразу группой станков от общей ЭВМ; хранение в памяти весьма значительного количества программ; взаимодействие со вспомогательными системами ГПС (транспортирования, складирования); выбор времени начала обработки той или иной детали; учет времени работы и простоев оборудования и т. д.

По числу потоков информации системы ЧПУ делятся на замкнутые, разомкнутые и адаптивные.

Разомкнутые системы характеризуются наличием одного потока информации, поступающего со считывающего устройства к исполнительному органу станка. В механизмах таких систем используют шаговые двигатели. Он является задающим устройством, сигналы которого усиливаются различными способами, например, с помощью гидроусилителя моментов, вал которого связан с ходовым винтом привода подач. В разомкнутой системе нет датчика обратной связи и поэтому отсутствует информация о действительном положении исполнительных органов станка.

Замкнутые системы ЧПУ характеризуются двумя потоками информации – от считывающего устройства и от датчика обратной связи по пути. В этих системах рассогласование между заданными и действительными величинами перемещений исполнительных органов устраняется благодаря наличию обратной связи.

Адаптивные системы ЧПУ характеризуются тремя потоками информации: 1) от считывающего устройства; 2) от датчика обратной связи по пути; 3) от датчиков, установленных на станке и контролирующих процесс обработки по таким параметрам, как износ режущего инструмента, изменение сил резания и трения, колебания припуска и твердости материала обрабатываемой заготовки и др. Такие программы позволяют корректировать программу обработки с учетом реальных условий резания.

Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовляемой детали и серийности производства. Чем меньше серийность производство, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять и в случае, если не возможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ – это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80…90% трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

производительность станка повышается в 1,5….2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением;

сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка – автомата;

снижается потребность в квалифицированных рабочих – станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;

детали, изготовленные по одной программе. Являются взаимозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в процессе сборки;

сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей, благодаря предварительной подготовки программ, более простой и универсальной технологической оснастки;

снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас не завершенного производства.

Что такое программное управление станками? Какие виды ПУ станками вы знаете?

Что обозначают станки с ЦПУ?

Что такое система ЧПУ станком? Какие системы ЧПУ вы знаете?

В чем заключается принципиальная особенность станков с ЧПУ?

Перечислите основные преимущества применения станков с ЧПУ?

Оси координат и структуры движений станков с ЧПУ

Для всех станков ЧПУ применяют единую систему обозначений координат, рекомендованную стандартом ISO – R841: 1974. Координатами обозначают положение оси вращения шпинделя станка или заготовки, а также прямолинейные или круговые движения подачи инструмента или заготовки. При этом обозначение осей координат и направление движений в станках устанавливают так, чтобы программирование операций обработки не зависело от того, перемещается инструмент либо заготовка или нет. За основу принимается перемещение инструмента относительно системы координат неподвижной заготовки.

Стандартная система координат представляет собой правую прямоугольную систему, связанную с заготовкой, оси которой параллельны прямолинейным направляющим станка.

Все прямолинейные перемещения рассматриваются в системе координат X, Y, Z. Круговое движение по отношению к каждой из координатных осей обозначают прописными буквами латинского алфавита: А, В, С (рисунок 6). Во всех станках ось Z совпадает с осью шпинделя главного движения, т. е. шпинделя, вращающего инструмент (в станках сверильно-фрезерно-расточной группы), или шпинделя, вращающего заготовку (в станках токарной группы). При наличии нескольких шпинделей в качестве основного выбирают шпиндель перпендикулярный к рабочей поверхности стола, на котором крепится заготовка.

Рисунок 6 — Стандартная система координат в станках с ЧПУ

Движение по оси Z в положительном направлении должно соответствовать направлению отвода инструмента от заготовки. На сверлильных и расточных станках обработка происходит при перемещении инструмента в отрицательном направлении по оси Z.

Ось X должна располагаться предпочтительно горизонтально и параллельно поверхности крепления заготовки. На станках с вращающейся заготовкой (токарные) движение по оси X направлено по радиусу заготовки и параллельно поперечным направляющим. Положительное движение по оси X происходит, когда инструмент, установленный в главном резцедержателе поперечных салазок, отходит от оси вращения заготовки.

На станках с вращающимся инструментом (фрезерные, сверлильные) при горизонтальном расположении оси Z положительное перемещение по оси X направлено вправо, если смотреть от основного инструментального шпинделя в сторону изделия. При вертикальном расположении оси Z положительное перемещение по оси X вправо для одностоечных станков, а для двухстоечных – от основного инструментального шпинделя на левую стойку.

Положительное направление по оси Y следует выбирать так, чтобы ось Y вместе с осями Z и X образовала правую прямоугольную систему координат. Для этого использую правило правой руки: большой палец – ось X, указательный – ось Y, средний — ось Z (рисунок).

Если дополнительно к основным (первичным) прямолинейным движениям по осям X, Y и Z имеются вторичные движения, параллельные им, то они обозначаются соответственно U, V, W. В случае, если имеются третичные движения, их обозначают P, Q и R.

Первичные, вторичные и третичные движения рабочих органов станка определяются в зависимости от удаленности этих органов от основного шпинделя.

Вторичные вращательные движения, параллельные или не параллельные осям А, В и С, обозначаются D или E.

Способы и начало отсчета координат

При настройке станка с ЧПУ каждый исполнительный орган устанавливается в некоторое исходное положение, из которого он перемещается при обработке заготовки на строго определенные расстояния. Благодаря этому инструмент проходит через заданные опорные точки траектории. Величины и направления перемещений исполнительного органа из одного положения в другое задаются в УП и могут выполняться на станке по-разному в зависимости от конструкции станка и системы ЧПУ. В современных станках с ЧПУ применяются два способа отсчета перемещений: абсолютный и относительный (в приращениях).

Абсолютный способ отсчета координат – положение начала координат фиксировано (неподвижно) для всей программы обработки заготовки. При составлении программы записываются абсолютные значения координат последовательно расположенных точек, заданных от начала координат. При обработке программы координаты каждый раз отсчитываются от этого начала, что исключает накапливание погрешности перемещений в процессе обработки программы.

Относительный способ отсчета координат – за нулевое положение каждый раз принимается положение исполнительного органа, которое он занимает перед началом перемещения к следующей опорной точке. В этом случае в программу записываются приращения координат для последовательного перемещения инструмента от точки к точке. Этот способ отсчета используется в контурных системах ЧПУ. Точность позиционирования исполнительного органа в данной опорной точке определяется точностью обработки координат всех предыдущих опорных точек, начиная от исходной, что приводит к накапливанию погрешностей перемещения в процессе обработки программы.

Для удобства программирования и настройки станков с ЧПУ начало координат в ряде случаев может быть выбрано в любом месте в пределах ходов исполнительных органов. Такое начало координат называется «плавающим нулем» и используется в основном на сверлильных и расточных станках, оснащенных позиционными системами ЧПУ.

Разработка управляющих программ

При разработке управляющей программы необходимо:

спроектировать маршрутную технологию обработки в виде последовательности операций с выбором режущих и вспомогательных инструментов и приспособлений;

разработать операционную технологию с расчетом режимов резания и определением траекторий движения режущих инструментов;

определить координаты опорных точек для траекторий движения режущих инструментов;

составить расчетно-технологическую карту и карту наладки станка;

нанести информацию на программоноситель и переслать в память устройства ЧПУ станка или вручную набрать на пульте устройства ЧПУ;

проконтролировать и при необходимости исправить программу.

Для программирования необходим чертеж детали, руководство по эксплуатации станка, инструкция по программированию, каталог режущих инструментов и нормативы режимов резания.

Согласно ГОСТ20999-83 запись элементов программы производится в определенном порядке в виде последовательности кадров и с использованием соответствующих символов (см. таблицу 1).

Таблица 1 Значения управляющих символов и знаков

Угол поворота вокруг оси X

Угол поворота вокруг оси Y

Угол поворота вокруг оси Z

Вторая функция инструмента

Вторая функция подачи

Первая функция (скорость) подачи

Коррекция длины инструмента

Параметр угловой интерполяции или шаг резьбы параллельно оси X

Параметр угловой интерполяции или шаг резьбы параллельно оси Y

Параметр угловой интерполяции или шаг резьбы параллельно оси Z

Третичная длина перемещения, параллельного оси X

Третичная длина перемещения, параллельного оси Y

Перемещение на быстром ходу по оси Z или третичная длина перемещения, параллельного оси Z

Функция (скорость) главного движения

Первая функция инструмента

Вторичная длина перемещения, параллельно оси X

Вторичная длина перемещения, параллельно оси Y

Вторичная длина перемещения, параллельно оси Z

Первичная длина перемещения, параллельно оси X

Первичная длина перемещения, параллельно оси Y

Первичная длина перемещения, параллельно оси Z

Символ, обозначающий конец кадра управляющей программы

Знак, обозначающий начало управляющей программы

Кадр программы (фраза)— последовательность слов, расположенных в определенном порядке и несущих информацию об одной технологической рабочей операции (рисунок 8).

