Раздел 6. Автоматизация технологических процессов и производств

Важнейшим достижением научно-технического прогресса является локальная и комплексная автоматизация промышленного производства. В этой области разработка и внедрение оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) является наиболее значимым достижением в мировой системе хозяйствования за последние 40 – 50 лет. Это оборудование нашло применение практически в любой области, связанной с изготовлением изделий: машиностроении, заготовительном производстве, текстильной, обувной промышленности, в производстве товаров широкого потребления, в т.н. «высокой моде» и т. д. Технологии, базирующиеся на оборудовании с ЧПУ, могут быть без всякого преувеличения названы инвариантными. Применение оборудования с ЧПУ взамен универсального имеет существенные особенности и создает определенные преимущества, в частности, следующие: сокращение сроков подготовки производства на 50 – 75%; сокращение общей продолжительности цикла изготовления продукции на 50 – 60%; экономию средств на проектирование и изготовление технологической оснастки на 30 – 85%; повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного и основного времени обработки и многое другое.

Тема 9. Особенность технологической подготовки производства для оборудования с чпу

Внедрение ЧПУ в технологию обусловило необходимость построения числовых моделей технологического процесса, а следовательно, широкое использование математических методов и числовой вычислительной техники. Это привело к революционным изменениям в промышленных технологиях. Из науки, носившей по преимуществу качественный характер, технология стала превращаться в науку точную. При этом программирование обработки на оборудовании с ЧПУ, возникшее на стыке ряда дисциплин, со временем приобрело самостоятельное значение. Программирование технологических процессов для оборудования с ЧПУ – качественно новый этап, на котором выполняется значительная часть работы, перенесенная из сферы непосредственного производства в область его технологической подготовки. Так, действия квалифицированного рабочего, обрабатывающего деталь на обычном станке, заменяются на станке с ЧПУ обработкой по управляющей программе, содержащей подробную информацию о последовательности и характере функционирования его исполнительных механизмов. Требования к квалификации оператора станка снижаются, т.к. задачи формообразования теперь решает технолог-программист в процессе подготовки УП.

Виды и характер работ по технологической подготовке производства (ТПП) с использованием оборудования с ЧПУ существенно отличаются от работ, производимых с помощью обычного универсального оборудования. Значительно возрастают сложность задач и трудоемкость проектирования ТП. Специальные знания, в т.ч. и математические, необходимые для составления программы, резко повышают требуемый уровень квалификации технологов, а применение технических средств для расчета и составления программ обусловливает появление в системе ТПП новых специальностей (программистов, математиков, электронщиков) и требует решения ряда организационных вопросов.

В общем случае составление программ для оборудования с ЧПУ начинается с разработки технологического процесса и выделения операций программируемой обработки. В выбранных операциях после уточнения оборудования выявляют необходимые траектории движения инструментов, скорости рабочих и холостых ходов и др. Направления и величины перемещений устанавливают исходя из конфигурации обрабатываемых поверхностей. Разработанная последовательность обработки кодируется и либо записывается на программоноситель, либо вводится непосредственно с пульта терминальной системы управления (ТСУ) оборудованием. Полученная в итоге УП представляет собой сумму указаний рабочим органам оборудования на выполнение в определенной последовательности действий, из которых складывается весь процесс обработки. Получением УП завершается первый этап процесса изготовления на оборудовании с ЧПУ, начатый с предварительной подготовки данных, необходимых для программирования.

На втором этапе в соответствии с разработанной программой осуществляется процесс обработки. Из всех работ в процессе программирования решающими являются сбор, упорядочение и обработка информации, перед тем как она будет включена в УП. Подготовленная информация должна быть представлена в форме специальных символов и чисел, т.е. в форме, пригодной для записи программы данному оборудованию.

