Задачи наладчиков

Станки с ЧПУ, являющиеся высокоточным и высо­копроизводительным оборудованием, достаточно сложны по конструкции и, как следствие, в эксплуатации. Их эффективное использование в значи­тельной степени зависит от организации работ на предприятии и техничес­кой подготовленности обслуживающего персонала. Наладчики станков с ЧПУ должны умело решать следующие основные задачи: постоянно содер­жать станки в технически исправном и рабочем состоянии; сокращать простои станков и повышать эффективность их использования; повышать производительность труда и снижать трудоемкость работ по ликвидации отказов станков.

Квалифицированно обслуживать станки с ЧПУ могут лишь специалис­ты, хорошо подготовленные в таких областях, как вычислительная тех­ника, автоматизированные системы управления, электро- и гидроприводы и др. Высококвалифицированный наладчик, владеющий необходимыми теоретическими знаниями по отдельным подсистемам станков с ЧПУ и практическими навыками, быстро обнаружит неисправность и примет опе­ративные меры по устранению отказов оборудования. Наладчик должен хорошо знать работу всех подсистем станка с ЧПУ и их функциональную взаимосвязь.

Основные технические характеристики станков с ЧПУ

1. Класс точ­ности обозначается следующими буквами:
П — повышенной точности;
В — высокой точности;
А — особо высокой точности,
С — особо точные (прецизионные). По каждому классу точности и группе стан­ков нормируется допустимая величина погрешности.

2. Вид ЧПУ обозначается индексами, входящими в наи­менование модели станка:
Ф1 — станки с цифровой индикацией (в том числе с предваритель­ным набором координат);
Ф2 — станки с позиционными и пря­моугольными системами управ­ления;
ФЗ — станки с контур­ными прямолинейными и кри­волинейными системами управ­ления;
Ф4 — станки с универ­сальной системой управления для позиционно-контурной об­работки;
Ц — станки с цикловым программным управлением.

3.   Основные параметры станка:
- наибольший диаметр обрабатываемо­го изделия (для токарных станков);
- наибольший диаметр сверления (для сверлильных станков);
- диаметр расточного шпинделя (для расточных станков);
- ширина стола (для фрезерных станков) и т.д.

4.   Наличие инструментального магазина.

5.   Наличие устройства автоматической загрузки заготовок.

6.   Габарит станка и его масса.

7.   Число управляемых координат и число одновременно управляемых координат.

Исходная ось Z является осью основного шпинделя станка (рис. 1.3). Если ось Z поворотная, ее положение характеризует перпендикуляр к плос­кости крепления детали. Ось Z параллельна оси основного шпинделя, и ее направление от устройства для крепления детали к инструменту является положительным. Ось X всегда горизонтальна и перпендикулярна оси Z (см. рис. 1.3): если ось Z расположена горизонтально, то положительным направлением оси X является направление вправо, если встать лицом к левому торцу станка; если ось Z расположена вертикально, то положитель­ным для оси X считается направление вправо, если встать лицом к перед­ней плоскости станка. В токарных станках положительным направлением оси Z, совпадающей с осью вращения детали, является направление в сто­рону заднего центра, а положительным направлением оси X является на­правление к рабочему по радиусу от центра координат. Ось Y перпендику­лярна плоскости XZ; для определения положительного направления оси Y необходимо повернуть ось X на 90° вокруг оси Z по часовой стрелке, если смотреть вдоль оси Z в положительном направлении.

Число одновременно управляемых координат определяет траекторию движения инструмента относительно заготовки.

При сложной обработке на фрезерных, токарных и многоцелевых станках применяют УЧПУ с непрерывным (контурным) управлением одновременно по нескольким координатам. Существуют УЧПУ с управле­нием одновременно по трем, четырем и пяти координатам. Последние используются в станках со сложной траекторией инструмента. В токарных станках обычно применяются УЧПУ с одновременным управлением по двум координатам, а в токарно-револьверных и токарно-карусельных — по трем координатам.

Станки с ЧПУ требуют высокой точности исполнения команд на пере­мещения (1—2 мкм для большинства станков).

Для прецизионной обработки на станках с ЧПУ необходима высокая точность изготовления всех его деталей, узлов и станка в целом. Точность собственно станка определяется точностью изготовления его деталей и уз­лов (особенно направляющих корпусных деталей, несущих инструмент и заготовку), точностью изготовления приводов механизмов, качеством сборки станка, жесткостью его элементов, зазорами в сопрягаемых дета­лях, условиями трения в направляющих при перемещении рабочих органов и др. Жесткость шпинделя и других ответственных узлов станка должна превосходить жесткость аналогичных узлов, предназначенных для тради­ционных станков.