Слово программы – последовательность символов, находящихся в определенной связи как единое целое.

Рисунок 8 – Кадр программы

Каждый кадр управляющей программы должен содержать:

слово «Номер кадра»;

информационные слова или слово (допускается не использовать);

символ «Конец кадра»;

символ табуляции (допускается не применять). При использовании этих символа они проставляются перед каждым словом в кадре УП, кроме слова «Номер кадра».

Информационные слова в кадре рекомендуется записывать в такой последовательности:

слово (или слова) «Подготовительная функция»;

слова «Размерные перемещения», которые рекомендуется записывать в следующей последовательности символов: X, Y, Z, U, V, W, Р, Q, R, A, B, C;

слова «Параметр интерполяции» или «Шаг резьбы» I, J, K;

слово (или слова) «Функция подачи», которые относятся только к определенной оси и должны следовать непосредственно за словами «Размерное перемещение» по этой оси; слово «Функция подачи», относящееся к двум и более осям, должно следовать за словом «Размерное перемещение»;


слово «Функция главного движения»;

слово (или слова) «Функция инструмента»;

слово (или слова) «Вспомогательная функция».

Порядок и кратность записи слов с адресами D, E, H, U, V, W, P, Q, R, используемых в значениях отличных от принятых, указывают в форме конкретного устройства ЧПУ.

В пределах одного кадра УП не должны повторяться слова «Размерные перемещения» и «Параметр интерполяции» или «Шаг резьбы»; не должны использоваться слова «Подготовительная функция», входящие в одну группу.

После символа «Главный кадр» (:) в УП должна быть записана вся информация, необходимая для начала или возобновления обработки. Этот символ используется для определения начала программы на носителе данных.

Каждое слово в кадре УП должно состоять из символа адреса (прописная буква латинского алфавита согласно таблице), математического знака «+» или «-« (при необходимости), последовательности цифр.

Слова в УП могут быть записаны одним из двух способов: без использования десятичного знака (подразумевается положение десятичной запятой) и с его использованием (явное положение десятичной запятой). Явная десятичная запятая обозначается символом «DS». Подразумеваемое положение десятичной запятой должно быть определено в характеристиках конкретного устройства ЧПУ.

При записи слов с использованием десятичного знака слова, в которых десятичный знак отсутствует, должны рассматриваться устройством ЧПУ как целые числа. В этом случае могут быть опущены незначащие нули, стоящие до и (или) после знака: Х.03 означает размер 0,03 мм по оси Х; Х1030 – размер 1030,0 мм по оси Х.

В настоящее время при программировании чаще используется адресный способ записи информации на перфоленту. Информация каждого кадра делится на два вида: 1) буква (адрес), обозначает исполнительный орган системы ЧПУ (или станка), которому подается команда; 2) число, следующее за адресом и обозначающее величину перемещения исполнительного органа станка (со знаком «+» или «-») или кодовую запись (например, величина подачи и т. д.). Буква и следующее за ней число являются словом. Кадр программы состоит из одного, двух или нескольких слов.

Кодированная запись ряда кадров УП для обработки заготовки на токарном станке может иметь следующий вид:

№ 001 G27 F70000 S124 T103 M104

— G27-команда на отработку координат в абсолютной

системе координат для выхода резца в «ноль»; F70000 – ускоренное перемещение по координатам; S124 – кодовое обозначение частоты вращения шпинделя -280 об/мин; T103 команда на установку в рабочее положение резца с условным обозначением 3; М104- команда на вращение шпинделя против часовой стрелки

— команда на смещение нуля;

№ 003 X +000000 — перемещение резца в нулевую точку по оси Х;

№ 004 Z +000000 — перемещение резца в нулевую точку по оси Z;

№ 005 G26 — команда на работу в приращения

№ 006 G10 X -006000 — G10 -линейная интерполяция (прямолинейная

№ 007 X -014000 F10080

№ 008 Z +000500 F10600

№ 009 X +009500 F70000

№ 010 X +002000 Z -001000 F10100

Цифры после букв определяют число разрядов числовой части данного слова. В скобках адресов X,Z,I,K указаны возможные разряды чисел, выражающих геометрическую информацию при различных режимах работы УЧПУ. Эта информация записывается в виде числа импульсов (число миллиметров перемещения ИО, деленное на величину дискретности их обработки).

Слово (или слова) «Подготовительная функция» должно быть выражено кодовым символом в соответствии с таблицей 2 .

Таблица 2 — Подготовительные функции

Позиционирование. Перемещение на быстром ходу в заданную точку. Ранее заданная рабочая подача не отменяется

Линейная интерполяция. Перемещение с запрограммированной подачей по прямой к точке

Круговая интерполяция соответственно по ходу и против хода часовой стрелки

Задержка в обработке на определенное время, которое задается с пульта управления или в кадре

Временный останов. Длительность останова не ограничена. В работу станок включается нажатием кнопки

Параболическая интерполяция. Движение по параболе с запрограммированной подачей

Разгон. Плавное увеличение скорости подачи до запрограммированного его значения в начале движения

Торможение в конце кадра. Плавное уменьшение скорости подачи до фиксированного значения

Плоскости интерполяции соответственно XY,XZ,YZ

Нарезание резьбы соответственно с постоянным, увеличивающимся и уменьшающимся шагом

Отмена коррекции инструмента, заданного одной из функций G41- G52

Коррекция диаметра или радиуса инструмента при контурном управлении. Режущий инструмент расположен соответственно слева и справа от детали

Коррекция диаметра или радиуса инструмента соответственно положительная и отрицательная

Коррекция диаметра или радиуса инструмента при прямолинейном формообразовании:G45+/+,G46+/-,G47-/-,G48-/+,G49 0/+,G50 0/-,G51 +/0,

Отмена линейного сдвига, заданного одной из функций G54-G59

Линейный сдвиг по координатам X,Y,Z и в плоскостях XY,XZ,YZ соответственно

Нарезание резьбы метчиком

Отмена постоянного цикла, заданного одной из функций G81-G89

Абсолютный размер. Отсчет перемещений в абсолютной системе координат с началом в нулевой точке системы ЧПУ

Размер в приращениях. Отсчет перемещений относительно предыдущей запрограммированной точки

Установка абсолютных накопителей положения

Скорость подачи в функции, обратной времени

Единица подачи соответственно в минуту и на оборот

Единица скорости резания (м/мин)

Единица главного движения (об/мин)

Примечание: G07,G10-G16,G20,G32,G36-G39,G60-G62,G64-G79,G98,G99 – резервные коды.

Все размерные перемещения должны задаваться в абсолютных значениях или приращениях. Способ управления должен выбираться одной из подготовительных функций: G90 (абсолютный размер) или G91 (размер в приращениях).

За адресом каждого слова «Размерное перемещение» следует две цифры, первая из которых показывает количество разрядов перед подразумеваемой десятичной запятой, отделяющей целую часть числа от дробной, вторая – количество разрядов после запятой. Если можно опустить нули, стоящие перед первой значащей цифрой и после последней в словах «Размерные перемещения», за адресом «Размерное перемещение» должны следовать три цифры. Если опускаются нули, стоящие перед первой значащей цифрой, то нулем должна быть первая цифра. Если опускаются нули, стоящие после значащей цифры, нулем должна быть последняя цифра.

Все линейные перемещения должны быть выражены в миллиметрах и их десятичных долях. Все угловые размеры даются в радианах или градусах. Допускается выражение угловых размеров в десятичных долях оборота.

Если устройство ЧПУ допускает задание размеров в абсолютных значениях (положительных или отрицательных) в зависимости от начала системы координат , то математический знак («+» или «-») является составной частью слова «Размерное перемещение» и должен предшествовать первой цифре каждого размера.

Если абсолютные размеры всегда положительны, то между адресом и следующим за ним числом не ставят никакого знака, а если они либо положительны, либо отрицательны, то знак ставится.

Если устройство ЧПУ допускает задание размеров в приращениях, то математический знак должен предшествовать первой цифре каждого размера, указывая направление перемещения.

Движение инструмента по сложной траектории обеспечивается специальным устройством – интерполятором. Интерполяция линейных и дуговых отрезков производится отдельно по участкам заданной траектории. Каждый из участков может быть записан в одном или нескольких кадрах управляющей программы.

Функциональный характер интерполируемого участка траектории (прямая, окружность, парабола или кривая более высокого порядка) определяется соответствующей подготовительной функцией (G01 – G03, G06). Для задания параметров интерполяции применяют адреса I, J, K, используя их для определения геометрических характеристик кривых (например, центра дуги окружности, радиусов, углов и т. п.). Если вместе с параметрами интерполяции необходимо записать математический знак («+» или «-»), он должен следовать за адресным символом и перед цифровыми символами. Если знак отсутствует, то подразумевается знак «+».