9.1. Кодирование информации УП

Подготовленная исходная информация УП записывается по определенной форме и состоит из набора кадров. Каждый кадр содержит геометрическую и технологическую информацию, необходимую для обработки одного элементарного участка детали, чаще всего между двумя соседними т.н. опорными точками. Кадры состоят из слов – информации, определяющей программу работы отдельных исполнительных органов: перемещения по координатам X,Y,Z; величина рабочей подачи; работа механизмов смены инструмента и др.

Рекомендованный Международной организацией по стандартизации семиразрядный буквенно-цифровой код ISO-7bit является основным для всего отечественного современного оборудования с ЧПУ. Значение букв и символов в терминах ЧПУ у этого кода должно соответствовать ГОСТ 20999-83. Код помимо записи непосредственно с пульта ТСУ или ПЭВМ предназначен для записи информации на восьмидорожечной перфоленте и позволяет кодировать 128 символов. Для систем ЧПУ за символами кода ISO-7bit закреплены определенные значения, которые используются при кодировании геометрической и технологической информации (табл. 6.1).

Таблица 6.1

ЗНАЧЕНИЯ СИМВОЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КОДЕ ISO-7bit

_______________________________________________________________

ФУНКЦИЯ СИМВОЛ ЗНАЧЕНИЕ

_______________________________________________________________

НОМЕР КАДРА N НОМЕР КАДРА

ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ G ЗАДАНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ

ФУНКЦИЯ

КООРДИНАТА X,Y,Z,U,V, ЗАДАНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПО

A,B,C КООРДИНАТНЫМ ОСЯМ

ПАРАМЕТРЫ КРУГОВОЙ I,J,К КООРДИНАТЫ ЦЕНТРА

ИНТЕРПОЛЯЦИИ ОКРУЖНОСТИ

ФУНКЦИЯ ПОДАЧИ F ЗАДАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПОДАЧИ

ПЕРВАЯ ФУНКЦИЯ S ЗАДАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

ШПИНДЕЛЯ ОСНОВНОГО ШПИНДЕЛЯ

ВТОРАЯ ФУНКЦИЯ P ЗАДАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

ШПИНДЕЛЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО

ШПИНДЕЛЯ

ФУНКЦИЯ ИНСТРУМЕНТА Т ЗАДАНИЕ НОМЕРА

ИНСТРУМЕНТА

ВРЕМЯ ПАУЗЫ Т ЗАДАНИЕ ВРЕМЕНИ ПАУЗЫ

ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ М УПРАВЛЕНИЕ

ФУНКЦИЯ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКОЙ

ЧИСЛО ПОВТОРЕНИЙ Н ЧИСЛО ПОВТОРЕНИЙ

ЦИКЛИЧЕСКОГО УЧАСТКА УП

ОБРАЩЕНИЕ К О ЗАДАНИЕ НОМЕРА

ПОДПРОГРАММЕ ПОДПРОГРАММЫ

НОМЕР КООРДИНАТЫ Q ЗАДАНИЕ НОМЕРА

КООРДИНАТЫ В ЦИКЛАХ

ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ

ИНСТРУМЕНТА

НОМЕР ПАРАМЕТРА L ЗАДАНИЕ НОМЕРА

ФОРМАЛЬНОГО ПАРАМЕТРА

НАЧАЛО УП %: ПРИЗНАК НАЧАЛА ИМЕНИ УП

ДЕСЯТИЧНАЯ ТОЧКА . ПРИЗНАК ВВОДА ДРОБНЫХ

ЧИСЕЛ

ЗНАК МИНУС - ПРИЗНАК ОТРИЦАТЕЛЬНОГО

ЧИСЛА, АРИФМЕТИЧЕСКАЯ

ОПЕРАЦИЯ "ВЫЧИТАНИЕ"

ЗНАК ПЛЮС + АРИФМЕТИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ

"СЛОЖЕНИЕ"

ЗНАК ДЕЛЕНИЕ : АРИФМЕТИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ

"ДЕЛЕНИЕ"

ЗНАК УМНОЖЕНИЕ * АРИФМЕТИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ

"УМНОЖЕНИЕ"

