Система координат станков с ЧПУ.
Классификация систем ЧПУ.
Классификация и виды промышленных роботов.
Классификация станков с ЧПУ.
По технологическим возможностям станки с ЧПУ (как и универсальные) делятся на следующие группы:
· станки токарной группы;
· станки сверлильно-расточной группы;
· станки фрезерной группы;
· станки шлифовальной группы;
· станки электрофизической группы ( электроэрозионные, электрохимические, лазерные);
· многоцелевые;
По принципу смены инструмента, станки с ЧПУ делят на три группы: с ручной сменой; с автоматической сменой в револьверной головке; с автоматической смене в инструментальном магазине.
По принципу смены заготовок разделяют на станки с ручной и автоматической сменой заготовок.
Станки с ЧПУ имеют следующие основные характеристики:
· Класс точности;
· Вид ЧПУ, обозначается индексами, входящими в наименование станка. Ф1 – станки с цифровой индикацией; Ф2 – станки с позиционными и прямоугольными системами управления; Ф3 – станки с контурными прямолинейными и криволинейными системами управления; Ф4 – станки с универсальной системой управления для позиционно-контурной обработки; Ц – станки с цикловым программным управлением; Т – станки с оперативной системой управления.
· Основные параметры станка: наибольший диаметр обрабатываемого изделия (для токарных станков), наибольший диаметр сверления (для сверлильных станков), диаметр расточного шпинделя (для расточных станков), ширина стола (для фрезерных станков);
· Наличие устройства автоматической смены инструмента;
· Наличие устройства смены заготовок;
· Габариты станка и его масса;
· Число управляемых координат, число одновременно управляемых координат.
Промышленные роботы (ПР) – автоматические манипуляторы с программным управлением. ПР являются универсальным средством комплексной автоматизации производственных процессов и характеризуются способностью к быстрой переналадке манипуляционных действий по их последовательности, скорости и содержанию.
ПР позволяют автоматизировать ручной труд, повысить производительность труда в 1,5-2 раза, повысить коэффициент использования оборудования в 1,5-1,8 раза, а также существенно улучшить ритмичность и организацию производства.
Основные понятия.
Манипулятор – устройство, содержащее рабочий орган, который предназначен для имитации перемещений и рабочих функций человека, и управляемое оператором или действующее автоматически.
Промышленный робот – автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и программируемого устройства управления, предназначенная для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека при перемещении предметов производства и технологической оснастки.
Исполнительное устройство – реализует двигательные функции ПР и в общем случае состоит из манипулятора и устройства передвижения.
В зависимости от выполняемых функций ПР подразделяют на подъемно-транспортные, производственные и универсальные.
Подъемно-транспортный ПР предназначен для обслуживания основного технологического оборудования и выполняет следующие вспомогательные функции: транспортирование, установку и снятие заготовок, деталей, инструмента; очистку баз деталей и оборудования; транспортно-складские операции.
Производственный ПР предназначен для непосредственного участия в технологическом процессе в качестве производящей или обрабатывающей машины и выполняющей основные технологические операции – гибку, сварку, окраску, сборку.
Универсальный ПР может выполнять функции как подъемно-транспортного, так и производственного ПР.
По способу программирования разделяют:
Жесткопрограммируемые ПР выполняют круг действий, предусмотренных программой, которая не корректируется при изменении внешней среды.
Адаптивные ПР оснащены сенсорными датчиками, получающими в процессе работы информацию об объектах и явлениях внешней среды и корректирующими на основе полученных сведений управляющую программу.
Гибкопрограммируемые ПР формируют программу своих действий на основе поставленной цели и информации об объектах и явлениях внешней среды.
В зависимости от характера и дискретности перемещений ПР разделяют на три группы: позиционные (от точки к точке), контурные (по непрерывной траектории), комбинированные (универсальные).