Начальная точка каждого участка интерполяции совпадает с конечной точкой предыдущего участка, поэтому в новом кадре она не повторяется. Каждой последующей точке, лежащей на этом участке интерполяции и имеющей определенные координаты, соответствует отдельный кадр информации с адресами перемещений X, Y или Z.

Современные устройства ЧПУ в своем программном обеспечении имеют «встроенные» функции для выполнения простейшей интерполяции. Так, в токарных станках с ЧПУ фаска под углом 45° задается адресом С со знаком и конечным размером по той координате, по которой идет обработка детали перед фаской. Знак под адресом С должен совпадать со знаком обработки по координате X (рисунок ,а). Направление по координате Z задается только в отрицательную сторону.

Для задания дуги указываются координаты конечной точки дуги и радиус под адресом R с положительным знаком при обработке по ходу часовой стрелки и отрицательным при обработке против хода часовой стрелки (рисунок 9).

Рисунок 9 — Программирование фасок (а) и дуги (б) на токарном станке с ЧПУ

Подача и скорость главного движения кодируются числами, количество разрядов которых указано в формате конкретного устройства ЧПУ. Выбор типа подачи должен осуществляться одной из подготовительных функций:G93 (подача в функции, обратной времени), G94 (подача в минуту), G95 (подача на оборот).

Выбор типа главного движения должен осуществляться одной из подготовительных функций: G96 (постоянная скорость резания) или G97 (обороты в минуту).

В качестве основного метода кодирования подачи используется метод прямого обозначения, при котором должны применяться следующие единицы: миллиметр в минуту – подача не зависит от скорости главного движения; миллиметр на оборот – подача зависит от скорости главного движения; радиан в секунду (градус в минуту) – подача относится только к круговому перемещению. При прямом кодировании скорости главного движения число обозначает угловую скорость шпинделя (радианах в секунду или оборотах в минуту) либо скорость резания (в метрах в минуту). Например, если в программе частота вращения шпинделя задана как S – 1000, это означает, что шпиндель вращается по ходу часовой стрелки с частотой вращения 1000 об/мин. (Если минус отсутствует, значит, вращение шпинделя происходит против часовой стрелки).

Для быстрого перемещения рекомендуется использовать подготовительную функцию G00, но допускаются и другие варианты.

Слово «Функция инструмента» используется для выбора инструмента. Допускается применять его для коррекции (или компенсации) инструмента. В этом случае слово «Функция инструмента» будет состоять из двух групп цифр. Первая группа используется для выбора инструмента, вторая – для коррекции. Если для записи коррекции (компенсации) инструмента используется другой адрес, рекомендуется использовать символ D или H.

Количество цифр, следующих за адресами T, D и H, указывается в формате конкретного устройства ЧПУ.

Слово (или слова) «Вспомогательная функция» выражается кодовым числом в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3 — Вспомогательные функции

Программируемый останов. Останов шпинделя, подачи и выключение охлаждения

Останов с подтверждением. То же, что М 00, но выполняется при предварительном нажатии соответствующей кнопки на пульте оператора

Конец программы. Останов шпинделя и выключение подачи СОЖ

Вращение шпинделя соответственно по ходу и против хода часовой стрелки

Останов шпинделя наиболее эффективным способом

Смена инструмента. Команда на смену инструмента подается вручную или автоматически

Включение охлаждения соответственно №2 и №1

Выключение охлаждения. Отменяет команды М07, М08, М50, М51

Зажим и разжим. Относится к зажимным приспособлениям столов станка, заготовки и т. д.

Вращение шпинделя по ходу и против часовой стрелки при одновременном включении охлаждения

Быстрое перемещение в «+» и «-»

Конец программы для устройства ЧПУ со встроенной памятью

Останов шпинделя в определенном угловом положении

Конец программы, которой является многократно считываемая глава программы

Обход блокировки. Команда на временную отмену блокировки

Диапазон подач соответственно №1 и №2

Диапазон вращения шпинделя соответственно №1 и №2

Отмена ручной коррекции

Выключение охлаждения соответственно №3 и №4

Линейное смещение инструмента в положении №1 и №2 соответственно

Постоянная скорость шпинделя

Линейное смещение заготовки в фиксированное положение 31 и №2 соответственно

Зажим и отжим заготовки

Зажим и отжим стола

Значение шага резьбы должно быть выражено в миллиметрах на один оборот шпинделя. Количество цифр в словах, задающих шаг резьбы, определено в формате конкретного устройства ЧПУ. При нарезании резьбы с переменным шагом слова под адресами I и K должны задавать размеры начального шага резьбы.

Слово «Функция подачи» при постоянном шаге резьбы программироваться не должно.

Управляющую программу рекомендуется составлять таким образом, чтобы в кадре записывалась только та геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, которая изменяется по сравнению с предыдущим кадром.

Каждая управляющая программа должна начинаться символом «Начало программы», после которого должен стоять символ «Конец кадра», а затем кадр с соответствующим номером. Если необходимо обозначить управляющую программу, это обозначение (номер) должно находиться непосредственно за символом «Начало программы» перед символом «Конец кадра».

Управляющая программа должна заканчиваться символом «Конец программы» или «Конец информации». Информация, помещенная после символа «Конец информации», не воспринимается устройством ЧПУ. Перед символом «Начало программы» и после символа «Конец программы» и «Конец информации» на перфоленте рекомендуется оставлять участки с символом ПУС («Пусто»).

Отладка и корректирование программы

При подготовке управляющей программы важным моментом является разработка траектории движения режущих инструментов относительно детали и на этой основе – описание движений соответствующих органов станка. Для этого используется несколько систем координат.

Главная расчетная системасистема координат станка, в которой определяются предельные перемещения и положения его рабочих органов. Эти положения характеризуются базовыми точками, которые выбираются в зависимости от конструкции станка. Например, для шпиндельного узла базовой точкой является точка пересечения торца шпинделя с осью его вращения, для крестового стола – точка пересечения его диагоналей, для поворотного стола – центр поворота на зеркале стола и т. д. Положение осей и их направления в стандартной системе координат рассмотрены выше.

Начало стандартной системы координат обычно совмещается с базовой точкой узла, несущего заготовку. При этом узел фиксируется в таком положении, при котором все перемещения рабочих органов станка происходят в положительном направлении (рисунок 10). От этой базовой точки, называемой нулем станка, определяется положение рабочих органов, если информация об их положении потеряна (например, вследствие аварийного выключения электроэнергии). В нуль станка рабочие органы перемещаются при нажатии соответствующих кнопок на пульте управления или с помощью команд управляющей программы. Точный останов рабочих органов в нулевом положении по каждой из координат обеспечивается датчиками нулевого положения. Например, при токарной обработке, нуль станка во избежание аварии устанавливается со смещением.

Система координат детали с базовой точкой, рассматривается при закреплении заготовки на станке, для определения положения этой системы и системы координат станка относительно друг друга (рисунок 9). Иногда такая связь осуществляется при использовании базовой точки крепежного приспособления.

Система координат инструмента предназначена для задания положения его рабочей части относительно узла крепления. Инструмент описывается в рабочем положении в сборе с державкой. При этом оси системы координат инструмента параллельны соответствующим осям стандартной системы координат станка и направлены в ту же сторону. За начало системы координат инструмента принимают базовую точку инструментального блока, выбираемую с учетом особенностей его установки на станке.

Положение вершины инструмента задается радиусом r и координатами X и Z ее настроечной точки. Эта точка обычно используется при определении траектории, элементы которой параллельны координатным осям. При криволинейной траектории за расчетную точку принимают центр закругления при вершине инструмента. Связь между системами координат станка, детали и инструмента легко проследить по рисунку 9.

Рисунок 9 — Системы координат детали при обработке на фрезерном (а) и токарном (б) станках ЧПУ

При разработке управляющей программы и обработке детали используют систему координат программы. Её оси параллельны осям координат станка и так же направлены.

Начало координат (исходная точка станка) выбирают исходя из удобства отсчета размеров. Чтобы избежать значительных холостых ходов, исходное положение, от которого начинается обработка и в котором производится смена инструментов и заготовок, задается так, чтобы инструменты находились по возможности ближе к обрабатываемой детали.

Для «привязки» в пространстве системы измерения перемещений станка используется нулевая (базовая) точка отсчета. При каждом включении станка эта точка «привязывает» измерительную систему к нулевой точке станка.

При смене режущих инструментов в ходе обработки деталей может возникнуть несоответствие результатов обработки требованиям к ней (потеря точности, возрастание шероховатости, появление вибраций и т. д.). В этом случае необходимо оперативно откорректировать программу. Погрешности обработки, требующие коррекции, могут возникнуть при сверлении отверстий, точении конических и фасонных поверхностей вследствие наличия у резцов радиуса вершины.

