ОБЩО УСТРОЙСТВО НА ММ С
ЦПУ
ММ с ЦПУ представлява единен комплекс от собствено металорежеща машина,
автоматизиращи устройства и система за ЦПУ.
А. Металорежеща машина.
На фиг.1 са показани основните градивни
елементи на металорежещата машина, като за пример е използвана стругова машина (СМ) с ЦПУ.
А.
Базови корпусни елементи- тяло 1, което е неподвижно и чрез което машината
се установява върху фундамента.
Б. Вретено
2, извършващо главното движение VC чрез ротация около надлъжната си ос. При струговите
машини в предния край на вретеното се монтира патронник 4, в който се
установява заготовката 3. Комплексът вретено-лагерни опори-затегателни и други
устройства се нарича вретенен възел.
В. Главен
превод, предназначен за задвижване на вретеното, състоящ се от главния
двигател 5 и предавателната кутия 6.
Г. Работни
органи, извършващи прости подавателни и установъчни движения- супорти:
надлъжен 7 и напречен 8.
Д. Направляващи 9 и 10 за
праволинейно движещите се работни органи, които са планки със специален профил.
Е. Подавателни преводи 11 и 12,
предназначени за задвижване на работните органи.
Ж. Револверна глава 13, в
гнездата на която са разположени режещите инструменти, предназначена чрез
завъртането си да извършва АСИ. Двигателят 14 със съответния превод е
предназначен за завъртане на РГ при АСИ.
З. Стандартизирани присъединителни
повърхнини: преден край на вретеното за установяване на патронника 15 и
отвори в РГ за режещия инструмент.
На фиг.2 са показани:
И. Стружков
транспортьор 16 за отвеждане на стружките.
К. Система
за подаване и съхранение на мажещо-охлаждащата течност, състояща се от
резервоар 17 и насочващи дюзи. Използва се в стратегията за обработване с
използване на голямо количество мажещо-охлаждаща течност (стратегия на обилното
поливане).
Л. Система 18 за подаване на нетечен
или бързоизпаряващ се течен охлаждащ
агент (например, въздух, течен азот, етанол) и системи за подаване на минимално количество мажещо вещество- за
вътрешно 19 и външно 20 мазане.
Използват се вместо обилното поливане в стратегията на сухата и квазисухата
обработка.
М. Други (непоказани на фиг.1 и 2)
системи и агрегати, осигуряващи функционирането на машината- хидравличен
агрегат за силовата хидравлика и мазането на елементите на главния превод и
опорите на вретеното, агрегат за централизирано дозирано мазане на
направляващите и двоиците “винт-гайка”, защита на работната зона и др.
Елементите от т.А до т.И изграждат носещата система на АПМ.
Управлението на подавателните преводи (фиг.1) се извършва непосредствено от
системата за ЦПУ. По същия начин се управлява и движениетона вретеното при
работата му като кръгова ос „С”.
Управлението на спомагателните системи и устройства (фиг.2) се извършва от
програмируем контролер (PLC), управляван от своя страна от системата за ЦПУ.
Б. Автоматизиращи
устройства.
В ММ с ЦПУ се използват редица
устройства, предназначени да автоматизират процеса на обработка. На фиг.3 е
показана една група от тях, предназначена да автоматизира смяната на
инструментите. Системата за АСИ, състояща се от инструменталния магазин и
автооператора, е предназначена за ОЦ, а револверната глава- за стругови машини
с ЦПУ. Тези автоматизиращи устройства са типични представители на цикловите
механизми и управлението им се извършва от програмируемия контролер, както е
показано на фиг.3.
Другата група устройства у предназначена за автоматизиране на различни
измервателни процеси върху машината. На фиг.4 за показани
- измервателна глава за измерване на заготовки и детайли;
- контактен датчик за измерване на инструменти;
- безконтактен лазерен датчик за измерване на инструменти.
Система за ЦПУ
А. Общо
устройство.
На фиг.5 е
показана система за ЦПУ. Управляващата програма за обработвания върху машината
детайл се записва в паметта на системата за ЦПУ, където се извършва
дешифрирането й и формирането на управляващи сигнали към изпълнителните
двигатели и електромагнитите (за хидро- и пневморазпределителите) на
металорежещата машина и автоматизиращите устройства.
Системата за ЦПУ се състои от
апаратна част и системно програмно осигуряване.
Апаратната част включва в себе
си различни електронни елементи и схеми, чието правилно функциониране се базира
на системното програмно осигуряване, състоящо се от определен набор програмни
пакети.
Кодовете на постъпилата в системата за ЦПУ УП се
дешифрират, подлагат се на редица аритметико-логични действия и се преобразуват
в сигнали за управление на работните органи и системите за спомагателните
движения. Чрез апаратното (може да бъде и
програмно) средство, наречено интерполатор,
се синхронизират и съгласуват простите подавателните движения, като се
реализират различни видове интерполация. С това се дава възможност за движение
на инструмента практически по произволна траектория, т.е. за обработване на
детайли с практически неограничена сложност на контура. УП се записва в паметта
на системата за ЦПУ, която може да бъде с голям обем.