_________________________________________________________________

9.2. Структура УП

При построении УП в коде ISO-7bit в последовательности кадров записывается только та геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, которая изменяется по отношении к предыдущему кадру. Иначе, записанная в данном кадре команда не повторяется в последующих кадрах и отменяется лишь другой командой из этой группы или специальной командой, отменяющей все команды данной группы. Каждая УП должна начинаться символом % - «начало программы». Кадр с символом % не нумеруется. Нумерация кадров программы начинается только со следующего кадра. Если необходимо присвоить УП номер, это обозначение следует сразу за символом %. Например, %01. Управляющая программа должна заканчиваться символами «конец программы» или «конец информации». Информация, помещенная после этого символа не должна восприниматься ТСУ.

9.3. Структура кадров УП

К структуре кадров предъявляются определенные требования, в частности следующие.

1. Каждый кадр должен содержать слово «номер кадра». Далее в кадре приводятся информационные слова или слово.

2. Информационные слова в кадре рекомендуется записывать в определенной последовательности: сначала подготовительные функции, далее координаты в последовательности X,Y,Z,U,V,W,P,Q, R,A,B,C; слова функции подачи; функции главного движения; вспомогательные функции.

3. В пределах одного кадра не должны использоваться подготовительные функции, входящие в одну группу.

4. В пределах одного кадра не должны повторяться координаты, параметры интерполяции и шаг резьбы.

5. Каждое слово в кадре УП должно содержать символ адреса (латинская прописная буква), математический знак (при необходимости), последовательность цифр.

6. Размерные перемещения в кадрах УП указываются или в абсолютных значениях, или в приращениях. Это определяет использование в кадрах УП подготовительных функции G90 (абсолютный размер) или G91 – (размер в приращениях).

9.4. Подготовительные функции

Функции с адресом G, называемые подготовительными, определяют режим и условия работы оборудования и ТСУ. Они кодируются от G00 до G99. За каждой функцией закреплено стандартом определенное значение (табл. 6.2).

