Інженер допоможе - модернізація верстатів з ЧПУ
Верстати з ПУ (програмним управлінням) були відомі давно, вони були присутні поряд як з ручним, так і з механічним принципом управління. Особливо в середовищі токарних верстатів, де в процесі бере участь велика кількість інструментів, які роблять різні рухи, в процесі обробки деталі.
Простим зразком стали звичайні токарні прилади, які оснащені копірних лінійками для обробки конічних поверхонь.
До сфери обладнання складного типу відносять автомати токарно-копіювальні та токарно-револьверні, де траєкторія ходу інструментів задається круговим переміщенням криволінійних кулачків, які насаджені на загальному розподільному валу.
Є ще циклові, тимчасові і шляхові системи управління, які задають хід інструменту системою відповідних важелів, власників, тумблерів, датчиків.
Нужда у винаході цього обладнання була народжена вимогою обробки криволінійних деталей без участі людини, для точного результату, стабільності в процесі виготовлення протягом тривалого часу.
При всьому при тому що це виходило за рахунок значних витрат. По-перше, співвідносяться з виготовленням самих програмних носіїв, які були придатні виключно для деталей одного типового розміру, а по-друге, необхідних для налагодження цих програмних носіїв.
Таким чином, витрати на створення таких верстатів досить великі, і в даний час, виправдані тільки в масовому виробництві виробів, при цьому потреба програмованого обладнання в дрібносерійне виробництво не набагато менше.
Тому назріла необхідність створення верстатів з таким програмним управлінням, яке відрізнялося б гнучкістю налаштування обладнання на виготовлення деталей всіляких типорозмірів за рахунок універсальності програмного носія і невисокою собівартості.
Був придуманий чіслосодержащій принцип управління інформацією, який заносять на перфоленту або магнітний носій. Дана програма фізично не об'єднана з величинами виробу.
Виникає ймовірність скоротити трудомісткість налаштування, автоматизувати підготовку програм управління, знайти досить складний хід переміщення інструменту, істотно збільшити концентрацію траєкторій в одній операції.
Отже, винахід обладнання з ЧПУ означало революцію в верстатобудуванні.
Мета даної роботи вивчити сутність модернізації верстатів з числовим програмним управлінням.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити ряд завдань:
1.Дать загальну характеристику систем з ЧПУ.
2.Раскрить особливість модернізації верстатів з ЧПУ.
3.Проаналізіровать практичні проблеми та шляхи їх вирішення в процесі модернізації верстатів з ЧПУ.
Загальна характеристика систем з ЧПУ
У сучасному виробництві виділяють чотири покоління верстатів з ЧПУ.
Перше покоління представлено системами ЧПУ, які впроваджувалися на виробництво ще в Радянському Союзі, це були цілком і повністю вітчизняні системи. Найчастіше це було громіздке обладнання і часом воно займало цілу шафу. Немає сенсу перераховувати недоліки перших систем з ЧПУ, проте на деяких підприємствах їх досі використовують.
Друге покоління систем з ЧПУ стало поступово впроваджуватися на виробництві вже в 90-і роки XX століття. Головна їхня відмінність було в наявність кошика з повним комплектом плат, які з'єднувалися з приводами і з верстатом. В даному випадку промисловий комп'ютер міг знаходиться як в кошику, так і стояти окремо. Ще однією відмінною особливістю систем з ЧПУ другого покоління є наявність клавіатури, на якій розташовувалося велика кількість функціональних кнопок.
Дані системи не були позбавлені недоліків, до яких відносяться наступні:
-Велика кількість рознімних з'єднань, що негативно позначалося на ефективності роботи всієї системи
-Наявність великої габаритної системи, яка не дозволяє як слід вбудовуватися в конструкцію верстата
-Складність при технічному обслуговуванні через відсутність доступу до друкованих плат.
-Складність експлуатації через відсутність стандартизації при встановленні інтерфейсу функціональних зон, нераціональність розташування робочих клавіш, індивідуальність виконання.
-Системи з ЧПУ другого покоління були досить універсальні і щоб їх пристосувати до конкретного верстата доводилося ретельно потрудитися.
Малюнок. 1. Верстат другого покоління (структурна схема)
Процес розвитку систем з ЧПУ йшов по шляху вдосконалення електронної начинки. Удосконалення роботи частотних перетворювачів, винахід сенсорного екрану привели до винаходу третього покоління систем з ЧПУ (структурна схема представлена на рис. 2).
На відміну від попереднього покоління нові верстати можна було назвати «безкорпусним». Невеликий комп'ютер знаходився в пульті оператора, контролери виконання монтувалися на безпосередній близькості від виконавчого механізму. Система 3-го покоління повністю вирішували проблеми притаманні 2-го покоління систем з ЧПУ.
Малюнок. 2. Верстат третього покоління (структурна схема)
Підсумком розвитку інформаційних технологій стало створення систем ЧПУ четвертого покоління. Поява даної системи дозволило вирішити більшість проблем пов'язаних з експлуатацією промислового устаткування з ЧПУ.