При трогании с места исполнительный орган начинает движение не одновременно с действием управляющего сигнала, а только после того, как будут выбраны зазоры в передачах, произойдет некоторая деформация элементов, а усилие, воздействующее на управляемый орган, превзойдет сопротивление сил трения и сил резания. Действие указанных факторов особенно важно учитывать при конструировании ходовых винтов — послед­них звеньев передач к исполнительным органам большинства металлоре­жущих станков с ЧПУ. Именно поэтому в станках с ЧПУ применяют шари­ковые винтовые пары, отличающиеся высокими точностью, износостой­костью и жесткостью благодаря применению гаек с предварительным на­тягом. Ходовой винт жестко крепится в осевом направлении, для чего применяют упорные подшипники с предварительным натягом.

В станках с ЧПУ по сравнению с традиционными станками кинемати­ческие цепи, передающие движение от двигателя к исполнительному меха­низму, значительно короче благодаря применению автономных приводов для всех рабочих движений. Коробка скоростей токарного станка имеет жесткий шпиндель с широким диапазоном частоты вращения; движение шпинделю передается через клиноременную передачу; изменение частоты вращения осуществляется автоматической коробкой скоростей, располо­женной отдельно от шпиндельной бабки. Эти конструктивные особенности позволяют значительно увеличить статическую и динамическую жесткость привода.

Станки с ЧПУ оснащаются направляющими качения, обеспечивающими высокую точность перемещений исполнительных механизмов, а также без­зазорными механическими передачами.

Точность перемещения рабочих органов в большой степени зависит от точности срабатывания по времени механизмов останова: электромагнит­ных муфт, электродвигателей, тормозных устройств. Для уменьшения вре­мени торможения и пуска конструкторы стремятся уменьшить маховые массы вращающихся деталей и электромеханическую постоянную времени привода.

Классификация станков с ЧПУ и их конструктивные особенности

По технологическим возможностям станки с ЧПУ (как и универсальные) делятся на следующие группы.
1. Станки токарной группы предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения (с прямолинейными и криволинейными контурами, со сложными внутренними полостями), а также для нарезания наружных и внутренних резьб.
2. Станки сверлильно-расточной группы предназначены для сверления и растачивания деталей различного квалитета точности, а также для комплексной сверлильно-расточной обработки.
3. Станки фрезерной группы предназначены для фрезерования деталей простой и сложной конфигурации, корпусных деталей (с нескольких сторон и под различными углами), а также для комплексной сверлильно-фрезерно-расточной обработки различных деталей.
На станках указанных трех групп при их оснащении инструментальными магазинами с автоматической сменой инструментов возможна комплексная механическая обработка без перестановки детали на другие станки.
4. Станки шлифовальной группы предназначены для финишной обработки деталей. Они подразделяются на ряд подгрупп в зависимости от вида обрабатываемых поверхностей: круглошлифовальные, плоскошлифовальные, внутришлифовальные, шлицешлифовальные.
5. Станки электрофизической группы подразделяются на электроэрозионные (вырезные и прошивочные), электрохимические, лазерные.
6. Многоцелевые станки предназначены для сверлильно-фрезерно-расточной обработки призматических корпусных и плоских деталей, а также для токарной обработки деталей типа тел вращения с последующим их сверлением, фрезерованием и растачиванием.

По принципу смены инструмента станки с ЧПУ можно разделить на три группы: – с ручной сменой;
- с автоматической сменой в револьверной головке;
- с автоматической сменой в магазине.

По принципу смены заготовок станки с ЧПУ подразделяются на станки с ручной и автоматической (посредством манипуляторов или роботов) сменой заготовок. Станки с автоматической сменой заготовок, оснащенные автоматическими пристаночными накопителями заготовок, могут эксплуатироваться в течение длительного периода времени без участия оператора. Такие станки получили название гибких производственных модулей.

Числовое программное управление и классификация станков с ЧПУ

В станке с ЧПУ система управления выполняет многие функции ста­ночника. Но система должна научиться управлять станком.

Системе необходимо “знать”, когда и в каком порядке пользоваться инструментами, на каких режимах резания работать, как достичь требуе­мой точности формы и размеров обрабатываемой детали. Все эти знания станок с ЧПУ получает в виде входной информации — программы, записан­ной на перфоленте или иным способом.

