книги из ГПНТБ / Станки с программным управлением

И.Я. БЕНДУС. В. В. КИРИЧЕНКО, М. К. КЛЕБАНОВ,

В.В. КОЗЛЯЕВ, Р. Г. МУРАТКИНА, Б. Г. МОРГУН,

Е.В. РЕВИНСКИЙ, М. Я. ЦЛАФ

СТАНКИ С ПРОГРАММНЫМ

УПРАВЛЕНИЕМ

Под редакцией канд. техн. наук М . К. К л е б а н о в а и Ф . П. Д е н и с е н к о

КУЙБЫШЕВСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

1973

3—13—-4—18 18-73/ М148(03)—73

Гео. пувдччная

чк**#/ •.Ялі:»ЗЛЛА_1

j/f b i)iL

Металлорежущие станки с числовым программным уп­ равлением все шире используются в металлообработке, так как позволяют автоматизировать изготовление изделий любой сложности независимо от специфики производства.

Предлагаемая книга содержит некоторые общие положе­ ния о станках с ЧПУ: в ней приводятся краткий обзор при­ меняемых систем ЧПУ, краткие технические характеристики и конструктивные особенности станков с ЧПУ мод. 1А616ФЗ, КТ100А, 16Б16ФЗ, 1П717 ФЗ и других, выпускаемых Средне­ волжским станкостроительным заводом. Освещаются некото­ рые вопросы программирования, подготовки карт и схем наладок для обработки деталей, настройки станка; даются рекомендации по наиболее рациональному использованию то­ карных станков с ЧПУ с учетом их преимуществ и возмож­ ностей по сравнению с обычными токарными металлорежу­ щими станками.

Книга предназначается для работников машинострои­ тельных заводов, занимающихся эксплуатацией станков с ЧПУ, а также для научных сотрудников, специализирующих­ ся в данной отрасли, и студентов вузов соответствующего профиля.

С) Куйбышевское книжное издательство, 1973 г.

Введение

XXIV съездом КПСС разработана грандиозная программа со­ циально-экономического развития советского общества, дальней­ шего роста его производительных сил.

Одним из направлений станкостроения, указанных в Директи­ вах съезда, является существенное увеличение выпуска станков с программным управлением — производство их в девятой пяти­ летке должно возрасти в 3,5 раза. Это значительно выше темпов роста станкостроения в целом. В 1971 году было изготовлено 2539

с ЧПУ объясняются их большой эффективностью. Практика по­ казывает, что они примерно в 4 раза повышают производитель­

пользование на других участках около 5 тыс. высококвалифици­ рованных рабочих.

„Применение станков с ЧПУ позволяет автоматизировать мел­ косерийное, а в ряде случаев и индивидуальное производство, значительно облегчает труд рабочего, повышает культуру произ­ водства и качество продукции, сокращает время подготовки произ­ водства, расширяет технологические возможности металлорежу­ щих станков: с помощью систем ЧПУ на них можно изготавливать детали, обработка которых на обычных станках сопряжена с большими трудностями.

Широкое использование станков с ЧПУ в последнее десятилетие стало возможным благодаря целому комплексу исследователь­ ских и конструкторских разработок, в ходе которых были выявле­ ны наиболее приемлемые системы ПУ, конструкции и компоновки станков, решены вопросы технологической подготовки, а также ор­ ганизации производства новой аппаратуры, специальных узлов и самих станков с ЧПУ.

Наряду с этим возникли и новые научные направления, свя­ занные с динамикой станков, применением вычислительной тех­ ники для разработки технологии и составления программ.

Последние годы характеризуются также изысканиями, направ­ ленными на повышение эффективности использования станков с ПУ, усовершенствование подготовки производства для этих стан­

3

Глава первая

Общие сведения о станках с числовым программным управлением

§1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ

Втермине «программное управление» под программой подра­ зумеваются последовательность и характеристика действий, кото­ рые должны быть выполнены рабочими органами станка при об­

работке детали. В характеристику действий входят величины пе­ ремещений, их скорость, направление и другие параметры. Про­ грамма осуществляется при любом способе управления станком, начиная от ручного управления и кончая полной автоматизацией всего цикла.

Станками с числовым программным управлением (ЧПУ) назы­ ваются такие, в которых величины перемещений выражаются чис­ лами, нанесенными в определенном коде на программоноситель. Условными кодами выражаются также команды, определяющие последовательность действий, их скорость, направление.

При числовом программном управлении отсутствует необходи­ мость расстановки упоров, конечных выключателей, изготовления и установки копиров или кулачков. Это намного расширяет техно­ логические возможности систем ЧПУ: упрощает настройку стан­ ков, повышает производительность труда как за счет обеспечения оптимальных режимов работы,, так и за счет уменьшения вспомо­ гательного и подготовительного времени. Такие системы открыва­ ют широкие перспективы автоматического управления группами и участками станков.

Станки с ЧПУ характеризуются многими признаками. К ос­ новным из них относятся: технологическое назначение станков, способы задания программы, специфика осуществляемых движе­ ний, способ управления, специфика применяемой аппаратуры, при­ вода, особенности механических узлов и т. д.

В данном разделе круг рассматриваемых признаков сужен до пределов, непосредственно связанных с содержанием последую­ щих глав книги.

По структуре системы ЧПУ станками могут быть разде­ лены на две большие группы:

5

разомкнутые (без обратной связи); замкнутые (с обратной связью).