Таблица 6.2

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ G-ФУНКЦИИ КОДА ISO-7bit

_______________________________________________________________

ГРУППА КОД Ф-ЦИИ НАИМЕНОВАНИЕ ПРИМЕЧАНИЕ

_______________________________________________________________

00 БЫСТРОЕ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ

01 ЛИНЕЙНАЯ ИНТЕРПОЛЯЦИЯ

1 02 КРУГОВАЯ ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ПО

ЧАСОВОЙ СТРЕЛКЕ

03 КРУГОВАЯ ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ПРОТИВ

ЧАСОВОЙ СТРЕЛКИ

2 0 ПАУЗА ОТДЕЛЬНЫЙ КАДР

3 09 ТОРМОЖЕНИЕ В КОНЦЕ КАДРА ДЕЙСТВУЕТ

В ОДНОМ КАДРЕ

17 ВЫБОР ПЛОСКОСТИ XY

4 18 ВЫБОР ПЛОСКОСТИ XZ

19 ВЫБОР ПЛОСКОСТИ YZ

20 ОТМЕНА ПЛОСКОСТЕЙ

6 33 РЕЗЬБОНАРЕЗАНИЕ

40 ОТМЕНА КОРРЕКЦИИ ИНСТРУМЕНТА

41 ЛЕВАЯ КОРРЕКЦИЯ НА РАДИУС ФРЕЗЫ

7 42 ПРАВАЯ КОРРЕКЦИЯ НА РАДИУС ФРЕЗЫ

43 КОРРЕКЦИЯ ИНСТРУМЕНТА

49 ОТМЕНА КОРРЕКЦИИ НА ИНСТРУМЕНТ

8 69 ИЗМЕРЕНИЕ ИНСТРУМЕНТА

10 71 КОНЕЦ ПОДПРОГРАММЫ ОТДЕЛЬНЫЙ КАДР

72 КОНЕЦ ЦИКЛА ОТДЕЛЬНЫЙ КАДР

81 ЦИКЛ СВЕРЛЕНИЯ СКВОЗНЫХ ОТВЕРСТИЙ

82 ЦИКЛ СВЕРЛЕНИЯ ГЛУХИХ ОТВЕРСТИЙ

83 ЦИКЛ ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ

11 84 ЦИКЛ НАРЕЗАНИЯ ПРАВОЙ РЕЗЬБЫ

85 ЦИКЛ НАРЕЗАНИЯ ЛЕВОЙ РЕЗЬБЫ

86 ФИКСИРОВАННЫЙ ЦИКЛ РАСТОЧКИ

90 РАБОТА В АБСОЛЮТНОЙ СИСТЕМЕ

КООРДИНАТ

12 91 РАБОТА В ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

КООРДИНАТ

94 ЗАДАНИЕ ПОДАЧИ В ММ/МИН

95 ЗАДАНИЕ ПОДАЧИ В ММ/ОБ

______________________________________________________________

В общем подготовительные функции разбиты на следующие гуппы:

1,2,3. G00…G09 – команды общего порядка (позиционирование, линейная и круговая интерполяция, ускорение, замедление, пауза).

4,5,6. G10…G39 – особенности непрерывной обработки (выбор осей, плоскостей, видов интерполяции).

7 - G40…G59 – коррекция размеров инструмента без отсчета, смещение осей.

8,9,10. G60…G79 – вид и характер работы (точно, быстро).

11. G80…G89 – постоянные (фиксированные) автоматические циклы.

12,13. G90…G99 – особенности задания размеров, режимов обработки

Допускается функции первых трех групп писать без начального 0) (G0,

G1, G2 и т.д.).

9.5. Вспомогательные функции

Вспомогательные команды, главным образом воздействующие на элементы электроавтоматики оборудования с ЧПУ, представлены в табл. 6.3.

Таблица 6.3

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ М ФУНКЦИИ КОДА ISO-7bit

_______________________________________________________________

КОД НАИМЕНОВАНИЕ ФУНКЦИИ ПРИМЕЧАНИЕ

_______________________________________________________________

00 ОСТАНОВ ОТРАБОТКИ УП ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ

ЗАДАНИЯ РУЧНЫХ

ОПЕРАЦИИ НА ГПМ

02 КОНЕЦ ОСНОВНОЙ УП ОТРАБАТЫВАЕТСЯ

ПОСЛЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

03 ВРАЩЕНИЕ ШПИНДЕЛЯ ПО ОТРАБАТЫВАЕТСЯ ДО

ЧАСОВОЙ СТРЕЛКЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

04 ВРАЩЕНИЕ ШПИНДЕЛЯ ПРОТИВ - ! -

ЧАСОВОЙ СТРЕЛКИ

05 ОСТАНОВ ШПИНДЕЛЯ ОТРАБАТЫВАЕТСЯ

ПОСЛЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ.

06 СМЕНА ИНСТРУМЕНТА

07 ВКЛЮЧЕНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ 2 ОТРАБАТЫВАЕТСЯ ДО

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

08 ВКЛЮЧЕНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ 1 - " -

09 ВЫКЛЮЧЕНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОСЛЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

