Технологические особенности станков с ЧПУ

 

По назначению системы ЧПУ разделяют на управляющие траекториями движения исполнительных органов и на управляющие режимом работы (рис. 3.63). Системы, управляющие траекториями движения, обеспечивают соответствие скорости и направления перемещений расчетным данным; комбинацию совместной и независимой работы агрегатов, последовательность их включения. Системы, управляющие режимами работы, или системы адаптивного управления предназначены для оптимизации скорости резания и подачи, силы резания, точности и шероховатости обрабатываемой поверхности. Адаптивные самонастраивающиеся системы управления осуществляют автоматический поиск оптимальных параметров процесса обработки с учетом жесткости системы станок – приспособление – инструмент - деталь, изменения припуска на обработку, твердости обрабатываемого материала и др.

По технологическому признаку системы ЧПУ разделяют на координатные (позиционные) и контурные. Координатные системы используют в свер-

лильных, расточных и координатно-расточных станках. Цикл работы станка

предусматривает позиционирование и фиксацию исполнительного узла в точке с заданными программой координатами и последующую обработку. При

движении исполнительного узла отсутствует необходимость согласованного движения по координатам к заданной точке, но требуется быстрое перемещение и точный останов в заданной позиции. Системы контурного управления

применяют для токарных, расточных, фрезерных станков, осуществляющих формообразование деталей сложной формы и требующих движения исполнительных органов с переменными скоростями одновременно по двум и большему числу координат.

По виду управляющей информации системы ЧПУ могут быть разделены на дискретные и аналоговые. Дискретные системы характеризуются ступенчатой формой управляющих сигналов, а аналоговые оперируют непрерывными управляющими сигналами. Дискретно-аналоговые системы объединяют достоинства обоих классов. По наличию обратной связи между исполнительным органом и устройством для ввода программы различают системы с не замкнутой цепью управления (без обратной связи) и с замкнутой цепью управления(с обратной связью). Система с обратной связью управления обеспечивает наивысшую точность перемещения.

 

Рис. 3.63 Классификация систем ЧПУ

 

К дискретным системам относятся импульсно-шаговые и импульсно-суммирующие. Импульсно-шаговые системы имеют программу, задающую управляющие сигналы в виде импульсов. Импульсы поступают на обмотку статора шагового двигателя (ШД). Каждый импульс соответствует элементарному повороту ротора ШД и перемещению (шагу) рабочего органа. Частота следования импульсов определяет скорость движения рабочих органов.

Импульсно-суммирующие системы также обеспечивают элементарное перемещение на каждый импульс. Заданное число импульсов (суммарное), определяющее перемещение, непрерывно или дискретно сравнивается с числом импульсов, поступающих по каналам обратной связи от датчика обратной связи. Движение происходит, пока существует сигнал рассогласования, т. е. пока суммарное заданное число импульсов будет отличаться от суммарного отработанного числа импульсов.

К аналоговым системам относят потенциометрические и фазовые. Потенциометрические или амплитудные системы имеют программу, задаваемую физическим параметром, чаще всего напряжением тока. Амплитуда напряжения пропорциональна программируемому перемещению. Сравнение напряжения приемника с заданным осуществляется по каналу обратной связи.

Фазовые системы имеют программу, задаваемую в виде непрерывной синусоидальной функции физического параметра, например, силы тока. Фаза этого сигнала, т. е. угловой поворот вектора силы тока, пропорциональна программируемым перемещениям. Отработка управляющих сигналов производится с помощью следящих, т. е. использующих датчики обратной связи приводов фазового типа. Импульсно-фазовые и импульсно-аналоговые системы являются разновидностью дискретных и аналоговых систем. В этих системах управляющий сигнал и сигнал датчика обратной связи являются импульсными, а сигнал рассогласования является аналоговой величиной, например напряжением, или наоборот.

Для кодирования информации при подготовке программы применяют международный код ISO-7bit с записью программ на восьмидорожечную перфоленту шириной 25,4 мм. В коде ISO-7bit при программировании информации может программироваться до 128 команд (Рис. 3.64). Управляющая программа обработки состоит из кадров, содержащих информацию о перемещениях инструмента, технологических и вспомогательных командах. Информация о перемещениях рабочих органов станка кодируется в двоично-десятичной системе счисления, при которой сохраняют десятичные разряды. Цифры десятичной системы счисления записывают в двоичной системе счисления: 8 = 2³, 4 = 2², 2 = 2¹, 1 = 2⁰. Отверстие на первой дорожке перфоленты соответствует 1, на второй - 2, на третьей – 4, на четвертой – 8. Дорожки 1, 2, 3, 4 перфоленты используются для программирования размерной информации. Дорожки 5, 6, 7 совместно с первыми четырьмя дорожками используются для программирования технологических команд. Отверстие на восьмой дорожке является дополнительным и служит для контроля количества отверстий в строке по четности.

 

Рис.3. 64 Условные обозначения кода ISO – 7bit

 

Станки с ЧПУ во всех странах имеют одинаковые значения направлений перемещений и их символику. Стандартом ISO – R841 принято за положительное направление перемещения исполнительного органа станка считать то, при котором инструмент или заготовка отходят друг от друга. Исходной осью (ось Z) является ось рабочего шпинделя. Если эта ось поворотная, ее положение выбирают перпендикулярно плоскости крепления детали. Положительное направление оси Z – от устройства крепления детали к инструменту, тогда оси X и Y расположатся так, как это показано на рис. 3. 65. Примеры расположения осей на токарном, вертикально-сверлильном и горизонтально-расточном станках с ЧПУ приведены на рис 3. 66.

Оси X, Y, Z называются первичными; они расположены ближе к шпинделю. Вторичные оси U, V, W параллельны первичным, третичные обозначают буквами P, Q, R. Углы поворота вокруг осей обозначаются A, B, C (соответственно для поворота вокруг осей X, Y, Z), дополнительные углы поворота – буквами D и E.

 

Рис. 3.65. Расположение осей координат на станках с ЧПУ:

а – правосторонняя система координат; б – первичные оси

 

Положительным направлением считается вращение по часовой стрелке при взгляде вдоль положительного направления соответствующей оси. При перемещении детали, а не инструмента положительные значения изменяют направление; их обозначают буквами X′, Y′, Z′ и т. д.

Рис. 3. 66. Примеры расположения осей координат на станках с ЧПУ:

а – токарный станок; б – вертикально-фрезерный станок;

в - горизонтально-расточной станок

 

В качестве примера рассмотрим обработку корпуса штуцера (рис. 3. 67) на продукционном токарном станке с ЧПУ модели 16К20Ф3С5. Система ЧПУ управляет перемещениями суппорта по двум координатам X, Z, автоматическим переключением частот вращения шпинделя, индексацией шестипозиционной револьверной головки и других тенологических команд.

При составлении управляющей программы указывают: резец подрезной с радиусом режущей кромки равным 1 мм, материал режущей части из твердого сплава, скорость резания 100 – 120 м/мин (п = 400 мин^-1), подачу 0,15 – 0,2 мм/об.

Координаты характерных точек 1 – 4, …, 7 – 11 определяют простым суммированием значений координат точек на чертеже детали и радиуса режущей кромки, а точек 5 и 6 из расчетных треугольников. Координаты исходной точки положения резца определяют по наладке станка, которая зависит от положения револьверной головки, вылета резца и длины патрона. Распечатка управляющей программы приведена на рис. 3. 68.

 

Рис. 3. 67. Схема расчетных программных перемещений суппорта

 

Рис. 3. 68. Программа для обработки штуцера в коде ISO-7bit