Учебнометодическое пособие по учебной дисциплине " программирование обработки для автоматизированного оборудования" для специальности 236 01 01
 Скачать 2.04 Mb.
|
|
Тема «Цели и задачи дисциплины» По расчетам специалистов доля станков с ЧПУ в мире возросла до 50- 6 5 % . Современные системы обеспечивают дискретность позиционирования 0,5...1мкм, и даже в специальных случаях 0,25 мкм при стабильности 0,1мкм; бесступенчатое регулирование п мп с сохранением V=const при переходе на другой диаметр; возможность углового позиционирования шпинделя для ориентированной установки в патрон несимметричной заготовки, для осуществления вне осевой (поперечной) обработки сверлением или фрезерованием. Новые системы ЧПУ предусматривают компенсацию систематических погрешностей обработки, связанных с тепловыми деформациями технологической системы, влиянием люфтов на точность перемещений при реверсе, вводится автоматическая коррекция накопленных погрешностей перемещений, связанных с отклонениями шага ходового влита. Созданы и развиваются устройства, компенсирующие погрешность закрепления заготовки путем коррекции положения заготовки. Вводится автоматическое измерение размеров (датчики контактного типа), для осуществления автоматической коррекции положения инструмента, это исключает появление даже штучного брака. Вводятся ограничители по предельной мощности резания, силе, крутящему моменту для предотвращения поломки инструмента и появления брака. В УЧПУ токарных станков используют стандартные циклы обработки геометрических элементов заготовок, целые подпрограммы обработки типовых деталей, чрезвычайно упрощается осуществление групповой обработки. Расширяется адаптивное управление по силе и мощности резания, изменяющее п мп и S. Эти системы отличаются высоким быстродействием, так изменение по сигналу системы происходит за один оборот шпинделя, а п мп снижается с 10000 до 0об/мин за несколько миллисекунд. Особенно целесообразно применение таких адаптивных систем при значительных колебаниях припуска и механических свойств обработки материалов. Для серийных и крупносерийных производств станки с ЧПУ поставляются с загрузочными устройствами для установки и снятия заготовок из патрона. Эти станки могут включаться в гибкие автоматические участки, управляемые от общей ЭВМ. Максимальная частота вращения шпинделя возрастает до 30000об/мин, скорость холостых ходов 100-150м/мин. Для повышения жесткости, облегчения удаления стружки, СОЖ 65% современных токарных станков с ЧПУ выпускаются с наклонным или вертикальным расположением направляющих (например: СТП). Современные обрабатывающие центры снабжаются устройствами для смены отдельных инструментов и многошпиндельных головок, для установки на горизонтальном шпинделе вертикальной шпиндельной головки, имеющей свое устройство автоматической смены инструментов и даже 30 инструментальных магазинов. Обрабатывающие центры снабжаются сменными столами, наборами поворотных плит-спутников (палет) для автоматической смены обрабатываемых заготовок различных типов и размеров. Подобные станки могут работать автономно или в составе ГПС в режиме безлюдной технологии в течение 18...22 часов в сутки. Современные ОЦ снабжаются автоматическими устройствами для контроля состояния режущего инструмента и степени его затупления по затраченной мощности, крутящему моменту и силе тока, по составляющим P X и P Y ; предусмотрена смена режущего инструмента на основе программы по расчетному периоду его стойкости. Степень размерного износа инструмента для коррекции его положения определяется по результатам автоматических измерений обрабатываемой заготовки или измерений инструмента непосредственно на станке. Цель дисциплины – сформировать систему знаний об автоматизации производственных процессов. Задачи дисциплины: - изучить принципы подготовки управляющих программ механообработки, для основных видов автоматизированного оборудования (АО) на основании заданного технологического процесса обработки детали и инструкций программирования по алгоритму; - сформировать умения вводить управляющие программы обработки детали в устройство числового программного управления, осуществлять ее контроль и редактирование в ручном режиме и с помощью систем автоматизированного программирования. 