В программе задается траектория движения инструмента относитель­но заготовки. Эта траектория формируется с помощью отдельных приво­дов стола, салазок и других механизмов, управляемых по программе.

Технолог-программист составляет программу на основании чертежа и технологического процесса обработки детали. При этом технологическая информация кодируется на перфоленту, которая и передается в цех и уста­навливается в устройстве ЧПУ станком. Этапы подготовки процесса обра­ботки детали на станке с ЧПУ показаны на рис. 1.1. Возможно также авто­матическое программирование с помощью ЭВМ, которая заменяет в значи­тельной части программиста и составляет программы для станков с ЧПУ.

Основным элементом программного управления является устройство управления, включающее в себя устройство для считывания перфоленты. Последняя имеет отверстия, обусловливающие в процессе движения ленты соответствующие электрические сигналы, задающие в кодированном виде управляющую программу. Эта программа запоминается в памяти устрой­ства ЧПУ. На основании этой информации устройство ЧПУ (УЧПУ) задает скорости и величины перемещений исполнительных механизмов станка, реализующих передвижения инструмента или стола с заготовкой.

Структурная схема УЧПУ станком показана на рис. 1.2.

Параллельные циклы, условные переходы, подпрограммы. Часть 3

Таким образом осуществляется возврат из подпрограмм (модули В1, В2, …, Вn) к основной программе (модуль А).

Схема связи триггеров управления и циклограмма их работы именно для такого случая были рассмотрены в предыдущем параграфе. Основной программой там служила подсистема ЗУ2, а подпрограммой – магазин инструментов  М.

Подпрограммы могут быть вложенными одна в другую любое количество раз (вложенные подпрограммы) (рис. 6.19).

Рис. 6.19. Схема вызова вложенных подпрограмм

Организация вызовов таких подпрограмм и возврат к прерванным (остановленным) программам понятны из рисунка.

Рассмотренная организация сложных циклов в дискретных системах управления похожа на программирование операций логических устройств с помощью языка последовательных функциональных схем (SFC) в среде ISaGRAF. Вместе с тем имеется ряд ограничений на применение системы ISaGRAF: высокая стоимость программного продукта, отсутствие в контроллере операционной системы OS – 9/9000, поддерживающей ISaGRAF и, наконец, недостаточная мощность контроллера. Например, существуют контроллеры, которые можно программировать только с помощью алгоритмического языка ASSEMBLER.

Параллельные циклы, условные переходы, подпрограммы. Часть 2

Если условие  РС0 = 1  выполнено, то по команде  РС = 1  запускается модуль  С1, в противном случае – модуль  С2.

Широко известный в программировании прием, когда основная программа обращается к ряду подпрограмм, можно реализовать в нашем случае с помощью схемы, показанной на рис. 6.18.

Модуль  А  периодически запускает модули  В1,
В2, …, Вn , в свою очередь, по цепям обратной связи вновь запускает модуль  А.

Рис. 6.18. Схема обращения к подпрограммам

Параллельные циклы, условные переходы, подпрограммы. Часть 1

Реальные объекты управления работают не только в автоматических режимах, но и в режимах ручного управления, а также в режимах наладки, диагностики, выхода из аварийных ситуаций и т. п. Для этого требуется вводить в систему управления дополнительные подсистемы, подпрограммы, функции и т. п., каждая из которых представляет собой программный модуль (далее просто модуль). Чтобы строить ветвящиеся алгоритмы, необходимы команды условной передачи управления.

На рис. 6.16 представлена схема управления параллельными циклами.

Рис. 6.16. Схема управления параллельными циклами

Сигнал «ПУСК»  РА  подается одновременно на  n  модулей 
А1, А2, …, Аn , которые включаются в работу. Каждый из этих модулей по окончании своего цикла формирует соответствующий сигнал  РВ1, РВ2, …, РВn  на запуск следующего модуля  В. Эти сигналы поступают на схему  И, с выхода которой поступит результирующий сигнал  РВ  на запуск модуля  В  только тогда, когда завершит свою работу последний из модулей  А1, А2, …, Аn.

Для простоты сигналы обратной связи с модуля  В  на модули

А1, А2, …, Аn  на рисунке не показаны.

Принцип формирования этих сигналов ясен из примера, рассмотренного в предыдущем параграфе. В  ПЛК  указанные связи и схема  И  реализуются программно.

Условная передача управления, как известно, состоит в том, что в алгоритм управления вводится элемент сравнения двух переменных (в нашем случае булевых переменных). В зависимости от состояния этих переменных продолжение алгоритма управления происходит по первой (ДА) или по второй (НЕТ) ветви.

