7. Принцип роботи верстатів із чпу
Розглянемо роботу верстатів із системою ЧПУ за спрощеною схемою (рис. 7.1), що включає основні блоки систем ЧПУ та 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 ЦАП і двох приводів, що стежать по осях X і V верстата. Слідчі приводи складаються з підсилювачів потужності УМХ і УМУ, що порівнюють пристроїв УСХ і УСУ,датчиків зворотного зв'язку у вигляді трансформаторів ВТХ і ВТУ, що обертаються,кінематично пов'язаних з ходовими гвинтами верстата, і двигунів подач Мх і Му,які обертають ходові гвинти верстата. В результаті обертання гвинтів переміщуються стіл верстата і його повзун з фрезою, спільний рух яких визначає конфігурацію деталі, що виготовляється згідно з закладеною програмою.
Усі сучасні пристрої ЧПУ виконуються з урахуванням будь-якої микроЭВМ чи мікропроцесорів (одного чи кількох), дозволяють значно збільшити рівень автоматизації верстата, тобто. забезпечити: індикацію великої кількості параметрів на екрані дисплея, швидке діагностування несправностей та зручне редагування програм, запам'ятовування великого обсягу програм, що управляють, і т.д.
7.1. Склад системи чпу
Усі пристрої ЧПУ мають розвинену циклову автоматику з великою кількістю входів-виходів, і навіть зв'язок з ЕОМ вищого рівня, необхідну під час створення гнучких виробничих систем.
Разом про те спостерігається поділ пристроїв ЧПУ за кількістю керованих координат, що з їх призначенням: для токарних верстатів зазвичай потрібно дві координати; для звичайних фрезерних – три; для фрезерних верстатів, призначених для об'ємної обробки – п'ять; длябагатоопераційних верстатів – від чотирьох до восьми. Наразі створено пристрої ЧПУ на 10–12 координат для управління ГПМ. Число координат дуже істотно впливає на конструкцію та вартість пристрою ЧПУ.
Функціональна схема типової універсальної системи ЧПУ (рис. 7.2) складається з двох основних пристроїв: пристрої числового програмного управління, конструктивно оформленого у вигляді окремої шафи або пульта та виконавчих пристроїв з приводами та датчиками зворотного зв'язку, розміщеними на верстаті. Основні блоки системи ЧПУ описані нижче.
Мал. 7.1. Спрощена схема верстата з ЧПУ
Пристрій введення інформаціївводить цифрову інформацію з програмоносія.
Блок запам'ятовування ліченої інформації.Крім запам'ятовування вхідної інформації у цьому блоці виконуються її контроль та формування відповідного сигналу в момент виявлення помилки. Цей блок зазвичай має можливість отримувати інформацію від ЕОМ верхнього рівня, що необхідно при об'єднанні верстатів у ГПС.
Пульт управління та індикаціїслужить для зв'язку людини-оператора із системою ЧПУ. За допомогою цього пульта проводиться пуск системи та її зупинка, перемикання режимів роботи з автоматичного на ручний і т.д., а також корекція швидкості подачі та розмірів інструментів та зміна початкового положення інструменту за всіма деякими координатами. На цьому пульті знаходиться світлова сигналізація та цифрова індикація стану системи.
У сучасних ЧПУ індикація зазвичай здійснюється за допомогою вбудованого дисплея, що дозволяє виводити значно більше параметрів, а також проводити відпрацювання програм безпосередньо на верстаті.
Блок інтерполяціїформує часткову траєкторію руху інструментуміж двома чи більше заданими у програмі точками. У більшості випадків використовують лінійну та кругову інтерполяцію, хоча іноді застосовують гвинтову або циліндричну інтерполяцію.
Приводи подач,найчастіше стежать, служать для забезпечення переміщення керованих елементів верстата (столів, супортів, кареток і т.п.) з необхідною швидкістю та точністю при заданому моменті. Під слідчим приводом будемо розуміти систему, що складається з двигуна (електричного, гідравлічного), підсилювача потужності, що забезпечує цей двигун необхідною енергією, яка регулюється в широких межах, датчика зворотного зв'язку за положенням, що служить для вимірювання фактичного переміщення (або положення) керованого об'єкта, та порівнюючого пристрою, що порівнює фактичне положення об'єкта з заданим і сигналу помилки, що надходить на вхід підсилювача потужності, в результаті чого кутова швидкість валу двигуна виявляється пропорційною помилці системи. У процесі роботи ця система переміщає керований об'єкт у такий спосіб, щоб підтримувати мінімальне значення помилки. Якщо помилка з якихось причин перевищує заздалегідь встановлену допустиму межу, то система ЧПУ автоматично відключається за допомогою спеціальних пристроїв захисту.
Блоки управління приводами подачслужать для перетворення інформації, одержуваної з виходу інтерполятора, у форму, придатну для управління приводами подач, так, щоб при надходженні кожного імпульсу керований об'єкт переміщався на певну відстань, звану ціну імпульсу, яка зазвичай складає 0,01 чи 0,001 мм. Залежно від типу приводів (замкнені або розімкнені, фазові або амплітудні), що застосовуються на верстатах, блоки керування суттєво різняться.