31 Тема «Общие сведения о программном управлении (ПУ) производственными процессами» Содержание темы: 1) История развития программного управления 2) Основные преимущества станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Особенности обработки на станках с ЧПУ. 3) Типы систем программного управления станками 1) История развития программного управления Изобретателем первого станка с числовым (программным) управлением (англ. Numerical Control, NC) является Джон Пэрсонс (John T. Parsons), работавший инженером в компании своего отца Parsons Inc, выпускавшей в конце Второй мировой войны пропеллеры для вертолетов. Он впервые предложил использовать для обработки пропеллеров станок, работающий по программе, вводимой с перфокарт. В 1949 году ВВС США профинансировали Parsons Inc разработку станка для контурного фрезерования сложных по форме деталей авиационной техники. Однако, компания не смогла самостоятельно выполнить работы и обратилась за помощью в лабораторию сервомеханики Массачусетского технологического института (MIT). Сотрудничество Parsons Inc с MIT продолжалось до 1950 года. В 1950 году MIT приобрел компанию по производству фрезерных станков Hydro-Tel и отказался от сотрудничества с Parsons Inc, заключив самостоятельный контракт с ВВС США на создание фрезерного станка с программным управлением. В сентябре 1952 года станок был впервые продемонстрирован публике – про него была напечатана статья в журнале Scientific American. Станок управлялся с помощью перфоленты. Первый станок с ЧПУ отличался особой сложностью и не мог быть использован в производственных условиях. Первое серийное устройство ЧПУ было создано компанией Bendix Corp. в 1954 году и с 1955 года стало устанавливаться на станки. Широкое внедрение станков с ЧПУ шло медленно. Предприниматели с недоверием относились к новой технике. Министерство обороны США вынуждено было на свои средства изготовить 120 станков с ЧПУ, чтобы передать их в аренду частным компаниям. Первыми отечественными станками с ЧПУ промышленного применения являются токарно-винторезный станок 1К62ПУ и токарно-карусельный 1541П. Эти станки были созданы в первой половине 1960-х годов. Станки работали совместно с управляющими системами типа ПРС-3К и другими. Затем были разработаны вертикально-фрезерные станки с ЧПУ 6Н13 с системой управления «Контур-ЗП». В последующие годы для токарных станков 32 наибольшее распространение получили системы ЧПУ отечественного производства 2Р22 и Электроника НЦ-31. В настоящее время станки с ЧПУ являются неотъемлемой частью современного машиностроительного производства. Достоинства станков с ЧПУ состоят в том, что они позволяют не только обрабатывать самые сложные детали, но и автоматизировать машиностроительное производство. Для эффективной эксплуатации станков с ЧПУ необходимо знать специальные правила программирования их работы. Программирование регламентировано ГОСТ 20999-83. В настоящее время на предприятиях эксплуатируются станки, выпущенные в разные годы. Поэтому устройства числового программного управления (УЧПУ) различаются как по устройству, так и по возможностям программирования. При возможности, морально устаревшие УЧПУ заменяют на более современные (upgrade). В результате станки одной и той же модели могут иметь разные УЧПУ. Поэтому в каждом случае рассматриваются конкретный комплекс «УЧПУ - станок» (УЧПУ - промышленное оборудование). Устройства ЧПУ, выпускаемые в последние годы, как правило, имеют встроенную ЭВМ и в обозначении имеют аббревиатуру CNC, а УЧПУ, не имеющие встроенную ЭВМ имеют аббревиатуру NC. 2) Основные преимущества станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Особенности обработки на станках с ЧПУ. 1. Скорость производства деталей увеличивается чуть ли ни вдвое. Достигается это за счѐт обработки детали с одной или двух установок. Кроме того, сокращается время на смену инструмента – как правило, станки с ЧПУ оборудуются автоматической револьверной головкой, которая в процессе работы может менять режущий инструмент. Такая обойма инструмента может вместить в себя до 12 инструментов различного назначения. 2. Точность обработки деталей. Компьютерное управление станком максимально исключает негативные последствия от вмешательства в процесс обработки человеческого фактора. Обработка деталей на станках с ЧПУ выполняется с точностью до микрон. 3. Чистота обработки. Гидравлический привод под чѐтким контролем программного обеспечения станка движется с заданной скоростью настолько плавно, что при определѐнных настройках законченная деталь выглядит как полированная. 