10 ЗАЖИМ ДО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

11 РАЗЖИМ ПОСЛЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

12 ЗАЖИМ ЗАДНЕЙ БАБКИ

13 РАЗЖИМ ЗАДНЕЙ БАБКИ

14 ЗАЖИМ ПИНОЛИ

15 РАЗЖИМ ПИНОЛИ

16 ФИКСАЦИЯ ШПИНДЕЛЯ

17 РАСФИКСАЦИЯ ШПИНДЕЛЯ

19 ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ОСТАНОВ ШПИНДЕЛЯ

22 ОГРАЖДЕНИЕ ЗАКРЫТЬ

23 ОГРАЖДЕНИЕ ОТКРЫТЬ

28 ВКЛЮЧЕНИЕ ТРАНСПОРТЕРА СТРУЖКИ

29 ВЫКЛЮЧЕНИЕ ТРАНСПОРТЕРА СТРУЖКИ

30 КОНЕЦ ИНФОРМАЦИИ УП ОТРАБАТЫВАЕТСЯ

ПОСЛЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

41 1 ДИАПАЗОН ШПИНДЕЛЯ

42 2 ДИАПАЗОН ШПИНДЕЛЯ

49 ОТМЕНА РУЧНОЙ КОРРЕКЦИИ

59 ПОСТОЯННАЯ СКОРОСТЬ ШПИНДЕЛЯ

В качестве примера ниже приведены фрагменты УП в коде ISO-7bit с комментариями для детали, представленной в лабораторной работе для фрезерного модуля (сверление центрального отверстия и фрезерование колодца, программа 01), и детали, представленной в лабораторной работе для токарного модуля (подрезка торца и сверление осевого отверстия, программа 02).

%01 (начало программы)

N1G0G55X0Y0U0V0Z857 (привязка к системе координат станка, включение

осевой коррекции на инструмент)

N2 G90 (работа в абсолютной системе координат)

N3 G09 X250.0 Y0.0 Z80.0 (выход в точку смены инструмента)

N4 T01 (выбор инструмента из первой позиции магазина)

N5 G00 X0.0 Y0.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

N6 Z55.0 ( - : - )

N7 S300 M3 (включение шпинделя с частотой 300 об/мин по

часовой стрелке)

N8 M8 (включение охлаждения)

N9 G01 Z-10.0 F50 (линейная интерполяция в заданную точку с

подачей 50 мм/мин)

N10 G00 Z55.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

N11 G49 Z80.0 ( - : - , отмена коррекции)

N12 X250.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

…………………

N59 T04 (смена инструмента)

N60 G00 G41 X0.0 Y0.0 (ускоренное перемещение в заданную тосчку с

коррекцией фрезы)

N61 Z55.0 ( - : - )

N62 S300 M3 (см. выше)

N63 G01 Z18.0 F50 (движение по прямой с рабочей подачей)

N64 X-25.0 ( - : - )

N65 G03 X25.0 Y0.0 I25.0 J0.0 (круговая интерполяция с рабочей подачей)

N66 X-25.0 Y0.0 I-25.0 J0.0 ( - : - )

N67 X-50.0 Y0.0 I-12.5 J0.0 ( - : - )

N68 X50.0 Y0.0 I50.0 J0.0 ( - : - )

N69 X-50.0 Y0.0 I-50.0 J0.0 ( - : - )

N70 X-25.0 Y0.0 I12.5 J0.0 ( - : - )

N71 G00 Z55.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

N72 X200.0 ( - : - )

……………………………

N186 M30 (конец информации УП)

%02 (начало программы)

N1G92X-137.6Z-666. (привязка к системе координат станка)

N2 G0 X210.0 Z150.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

N4 T1 (выбор инструмента из 1 позиции рев. головки)

N5 M8 (включение охлаждения)

N6 G0 X205.0 Z5.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

N7 S310 M3 (включение шпинделя по часовой стрелке)

N8 Z0.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

N9 G1 X-1.0 F0.3 (движение по прямой на рабочей подаче)

N10 G0 Z5.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

N11 X205.0 ( - : - )

N12 X210.0 Z150.0 ( - : - )

………………………

N120 T4 (см.выше)

N121 G0 X0.0 Z5.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

N122 S300 M3 (см. выше)

N123 G1 Z-130.0 F20 (движение по прямой с рабочей подачей)

N124 G0 Z5.0 (ускоренное перемещение в заданную точку)

N125 X210.0 Z150.0 ( - : - )

………………………

N192 M2 (конец программы)

9.6. Системы координат оборудования с ЧПУ

Работа оборудования с ЧПУ тесно связана с системами координат. Оси координат располагают параллельно направляющим, что позволяет при программировании обработки указывать направления и величины перемещения рабочих органов. В качестве единой системы координат для всего оборудования с ЧПУ в соответствии с ГОСТ 23597-79 принята стандартная (правая) система, при которой оси X,Y,Z указывают положительные перемещения инструментов относительно подвижных частей оборудования. Таким образом, положительными всегда являются такие движения, при которых инструмент и обрабатываемое изделие удаляются друг от друга.

