Лекція 32 Принцип і схеми числового програмного керування



 

Такий ЕП являє собою універсальну систему програмного керування. Стосовно до обробки різних виробів на верстатах, де вона знаходить основне застосування, ця система забезпечує істотне підвищення продуктивності праці та якості обробки деталей.

При використанні ЕП із ЧПК всі технологічні дані про обробку виробу – швидкість та переміщення виробів або обробного інструмента, їх напрямки, послідовність операцій при обробці тощо — задаються у вигляді чисел. Сукупність усіх чисел створює програму обробки даного виробу, яка попередньо відповідним чином розраховується, кодується, записується на той або інший програмоносій (перфострічку, перфокарту або магнітну стрічку). Перед обробкою виробу програма вводиться в програмний пристрій ЕП, який надалі забезпечує обробку виробу без безпосередньої участі робітника. Для обробки іншого виробу потрібно лише змінити програму, що значно скорочує час обробки за рахунок виключення допоміжних операцій (підведення і відвід інструмента, вимірювання деталі, установка величин подачі та швидкості різання тощо).

Таким чином, система програмного керування з ЧПК являє собою різновид цифрового ЕП із програмним керуванням.

Системи ЧПК поділяються на аналогові (безперервні) та дискретні (імпульсні). В аналогових системах ЧПК сукупність чисел, які створюють програму обробки виробу, перетворюється в яку-небудь аналогову фізичну величину, яка безперервно змінюється (напругу постійного струму, фазу або амплітуду синусоїдальної напруги тощо), яка і є вхідною, керуючим впливом на ЕП. У дискретних системах ЧПК програма в представляється послідовністю керуючих імпульсів, кожному з яких відповідає визначене переміщення інструмента або виробу. Число імпульсів визначає значення переміщення, а їх частота – швидкість переміщення.

Системи ЧПК працюють в одному з двох режимів: режимі позиціонування або режимі контурної обробки. Позиційні (координатні) системи ЧПК забезпечують точне встановлення інструмента відносно виробу або їх прямолінійне переміщення. Такі режими бувають необхідні при фрезеруванні, свердлінні або розточуванні декількох отворів, а також при точінні та струганні виробів. Інструмент або виріб при цьому переміщуються по найкоротших, прямолінійних шляхах між точками встановлення (позиціями) інструмента. Контурні (функціональні) системи ЧПК забезпечують переміщення інструмента або виробу по довільних траєкторіях, що потрібно при контурній обробці виробів різної конфігурації.

Системи ЧПК можуть бути замкненими або розімкненими. У замкнених системах за допомогою датчиків вимірюється дійсне положення інструмента або виробу і ця інформація у вигляді сигналу зворотного зв'язку подається в порівняльний пристрій, у якому вона зіставляється із сигналами програмного пристрою.

При відмінності дійсного положення від заданого в систему керування ЕП надходять додаткові керуючі сигнали, які забезпечують необхідну корекцію положення інструмента або виробу. Тим самим замкнені системи ЧПК забезпечують високу точність обробки виробів.

В розімкнених системах ЧПК рух інструмента або виробу не контролюється і безпосередньо не зіставляється з заданим. Тому випадкова зміна параметрів системи або яких-небудь зовнішніх збурювань, наприклад моменту опору на валу привода, викликає зниження точності відпрацьовування програми. Разом з тим розімкнені системи є простіше замкнених у налагодженні та експлуатації.

Процесу обробки виробу на верстаті із системою ЧПК передує підготовка програмоносія, яка складається з декількох етапів.

Вхідними даними для складання програми обробки виробу є технологічні дані: розміри заготовки та креслення виробу, матеріал заготовки, характеристика інструмента, ступінь точності виготовлення виробу, характер і вид обробки.

На першому етапі складання програми виготовляється спеціальне креслення, у якому виріб зображується в системі прямокутних координат XY (при об'ємній обробці вводиться і третя координата Z). Далі в прийнятій системі координат програмується переміщення інструмента (виробу), при цьому для позиційних систем ЧПК програмується переміщення між двома послідовно оброблюваними точками, а для контурної системи ЧПК — переміщення центра інструмента (виробу) по необхідній траєкторії.

На наступному етапі підготовки програми складається технологічна карта обробки виробу, у якій визначається послідовність усіх переміщень інструмента (виробу) із зазначенням швидкості, подачі та глибини різання і величин переміщення по координатних осях.

Для зручності введення даних і скорочення довжини програмоносія всі дані технологічної карти кодуються. В системах ЧПК найбільш розповсюдженими є двоїчний і двоїчно-десятковий коди, які використовують двоїчну і десяткову системи числення. Одним з розповсюджених кодів цього типу є код 1—2—4—8. Цей код має звичайні десяткові розряди 100, 101, 102 і т.д., у кожному з яких використовуються лише числа 1, 2, 4, 8 («ваги» коду), які зображуються в двоїчному коді. Наприклад, число 439 у цьому коді записується так: 439 = 4·102+(1+2) · 101 + (1 + 8) · 10°. Двоїчно-десяткові коди поєднують у собі ємність десяткових кодів і зручність представлення інформації на програмоносії, характерне для двоїчних кодів.