4. На станках с ЧПУ возможна быстрая обработка деталей сложной конфигурации. Станок методично, шаг за шагом, отрабатывает каждый пункт введѐнной в него программы – преградой на пути к достижению цели может стать только испорченный инструмент или внезапно пропавшее электричество. 5. Станки с ЧПУ дают возможность задействовать в производстве меньшее количество людей. Нормальным подходом к автоматизированному производству считается обслуживание одним оператором от двух до четырѐх 33 станков – всѐ зависит от длительности обработки детали. Если полный цикл обработки изделия длится в течение 10-15 минут, то оператор вполне в состоянии обслуживать 2-3 станка. 3) Типы систем программного управления станками По виду управления станки с ПУ делят на станки с системами циклового программного управления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ). Системы ЦПУ более просты, так как в них программируется только цикл работы станка, а величины рабочих перемещений, т.е. геометрическая информация, задаются упрощенно, например, с помощью упоров. В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который в числовом виде занесена и геометрическая, и технологическая информация. В станках с ЦПУ технологическая информация записывается на программоносителе, а геометрическая - устанавливается при помощи переставных упоров. Установка и выверка упоров при наладке отнимает много времени, поэтому станки с ЦПУ применяют в крупносерийном производстве. В станках с ЧПУ вся информация записывается на программоносителе. В станках с оперативной системой ЧПУ информация набирается оператором непосредственно на рабочем месте при помощи клавиатуры, расположенной на мини ЭВМ. В обозначении моделей станков с ПУ после цифр пишутся следующие буквы: Ц - станки с цикловым программным управлением (ЦПУ) Ф - станки с числовым программным управлением (ЧПУ) Т - станки с оперативной системой ЧПУ. 34 Тема «Классификация систем числового программного управления (ЧПУ)» Содержание темы 1) Система числового программного управления (СЧПУ) 2) Основные и вспомогательные функции 3) Классификация систем ЧПУ станков 1) Система числового программного управления (СЧПУ) Система числового программного управления (СЧПУ) — это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления ЧПУ станками. Устройство ЧПУ (УЧПУ) станками — это часть СЧПУ, выполненная как единое целое с ней и осуществляющая выдачу управляющих воздействий по заданной программе. В устройствах ЧПУ для составления управляющих программ используется код ИСО-7 бит. Этот код разработан международной организацией стандартов. Информация в коде ИСО-7бит записывается поперечными строчками на первых семи дорожках перфоленты. Именно поэтому данный код называется семибитным, что выделено обозначением 7бит. Восьмая дорожка является контрольной, отверстие в ней дополняет количество отверстий в строчке до четного. 35 2) Основные и вспомогательные функции В системах программного управления функция G называется подготовительной, ею адресуют информацию, содержащую данные об изменении условий работы самой системы ЧПУ (линейная интерполяция, круговая интерполяция, включение блока резьбонарезания и т. д.). Код предусматривает 99 различных подготовительных команд, которые кодируются числом, записываемым за символом G (G00, G01, G02, G03, ..., G99). Функция М называется вспомогательной и адресует информацию, характеризующую условия работы механизмов станка (конец программы, поворот револьверной головки, вращение шпинделя по часовой стрелке и т.д.). Код предусматривает различные по содержанию команды по адресу М, отличающиеся одна от другой числом, следующим после буквы М, например M00, M01, М02. 