Возможны две разновидности коррекции – на длину и на радиус инструмента.

В первом случае коррекция длины сверла или вылета державки резца осуществляется с помощью команды Н с набором цифр, соответствующих величине коррекции. Например, кадр N 060 T 02 H 15

Означает введение коррекции на длину 15 мм для инструмента № 2.

Второй случай обеспечивает коррекцию радиуса инструмента и связан с тем, что при точении конических и фасонных поверхностей при фрезеровании контуров траектория движения центра радиусной поверхности инструмента должна представлять собой эквидистанту относительно формы поверхности (рисунок 11).

Приведем фрагмент программы для компенсации радиуса резца:

N 035 G 81 X +25 Z +4 I +7

Описание контура обработки

Рисунок 11 — Компенсация радиуса резца

Фрагмент программы, предусматривающий фрезерование по эквидистанте (рисунок 12)

N 005 G 90 G 00 X 0 Y 0 S 1000 T01 M 03

N 006 G 41 G 01 X 220 Y 100 F 100

N 007 X 220 Y 430 F 50

N 008 G 02 G 17 X 370 Y 580 I 370 J 430

N 009 G 01 X 705 Y 580

N 010 X 480 Y 190

N 011 X 220 Y 190

N 012 G 00 X 0 Y 0 05M

Функция G 41 (коррекция диаметра фрезы, если фреза находится слева от детали) в кадре N 006 обеспечивает движение центра фрезы по эквидистанте относительно обрабатываемой поверхности.

В ряде случаев требуется скорректировать подачу, чтобы уменьшить шероховатость обрабатываемой поверхности, исключить вибрации и т. д. Для этого на пульте управления необходимо установить новое значение подачи и ввести его в память устройства ЧПУ.

Рисунок 12 — Движение фрезы по эквидистанте при фрезеровании наружного контура

Конструктивные особенности станков с ЧПУ.

Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечить совмещение различных видов обработки (точение — фрезерование, фрезерование – шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (что особенно важно при использовании промышленных роботов), автоматическое или дистанционное управление сменной инструмента и т. д.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения. Для чего производят сокращения длины его кинематических цепей: променяют автономные приводы, по возможности сокращают число механических передач. Приводы станков с ЧПУ должны также обеспечивать высокое быстродействие.

Повышению точности способствует и устранение зазоров в передаточных механизмов приводов подач, снижение потерь на трение направляющих и др. механизмов. Повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и его гидравлической системы. Температурную погрешность станка можно также уменьшить, водя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температура.

Базовые детали (станины, колонны, основания) выполняют более жесткими за счет введения дополнительных ребер жесткости. Повышенную жесткость имеют и подвижные несущие элементы (суппорты, столы, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными формами. Базовые детали изготовляют литыми или сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетона или синтетического гранита, что в еще большей степени повышает жесткость и виброустойчивости станка.

Направляющие станков с ЧПУ имеет высокую износостойкость и малую силу трения, что позволяет снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшить рассогласование следящей системе.

Направляющие скольжения станины и суппорта для уменьшения коэффициента трения создают в виде пары скольжения « сталь (или высококачественный чугун) – пластиковое покрытие (фторопласт и др.)»

Направляющие качения имеют высокую долговечность, характеризуются небольшим трением, причем коэффициент трения практически не зависит от скорости движения. В качестве тел качения используют ролики. Предварительный натяг повышает жесткость направляющих в 2 ..3 раза, для создания натяга используют регулирующие устройства.

Каждый электрик должен знать:  Квалификационная характеристика электромонтера по ремонту электрооборудования 3-го разряда

Приводы и преобразователи для станков с ЧПУ. В связи с развитием микропроцессорной техники применяются преобразователи для приводов подачи и главного движения с полным микропроцессорным управлением – цифровые преобразователи или цифровые приводы. Цифровые приводы представляют собой электродвигатели, работающие на постоянном или переменном токе. Конструктивно преобразователи частоты, сервоприводы и устройства главного пуска и реверса являются отдельными электронными блоками управления.

Привод подачи для станков с ЧПУ. В качестве привода используют двигатели, представляющие собой управляемые от цифровых преобразователей синхронные или асинхронные машины. Бес коллекторные синхронные (вентильные) двигатели для станков с ЧПУ изготовляют с постоянным магнитом на основе редкоземельных элементов и оснащают датчиками обратной связи и тормозами. Асинхронные двигатели применяют реже, чем синхронные. Привод движения подач характеризуется минимально возможными зазорами, малым временем разгона и торможения, и большими силами трения, уменьшенным нагревом элементов привода, большим диапазоном регулирования. Обеспечение этих характеристик возможно благодаря применению шариковых и гидростатических винтовых передач, направляющих качение и гидростатических направляющих, без зазорных редукторов с короткими кинематическими цепями и т. д.

Приводами главного движения для станков с ЧПУ обычно являются двигатели переменного тока – для больших мощностей и постоянного тока – для малых мощностей. В качестве приводов служат трехфазные четырехполюсные асинхронные двигатели, воспринимающие большие перегрузки и работающие при наличии в воздухе металлической пыли, стружки, масла и т.д. поэтому в их конструкции предусмотрен внешний вентилятор. В двигатель встраивают различные датчики, например датчик положения шпинделя, что необходимо для ориентации или обеспечения независимой координаты.

Преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями имеет диапазон регулирования до 250. Преобразователи представляют собой электронные устройства, построенные на базе микропроцессорной технике. Программирование и параметрирование их работы осуществляются от встроенных программаторов с цифровым или графическим дисплеем. Оптимизация управления достигается автоматически после введения параметров электродвигателя. В математическом обеспечении заложена возможность настройки привода и пуск его в эксплуатацию.

Шпиндели станков с ЧПУ выполняют более точными, жесткими, с повышенной износостойкостью шеек, посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя значительно усложняется из–за встроенных в него устройств автоматического разжима и зажима инструмента, датчиков используемых при адаптивном управлении и автоматической диагностики.

Опоры шпинделей должны обеспечить точность шпинделя в течение длительного времени в переменных условиях работы, повышенную жесткость, небольшие температурные деформации. Точность вращения шпинделя обеспечивается, прежде всего, высокой точностью изготовления подшипников.

Наиболее часто в опорах шпинделей применяю подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают число тел качения. Подшипники скольжения в опорах шпинделей применяют реже и только при наличии устройств с периодическим ( ручным) или автоматическим регулированием зазора в осевом или радиальном направлении. В прецизионных станках применяют аэростатические подшипники, в которых между шейкой вала и поверхностью подшипника находится сжатый воздух, благодаря этому снижается износ и нагрев подшипника, повышается точность вращения и т. п.

Привод позиционирования (т.е. перемещение рабочего орган станка требуемую позицию согласно программе) должен иметь высокую жесткость и обеспечивать плавность перемещения при малых скоростях, большую скорость вспомогательных перемещений рабочих органов (до 10 м /мин и более).

Вспомогательный механизм станков с ЧПУ включает в себя устройства смены инструмента, уборки стружки, систему смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства и т.д. это группа механизмов в станках с ЧПУ значительно отличается от аналогичных механизмов, используемых в обычных универсальных станках. Например, в результате повышения производительности станков с ЧПУ произошло резкое увеличение сходящей стружки в единицу времени, а отсюда возникла необходимость создания специальных устройств отвода стружки из зоны обработки. Для сокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющие одновременно устанавливать заготовку и снимать деталь во время обработки др. заготовки.

Устройства автоматической сменой инструмента (магазины, автооператоры, револьверные головки) должны обеспечивать минимальные затраты времени на смену инструмента, высокую надежность в работе, стабильность положения инструмента, т.е. постоянство размера вылета и положение оси при повторных сменах инструмента, иметь необходимую вместимость магазина или револьверной головки.

Револьверная головка – это наиболее простое устройство смены инструмента: установку и зажим инструмента осуществляют вручную. В рабочей позиции один из шпинделей приводится во вращение от главного привода станка. Револьверные головки устанавливают на токарные, сверлильные, фрезерные, многоцелевые станки с ЧПУ; в головке закрепляют от 4 до 12 инструментов.

Назовите основные конструктивные особенности станков с ЧПУ.

Перечислите конструктивные особенности базовых деталей, приводов главного движения и движения подач, а также вспомогательных механизмов станков с ЧПУ.

Токарные станки с ЧПУ.

Токарные станки с ЧПУ предназначены для наружной и внутренней обработки сложных заготовок типа тел вращения. Они составляют самую значительную группу по номенклатуре в парке станков с ЧПУ. На токарных станках с ЧПУ выполняют традиционный комплекс технологических операций: точение, отрезку, сверление, нарезание резьбы и др.