Така чрез ЦПУ се дава възможност (ако конкретната версия
има необходимите характеристики) за записване на УП с произволна дължина,
висока сложност на обработвания детайл, произволна траектория на движението на
инструмента. УП, записана във вид на двоични цифрови кодове, позволява
неограничено по брой използване с постоянна точност на повтараяемостта поради
принципното отсъствие на износване на цифровия запис на информацията.
Б. Програмируем контролер.
В машиностроенето често се
налага управление на автоматични цикли, извършвани от автоматизиращите
устройства. Цикъл се нарича пълната съвкупност от движения на изпълнителните
органи на автоматизиращото устройство, извършвани в дадена последователност.
Състоянието и положението на изпълнителните органи на автоматизиращото
устройство в началната и крайната фаза съвпадат. При ММ с ЦПУ се използват
устройства за АСИ, АСЗ и др. Управлението им се извършва от програмируем
контролер (ПК, PLC). Типични за изпълнение от ПК са M-, S- и T- командите на УП.
ПК е универсално устройство на микрокомпютърна основа,
което може да обслужва голям брой входове и изходи в зависимост от програмата,
записана в паметта му. Конструктивно се оформя като отделна платка, вграждана в
системата за ЦПУ.
Входно-изходните устройства на ПК са предназначени за връзка с ММ и системата за ЦПУ. За повишаване на
надеждността на работа входно-изходните устройства са защитени от смущенията,
които се образуват при работа на електродвигателите и електромагнитните
устройства.
При входните устройства
информацията постъпва във вид на дискретни сигнали, които имат две състояния-
“включено” (“да”) и “изключено” (“не”), откъдето идва и другото им название-
“дискретни входове”. Чрез тях в ПК се въвежда информация:
n от ММ- сигнали, свързани с моментното състояние на
агрегатите й. Тези сигнали се формират от пътни изключватели (контактни и
безконтактни), релета за налягане и ниво и др.;
n от системата за ЦПУ- сигнали, свързани с бутоните за
управление, превключвателите и др.
Командите M, S и T постъпват от системата за ЦПУ в двоично-десетичен код и
се подлагат на дешифриране.
Във входните устройства се
вгражда блок за приоритетно обслужване на постъпващите сигнали.
Предназначението му е да прекъсва изпълнението на дадена програма при
постъпване на сигнал с по-голяма важност (по-голям приоритет) и да насочи
управлението към програма, свързана с този сигнал.
При изходните устройства
сигналите се насочват към изпълнителните елементи на ММ. В зависимост от вида
на изходния сигнал биват дискретни и аналогови. Дискретните
изходни устройства (дискретни изходи) насочват дискретните сигнали към
намотките на релета, контактори, електромагнитни съединители,
електрохидравлични разпределители, сигнални лампи и др. Чрез аналоговите изходни устройства
(аналогови изходи) непрекъснатият (аналогов) сигнал във вид на напрежение с различна стойност се подава към блока за
управление на главния двигател, с което се задава честотата на въртене на
ротора. Аналогов сигнал за управление се подава и към елементите на т.н.
пропорционална хидравлика, ако такава е използвана в ММ.
Програмирането на
ПК се извършва в следната последователност:
1. Извършва се описание на автоматичния цикъл, съдържащо
последователността от движения и състояния на елементите на автоматизиращото
устройство и логическата връзка между тях. За целта се използва например
словесно-графично описание, циклограма и др.
2. Разработва се релейно-контакторна схема за управление на
цикъла.
3. На базата на релейно-контакторната схема се разработва
електрическа схема, наречена ладер-диаграма,
с използване на която се съставя
програмата за управление на автоматизиращото устройство.
4. Въз основа на ладер-диаграмата се съставят логически уравнения, описващи връзката между входните и
изходните сигнали при определена последователност на появяването им. В лявата
си част всяко логическо уравнение съдържа условното обозначение на изходния
сигнал, а в дясната- логическите основания за появата му.
В. Пулт за управление на
системата.
Връзката на системата за ЦПУ с
металорежещата машина и автоматизиращите устройства е двупосочна. В едната
посока действа каналът за управляващите сигнали, а в другата- каналът на
обратната връзка, по който се получава информация за състоянието на
управляваните обекти. Така се реализира един от принципите на автоматичното
управление- всяка следващ управляващ сигнал да се подаде тогава, когато по
канала за обратна връзка е получено потвърждение за изпълнението на
предходната. Постъпващата от металорежещата машина и автоматизиращите
устройства информация за състоянието им служи също така за целите на
диагностиката. Използва се и за адаптивно управление, при което фунционирането
на АПМ се настройва автоматично към променящите се условия на работа. Например,
ако в дадена партида от заготовки има голямо разсейване на размерите и
твърдостта на материала, режимите на рязане се коригират автоматично.
