Принцип роботи верстатів з ЧПУ

Розглянемо роботу верстатів з системою ЧПУ за спрощеною схемою (рис. 7.1), що включає основні блоки систем ЧПУ і основні елементи кінематичної схеми верстата. Система ЧПУ складається з пристроїв введення інформації, блоку запам'ятовування інформації БЗІ, блоку інтерполяції БІ, блоку управління приводами подач у вигляді цифроаналогових перетворювачів ЦАПі ​​двох стежать приводів по осях X і Vстанка. Приводи, що стежать складаються з підсилювачів потужності УМХ і РОЗУМУ. порівнюють пристроїв УСХ і УВУ, датчиків зворотного зв'язку у вигляді обертаю-трудящих трансформаторів ВТХ і ВТУ, кінематично пов'язаних з ходовими гвинтами верстата, і двигунів подач Мх і Му, які приводять в обертання ходові гвинти верстата. В результаті вра-щення гвинтів переміщаються стіл верстата і його повзун з фрезою, спільний рух яких визначає конфігурацію деталі, що виготовляється згідно закладеної програмі.

Всі сучасні пристрої ЧПУ виконуються на базі ка-кой-яких мікроЕОМ або мікропроцесорів (одного або неяк-ких), що дозволяють значно збільшити ступінь автоматизації верстата, тобто забезпечити: індикацію великого числа параметрів на екрані дисплея, швидке діагностування несправностей і зручне редагування програм, запам'ятовування великого обсягу керуючих програм і т.д.

Склад системи ЧПУ

Всі пристрої ЧПУ мають розвинену цикловую автоматику з великим числом входів-виходів, а також зв'язок з ЕОМ вищого рівня, необхідну при створенні гнучких виробничих систем.

Разом з тим спостерігається поділ пристроїв ЧПУ за кількістю керованих координат, пов'язане з їх призначенням: для токар-них верстатів зазвичай потрібно дві координати; для звичайних фр-зерна - три; для фрезерних верстатів, призначених для об'ємної обробки, - п'ять; для багатоопераційних верстатів - від чотирьох до восьми. В даний час створені пристрої ЧПУ на 10-12 координат для управління ГПМ. Число координат досить суттєво впливає на конструкцію і вартість устрій-ства ЧПУ.

Функціональна схема типової універсальної системи ЧПУ (рис. 7.2) складається з двох основних пристроїв: пристрої число-вого програмного управління, конструктивно оформленого у вигляді окремого шафи або пульта і виконавець-них пристроїв з приводами і датчиками зворотного зв'язку, розмі-щеннимі на верстаті. Основні блоки системи ЧПУ описані нижче.

Мал. 7.1. Спрощена схема верстата з ЧПУ

Пристрій введення інформації вводить числову інформацію з программоносителя.

Блок запам'ятовування прочитаної інформації. Крім запам'ятовування вхідної інформації в цьому блоці виконуються її контроль і формирова-ня відповідного сигналу в момент виявлення помилки. Цей блок, як правило, має можливість отримувати інформацію від ЕОМ верхнього рівня, що необхідно при об'єднанні стан-ков в ГПС.

Пульт управління та індикації служить для зв'язку людини-оператора з системою ЧПУ. За допомогою цього пульта проводиться пуск системи і її зупинка, перемикання режимів роботи з авто-тичних на ручний і т.д. а також корекція швидкості подачі і розмірів інструментів і зміна початкового положення інструменту за всіма або деякими координатами. На цьому пульті знаходиться світлова сигналізація і цифрова індикація про со-стоянні системи.

В сучасних ЧПУ індикація зазвичай здійснюється за допомогою вбудованого дисплея, що дозволяє виводити значно більше число параметрів, а також проводити відпрацювання про-грам безпосередньо на верстаті.