В основе классификации токарных станков с ЧПУ лежат следующие признаки:


расположение оси шпинделя (горизонтальные и вертикальные станки);

число используемых в работе инструментов (одно – и много – инструментальные станки);

способы их закрепления (на суппорте, в револьверной головке, в магазине инструментов);

вид выполняемых работ (центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные, прутковые станки;

степень автоматизации (полуавтоматы и автоматы).

Центровые станки с ЧПУ служат для обработки заготовок типа валов с прямолинейным и криволинейным контурами. На этих станках можно нарезать резьбу резцом по программе.

Патронные с танки с ЧПУ предназначены для обработки, сверления, развертывания, зенкерования, цекования, нарезание резьбы метчиками в осевых отверстиях деталей типа фланцев, зубчатых колес, крышек, шкивов и др.; возможно нарезание резцом внутренней и наружной резьбы по программе.

Патронные центровые станки с ЧПУ служат для наружной и внутренней обработки разнообразных сложных заготовок деталей типа тал вращения и обладают технологическими возможностями токарных центровых и патронных станков.

Карусельные станки с ЧПУ применяются для обработки заготовок сложных корпусов.

Токарные станки с ЧПУ (рисунок 12) оснащают револьверными головками или магазином инструментов. Револьверные головки бывают 4-, 6- и двенадцатипозиционные, причем на каждой позиции можно устанавливать по два инструмента для наружной и внутренней обработки заготовки. Ось вращения головки может располагаться параллельно оси шпинделя, перпендикулярно к ней или наклонно.

При установке на станке двух револьверных головок в одной из них (1) закрепляют инструменты для наружной обработки, в другой (2) – для внутренней обработки (см. рисунок 13). Такие головки могут располагаться соосно одна относительно другой или иметь разное расположение осей. Индексирование револьверных головок производится, как правило, путем применения закаленных и шлифованных плоскозубчатых торцовых муфт, которые обеспечивают высокую точность и жесткость индексирования головки. В пазы револьверных головок устанавливают сменные взаимозаменяемые инструментальные блоки, которые настраивают на размер вне станка, на специальных приборах, что значительно повышает производительность и точность обработки. Резцовые блоки в револьверной головке базируют или на призме, или с помощью цилиндрических хвостовиков 6 (рисунок 14). Резец закрепляют винтами через прижимную планку 3. Для установки резца по высоте центров служит подкладка 2. Два регулировочных винта 5, расположенных под углом 45° один к другому, позволяют при наладке вывести вершину резца на заданные координаты. Подача СОЖ в зону резания осуществляется через канал в корпусе 1, заканчивающийся соплом 4, позволяющим регулировать направление подачи СОЖ.

Рисунок 12 – Револьверные головки

Рисунок 13 – Резцедержатель с цилиндрическим хвостовиком

Магазины инструментов (вместимость 8…20 инструментов) применяют редко, так как практически для токарной обработки одной заготовки требуется не более 10 инструментов. Использование большого числа инструментов целесообразно в случаях точения труднообрабатываемых материалов, когда инструменты имеют малый период стойкости.

Расширение технологических возможностей токарных станков возможно благодаря стиранию грани между токарными и фрезерными станками, добавлению внецентрового сверления, фрезерования контура (т.е. программируется поворот шпинделя); в некоторых случаях возможно резьбонарезание несоосных элементов заготовок.

Как классифицируют токарные станки с ЧПУ по виду выполняемых работ?

Какими устройствами для крепления инструмента оснащают токарные станки с ЧПУ?

Как базируют резцовые блоки в револьверной головке станка?

Фрезерные станки с ЧПУ

Фрезерные станки с ЧПУ предназначены для обработки плоских и пространственных поверхностей заготовок сложной формы. Конструкции фрезерных станков с ЧПУ аналогичны конструкциям традиционных фрезерных станков, отличие от последних заключается в автоматизации перемещений по УП при формообразовании.

В основе классификации фрезерных станков с ЧПУ лежат следующие признаки:

Расположение шпинделя (горизонтальное и вертикальное);

Число координатных перемещений стола или фрезерной бабки;

Число используемых инструментов (одноинструментные и многоинструментные);

Способ установки инструментов в шпиндель станка (вручную или автоматически).

По компоновке фрезерные станки с ЧПУ делятся на четыре группы:

вертикально – фрезерные станки с крестовым столом;

продольно – фрезерные станки;

широкоуниверсальные инструментальные станки.

В вертикально – фрезерных станках с крестовым столом (рисунок 15, а) стол перемещается в продольном (ось X) и поперечном (ось Y) горизонтальном направлениях, а фрезерная бабка – в вертикальном направление (ось Z).

В консольно-фрезерных станках (рисунок 15, б) стол перемещается по трем координатным осям (X, Y и Z), а бабка не подвижна.

В продольно фрезерных станках с подвижной поперечиной (рисунок 15, в) стол перемещается по оси X,шпиндельная бабка — по оси Y, а поперечная по оси Z. В продольно – фрезерных станках, с неподвижной поперечиной (рисунок 15, г) стол перемещается по оси X, а шпиндельная бабка – по осям Y и Z.

В широкоуниверсальных инструментальных фрезерных станках (рисунок 15,д) стол перемещается по осям X и Y, а шпиндельная бабка – по оси Z.

Рисунок 15 – Система координат в различных модификациях фрезерных станков:

а) – фрезерный станок с крестовым столом; б) консольно-фрезерный станок; в) продольно-фрезерный станок с подвижной поперечиной; г) продольно-фрезерный станок с не подвижной поперечиной; д) широкоуниверсальный фрезерный станок.

Фрезерные станки в основном оснащают прямоугольными и контурными устройствами ЧПУ.

При прямоугольном управлении (условное обозначение в модели станка – Ф 2) стол станка совершает движение в направление, параллельном одной из координатных осей, что делает не возможной обработку сложных поверхностей. Станки с прямоугольным управлением применяют для фрезерования плоскостей, скосов, уступов, пазов, разновысоких бобышек и других аналогичных поверхностей.

При контурном управлении (условное обозначение в модели станка – Ф 3 и Ф 4) траектория перемещения стола более сложная. Станки с контурным управлением используются для фрезерования различных кулачков, штампов, пресс форм и др. аналогичных поверхностей. Число управляемых координат, как правило, равно трем, а в некоторых случаях четырем и пяти. При контурном управлении движении формообразования производится не менее чем по двум координатным осям одновременно.

В отдельных случаях на фрезерных станках при обработке заготовок простой формы в условиях средне – и крупносерийного производства также применяют системы ЧПУ.

Во фрезерных станках с ЧПУ в качестве привода главного движения используют асинхронные электродвигатели (в этих случаях имеется коробка скоростей) или электродвигатели постоянного тока.

На небольших фрезерных станках с прямоугольным ЧПУ применяют один приводной электродвигатель постоянного тока и коробку передач с автоматически переключаемыми электромагнитными муфтами, а на тяжелых станках с контурным управлением каждое управляемее координатное перемещение осуществляется от автоматного электропривода постоянного тока.

Приводы движения подач фрезерных станков с ЧПУ имеют короткие кинематические цепи, передающие движения от двигателя непосредственно исполнительному органу.

Рассмотрим устройство консольного вертикально-фрезерного станка мод. 6Р13Ф3. Данный станок является консольным, т.е. его стол имеет рабочее перемещение в горизонтальной плоскости (по координатам X и Y) и (вместе с консолью) установочное перемещение в вертикальном направлении (по координате W); рабочее перемещение по координате Z имеет ползун со шпинделем. Станина 8 является базой, на которой монтируются узлы и механизмы станка. Спереди станина имеет вертикальные направляющие, закрытые кожухом 9, по которым перемещается консоль 1. На горизонтальных направляющих смонтированы салазки 2, по продольным направляющим которых передвигается стол 3. На привалочной плоскости станины закреплена фрезерная бабка 6, по вертикальным направляющим которой перемещается ползун 7 со шпинделем 5. В соответствии с требованиями техники безопасности ползун имеет защитный щиток 4. Сзади станка расположен шкаф 10 с электрооборудованием и УЧПУ.

Рисунок 16 – Вертикально-фрезерный станок мод. 6Р13Ф3:

1-консоль; 2-салазки; 3-стол; 4-защитный щиток; 5-шпиндель: 6-фрезерная бабка; 7-ползун; 8-станина; 9-кожух;

10-шкаф с электрооборудованием.

Какие компоновки фрезерных станков с ЧПУ вы знаете?

Какими системами ЧПУ оснащают фрезерные станки?

Сверлильные станки с ЧПУ

Вертикально – сверлильные станки с ЧПУ в отличие от аналогичных станков с ручным управлением оснащены крестовыми столами, автоматически перемещающими заготовку по осям X и Y, в результат чего отпадает необходимость в кондукторах или в ее предварительной разметке.