По способу з а да ния прог ра ммы:

спрограммой на магнитной ленте;

сперфолентой (или перфокартой);

смагнитными барабанами;

спомощью переключателей;

со штеккерными панелями.

По способу управления: аналоговые различных типов; ^кодовые; импульсные различных типов.

По виду д в и же н и я упра в ля е мог о органа: позиционные системы, обеспечивающие передвижение исполни­ тельного органа в заданную позицию независимо от траектории движения;

системы, обеспечивающие прямоугольный цикл движений, т. е. поочередное движение по различным осям координат (обработка

сложными профилями или пространственно-сложными поверхно­ стями).

§ 2. ЗАМКНУТЫЕ И РАЗОМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

На рис. 1, а представлена блок-схема замкнутой системы ЧПУ. В нее входят перечисленные ниже элементы.

6

ствием луча света на фотодиод, расположенный против отверстия на перфоленте, индуктированием в обмотке магнитной головки электрического импульса при прохождении намагниченного участ­ ка магнитной ленты или какими-либо другими способами.

3. Де шифр а т о р , служащий для преобразования «считан­ ного» числа в какую-либо электрическую величину (напряжение,

фазу или число импульсов).

4. Ср а в н и в а юще е устройство. В него поступают электричеокие сигналы прямой связи (от дешифратора) и обратной связи (от датчика обратной связи 8). В результате сравнения обо­ их сигналов возникает сигнал рассогласования, управляющий ра­ ботой исполнительного двигателя 6.

5. Ус илит е ль с иг на л а рас согласования, усилива­ ющий сигнал рассогласования до значения, достаточного для уп­ равления исполнительным двигателем.

т. д.).

8. Да т ч и к об р а т но й связи, представляющий собой измерительное устройство, вырабатывающее электрический сигнал, пропорциональный по какому-либо параметру (напряжению, фазе, числу импульсов) отработанному перемещению.

На рис. 1, б приведена блок-схема разомкнутой системы. Ее особенностью является отсутствие обратной связи, т. е. датчика и сравнивающего устройства. Правильность отработки перемеще­ ния в этом случае должна обеспечиваться устройством исполни­ тельных органов.

В разомкнутых системах предъявляются особенно высокие тре­ бования к механическим и прочим передачам от исполнительного двигателя к рабочему органу из-за необходимости полного соот­ ветствия заданных и отрабатываемых движений. В этом случае должна быть обеспечена высокая кинематическая точпость пере­ дач. Точность перемещения при реверсировании достигается при­ менением безлюфтовых зубчатых, а также шарико-винтовых пе­ редач и т. п. Высокие требования предъявляются в разомкнутых системах и к жесткости кинематичеоких цепей. С увеличением размеров станков и веса их рабочих органов обеспечить соблю­ дение этих требований к исполнительным устройствам весьма сложно.

Поэтому для тяжелых станков более приемлемы замкнутые системы. Но разомкнутые системы проще замкнутых, вследствие чего они и получили широкое распространение в станках малых и средних размеров.

§ 3. АНАЛОГОВЫЕ СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Принцип работы аналоговой системы программного управле­ ния заключается в том, что число, выражающее величину запро­ граммированного перемещения, преобразуется в системе управ­ ления в какую-либо электрическую величину (напряжение или

I

фазу), пропорциональную этому числу, т. е. являющуюся его ана­ логом. В датчике обратной связи также возникает напряжение, но пропорциональное фактически отработанному перемещению. Эти два напряжения сравниваются в узле сравнения, в котором вы­ рабатывается сигнал рассогласования. Последний усиливается и управляет исполнительным двигателем. По отработке запрограм­ мированного перемещения сигнал рассогласования станет равным нулю и рабочий орган остановится.

Аналоговые системы применяются как для позиционирования, так и для обеспечения функциональной связи между перемеще­ ниями по нескольким координатам. Они характеризуются при­ менением дешифраторов — аналоговых преобразователей, пре­ образующих число в его аналог-напряжение. В аналоговых систе­

мах используются потенциометрические и индуктивные датчики обратной связи.

§ 4. КОДОВЫЕ СИСТЕМЫ

Кодовые системы характеризуются применением специальных кодовых датчиков. В упрощенном виде датчик можно представить в виде кодовой линейки (рис. 2, а). В строках этой линейки в за­ кодированном виде представлен последовательный ряд чисел. Уп­ рощенная схема системы показана на рис. 2, б. Она работает следующим образом. В считывающем устройстве (СУ) програм­ ма считывается, например, воздействием луча света на фотодио­ ды. Последние расположены под отверстиями перфоленты, соот-

S

ветствующими определенным двоичным разрядам. При этом в системе сравнения (СС) верхние пять триггеров приходят в со­ стояния, соответствующие считанному числу (в данном случае 11001=25). При движении рабочего органа вместе с ним будет двигаться и датчик—кодовая линейка, с которой также будут счи­ тываться числа, соответствующие величинам перемещений.

Электрические импульсы с кодового датчика приведут тригге­ ры нижнего ряда СС в состояние, соответствующее коду числа, выражающего фактически отработанное перемещение. По пере­ мещению стола на 25 м.м состояния верхнего и нижнего ряда триггеров совпадут, в результате чего переключатель напряжения (ПН) отключит двигатель (Д) и рабочий орган остановится. Для повышения разрешающей способности кодовые датчики делаются нескольких разрядов (для грубых и точных отсчетов) и связы­ ваются с рабочим органом не жестко, а через некоторую кинема­ тическую цепь.

9