У оборудования различных типов и моделей системы координат размещаются по-разному, определяя при этом положительные направления осей и положение начала координат (нулевая точка). Система координат оборудования является главной расчетной системой, в которой определяются предельные перемещения, начальные и текущие положения рабочих органов. При этом положение рабочих органов характеризуют их базовые точки, выбираемые с учетом конструктивных особенностей отдельных управляемых по программе узлов. Так, базовыми служат точки: для шпиндельного узла станка – точка пересечения торца шпинделя с осью его вращения; для суппорта токарного станка – центр поворота резцедержателя в плоскости, параллельной направляющим суппорта и проходящей через ось вращения шпинделя, или точка базирования инструментального блока; для крестового стола – точка пересечения его диагоналей; для поворотного стола – центр поворота на зеркале стола и т.д. В технической документации пределы возможных смещений рабочих органов, как правило, указываются пределами смещения базовых точек.

Наличие данных о зоне обработки обязательно, так как они определяют возможности оборудования при программировании перемещений обрабатываемых изделий. При работе оборудования табло индикации на панели ТСУ отражает истинное положение базовых точек относительно нулевой точки. Точный останов рабочих органов в нулевом положении по каждой из координат обеспечивается датчиками нулевого положения.

Система координат детали – это система, в которой определены все размеры данной детали и даны координаты всех опорных точек контура детали. Система координат детали имеет свои оси координат и свою нулевую точку. Положение нулевой точки детали переводится в систему координат оборудования через базовую точку. Такая связь систем координат станка и детали (а также во многих случаях и инструмента) позволяет проектировать УП непосредственно в размерах детали.

9.7. Комплекс «оборудование с ЧПУ»

В общем виде структуру комплекса «оборудование с ЧПУ» можно представить в виде трех блоков, каждый из которых выполняет свою задачу: УП, ТСУ и собственно оборудование.

УП содержит укрупненное кодированное описание всех стадий геометрического и технологического образования изделия. Главное (с информационной точки зрения) в этом описании то, что оно не допускает двусмысленных трактований.

В ТСУ управляющая информация в соответствии с УП транслируется, а затем используется в вычислительном цикле, результатом которого является формирование оперативных команд в реальном масштабе машинного времени оборудования.

Оборудование является основным потребителем управляющей информации, исполнительной частью, объектом управления, а в конструктивном отношении – несущей конструкцией, на которой смонтированы механизмы с автоматическим управлением, приспособленные к приему оперативных команд от ТСУ. К числу подобных механизмов относятся прежде всего те, которые непосредственно участвуют в геометрическом формообразовании изделия. Это механизмы координатных подач, направления которых различны. В зависимости от числа координат движения, задаваемых механизмами подачи, складывается та или иная система координат обработки: плоская, пространственная трехмерная, пространственная многомерная.

Функциональность реальной системы «оборудование с ЧПУ» определяется степенью реализации целого ряда функций при управлении оборудованием. Вот краткая характеристика этих функций.

Ввод и хранение системного программного обеспечения (СПО). К СПО относится совокупность программ, отражающих алгоритм функционирования конкретного объекта. В системах, обеспечивающих управление широким классом объектов (в т.н. многоцелевых ТСУ), при настройке на решение определенного класса задач СПО вводится извне. Это необходимо, поскольку у разных объектов существуют различия в алгоритмах формообразования по числу координат управления, скоростями и ускорениями движения инструмента. Разнообразие типов приводов и состава технологических команд объектов ведет к различиям в количестве и характере сигналов обмена.

Необходимо различать СПО и УП: СПО остается неизменным для данного объекта управления, а УП изменяются при изготовлении разных изделий на одном и том же объекте. В многоцелевых ТСУ память для хранения СПО должна быть энергонезависимой, т.е. сохранять информацию при пропадании напряжения питающей сети.