Радиально – сверлильные станки с ЧПУ имеют подвижную по оси X колонну, подвижную по оси Y рукав со шпиндельной бабкой, в которой смонтирован сверлильный шпиндель, перемещающийся по оси Z. Помимо этого рукава при накладке может перемещаться в вертикальном направлении.

Автоматизированные перемещение рабочих органов сверлильных станков по осям X и Y обеспечивают выполнение обработки отверстий и фрезерования.

Сверлильные станки оснащают позиционными УЧПУ, позволяющими автоматически установить рабочие органы в позицию, заданную программой. Режущий инструмент на сверлильных станках с УЧПУ закрепляют непосредственно в коническом отверстии шпинделя или с помощью промежуточных втулок и оправок.

Общий вид вертикально сверлильного станка модели 2Р135Ф2 – 1, оснащенного ЧПУ, показан на рисунке 17. На основании станка 1 смонтирована колона 10, по прямоугольным вертикальным направляющим которой перемещается суппорт 4, несущий револьверную головку 3. На колонне 10 смонтированы коробки скоростей 5 и редуктор подач 6. Салазки 2 крестового стола перемещаются по горизонтальным направляющим основания 1, а верхняя часть 11 стола – по направляющим салазок. С правой стороны станка расположены шкаф 8 с электрооборудованием и УЧПУ 9. Станок имеет подвесной пульт 7 управления.

Рисунок 17 – Вертикально-сверлильный станок модели 2Р135Ф2:

1-основание; 2-салазки; 3-револьверная головка; 4- суппорт; 5-коробка скоростей; 6-редуктор подач; 7-подвесной пульт; 8- шкаф с электрооборудованием; 9-УЧПУ; 10-колонна;11-верхняя часть стола.

Какое принципиальное различие существует между вертикально – сверлильными станками с ЧПУ и без ЧПУ?

Какими системами ЧПУ оснащают вертикально – сверлильные станки?

Шлифовальные станки с ЧПУ

Система ЧПУ оснащают плоскошлифовальные, кругло – и бесцентрово-шлифовальные и другие станки. При создании шлифовальных станков с ЧПУ возникают технические трудности, которые объясняются следующими причинами. Процесс шлифования характеризуется, с одной стороны, необходимостью получения высокой точности и качества поверхности при минимальном рассеянии размеров, с другой стороны, — особенностью, заключающейся в быстрой потере размерной точности шлифовального круга вследствие его интенсивного изнашивания в процессе работы. В этом случае в станке необходимы механизмы автоматической компенсации изнашивания шлифовального круга. ЧПУ должно компенсировать деформации системы СИД, температурные погрешности, различия припусков на заготовках, погрешности станка при перемещении по координатам и т. д. Измерительные системы должны иметь разрешающую способность, обеспечивающую жесткие допуски на точность позиционирования. Например, в кругло-шлифовальных станках такие приборы обеспечивают непрерывное измерение диаметра заготовки в процессе обработки с относительной погрешностью не более 2 ×10 -5 мм. Контроль продольных перемещений стола осуществляется с погрешностью не более 0, 1 мм.

Для шлифовальных станков используется системы типа CNC с управлением по трем – четырем координатам, но в станках, работающим несколькими кругами, возможно управление по пяти – шести и даже по восьми координатам. Взаимосвязь между оператором и системой ЧПУ (CNC) шлифовального станка в большинстве случаев осуществляется в диалоговом режиме с помощью дисплея. В системе управления применяются встроенные диагностические системы, повышающие надежность станков.

Наиболее распространены кругло-шлифовальные станки с ЧПУ, дающие максимальный эффект при обработке с одной установки многоступенчатых деталей типа шпинделей, валов электродвигателей, редукторов, турбин и т.д. Производительность повышается в основном в результате снижения вспомогательного времени на установку заготовок и съем готовой детали, на переустановку для обработки следующей шейки вала, на измерение и т. д. При обработке многоступенчатых валов на кругло-шлифовальном станке с ЧПУ достигается экономия времени в 1,5 – 2 раза по сравнению с ручным управлением.

Бесцентровые кругло-шлифовальные станки эффективно применяются при обработке деталей малого и большого диаметров без ограничения длины, либо тонкостенных деталей, а также деталей, имеющих сложные наружные профили (поршень, кулак и т.д.). В условиях массового производства эти станки характеризуются высокой производительностью и точностью обработки. В мелкосерийном и индивидуальном производстве применение таких станков ограничено трудоемкостью переналадки. Расширение областей применения бесцентровых кругло-шлифовальных станков сдерживают два фактора: большие затраты времени на правку кругов и сложность наладки станков, что требует значительных затрат времени и высокой квалификации персонала. Это объясняется тем, что в конструкции станков используются шлифовальные и ведущие круги; устройства правки, обеспечивающие придание соответствующей формы поверхностям шлифовального и ведущего кругов; возможность установки положения опорного ножа; механизмы компенсационных подач шлифовального круга на обрабатываемую деталь и на правку, а также ведущего круга на деталь и на правку; установка положения загрузочного и разгрузочного устройства.

Применение СЧПУ позволило управлять многокоординатным функционированием бесцентровых кругло-шлифовальных станков. В системе управления станков используют программные модули, которые рассчитывают траектории инструмента (круга, алмаза), его коррекцию взаимодействия с человеком. Для обработки деталей с различными геометрическими формами (конус, шар и др.) создается программное обеспечение6 диспетчер режимов, интерполятор и модуль управления приводами.

При обработке и правке число сочетаемых управляемых координат может доходить до 19, в том числе по две – три координаты отдельно для правки шлифовального и ведущего кругов.

В условиях серийного производства применение СЧПУ обеспечивает гибкое построение цикла шлифования и правки, что позволяет быстро переналаживать станки на обработку других изделий.

Наличие многокоординатной системы ЧПУ обеспечивает большую универсальность станка, малые величины подачи кругов, что позволяет эффективно управлять процессом шлифования и правки.

СЧПУ бесцентровых кругло-шлифовальных станков строится по агрегатному принципу (например, на станках японских фирм). На станке возможна установка любого из четырех вариантов управления станком от СЧПУ:

одна управляемая координата – поперечная подача шлифовального круга;

две управляемые координаты – поперечная подача шлифовального круга и правящего алмаза в целях их синхронизации;

три управляемые координаты — поперечная подача шлифовального круга, а также поперечная и продольная подача алмаза при его правке;

пять управляемых координат — поперечная подача шлифовального круга, а также поперечная и продольная подачи алмазов при правке шлифовального и ведущего кругов.

Использование СЧПУ для управления бесцентровыми кругло-шлифовальными станками позволяет существенно упростить конструкции ряда механических узлов: устройств правки (в результате отказа от копирных линеек, механизмов подачи алмазов и т.д.), приводов продольного перемещения устройств правки, механизмов тонкой подачи шлифовального и ведущего кругов, контрольных и контрольно – подналадочных устройств и др.

Каковы технические трудности создания шлифовальных станков с ЧПУ?

Какими системами ЧПУ оснащают шлифовальные станки?

Многоцелевые станки с ЧПУ

Благодаря оснащению многоцелевых станков (МС) устройствами ЧПУ и автоматической смены инструмента существенно сокращается вспомогательное время при обработке и повышается мобильность переналадки. Сокращение вспомогательного времени достигается благодаря автоматическим установке инструмента (заготовки) по координатам, выполнению всех элементов цикла, смене инструмента, кантованию и смене заготовки, изменение режимов резания, выполнению контрольных операций, а также большим скоростям вспомогательных перемещений.

По назначению МС делятся на две группы: для обработки заготовок корпусных и плоских деталей, и для обработки заготовок деталей типа тел вращения. В первом случае для обработки используют МС сверлильно-фрезерно-расточной группы, а во втором – токарной и шлифовальной групп. Рассмотрим МС первой группы, как наиболее часто используемые.

МС имеют следующие характерные особенности: наличие инструментального магазина, обеспечивающего оснащенность большим числом режущих инструментов для высокой концентрации операций (черновых, получистовых и чистовых), в том числе точения, растачивания, фрезерования, сверления, зенкерования, развертывания, нарезание резьб, контроля качества обработки и др.; высокая точность выполнения чистовых операция (6…7-й квалитеты).

Для системы управления МС характерны сигнализация, цифровая индикация положения узлов станка, различные формы адаптивного управления. МС – это в основном одношпиндельные станки с револьверными и шпиндельными головками.

Многоцелевые станки (обрабатывающие центры) для обработки заготовок корпусных деталей. МС для обработки заготовок корпусных деталей подразделяют на горизонтальные и вертикальные станки (рисунок 18).