Под системой ЧПУ понимают совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления числового программного управления станком. Собственно УЧПУ представляет собой часть этой системы. Конструктивно УЧПУ представляет собой электронное устройство и состоит из устройства ввода УП, вычислительной части, электрического канала связи с механизмами станка. Внешний вид УЧПУ определяется панелью управления, с которой осуществляется переключение режимов работы станка. Подсистемы УЧПУ выполняются в виде электронных блоков, которые располагают в отдельном шкафу. Конструкция блоков позволяет произвести быструю замену неисправного блока.
Приведем наименования и сокращения основных классов систем ЧПУ, в соответствии с международной классификацией, а также некоторых ее элементов:
ЧПУ (NC) – числовое программное управление (Numerical Control). Управление обработкой на станке по программе, заданной в кодированном виде (алфавитно-цифровом или унитарном коде).
ОСУ (HNC) – Оперативная система ЧПУ (Hand NC) с ручным заданием программы на пульте управления (на клавишах или другой аппаратуре).
Компьютерное ЧПУ (CNC) – Система управления с микроЭВМ (Computer NC). Система содержит одну или несколько микроЭВМ (микропроцессоров) с программной реализацией алгоритмов.
- (DNC) – Система управления группой станков от общей ЭВМ (Direct NC), осуществляющей хранение программ и распределение их по запросам от устройств управления станков.
ПК (PLC) – Программируемый командоаппарат (Programmable Controller). Устройство выполнения логических функций, в том числе релейной автоматики, может входить в состав системы ЧПУ.
АДУ (AC) – Адаптивное управление (Adaptive Control) обеспечивает выполнение самонастройки режимов резания или автоматической компенсации погрешностей. Может входить в состав системы ЧПУ.
ГПС (FMS) – Гибкая производственная система (Flexible manufacturing systems). Обобщающий термин. Комплекс технологического оборудования и системы управления от ЭВМ, обладающий свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий определенной номенклатуры.
ГПМ (FMM) – Гибкий производственный модуль (FM Modules). ГПС состоящий из единицы технологического оборудования с локальным накопителем заготовок, деталей и инструмента.
ГАЛ – Гикая автоматизированная линия. Включает в себя несколько ГПМ, с общей системой управления.
ГАЦ (FMF) – Гибкий автоматизированный цех (FM Factory). ГПС включающая несколько ГПЛ и ГПМ с общей транспортной, складской системой, иерархической системой управления от ЭВМ, связанных каналами передачи информации.
АЗ – автоматический завод. Состоит из ГАЦ. Центральная ЭВМ имеет каналы связи с ЭВМ нижнего уровня и осуществляет всеми подразделениями завода и долгосрочное планирование.
АСУ ТП (CAM) – Автоматическая система подготовки производства (Computer Aided Manufacturing).
САПР (CAD или CAE) – Автоматическая система проектирования (CA Design) или (CA Engineering) автоматическая система конструирования и проектирования с помощью ЭВМ.
CAP – Автоматическая система планирования производственных процессов на ЭВМ (Computer Aided Planning).
CAQ – автоматическая система контроля продукции с использованием ЭВМ (CA Quality)
СКАП/АСУП (CIM) – система комплексной автоматизации производства / Автоматическая система управления производством (Computer Integrated Manufacturing).
ОЗУ (RAM) – оперативное запоминающее устройство (Random Access Memory)
ЛВС (LAN) – Локальная вычислительная сеть (Local Ared Network)
ПЗУ (ROM) – Постоянное запоминающее устройство (Read Only Memory).
- (PROM) – Программируемое ПЗУ (Programmable ROM)
СПЗУ (EROM) – Стираемое ПЗУ (Erasable ROM)
ППЗУ (EPROM) – Программируемое пользователем ПЗУ (Erasable Programmable ROM)
МП (MP) – микропроцессор
ЦП (CPU) – центральный процессор (Central Processing Unit).
Все системы ЧПУ можно разбить на две большие группы:
Устройства с постоянной структурой (NC), имеющую аппаратную (схемную) реализацию алгоритмов работы. Такие устройства появились в самом начале использования систем ЧПУ. Тем не менее, используются и сегодня. Например, Н22, Н33, Контур-2ПТ, Контур-3П, Размер-2М.