Ввод и хранение УП. УП может вводиться в ТСУ с перфоленты, с пульта управления или по каналам связи с ЭВМ. Память для хранения УП, которая должна быть представлена в коде ISO-7bit, должна быть энергонезависимой. В ТСУ УП обычно вводится сразу и целиком и запоминается в оперативной памяти системы. Используется также метод покадрового ввода УП. В ряде систем введенная УП после отладки и редактирования с использованием ТСУ может быть выведена на какие-либо внешние устройства: перфоратор, автоматическое печатающее устройство, графопостроитель, дисплей, магнитный накопитель и т.д.

Интерпретация кадра. УП состоит из составных частей – кадров. Отработка очередного кадра требует проведения ряда предварительных процедур, называемых интерпретацией кадров. Для непрерывности управления процедуры интерпретации i + 1-го кадра должны быть реализованы во время управления объектом по i-му кадру (без перерывов на чтение и распознавание кадров).

Интерполяция. ТСУ должна обеспечивать с требуемой точностью автоматическое получение (расчет) координат промежуточных точек траектории движения элементов управляемого объекта по координатам крайних точек и заданной функции интерполяции.

Управление приводами подач. Сложность управления зависит от типа привода. В общем случае задача сводится к организации цифровых следящих систем для каждой координаты. На вход такой системы поступают коды, соответствующие результатам интерполяции. Этим кодам должно отвечать положение по координате (линейное или угловое) перемещающегося объекта. Определение его действительного положения и сообщение о нем в систему управления осуществляется датчиками обратной связи. Кроме управления в режиме движения по заданной траектории необходима организация и некоторых вспомогательных режимов: согласование системы управления приводами с истинным положением датчиков обратной связи, установка системы приводов в фиксированный нуль оборудования, контроль выхода за допустимые значения координат, автоматический выход приводов в режим торможения по определенным законам и др.

Управление приводом главного движения. Управление предусматривает включение и отключение привода, стабилизацию частоты вращения, а в некоторых случаях – управление углом поворота как дополнительной координатой.

Логическое управление. Это управление технологическими узлами дискретного действия, входные сигналы которых производят операции типа “включить”, “отключить”, а выходные фиксируют состояние “включено”, “отключено”.

Коррекция на размеры инструмента. Коррекция УП на длину инструмента сводится к параллельному переносу координат, т.е. смещению. Учет фактического радиуса инструмента сводится к формированию траектории, эквидистантной запрограммированной.

Реализация циклов. Выделение повторяющихся (стандартных) участков программы, называемых циклами, является эффективным методом сокращения УП. Так называемые фиксированные циклы характерны для определенных технологических операций (сверления, зенкерования, нарезания резьбы и т.п.). При разработке УП фиксированные циклы указываются в программе, а их отработка ведется в соответствии с определенной подпрограммой, заложенной в память ТСУ.

Смена инструмента. Эта функция характерна для многоинструментального и многоцелевого оборудования. Задача смены инструмента в общем случае имеет две фазы: поиск гнезда магазина или револьверной головки с требуемым инструментом и замену отработавшего инструмента на новый.

Адаптивное управление. Для осуществления такого управления необходимая информация получается от специально установленных датчиков, с помощью которых измеряют момент сопротивления, например, резанью, мощность привода главного движения, вибрацию, температуру и др. Чаще всего адаптация осуществляется изменением контурной скорости или скорости привода главного движения.

Автоматический встроенный контроль. Организация такого контроля в зоне обработки (точность размеров, точность формы, точность взаимного расположения поверхностей, шероховатость обрабатываемой поверхности) особенно актуальна для гибких производственных модулей и гибких производственных систем, работающих в условиях “малолюдной” технологии. Непрерывный контроль обрабатываемого изделия – одна из основных задач повышения качества выпускаемой продукции.