Горизонтальный МС мод. ИР-500МФ4, предназначен для обработки корпусных деталей. Данный станок имеет шпиндельную бабку 4, перемещающуюся по вертикальным направляющим стойки 7. Магазин инструментов 6 неподвижно закреплен на стойке 7; инструмент устанавливается в шпиндель 3 автооператором 5 в верхнем положении шпиндельной бабки. Обрабатываемую деталь устанавливают на стол 1, перемещающийся по координате Х. У правого торца станины размещена поворотная платформа 8, на которой установлены два стола-спутника с обрабатываемыми деталями.

Рисунок 18 – Многоцелевой станок (обрабатывающий центр) мод. ИР-500МФ4:

1-стол поворотный; 2-приспособление; 3-шпиндель; 4-шпиндельная бабка; 5-автооператор; 6-инструментальный магазин; 7-подвижная стойка; 8-поворотная платформа; 9-стол-спутник; 10-направляющие; 11-УЧПУ; 12-шкаф с электрооборудованием.

Обработка заготовок на МС по сравнению с их обработкой на фрезерных, сверлильных и других станках с ЧПУ имеет ряд особенностей. Установка и крепление заготовки должны обеспечивать ее обработку со всех сторон за один установ (свободный доступ инструментов к обрабатываемым поверхностям), так как только в этом случае возможна многосторонняя обработка без переустановки.

Обработка на МС не требует, как правило, специальной оснастки, так как крепление заготовки осуществляется с помощью упоров и прихватов. МС снабжены магазином инструментов, помещены на шпиндельной головке, рядом со станком или на другом месте. Для фрезерования плоскостей используют фрезы небольшого диаметра и обработку производят строчками. Консольный инструмент, применяемый для обработки неглубоких отверстий, имеют повышенную жесткость и, следовательно, обеспечивает заданную точность обработки. Отверстия, лежащие на одной оси, но расположенные в параллельных станках заготовки, растачивают с двух сторон, поворачивая для этого стол с заготовкой. Если заготовки корпусных деталей имеют группы одинаковых поверхностей и отверстий, то для упрощения составления технологического процесса и программы их изготовления, а также повышения производительности обработки (в результате сокращения вспомогательного времени) в памяти УЧПУ станка вводят постоянные циклы наиболее часто повторяющихся движений (при сверлении, фрезеровании). В этом случае программируется только цикл обработки первого отверстия (поверхности), а для остальных – задаются лишь координаты (X и Y) их расположения.

В качестве примера на рисунке 19 показаны некоторые постоянные циклы, включенные в программное обеспечение и используемые при обработке на станках модели ИР320ПМФ4.

Рисунок 19 – Постоянные циклы обработки на многоцелевом станке модели ИР320ПМФ4:

1-фрезерование наружного контура (с круговой интерполяцией), 2-глубокое сверление с выходом сверла для отвода стружки; 3-растачивание ступенчатых отверстий; 4-обратная цековка с использованием ориентации шпинделя; 5-растачивание отверстия Ø 125 мм с использованием специальной оправки; 6-фрезерование по контуру внутренних торцов; 7-цековка путем фрезерования по контуру (с круговой интерполяцией); 8-сверление отверстия Ø 30 мм; 9-нарезание резьбы (до М16); 10-фрезерование внутренних канавок дисковой фрезой (с круговой интерполяцией); 11-цековка отверстий; 12-фрезерование торцов фрезой; 13-обработка поверхностей типа тел вращения.

Устройство для автоматической смены приспособления — спутника (ПС) на станке модели ИР500МФ4 показано на рисунке 20. ПС 11 устанавливают на платформу 7 (вместимость два ПС), на которой смонтированы гидроцилиндры 10 и 13. Штоки гидроцилиндров имеют Т – образные захваты 14 и 6. При установке на платформу (перемещение по стрелке Б) ПС вырезом 12 входит в зацепление с захватом 14 штока. На платформе ПС базируется на роликах 9 и центрируется (по боковым сторонам) роликами 8 (исходное положение ПС в позиции ожидания). Перемещение штока гидроцилиндра 10 обуславливает качение (по роликам) спутника.

Рисунок 20 – Устройство для автоматической смены приспособления-спутника:

1-плита базовая; 2-болты регулировочные; 3- колесо зубчатое; 4-рейка; 5, 13,16-гидроцилиндры; 6, 14-захват штока; 7-платформа; 8,9-ролики; 10, -шток гидроцилиндра; 11-приспособление спутник; 12-фигурный вырез;15- стойка.

При движении штока гидроцилиндра 13 захвата 6 перемещается (по направляющей штанге) и катит ПС по роликам 9 и 8 (в направлении стрелки А) на поворотный стол станка, где спутник автоматически опускается на фиксаторы. В результате захвата 6 выходит из зацепления с ПС и стол станка (с закрепленным на нем спутником) на быстром ходу перемещается в зону обработки.

Заготовку закрепляют на спутнике во время обработки предыдущей заготовки (когда ПС находится в позиции ожидания) или заранее, вне станка.

После того как заготовка будет обработана, стол станка автоматически (на быстром ходу) передвигается в право к устройству для смены спутника и останавливается в таком положении, при котором фигурный паз ПС оказывается под захватом 6. Гидроцилиндр поворотного стола расфиксирует спутник, после чего ПС входит в зацепление с захватом 6, а масло поступает в штоковую полость гидроцилиндра 13, шток смещается в крайнее правое положение и перемещается спутник с заготовки на платформу 7, где уже находится ПС с новой заготовкой. Чтобы поменять спутник местами, платформа поворачивается на 180° (на станке 15) зубчатым колесом 3, сопряженным с рейкой 4, приводимой в движение гидроцилиндрами 5 и 16.

Платформу 7 точно выверяют относительно поворотного стола станка с помощью регулировочных винтов 2 и 7, ввернутых в выступы базовой плиты 1, неподвижно закрепленной на фундаменте.

Чем отличаются многоцелевые станки с ЧПУ от токарных, фрезерных, сверлильных и др. станков с ЧПУ?

Расскажите об основных узлах многоцелевого станка для обработки заготовок корпусных деталей.

Общие сведения о системах управления и станках с ЧПУ

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Под управлением станком принято понимать совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления — устройство или совокупность устройств, реализующих эти воздействия.

Числовое программное управление (ЧПУ) — это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком-либо носителе массива информации. Управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами. Управление технологическими циклами практически повсеместно осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров, реализуемых на основе принципов цифровых электронных вычислительных устройств.

В табл. 8.1 перечислены цели и функции современного многоуровневого устройства ЧПУ (УЧПУ).

Системы ЧПУ практически вытесняют другие типы систем управления.

По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ подразделяют на четыре группы:

  • позиционные, в которых задают только координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими определенных элементов рабочего цикла;
  • контурные или непрерывные, управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;
  • универсальные (комбинированные), в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок.
  • многоконтурные системы, обеспечивающие одновременное или последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка.

Примером применения систем ЧПУ первой группы являются сверлильные, расточные и координатно-расточные станки. Примером второй группы служат системы ЧПУ различных токарных, фрезерных и круглошлифовальных станков. К третьей группе относятся системы ЧПУ различных многоцелевых токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков.

К четвертой группе относятся бесцентровые круглошлифовальные станки, в которых от систем ЧПУ управляют различными механизмами: правки, подачи бабок и т.д. Существуют позиционные, контурные, комбинированные и многоконтурные (рис. 8.1, а) циклы управления.

По способу подготовки и ввода управляющей программы различают так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной техники, входящих в состав системы ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную или с помощью системы автоматизации программирования).

Программируемые контроллеры — это устройства управления электроавтоматикой станка. Большинство программируемых контроллеров имеют модульную конструкцию, в состав которой входят источник питания, процессорный блок и программируемая память, а также различные модули входов/выходов. Для создания и отладки программ работы станка применяют программирующие аппараты. Принцип работы контроллера: опрашиваются необходимые входы/выходы и полученные данные анализируются в процессорном блоке. При этом решаются логические задачи и результат вычисления передается на соответствующий логический или физический выход для подачи в соответствующий механизм станка.

В программируемых контроллерах используют различные типы памяти, в которой хранится программа электроавтоматики станка: электрическую перепрограммируемую энергонезависимую память; оперативную память со свободным доступом; стираемую ультрафиолетовым излучением и электрически перепрограммируемую.

Программируемый контроллер имеет систему диагностики: входов/выходов, ошибки в работе процессора, памяти, батареи, связи и других элементов. Для упрощения поиска неисправностей современные интеллектуальные модули имеют самодиагностику.

Программоноситель может содержать как геометрическую, так и технологическую информацию. Технологическая информация обеспечивает определенный цикл работы станка, а геометрическая — характеризует форму, размеры элементов обрабатываемой заготовки и инструмента и их взаимное положение в пространстве.

Станки с программным управлением (ПУ) по виду управления подразделяют на станки с системами циклового программного управления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ). Системы ЦПУ более просты, так как в них программируется только цикл работы станка, а величины рабочих перемещений, т.е. геометрическая информация, задаются упрощенно, например с помощью упоров. В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который в числовом виде занесена и геометрическая, и технологическая информация.