Програма на програмоносії записується у виді окремих «фраз» (блоків). Кожен блок містить всю інформацію з обробки виробу на цьому етапі технологічного циклу – напрямок і швидкість переміщення по координатних осях, режими обробки, охолодження тощо. Ця інформація виражається за допомогою окремих «слів», кожне з яких визначає або значення переміщення по осях координат, або його швидкість і напрямок, або які-небудь допоміжні команди. Для приклада на рис. 14.8 показана ділянка п'ятидоріжечної перфострічки (шоста, ведуча доріжка на рис. 14.8 не показана) з частиною записаної програми, яка відповідає одній фразі (блоку).

Фраза починається з адреси, на яку повинна направлятися інформація наступних за адресою слів. Адреса задається пробиванням отвору на 5-й доріжці та ще на одній з доріжок. У прикладі адреса для координати Х відповідає пробиванню отворів на 5-й і 3-й доріжках 1-го рядка, а для координати Υ – на 5-й і 4-й доріжках 6-го рядка. Вся інформація до наступній за порядком адресі належить одній координаті.

Рисунок 14.8 – Ділянка перфострічки з записаною програмою

 

Наступне за адресою слово (2-я рядок) визначає напрямок переміщення по даній координаті, яке задається в якому-небудь умовному числовому коді. Так, у прикладі позитивні напрямки і + Υ задаються відповідно одним пробиванням по 1-й та 3-й доріжках, а негативні напрямки — Χ і — У пробиванням по 2-й і 4-й доріжках.

За рядком, який задає напрямок переміщення, розташовується число, яке визначає значення переміщення виробу Δ Χ і Δ У на цій ділянці. Воно задається в двоїчно-десятковому коді 1 — 2 — 4 — 8 на 1-й — 4-й доріжках: 1 – на 1-й доріжці, 2 – на 2-й доріжці, 4 – на 3-й доріжці, 8 – на 4-й доріжці, У розглянутому прикладі

За рядками, які містять числові дані, розташовуються рядки з закодованими командами по допоміжних операціях ВК, які задаються пробиванням на 5-й доріжці в поєднанні з пробиваннями на інших доріжках (рядки 11, 12, 13 ВК).

Кінець фрази КФ (блоку) позначається пробиванням отвору на 5-й доріжці при відсутності інших пробивань у рядку (рядок 14 КФ).

Далі на програмоносії записується наступна фраза, яка відповідає іншій ділянці обробки виробу, і т.д.

У системах ЧПК використовуються як п'ятидоріжечна перфострічка шириною 17,5 мм, так і восьмидоріжечна перфострічка шириною 24,5 мм. При використанні восьмидоріжечної перфострічки кодування програми здійснюється відповідно до коду Міжнародної організації зі стандартизації, а п'ятидоріжечній за літеро-цифровим кодом БЦК-5 (нормаль верстатобудування Е 68.1).

Підготовлений програмоносій ПН, який містить програму обробки виробу в закодованому виді, поміщається в пристрій вводу ЕП (рис. 14.9).

В пристрої вводу та обробки програми ПВОП за допомогою фотозчитувача ФС і підсилювача-формувача ПФ здійснюється покадрове зчитування та перетворення закодованої інформації програмоносія ПН в електричні сигнали. Поки інформація одного кадру, який зчитується, записується в буферну (проміжну) пам'ять, в робочій пам'яті та наступних блоках системи ЧПК здійснюється обробка інформації попередніх кадрів. По мірі звільнення робочої пам'яті в неї переводиться інформація з буферної пам'яті, що забезпечує безперервність процесу керування верстатом. Буферна і робоча пам'ять входять у пристрій пам'яті ПП.

Рисунок 14.9 – Структурна схема ЕП із програмним керуванням

З робочої пам'яті електричні сигнали надходять на вхід інтерполятора (дешифратора) І, який перетворює ці закодовані сигнали у послідовність електричних імпульсів (так називаний унітарний код), і подає їх на вхід електропривода ЕП. Електропривод, здійснюючи відпрацьовування цієї послідовності імпульсів, забезпечує переміщення виконавчого органа верстата, при цьому кількість імпульсів визначає величину переміщення, а частота їх проходження — швидкість переміщення. Пристрій пам'яті ПП зв'язаний з пультом керування ПК.

Система ЧПК забезпечує також відповідне керування різними електромеханічними й електромагнітними пристроями – електромагнітними муфтами, електромагнітами різних механічних пристосувань верстата, котушками реле і контакторів тощо, які на схемі рис. 14.9 умовно показані блоком електроавтоматики ЕА.