На рис. 6.17 показана схема условной передачи управления, выполненная с помощью схем  И  и  НЕ-И (ясно, что в контроллере эти схемы реализованы программно).

Рис. 6.17. Схема условной передачи управления

Методика синтеза дискретных систем управления с последовательными циклами. Часть 10

Связанные между собой триггеры управления рассмотренных подсистем образуют своеобразный диспетчер, который передает в заданные моменты времени управление от одной подсистемы к другой. Из схемы видно, что после поступления команды «ПУСК» (Р1 = 1) включается в работу подсистема ЗУ1 и в состоянии  S = 29 включается триггер управления  Т1. В состоянии  S = 13  выходной сигнал с этого триггера формирует сигнал  Р21, который запускает в работу подсистему ЗУ2.

В состоянии  S = 25  второй подсистемы включается триггер управления  Т2 (выделенные вертикальные штрихи на схеме обозначают элементы  ИЛИ). Сигнал с его выхода сбрасывает триггер управления  Т1. В состоянии второй подсистемы  S = 89  триггер управления  Т2 формирует сигнал  Р3 = 1  на запуск 3-й подсистемы. Её триггер управления  Т3  сбрасывает триггер управления  Т2.

По окончании работы 3-й подсистемы формируется сигнал  Р22 = 1, который вновь запускает подсистему ЗУ2 и её триггер управления включается второй раз. Завершив работу, подсистема ЗУ2 приходит в состояние  S = 9  и триггер управления  Т2  по цепи обратной связи сбрасывает сам себя.

Таким образом, схема соединений триггеров управления носит регулярный характер и может быть легко расширена на любое количество подсистем.

На самом деле при управлении объектом с помощью ПЛК рассмотренная схема управления реализуется программно, т. е. в данном случае она имеет лишь иллюстративное назначение.

Методика синтеза дискретных систем управления с последовательными циклами. Часть 9

По окончании цикла работы 1-я подсистема приходит в начальное состояние (такт 1), а сумма весов входных переменных становится равной 13. К этому времени сигнал пуска  Р1 = 0 и автоматический цикл завершается. Поскольку триггер управления в это время все еще включен, то сигнал блокировки Т1 = 1 и в результате в такте  1  формируется сигнал  Р21 = 1, который предназначен для запуска 2-й подсистемы. Она запускается и триггер управления 2-й подсистемы включается. Сигнал обратной связи с выхода этого триггера устанавливается в единичное состояние (Т2 = 1) и тем самым разрешается сброс триггера управления в первой подсистеме. Формируется сигнал

, который и сбрасывает триггер управления Т1 в первой подсистеме. Это означает, что завершилась передача управления от первой подсистемы ко второй.

Рис. 6.15. Схема соединений триггеров управления

Методика синтеза дискретных систем управления с последовательными циклами. Часть 8

Эта циклограмма отличается от ранее рассматривавшихся следующими особенностями:

В нижней части циклограммы (под чертой) показаны состояния триггера управления  Т1, который управляет работой данной подсистемы и формирует сигнал  Р21  для запуска второй подсистемы.

Чтобы в момент включения питания произвести инициализацию выходных элементов (триггеров), состояния всех выходных переменных в 1-м такте приняты обязательными.

Рассмотрим реализуемую циклограмму подсистемы ЗУ1. В момент включения питания принудительно выключаются выходные элементы памяти  X, Y, Z, U. В результате электродвигатель поворота захватного устройства ЗУ1 оказывается выключенным, а штоки цилиндров Ц1 и Ц2 приходят в исходные положения (если они там не были).

При отсутствии сигнала на запуск первой подсистемы (

, 

) элемент памяти М1 выключен и сигнал  m1 = 0. Триггеры управления всех подсистем в момент инициализации также сбрасываются.

В момент подачи сигнала «ПУСК» (

, 

) формируется сигнал  Fm1 = 1  на включение внутреннего элемента памяти  М1. С его выхода снимается сигнал  m1 = 1  и система управления переходит в новое состояние (такт 1*), когда сумма входных переменных равна 29. В этом такте включается триггер управления  Т1  и формируется сигнал  Fx = 1 на включение поворота захватного устройства ЗУ1.

Далее продолжается автоматический цикл работы первой подсистемы по заданному алгоритму, причем триггер управления Т1 все это время включен. Важно подчеркнуть, что дополнительные такты на включение и на выключение триггера управления Т1 в циклограмме не отводятся.