В отдельную группу выделяют станки с цифровой индикацией и преднабором координат. В этих станках имеется электронное устройство для задания координат нужных точек (преднабор координат) и крестовый стол, снабженный датчиками положения, который дает команды на перемещение до необходимой позиции. При этом на экране высвечивается каждое текущее положение стола (цифровая индикация). В таких станках можно применять или преднабор координат или цифровую индикацию; исходную программу работы задает станочник.

В моделях станков с ПУ для обозначения степени автоматизации добавляется буква Ф с цифрой: Ф1 — станки с цифровой индикацией и преднабором координат; Ф2 — станки с позиционными и прямоугольными системами ЧПУ; Ф3 — станки с контурными системами ЧПУ и Ф4 — станки с универсальной системой ЧПУ для позиционной и контурной обработки. Особую группу составляют станки, имеющие ЧПУ для многоконтурной обработки, например бесцентровые круглошлифовальные станки. Для станков с цикловыми системами ПУ в обозначении модели введен индекс Ц, с оперативными системами — индекс Т (например, 16К20Т1).

ЧПУ обеспечивает управление движениями рабочих органов станка и скоростью их перемещения при формообразовании, а также последовательностью цикла обработки, режимами резания, различными вспомогательными функциями.

Система числового программного управления (СЧПУ) — это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления ЧПУ станками. Устройство ЧПУ (УЧПУ) станками — это часть СЧПУ, выполненная как единое целое с ней и осуществляющая выдачу управляющих воздействий по заданной программе.

В международной практике приняты следующие обозначения: NC-ЧПУ; HNC — разновидность устройства ЧПУ с заданием программы оператором с пульта с помощью клавиш, переключателей и т. д.; SNC — устройство ЧПУ, имеющее память для хранения всей управляющей программы; CNC — управление автономным станком с ЧПУ, содержащее мини-ЭВМ или процессор; DNC — управление группой станков от общей ЭВМ.

Для станков с ЧПУ стандартизованы направления перемещений и их символика. Стандартом ISO-R841 принято за положительное направление перемещения элемента станка считать то, при котором инструмент или заготовка отходят один от другого. Исходной осью (ось Z) является ось рабочего шпинделя. Если эта ось поворотная, то ее положение выбирают перпендикулярно плоскости крепления детали. Положительное направление оси Z — от устройства крепления детали к инструменту. Тогда оси Х и Y расположатся так, как это показано на рис. 8.1.

Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовляемой детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять и в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ — это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80. 90 % трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

  • производительность станка повышается в 1,5. 2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением;
  • сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата;
  • снижается потребность в квалифицированных рабочих-станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;
  • детали, изготовленные по одной программе, являются взаимозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в процессе сборки;
  • сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке;
  • снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.

Сверлильный станок — назначение, классификация

Назначение сверлильных станков

Сверлильные станки предназначены для сверления глухих и сквозных отверстий в сплошном материале, рассверливания, зенкерования, развертывания, нарезания внутренних резьб, вырезания дисков из листового материала. Для выполнения подобных операций используют сверла, зенкеры, развертки, метчики и другие инструменты. Формообразующими движениями при обработке отверстий на сверлильных станках являются главное вращательное движение инструмента и поступательное движение подачи инструмента по его оси.

Основной параметр станка — наибольший условный диаметр сверления отверстия (по стали). Кроме того, станок характеризуется вылетом и наибольшим ходом шпинделя, скоростными и другими показателями.

Классификация сверлильных станков

Сверлильные станки делятся на следующие типы:

  • Вертикально-сверлильные станки;
  • Одношпиндельные полуавтоматы;
  • Многошпиндельные полуавтоматы;
  • Координатно-расточные станки;
  • Радиально-сверлильные станки;
  • Горизонтально-расточные;
  • Алмазно-расточные;
  • Горизонтально-сверлильные станки;
  • Рразные сверлильные.

Модели станков обозначают буквами и цифрами. Первая цифра обозначает, к какой группе относится станок, вторая — к какому типу, третья и четвертая цифры характеризуют размер станка или обрабатываемой заготовки. Буква, стоящая после первой цифры, означает, что данная модель станка модернизирована (улучшена). Если буква стоит в конце, то это означает, что на базе основной модели изготовлен отличный от него станок.

Например, станок модели 2Н118 — вертикально-сверлильный, максимальный диаметр обрабатываемого отверстия 18мм, улучшен по сравнению со сверлильными станками моделей 2118 и 2А118. Станок модели 2Н118А также вертикально-сверлильный, диаметр обрабатываемого отверстия 18мм, но он автоматизирован и предназначен для работы в условиях мелкосерийного и серийного производства.

В зависимости от области применения различают универсальные и специальные сверлильные станки. Находят широкое применение и специализированные сверлильные станки для крупносерийного и массового производства, которые создаются на базе универсальных станков путем оснащения их многошпиндельными сверлильными и резьбонарезными головками и автоматизации цикла работы.

Из всех сверлильных станков можно выделить следующие основные типы универсальных станков: одно- и многошпиндельные вертикально-сверлильные; радиально-сверлильные; горизонтально-сверлильные для глубокого сверления.

Сверлильные станки с ручным управлением

Рис. 1. Вертикально-сверлильный станок:

1 — колонна (станина); 2 — электродвигатель; 3 — сверлильная головка; 4 — рукоятки переключения коробок скоростей и подач; 5 — штурвал ручной подачи; 6 — лимб контроля глубины обработки; 7 — шпиндель; 8 — шланг для подачи СОЖ; 9 — стол; 10 — рукоятка подъема стола; 11 — фундаментная плита; 12 — шкаф электрооборудования.

На станине 1 станка размещены основные узлы. Станина имеет вертикальные направляющие, по которым перемещается стол 9 и сверлильная головка 3, несущая шпиндель 7 и электродвигатель 2 Заготовку или приспособление устанавливают на столе 9 станка, причем соосность отверстия заготовки и шпинделя достигается перемещением заготовки.

Управление коробками скоростей и подач осуществляется рукоятками 4, ручная подача — штурвалом 5. Глубину обработки контролируют по лимбу 6. Противовес размещают в нише, электрооборудование вынесено в отдельный шкаф 12. Фундаментная плита 11 служит опорой станка. В средних и тяжелых станках ее верхняя плоскость используется для установки заготовок. Охлаждающая жидкость подается электронасосом по шлангу 8. Узлы сверлильной головки смазывают с помощью насоса, остальные узлы — вручную.

Сверлильная головка 3 представляет собой чугунную отливку, в которой смонтированы коробка скоростей, механизмы подачи и шпиндель. Коробка скоростей содержит двух- и трехвенцовый блоки зубчатых колес, переключениями которых с помощью одной из рукояток 4 шпиндель получает различные угловые скорости. Частота вращения шпинделя, как правило, изменяется ступенчато, что обеспечивается коробкой скоростей и двухскоростным электродвигателем 2.

В отличие от вертикально-сверлильного в радиально-сверлильном станке оси отверстия заготовки и шпинделя совмещают путем перемещения шпинделя относительно неподвижной заготовки в радиальном и круговом направлениях (в полярных координатах). По конструкции радиально-сверлильные станки подразделяют на станки общего назначения, переносные для обработки отверстий в заготовках больших размеров (станки переносят подъемным краном к заготовке и обрабатывают вертикальные, горизонтальные и наклонные отверстия) и самоходные, смонтированные на тележках и закрепляемые при обработке с помощью башмаков.

Сверлильные станки с ЧПУ

Вертикально-сверлильный станок с ЧПУ.

Рис. 2. Вертикально-сверлильный станок с ЧПУ:

1 — автономная стойка УЧПУ; 2 — шкаф силового электрооборудования; 3 — револьверная головка; 4 — стол; 5 — шаговый электродвигатель; б, 7, 8, 11 — блоки управления; 9 — кодовый преобразователь; 10 — считывающее устройство.

Станок предназначен для сверления, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы и легкого прямолинейного фрезерования деталей из стали, чугуна и цветных металлов в условиях мелкосерийного и серийного производства. Револьверная головка 3 с автоматической сменой инструмента и крестовый стол 4 позволяют производить координатную обработку деталей типа крышек фланцев, панелей без предварительной разметки и применения кондукторов.

Другие статьи по сходной тематике

Основные понятия о токарной обработке и токарных станках.

Стали марок AISI 409, 430, 439 — аналоги отечественных марок 08×13, 12×17 и 08×17Т

Гидравлические гильотинные ножницы, гильотинные ножницы с ЧПУ для раскроя и обработки листовых материалов.

Правила нанесения обозначений шероховатости поверхностей на чертежах

Добавить комментарий