Блок інтерполяції формує часткову траєкторію руху-ня інструменту між двома або більше заданими в програмі точками. У більшості випадків використовують лінійну і кругову інтерполяцію, хоча іноді застосовують гвинтову або циліндри-чний інтерполяцію.

Приводи подач, найчастіше стежать, служать для забезпе-ня переміщення керованих елементів верстата (столів, суппор-тов, кареток і т.п.) з необхідною швидкістю і точністю при заданому моменті. Під приводом, що стежить будемо розуміти систему, що складається з двигуна (електричного, гідравлічні-ського), підсилювача потужності, що постачає цей двигун не-обходимой енергією, яка регулюється в широких межах, датчика зворотного зв'язку по положенню, службовця для вимірювання фактичного переміщення (або положення) керованого об'єкта, який би порівняв устрою, який би порівняв фактичний стан об'єкта із заданим і видає сигнал помилки, по-ступає на вхід підсилювача потужності, в результаті чого угло-вая швидкість вала двигуни я виявляється пропорційною помилку системи. В процесі роботи ця система переміщує управ-ється об'єкт таким чином, щоб підтримувати мінімальне значення помилки. Якщо помилка з яких-небудь причин переви-щує заздалегідь встановлений допустиму межу, то система ЧПУ автоматично відключається за допомогою спеціальних пристроїв захисту.

Блоки керування приводами подач служать для перетворення інформації, одержуваної з виходу інтерполятора, в форму, придатну для управління приводами подач, так, щоб під час вступу кожного імпульсу керований об'єкт переміщався на певну відстань, зване ціною імпульсу, кото-раю зазвичай становить 0,01 або 0,001 мм. Залежно від типу приводів (замкнуті або розімкнуті, фазові або амплітуд-ні), що застосовуються на верстатах, блоки управління істотно різняться.

У розімкнутих приводах, що використовують крокові двигуни, блоки управління являють собою спеціальні кільцеві комутатори, на виході яких включені потужні підсилювачі, що живлять обмотки крокових двигунів, які служать для циклічного перемикання обмоток ШД, що змушує вра-тися його ротор. У замкнутих приводах фазового типу, викорис-зующих датчики зворотного зв'язку у вигляді обертових трансфор-маторов (ВТ) або індуктосінов в режимі фазовращателей, блоки управління являють собою перетворювачі імпульсів в фазу змінного струму і фазові дискримінатори, які порівняй-вают фазу сигналу на виході фазового перетворювача з фазою датчика зворотного зв'язку і видають різницевий сигнал помилки на підсилювач потужності приводу.

У цьому ж блоці зазвичай розташовані підсилювачі для живлення датчиків зворотного зв'язку, а також пристрої захисту, відключаю-щие приводи при перевищенні допустимої помилки стеження.

Датчики зворотного зв'язку ДОС є вимірювальними пристроями, що служать для визначення фактичного поло-ження (абсолютного значення координати) або переміщення (від-відносна значення координати) керованого об'єкта в пре-справах кроку системи. При цьому підсумовування кроків виробляє система ЧПУ. Переміщення об'єкта визначають як безпосередньо за допомогою будь-яких лінійних вимірювальних пристроїв, наприклад, індуктосінов, так і побічно, вимірюючи, наприклад, кут повороту вала двигуна подач за допомогою будь-якого кутового вимірювального пристрою, наприклад, звичайного ВТ або резольвера (точний ВТ синусно -косінусного типу, застосовуваний в лічильно-обчислювальних пристроях).

Крім індуктосінов, для безпосереднього вимірювання чи-лінійних переміщень іноді використовують і інші вимірювальні пристрої, наприклад, прецизійні зубчасті рейки з багато-полюсними ВТ, або для досягнення особливо високої точності - оптичні штрихові вимірювальні шкали з відповідними імпульсними датчиками. Зазвичай один і той же пристрій ЧПУ може працювати з раз-особистими типами ДОС.