На фиг.6 е показан ПУ със система за ЦПУ iTNC 530 (Heidenhain), характерен за системите за ЦПУ от по-ново поколение. Системата iTNC 530 е представител на системите от типа PCNC- хардуерно базирана върху персонален компютър.
Дисплеят 1 представлява плосък цветен графичен монитор от течни кристали с
размер диагонала на екрана 15 инча. Възможни са изпълнения и с по-малък размер,
например 10,4 инча.
Върху дисплея се извежда богата информация, свързана с хода на обработката,
изготвянето и тестването на УП, настройването на машината, състоянието на
отделни нейни възли и др.
Чрез програмните бутони А, разположени в долния хоризонтален ред на екрана,
се активира богато меню от функции на системата за ЦПУ, като извикване на
корекционните регистри, регистрите за РКС, провеждане на диагностични проверки
на системата за ЦПУ и самата машина, настройване на параметрите, избор на
абсолютно и относително представяне на разстоянията и др. Задействането на
програмните бутони става ръчно с натискане на разположените под тях извън
габарита на екрана бутони Б; чрез бутоните със стрелки се прелиства
съдържанието на програмните бутони A.
В десния вертикален ред са програмните бутони В за управление на отделните
устройства на ММ с ЦПУ, като стружкоотвеждащия транспортьор, системата за
подаване на МОТ, вретеното, устройството за АСИ и др. Задействането и
прелистването на съдържанието им става с натискане на вертикалния ред бутони Г.
Ръчното въвеждане на УП в ISO-код и редактирането й се извършва от клавиатурата за букви, цифри и
символи 2. За облекчаване на работата на оператора клавишите на най-често
използваните адреси (S, F, G, T, M) светят постоянно със син цвят.
Чрез клавиш със съответния символ се зарежда операционната система Windows, което позволява на оператора да използва възможностите
й за текстообработка и връзка на системата за ЦПУ с интернет. Придвижването на
курсора върху дисплея и кликването (за управление на фунциите на Windows) се осъществяват от зоната за докосване и плъзгане 3 (touchpad), която е по-подходяща за работа в цехови условия, отколкото традиционната
мишка.
За въвеждане на
цифрови масиви, математически и логически функции е предназначена клавиатурата
4. Чрез нея могат да се въвеждат отделни команди за движение, като с контрастен
цвят са маркирани адресните бутони X, Y, Z, IV, V. На последните две се присвоява
значение, соответстващо на допълнителните оси на работно и установъчно движение
(например, А и С) или на осите на работните движения на външно технологично
устройство (манипулатор). Чрез бутона със символ Р се избира полярна
координатна система, със символ I- относително
програмиране. Чрез клавиша със символ Q се показва меню с различни математически функции
(например, sinα, cosα, √a2+b2), логически сравнения (=, >, <), скоби, числото π и др. Чрез Q се въвеждат и стойности на
параметрите при параметрично програмиране на контури. Клавишът със символ
“стрелки в четири посоки” позволява записване в УП на актуалната позиция на
даден РО. Набраната информация се въвежда в системата за ЦПУ чрез клавиша със
символ ENT.
Отработването от машината на въведените команди, продължаването на работата
по УП след програмни паузи (например, при команди М00, М01, М02) се стартира
чрез програмния бутон “СТАРТ” от менюто на програмните бутони А на дисплея.
Към ПУ има (непоказани на фигурата) стандартни за персонален компютър
интерфейси:
- RS-
- Ethernet;
- USB.
Г. Пулт за управление на машината.
По желание на потребителя в
дизайна на ПУ се включва и стационарен пулт за управление на някои органи и
системи на машината, който се вгражда в едно тяло с пулта на системата.
На фиг.7 е показан примерен пулт за
управление на трикоординатна ММ с ЦПУ. Изпращането в ОТ се изпълнява с бутон 4
и избиране на някои от бутоните 3 за съответната ос. При достигане на ОТ
лампичката на съответния бутон 3 светва.
Движенията в режим “РЪЧНО УПРАВЛЕНИЕ” се изпълняват с бутони 14, като
скоростта се задава с бутони 7- F1 и F2 са различни настройваеми скорости.
За движение със скоростта на бързия ход едновременно с избрания бутон 14 се
натиска бутон 13. Номиналната скорост на бързия ход може да се редуцира
безстепенно с коректора 12.
Движенията в режим “РЪЧНО СТЪПКОВО УПРАВЛЕНИЕ” се изпълняват чрез импулсния
генератор 1. Оста на движение се избира с бутоните 3, а инкрементът на
преместването- с бутоните 2.
С бутоните 5 се задават условията за
изпълнение на подчинените изречения. Бутонът 6 задава условието за изпълнение
на командата М01 (“условен стоп”).
С бутоните
8 се стартира и спира изпълнението на УП.
Включването/изключването на различни
системи на машината (за подаване на МОТ, осветление на работната зона, импулсно
централизирано мазане) се извършва с бутоните 10.
Бутон 9 е предназначен да осигури
оторизирания достъп до паметта и се задейства само при въведен в секретната му
ключалка ключ.
Бутон 11 е за аварийно спиране.