3) Классификация систем ЧПУ станков По технологическому назначению системы ЧПУ классифицируются следующим образом: позиционные, контурные, универсальные, синхронные. При позиционном управлении перемещение рабочих органов станка происходит в заданные точки, причем траектория перемещения не задается. Позиционные устройства ЧПУ обеспечивают автоматическое перемещение рабочего органа станка в координату, заданную программой, без обработки в процессе перемещения рабочего органа. Эти устройства применяют в сверлильно-расточных и других станках. Перемещение инструмента от одной точки (координаты) обработки к другой выполняется на ускоренных ходах. Специфичным для этого класса УЧПУ является требование обеспечения точности только при остановке в заданной координате. Вид траектории при перемещении из одной координаты в другую не задается. Однако время перемещения должно быть минимальным. Учитывая значительный процент холостых ходов в станках с позиционными системами ЧПУ, к приводу подач предъявляются требования высокого быстродействия и обеспечения значительных скоростей перемещения при малой дискретности. Контурное управление характеризуется перемещением органов станка по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура детали. Контурное управление подразделяется на контурные прямоугольные системы ЧПУ, контурные криволинейные системы ЧПУ и синхронные системы ЧПУ. Контурные прямоугольные системы ЧПУ используют в станках, у которых обработка проводится лишь при движении по одной координате и обрабатываемая поверхность параллельна направляющим данной координаты. В большинстве станков применяют прямоугольные координаты, поэтому такие 36 системы получили название прямоугольных. В этих системах, как и в позиционных, программируются конечные координаты перемещения. Однако, в программе задается скорость движения в соответствии с требуемым режимом резания, и перемещение выполняется поочередно по каждой из координатных осей. В этих системах отставание или опережение (рассогласование) по скорости относительно запрограммированного значения непосредственно не вызывает погрешности обработки, так как инструмент продолжает движение по заданной траектории. Возникает лишь нарушение расчетного режима резания и связанное с этим изменение шероховатости обрабатываемой поверхности и упругих деформаций системы станок - деталь. Прямоугольные системы управления используют в станках фрезерной, токарной и шлифовальной групп. Контурные криволинейные системы ЧПУ применяют в станках многих групп. Они обеспечивают формообразование при обработке в результате одновременного согласованного движения по нескольким управляемым координатам. В общем случае число координат может быть больше трех. Программу движения привода, подач по отдельным координатам при контурной и объемной обработках рассчитывают, исходя из заданной формы обрабатываемой поверхности детали и результирующей скорости движения, определяемой режимом резания. Рассогласование привода подач может привести к ошибке обработки контура. Контурные системы являются наиболее сложными как с точки зрения алгоритма работы УЧПУ, так и с точки зрения требований, предъявляемых к приводу подач. Разновидностью контурных систем ЧПУ являются синхронные (или синфазные) системы, применяемые, в основном, в зубообрабатывающих станках. УЧПУ задает постоянное соотношение скоростей по двум или большему числу координатных осей станка, а формообразование обеспечивается благодаря конфигурации инструмента. Соотношение скоростей движения по осям задается программой и сохраняется на все время обработки заготовки данной детали. В большинстве случаев требуется не только обеспечить определенное соотношение средних скоростей движения по координатам, но и сохранить определенное рассогласование (синфазность) в приводах координат. Одна из координат станка (обычно главный привод) служит задающей и на ней устанавливают измерительный преобразователь (датчик). Синфазная система входит как составной элемент в УЧПУ токарно- винторезных станков для обеспечения режима нарезания резьбы. Универсальное управление сочетает в себе принципы позиционного и контурного, позволяет осуществлять позиционирование и движение рабочих органов станка по заданной траектории. Такое управление наиболее эффективно для многооперационных и многоцелевых станков. По числу потоков информации системы могут быть: – разомкнутые (один поток от ЧПУ к станку). Основное преимущество такой системы – простота; 37 – замкнутые (два потока от ЧПУ к станку) и наоборот (датчики положения скорости). Основное преимущество - более точное перемещение исполнительных органов; – адаптивные (самонастраивающиеся) системы. Представляют собой управление, при котором обеспечивается автоматическое приспосабливание процесса к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям. Они помимо основного потока информации имеют дополнительные, позволяющие корректировать процесс обработки с учетом деформации системы СПИД, затупления режущего инструмента, колебания припуска и твердости заготовок и др. По способу реализации системы ЧПУ укрупненно можно классифицировать следующим образом: системы с аппаратной реализацией алгоритмов управления; системы, построенные на основе микроконтроллеров; системы, построенные на основе ПЭВМ. По числу программируемых движений, станки с ЧПУ бывают: 1. двух координатными: сверлильные и токарные; 2. трех координатными: сверлильные, фрезерные, расточные; 3. четырех координатными: двух суппортные токарные станки, фрезерные станки с дополнительным движением заготовки; 4. пяти координатными: фрезерные; 5. многокоординатными: специализированные станки. По уровню технологических возможностей. 