Схема ЧПК на рис. 14.9 може бути доповнена датчиками параметрів технологічного процесу обробки деталі (блок ДТП) і координат електропривода. У цьому випадку система ЧПК стає замкненою і забезпечує більш високу якість обробки деталі. Крім того, схема ЕП із ЧПК містить ряд не показаних на рис. 14.9 блоків і пристроїв, які забезпечують контроль введення і закінчення програми, захист, блокування та сигналізацію при роботі електроустаткування верстата.

Часто виявляється зручним записувати програму (після зчитування і декодування) на магнітну стрічку, що дозволяє одержувати більшу щільність запису програми і виконувати операції зчитування та декодування на окремо розташованих від верстата пристроях. Запис на магнітну стрічку виконується в кілька доріжок, частина з яких містить інформацію про переміщення по координатах, інша про напрямок руху, режими різання, застосовуваних інструментах тощо.

Інформація на магнітній стрічці записується у вигляді, так називаного унітарного коду, тобто безперервної послідовності імпульсів керування, що забезпечує переміщення виконавчих органів верстата відповідно до кількості імпульсів, які надходять.

Для приклада розглянемо структурну схему системи ЧПК з кроковим двигуном (рис. 14.10), за допомогою якого переміщується стіл фрезерного верстата по одній координаті.

Програма переміщення столу, записана на магнітну стрічку МС у вигляді послідовності одиничних імпульсів (що відповідає унітарному коду), зчитується за допомогою магнітної голівки МГ. У залежності від необхідного напрямку руху імпульси направляються по одному з каналів і після посилення в блоках ПС надходять на вхід схеми керування кроковим двигуном СК КД. Двигун відпрацьовує командні імпульси і через механічну гвинтову передачу ГП переміщує стіл С. Загальне число імпульсів визначає величину, а їхня частота – швидкість переміщення столу. Для переміщення столу по іншій координаті використовується аналогічний ЕП.

За своїми технічними можливостями та особливостям структури системи ЧПК поділяються на чотири групи, які мають відповідно до Міжнародної класифікації позначення HNC, SNC, CNC і DNC.

Система HNC (Hand numerical control) забезпечує оперативне керування з ручним завданням програми з пульта керування. Система SNC (Stored numerical control) містить пристрій пам'яті для збереження програм і забезпечує обробку партії однакових заготовок з однократним зчитуванням програми перед обробкою. Система CNC (Computer numerical control) базується на застосуванні мікроЕОМ, яка дозволяє програмувати свою роботу і виробляти необхідний алгоритм керування. Система DNC (Direct numerical control) дозволяє здійснювати пряме цифрове керування групою верстатів із ЧПК систем SNC і CNC. Система DNC також передбачає використання у своїй структурі ЕОМ.

Зараз найбільший розвиток одержали системи ЧПК з застосуванням мікропроцесорів і мікроЕОМ. (рис. 14.11).

Керуюча програма вводиться в ЕОМ з програмоносія ПН (або пульта керування ПК) через блок введення програми БВП і пристрою вводу-виводу ПВВ1. Далі вона надходить у пристрій пам'яті мікроЕОМ. У постійному запам'ятовуючому пристрої ПЗП зберігаються постійні частини програми, дані для декодування, інтерполяції та необхідних обчислень.

В оперативний запам'ятовуючий пристрій ОЗП надходить, крім даних керуючої програми, поточна інформація від датчиків зворотного зв'язку ДЗЗ про хід технологічного процесу, стан захистів і блокувань, на підставі чого виробляється керуючий вплив на ЕП та пристрої електроавтоматики верстата ЕА. Зв'язок мікроЕОМ. з електроустаткуванням верстата здійснюється через пристрої вводу-виводу ПВВ2 — ПВВ4. Крім зазначених блоків ЕОМ містить у собі мікропроцесор МП і таймер Т.

Застосування мікроЕОМ. у системах ЧПК різко розширює їхні функціональні можливості, а саме, дозволяє впливати програмним шляхом на функціонування верстата, здійснити діалоговий режим спілкування оператора з верстатом, вести діагностику роботи верстата і системи ЧПК, реалізовувати універсальний – як позиційний, так і контурний – режими обробки деталей.

Крім того, мікроЕОМ дозволяє здійснювати керування декількома електроприводами, які забезпечують рух інструмента (деталі) по різних координатах.

Рисунок 14.11 – Структурна схема ЕП з програмним пристроєм на основі ЕОМ

 

Сучасні вітчизняні системи ЧПК в основному базуються на мініЕОМ типу «Електроніка-60». До них, зокрема, відносяться контурно-позиційні системи типів 2С85 з трьома керованими координатами (токарні, карусельні, зубофрезерні верстати та робототехнічні комплекси) і 2Р22 (токарні та шліфувальні верстати), контурні системи типів 2С42 (свердлильно-фрезерно-розточувальні та шліфувальні верстати), і 2Р32 (токарні та фрезерні верстати). На базі спеціалізованої ЕОМ типу «Електроніка НЦ» створені контурно-позиційні системи ЧПК для токарних верстатів і ковальсько-пресового устаткування типів НЦ-31 (дві керовані координати) та  НЦ-80-31 (вісім керованих координат).

 

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 656;