Тепер був забезпечений повноцінний процесорний підхід, що включає всі стадії технологічного процесу, що включає стадії від підготовки та налагоджування до профілактики та ремонту.
На малюнку 3 представлена система з ЧПУ четвертого покоління.
Особливо хочеться відзначити гідності систем четвертого покоління: тепер оператор обмежений до функцій верстата, до яких оператор по своїх трудових обов'язків не має ніякого відношення.
Для оператора призначені тільки три кнопки: жовта - затиск заготовки / разжим деталі, зелена - ПУСК, червона - СТОП.
Така розробка істотно спрощує вимоги до кваліфікації оператора, значно зменшує ймовірність операційних помилок і цілком виключає ймовірність випадкове втручання робітника-оператора.
Малюнок 3. Верстат четвертого покоління (структурна схема)
Особливість модернізації верстатів з ЧПУ
Одним з найпоширеніших видів модернізації верстатів з ЧПУ - це заміна застарілої електронної начинки на сучасну, це найдоступніший і ефективний спосіб збереження ефективної працездатності обладнання.
При модернізації електронної складової обладнання враховують: навантаження устаткування, трудовитрати і асортимент вироблених деталей, кваліфікацію працівників, специфіку виробництва.
Економічна ефективність при модернізації верстатів дуже відчутна, якщо порівнювати системи ЧПУ 1-го і 4-го поколінь, то енергетична економія може скласти від 20 до 40 разів, при цьому капіталовкладення окупаються протягом приблизно двох років. Утилізація застарілого обладнання може частково відшкодувати витрати на модернізацію.
Ще одним джерелом економії при модернізації можна вважати отримання додаткової виробничої площі при звільненні від громіздкої системи ЧПУ старого зразка. Це найбільш актуально, якщо підприємство орендує виробничі помещанія.
В якості ілюстрації можна уявити приклад мінімальної модернізації верстата з ЧПУ, представлений на малюнку 4.
Після проведеної модернізації обладнання не поступається по експлуатаційно-технічними характеристиками сучасному обладнанню, а по надійності і фортеці станини може навіть перевершувати їх.
Після модернізації інтерфейс системи більш зручний і відповідає сучасним вимогам, замість нагромадження всіляких елементів можна спостерігати акуратні блоки заминає досить мало місця.
Явною перевагою мінімальної модернізації систем за рахунок вдосконалення пристрою ЧПУ можна вважати терміни їх проведення, не більше 2-х днів знадобиться для вдосконалення верстата, мінімум простою важлива умова виробничого процесу. Невисока вартість ще одна перевага даної модернізації.
Малюнок 4. Заміна УЧПУ в ВМ501ПМФ4
Межа модернізації встановити не можна. Як приклад наведемо фотографії на яких зображені яскраві приклади модернізації верстатів з ЧПУ.
Малюнок 5. Модернізація операційного пульта (ВМ501ПМФ4)
На малюнку 5 представлений приклад модернізації операторського пульта, в результаті проведеної роботи пульт придбав більш сучасний вигляд, на додаток до всього функції пульта оператора розширені, модернізація дозволяє позиціонувати швидкість і рух, плавно коригувати команди «ПУСК» і «СТОП».
На малюнку 6 показано як зовні змінився вигляд обладнання після заміни блоку живлення. Громіздке обладнання замінено сучасним, акуратним зовні і надійним і економічним внутрішньо. Нове обладнання допомагає істотно знизити енергоспоживання за рахунок більш високого ККД нових блоків живлення.
На тлі істотного енергозбереження та як наслідок швидкої окупності, даний вид модернізації дуже привабливий для сучасного виробника.
Малюнок 6. Заміна системи низьковольтного харчування (ВМ501ПМФ4)
У застарілих верстатах з ЧПУ блок управління постійно викликає невдоволення у користувачів, це пов'язано перш за все з проблемами обслуговування, блок розташовується на масивній плиті, доступ до елементів блоку утруднений нагромадженням різних контактів, плат, кембріков (рис.7).
Зміна блоку управління допомагає вирішити такі проблеми як незручність заміни елементів блоку, при цьому новий блок істотно надійніше і термін його заміни помітно скорочений.
Малюнок 7. Блок управління механізмами: ВМ501ПМФ4
Малюнок 8. Модернізація блоку управління (ВМ501ПМФ4)
Ще одним необхідним видом модернізації є заміна датчиків забезпечують зворотний зв'язок. Даний вид модернізації вважається найдорожчим і трудомістким, і вигода після модернізації не є принциповою, і тягне за собою труднощі при обслуговуванні даного верстата.
Тому головною перевагою даної модернізації можна вважати виключення їх схем верстата складних в обслуговуванні блоків.
Головним достоїнством цієї модернізації є вилучення зі схеми верстата не надто простих в обслуговуванні блоків.
Малюнок 9. Заміна датчиків зворотного зв'язку
Модернізація обладнання шляхом заміни приводу (рисунок 10) дозволяє значно збільшити якість технологічного процесу, що є результатом нормалізації швидкості обертання приводу і отримання можливості керувати крутним моментом, розгоном і гальмуванням.