Мал. 7.2. Функціональна схема системи ЧПУ

Блок корекції програми разом з пультом управління слу-жит для зміни запрограмованих параметрів обробки, тобто швидкості подачі і розмірів інструменту (довжини і діаметру). Зміна швидкості руху (зазвичай 5-120%) зводиться до ручки-ному зміни частоти генератора, що задає в блоці подач. Зміна довжини інструменту (зазвичай від 0 до 100 мм) зводиться до зміни заданого значення переміщення уздовж осі інструменту, без зміни його початкового поло-ження.

Блок технологічних команд призначений для управління циклової автоматикою верстата, що включає пошук і зміну до статочно великого числа інструментів (до 100), зміну частоти обертання шпинделя, затиск напрямних при позіціонірова-ванні і разжим їх при русі, різні блокування, забезпе-Чіва збереження верстата . Циклова автоматика верстата з-стоїть в основному з виконавчих елементів типу пускачів, електромагнітних муфт, соленоїдів і інших електромагнітних механізмів, а також дискретних елементів зворотного зв'язку типу кінцевих і колійних вимикачів, реле струму, реле тиску і інших елементів, контактних або безконтактних, сігналізі- рующих про стан виконавчих органів. Часто ці елементи з додатковими пристроями типу реле реалізують місцеві цикли (наприклад, цикл пошуку і зміни інструменту), команди, на виконання яких подаються з пристрою програмного керування. Сучасні пристрої ЧПУ, як правило, осу-ють ці цикли всередині, видаючи сигнали на виконавець-ні елементи верстата через согласующе-підсилювальні пристрої, які можуть перебувати як у верстаті, так і в пристрої ЧПУ. Для цього часто використовують програмовані контролери у вигляді окремого блоку, що розміщується всередині або поза пристрої ЧПУ.

Блок стандартних циклів служить для полегшення программи-вання і скорочення довжини програми при позиційної обра-лення повторюваних елементів заготовки, наприклад, при свер-лення і розточування отворів, нарізування різьблення і інших операцій.

Крім цих блоків, застосовують блоки адаптації, які служать для збільшення точності і продуктивності обробки при змінюються за випадковим законом зовнішніх умовах (наприклад, припуск на обробку, твердість оброблюваного матеріалу, затуплення інструменту). Це пояснюється тим, що будь-яка система ЧПУ є розімкнутої системою управління, так як вона не «знає» результату своєї роботи. В системі ЧПУ зі звичайною зворотним зв'язком заготівля нею не охоплений; задається тільки переміщення інструмента щодо заготовки. У той же час на точності розмірів деталі позначається, наприклад, де-формація інструменту, яка в звичайних системах ЧПУ може враховуватися при програмуванні тільки тоді, коли вона по-стояння або змінюється по заздалегідь відомому закону, чого на практиці немає.

Приводи подач верстатів з ЧПУ

У сучасних верстатах з ЧПУ застосовуються різні структурні схеми приводів подач. Схема з жорсткою зв'язком електродвигуна ходового гвинта зображена на рис. 8.1.

Мал. 8.1. Схема приводу:

1 - електродвигун; 2 - муфта; 3-передача гвинт-гайка кочення; 4 - гвинт

Схема з одноступінчастим редуктором і вибіркою зазору в зубчастому зачепленні розглянута на рис. 8.2.

Мал. 8.2. Схема приводу з редуктором:

1 - електродвигун; 2 - левередж; 3 - гвинтова передача

Схема із застосуванням беззазорний черв'ячної і рейкової передач зображена на рис. 8.3.

Мал. 8.3. Схема приводу з черв'ячною і рейкової передачами:

1 - електродвигун; 2 - черв'ячна передача; 3 - рейкова передача

Як видно з наведених схем, верстати з ЧПУ мають короткі кінематичні схеми приводів подач, що забезпечують більш точну роботу останніх. Це стало можливим при застосуванні спеціальних вузлів і механізмів, що мають свої відмінні риси.