У розімкненихприводах, що використовують крокові двигуни, блоки управління являють собою спеціальні кільцеві комутатори, на виході яких включені потужні підсилювачі, що живлять обмотки крокових двигунів, які служать циклічного перемикання обмоток ШД, що змушує обертатися його ротор. У замкнутих приводах фазового типу, що використовують датчики зворотного зв'язку у вигляді трансформаторів, що обертаються (ВТ) або індуктосинів в режимі фазообертачів, блоки управління являють собою перетворювачі імпульсів у фазу змінного струму і фазові дискримінатори, які порівнюють фазу сигналу на виході фазового перетворювача з фазою датчика і видають різницевий сигнал помилки підсилювач потужності приводу.
У цьому ж блоці зазвичай розташовані підсилювачі для живлення датчиків зворотного зв'язку, а також пристрої захисту, що відключають приводи при перевищенні допустимої помилки стеження.
Датчики зворотного зв'язкуДОС є вимірювальними пристроями, що служать визначення фактичного положення (абсолютного значення координати) або переміщення (відносного значення координати) керованого об'єкта в межах кроку системи. При цьому підсумовування кроків здійснює система ЧПУ. Переміщення об'єкта визначають як безпосередньо за допомогою будь-яких лінійних вимірювальних пристроїв, наприклад, індуктосинів, так і побічно, вимірюючи, наприклад, кут повороту валу двигуна подач за допомогою будь-якого кутового вимірювального пристрою, наприклад звичайного ВТ або резольвера (точний ВТ синусно -косинусного типу, що застосовується в рахунково-вирішальних пристроях).
Крім індуктосинів, для безпосереднього вимірювання лінійних переміщень іноді використовують і інші вимірювальні пристрої, наприклад прецизійні зубчасті рейки з багатополюсними ВТ, або длядосягнення особливо високої точності - оптичні вимірювальні штрихові шкали з відповідними імпульсними датчиками. Зазвичай один і той же пристрій ЧПУ може працювати з різними типами ДОС.
Мал. 7.2. Функціональна схема системи ЧПУ
Блок швидкостей подачзабезпечує задану швидкість подачі, а також розгін і гальмування на початку та в кінці ділянок обробки за заданим законом, найчастіше – лінійним. Швидкість подачі визначається або номером швидкості відповідного ряду швидкостей, що становлять геометричну прогресію зі знаменником порядку 1,25, або безпосередньо в міліметрах за хвилину через 1 або навіть через 0,1 мм/хв. Крім робочих швидкостей подач, що становлять зазвичай 5-2000 мм/хв, цей блок виконує, як правило, і настановний рух з підвищеною швидкістю, на якій проводиться установка координат при позиційній обробці або перехід інструменту з однієї ділянки заготівлі до іншої при контурній обробці. Ця швидкість у сучасних системах ЧПУ становить 10–15 м/хв.
Блок корекції програмиразом із пультом управління служить зміни запрограмованих параметрів обробки, тобто. швидкості подачі та розмірів інструменту (довжини та діаметру). Зміна швидкості руху (зазвичай 5-120%) зводиться до ручної зміни частоти генератора, що задає, в блоці подач. Зміна довжини інструмента (зазвичай від 0 до 100 мм) зводиться до зміни заданого значення переміщення вздовж осі інструменту, без зміни початкового положення.
Блок технологічних командпризначений для управління цикловою автоматикою верстата, що включає пошук і зміну досить великої кількості інструментів (до 100), зміну частоти обертання шпинделя, затискач направляючих при позиціонуванні і розтискання їх при русі,різні блокування, що забезпечують безпеку верстата. Циклова автоматика верстата складається в основному з виконавчих елементів типу пускачів, електромагнітних муфт, соленоїдів та інших електромагнітних механізмів, а також дискретних елементів зворотного зв'язку типу кінцевих та колійних вимикачів, реле струму, реле тиску та інших елементів, контактних або безконтактних, що сигналізують про стан виконавчих органів. Часто ці елементи з додатковими пристроями типу реле реалізують місцеві цикли (наприклад, цикл пошуку та зміни інструменту), команди, виконання яких подаються з пристрою програмного управління. Сучасні пристрої ЧПУ, як правило, здійснюють ці цикли всередині, видаючи сигнали на виконавчі елементи верстата через узгоджувально-підсилювальні пристрої, які можуть знаходитися як у верстаті, так і пристрої ЧПУ. Для цього часто використовують програмовані контролери у вигляді окремого блоку, що розміщується всередині або поза пристроєм ЧПУ.
Блок стандартних циклівслужить для полегшення програмування та скорочення довжини програми при позиційній обробці повторюваних елементів заготівлі, наприклад, при свердлінні та розточуванні отворів, нарізанні різьблення та інших операцій.
Крім цих блоків, застосовують блоки адаптації, які служать для збільшення точності і продуктивності обробки при зовнішніх умовах, що змінюються за випадковим законом (наприклад, припуск на обробку, твердість оброблюваного матеріалу, затуплення інструменту). Це тим, що будь-яка система ЧПУ є розімкнутої системою управління, оскільки вона «знає» результату своєї роботи. У системі ЧПУ із звичайним зворотним зв'язком заготівля нею не охоплена; задається лише переміщення інструменту щодо заготівлі. В той же часна точності розмірів деталі позначається, наприклад, деформація інструменту, що у звичайних системах ЧПУ може враховуватися під час програмування лише тоді, коли вона стала чи змінюється за наперед відомому закону, чого практично немає.