Устройства с программной реализацией большинства алгоритмов работы. Эти алгоритмы записываются в постоянное запоминающее устройство ПЗУ при изготовлении УЧПУ. Управление осуществляется от микропроцессора. Системы CNC позволяют программировать логику работы электроавтоматики станка.
Работа станка с ЧПУ тесно связано с понятием системы координат. Каждый станок с ЧПУ имеет собственную систему координат. Оси координат располагают параллельно направляющим станка, что позволяет программировать направления и величины перемещений рабочих органов. В соответствии с ГОСТ 23597 принята правая система координат при которой за положительное направление движения принято такое движение при котором инструмент и заготовка удаляются друг от друга. Для основных осей приняты стандартные обозначения X, Y, Z. Круговые перемещения инструмента например, угловое смещение шпинделя фрезерного станка, обозначают буквами А – вокруг оси Х, В – вокруг оси Y, С – вокруг оси Z. Следует отметить, что в понятие кругового вращения не входит вращение шпинделя, несущего инструмент или шпинделя токарного станка. Для обозначения направления перемещения двух рабочих органов вдоль одной прямой используют так называемые вторичные оси: U (параллельно Х), V ( параллельно Y), W (параллельно Z). При трех перемещениях в одном направлении применяют третичные оси P, Q, R.
В системе координат станка, выбранной в соответствии с ГОСТ 23597, положительные направления осей координат можно определить по правилу правой руки. Большой палец указывает положительное направление оси Х, указательный – оси Y, средний – оси Z. Положительное вращение вокруг этих осей определяют по другому правилу правой руки. Если направить большой палец по положительному направлению оси, то остальные согнутые пальцы укажут положительное направление вращения.
Ориентация осей системы координат определяется в соответствии со следующими соображениями: на расточных, сверлильных, фрезерных, токарных станках ось Z всегда связывается с вращающимся элементом станка – шпинделем. При этом за положительное принято направление вывода сверла из заготовки. Ось Х перпендикулярна оси Z и параллельна плоскости установки заготовки. Если под это определение подходят две оси, то за ось Х принимают ту, вдоль которой возможно большее перемещение узла станка. Ось Y, тогда определяется в соответствии с правой прямоугольной системой координат.
Начало системы координат станка совмещают с базовой точкой узла, несущего заготовку. Точка, принятая за начало отсчета системы координат называют нулевой точкой станка или нулем станка. Например, для токарных станков чаще всего за ноль станка по оси Х принимают ось центров станка, а ноль станка по оси Z плоскость шпинделя или патрона.
На практике используют фиксированное положение рабочего органа станка (например инструментальной револьверной головки). При этом фиксированное положение описывают точкой с координатами относительно нуля станка. Ноль станка и фиксированное положение связывают через параметры станка, записываемые в память УЧПУ. Чаще всего при запуске станка, например в начале рабочего дня, оператору или наладчику необходимо переместить рабочий орган станка в фиксированное положение, для чего УЧПУ имеет специальный режим, а на пульте управления специальный клавиши. Для осуществления режима «выход в фиксированную точку» на станках с ЧПУ применяют микровыключатели, которые устанавливают на перемещающихся органах станка и кулачки, устанавливаемые в нужное положения на неподвижных частях станка, например, на станине. При перемещении рабочего органа в режиме «выход в фиксированную точку» кнопка микровыключателя нажимается (отпускается) при наезде на кулачок, УЧПУ фиксирует это обстоятельство, дает команду на останов перемещения и запоминает данное положение рабочего органа в собственной памяти. Таким образом, в память станка записывается информация о положении рабочего органа относительно нуля станка. Далее в процессе работы станка УЧПУ постоянно отслеживает перемещения рабочего органа станка и выдает информацию о местоположении рабочего органа относительно нуля станка на устройство отображения (например, дисплей).