Малюнок 10. Заміна електроприводу шпинделя
Досвід модернізації верстатів з ЧПУ: практичні проблеми та шляхи їх вирішення
Технічна політика в області верстатів з числовим програмним управлінням, які експлуатуються зараз, повинна входити в загальну техполітіку підприємства в цілому .Обобщенно вона повинна включати: однакову для всього підприємства модернізацію одиниць обладнання з програмним управлінням (короткостроковий, середньостроковий і довгостроковий плани); постійний контроль способів програмного управління і їх коштів, доопрацювання планів, що існують зараз з урахуванням нових тенденцій; здійснення контролю за ефективністю заходів з модернізації, які вже виконані.
Треба відзначити, що особливу увагу потрібно приділити уніфікації таких засобів, як апаратні і програмні засоби, які використовуються для модернізації систем з ЧПУ.
Існує велика кількість підприємств, у яких все ще є серйозні труднощі від великої кількості зразків, які експлуатуються в системах ЧПУ несумісність керуючих програм один з одним і різних типів конструкцій, а також рішеннями технічного характеру і величезним списком запчастин і комплектуючих, які необхідні для ремонту) . Це стан речей результат труднощів, що мають місце бути, коли купується обладнання програмно-керованого типу, яке було 50 років тому, в той час, коли, в общем-то в основному і йшло створення сучасного парку устаткування з програмним управлінням. Однак дивно те, що ринок переповнений товарами потрібної якості, кількості і ціни, а «програмна» і «апаратна» проблеми не просто є, а навіть збільшилися в кілька разів. Керівництво підприємств бере на себе сміливість купувати ЧПУ-системи з різними варіантами архітектурного плану. Потім, коли потрібно буде вирішувати завдання комплексної автоматизації і включення верстатів ЧПУ в одну автоматизовану систему підприємства, виникнуть проблеми, які значно перевищують ті, які виникають зараз при експлуатації немодернізованих парку систем ЧПУ.
З підвищенням функціональних можливостей верстатів з програмним керуванням і розширенням сфер їх застосування керуюча програма все більше і більше визначає техніко-економічні результати діяльності конкретного підприємства. Такий високий статус неминуче ставить питання про постійний контроль за станом керуючої програми.
Слабкі обчислювальні потужності систем ЧПУ ранніх поколінь не дозволяли організувати належний контроль за доступом до керуючої програмою. У кращому випадку він обмежувався механічним ключем, однаково доступною оператору, налагоджувальникові, програмісту-технологу і ремонтникові. Наслідком цього стала широко поширена практика використання двох варіантів керуючих програм. При цьому один варіант призначається для норміровщіци (в ньому швидкості подачі були свідомо зменшені, а паузи збільшені), а другий для роботи, тим більше, що часто оператор одночасно виконує функції наладчика.
Ще раніше для зміни швидкості подачі використовували коректори подачі, розташовані на станочном пульті оператора, але з часом норміровщіцам зобов'язали перед виготовленням контрольної деталі перевіряти їх стан. Для перевірки же відповідності коду керуючої програми оригінальному коду навичок норміровщіци явно недостатньо (особливо, якщо взяти до уваги не дуже зручний інтерфейс оператора-система ЧПУ).
Найпростішим і разом з тим досить ефективним способом вирішення цієї проблеми є використання системи паролів. При цьому для кожного аспекту процесу експлуатації доцільно мати свій пароль, що забезпечує доступ тільки до тих функцій і інформаційних масивів, за які цей аспект відповідає. Для виконання деяких функцій (наприклад, для зміни вже включеної в технологічний процес керуючої програми) доцільно використовувати подвійний пароль (наприклад, програміста-технолога і адміністратора). Такі коротко рекомендації з удосконалення процесу модернізації верстатів з ЧПУ.
висновок
Науково-технічний розвиток призводить до старіння техніки, тому модернізація верстатів з ЧПУ дає можливість знову «відродити» обладнанню яке ще працездатне, але морально і фізично застаріло.
В ході модернізації в верстат встановлюють нову автоматику, пристрої запам'ятовування, всілякі датчики, контролери, механізми введення-виведення. Результатом є вдосконалений верстат, життя і ефективність якого значно збільшується.
Модернізація верстата дозволяє підвищити точність процесу, посилити надійність і продуктивність. Технологічні цикли при цьому стають коротшими.
Збільшуючи обсяг пам'яті в верстатах з ЧПУ оператор може розраховувати на чіткість виконання виробничого процесу, при цьому жорсткий диск може зберігати досить великий обсяг програм управління.
Ще однією перевагою після модернізації є можливість підключення до зовнішнього комп'ютера, через локальну або глобальну мережу, що дозволяє значимо розширити можливість даного верстата.
Велика увага при модернізації приділяється електричною силовою складової верстата, заміна застарілих сервоприводів веде до підвищення надійності керованої системи з ЧПУ. Сучасні сервоприводи маючи в наявності датчики кутових переміщень, дозволяють більш точно забезпечити розташування заготовки в просторі.
Таким чином, можна резюмувати, що модернізація верстатів це процес не тільки бажаний, скільки необхідний для сучасного виробництва, роблячи це виробництво більш економічним і ефективним.