Дополнительные функции. К ним можно отнести: обмен информацией с ЭВМ верхнего уровня, согласованное управление оборудованием технологического модуля, управление стружкоуборочным транспортером, управление внешними устройствами, связь с оператором, техническую диагностику технологического оборудования и самой системы ЧПУ, оптимизацию отдельных режимов и циклов ТП и др.

9.8. Гибкие производственные модули

В условиях постоянно увеличивающейся номенклатуры обрабатываемых изделий и сокращения цикла замены выпускаемой продукции возникла задача обработки небольших партий с высокой (ранее характерной для крупносерийного производства) производительностью при обеспечении достаточной гибкости оборудования при переналадке. Наиболее приспособленным для таких условий является многоцелевое оборудование, отличающееся высоким уровнем концентрации видов обработки и автоматизации производственных процессов.

Основные типы компоновок гибких производственных модулей (ГПМ) приведены в ГОСТ 27491-87 “Модули гибкие производственные …”. В соответствии с этим стандартом ГПМ включает в себя многоцелевое оборудование и дополнительные устройства и приспособления.

Многоцелевое оборудование включает:

• узлы и системы, рабочие органы, главный привод, приводы перемещений рабочих органов, электрооборудование, гидро- пневмооборудование и т.п.;

• устройство автоматической смены инструмента с инструментальным магазином;

• устройство автоматической смены заготовок;

• устройство автоматической подачи СОЖ, сбора СОЖ и отвода стружки;

• устройство ЧПУ.

Дополнительные устройства в оборудовании и комплекте приспособлений могут включать:

• статический накопитель заготовок;

• устройство замены вышедших из строя инструментов;

• устройство настройки и контроля инструментов;

• устройство контроля обрабатываемых изделий;

• устройства контроля различных параметров, определяющих состояние механизмов оборудования и процесса обработки;

• автоматизированное устройство ограждения.

Дополнительные устройства в системе управления могут включать:

• устройства диагностики неисправностей оборудования и системы управления;

• устройства контроля состояния инструмента;

• устройства контроля обрабатываемых изделий;

• устройство адаптивного управления;

• блоки памяти с увеличенным объемом для хранения УП.

По точности ГПМ выпускаются класса П (повышенной точности) основного исполнения и класс А прецизионного исполнения. Высокая точность и стабильность ГПМ достигается улучшением характеристик трения и жесткости направляющих, повышением жесткости и точности исполнительных механизмов приводов подач, повышением точности измерительных систем и коррекции ошибок позиционирования с помощью электронных устройств, применением термосимметричных несущих систем оборудования, методов термостабилизации, интенсивного охлаждения и отвода стружки.

Высокая производительность ГПМ обусловлена увеличением мощности главного привода, расширением диапазонов частот вращения шпинделя и рабочих подач, сокращением вспомогательного времени, максимально возможным повышением быстродействия работы всех узлов и механизмов, а также использованием прогрессивных инструментов и приспособлений. Отечественная промышленность выпускает ГПМ различного назначения, среди которых наиболее известными являются: пятикоординатные фрезерно-сверлильно-расточные ИР320ПМФ4, ИР500ПМФ4, ИР800ПМФ4, ЛР800ПМ2Ф4, СКФ5-400 и др.; многоцелевые токарные 1716ПМФ4Р2, 16К20РФ3С32 и др.

В связи с высокой стоимостью ГПМ и в условиях сравнительно быстрого морального старения требуется, чтобы это оборудование работало в несколько смен при минимальном обслуживающем персонале и рациональной организации производственного процесса. С экономической стороной использования ГПМ тесно связаны социальные факторы – необходимость поднять интеллектуальный уровень труда. Первостепенным становится не только создание условий безопасности работы, но и удовлетворение таких эргономических критериев, как оптимальное распределение функций между оператором и оборудованием, соответствие зоны обслуживания и органов управления психофизиологическим возможностям человека, создание комфортных условий работы, положительно влияющих на отношение человека к процессу и результатам труда.