1. Системы типа NC (Numerical Control) - числовое программное управление, осуществляющее адресование команд, расчет некоторых элементов геометрии детали, интерполяцию промежуточных точек по опорным, реализацию типовых циклов по жестко заданным алгоритмам, реализованным аппаратным способом. Информация в систему ЧПУ типа NC вводится с управляющей программы кадрами (порциями). 2. Системы типа MNC (Memory NC) или SNC (Stored NC) - агрегатно- блочные системы ЧПУ типа NC, оснащенные дополнительным блоком оперативной памяти, позволяющим хранить информацию об управляющей программе. Программа в устройство ЧПУ вводится сразу, проверяется, а затем выдается для обработки кадрами. Преимуществом системы типа MNC по сравнению с системой типа NC является высокая надежность в работе, т. к. необходимость в использовании сложного фотосчитывающего устройства для каждого кадра программы не требуется. 3. Системы типа HNC (Hand NC) - с ручным заданием управляющей программы на пульте управления. Преимущество таких систем по сравнению с системами типа MNC - отсутствие необходимости со стороны оператора в использовании услуг технолога - программиста. 38 4. Системы типа CNC (Computer NC) - системы управления со встроенными одной или несколькими микроЭВМ (микропроцессорами) и с программной реализацией алгоритмов, которые записываются в постоянное запоминающее устройство при изготовлении устройства ЧПУ. Системы типа CNC имеют возможность формировать типовые циклы обработки применительно к различным технологическим задачам. Программно- математическое обеспечение для реализации этой возможности хранится в постоянно перепрограммируемом запоминающем устройстве. Системы CNC позволяют программировать логику работы электроавтоматики силового оборудования станка. 5. Система DNC (Direct Numerical Control) – система, управляющая группой станков от одной ЭВМ, имеющая общую память для хранения программ, распределяемых по запросам от станков. Такие УЧПУ являются устройствами высшего ранга и служат для организации согласованной работы технологических объектов, включенных в комплекс, например в ГПС. 6. Система PCNC (Personal Computer NC) – системы управления, появившиеся в последнее время и построенные на основе персонального компьютера в индустриальном исполнении, основное отличие которых заключается в ударо- и виброзащищенном исполнении, а также в наличии специальной интерфейсной платы, обеспечивающей сопряжение ПЭВМ с приводами, датчиками, электроавтоматикой станка. Такое построение позволяет удешевить систему ЧПУ, легко ее адаптировать к различным по функциональному назначению станкам путем коррекции соответствующих текстовых файлов программного обеспечения. Все это позволяет легко модернизировать устаревшие системы ЧПУ NC, MNC, SNC, HNC, CNC, DNC до PCNC, что в ряде случаев успешно и выполняется (при условии удовлетворительных точностных характеристик модернизируемого оборудования). 7. STEP NC CNC (пошаговая система управления), разрабатываемая в последнее время система ЧПУ. Построена на основе систем PCNC, основная идея – исключить участие человека в подготовке к процессу обработки. В состав программного обеспечения такой системы обязательно входят пакеты CAD, CAPP, CAM. Функционирование осуществляется по шагам: Шаг 1: выполняет система CAD. Обеспечивает автоматизацию разработки чертежа обрабатываемой детали и подготовку геометрической и технологической информаций к передаче в CAPP и системы САМ. Шаг 2: система CAPP – определяет технологию обработки заготовки детали на оборудовании (устанавливает способы обработки, назначает режимы, устанавливается режущий и вспомогательный инструменты, устанавливает последовательнось и состав переходов обработки). Шаг 3: система CАМ –осуществляет по результатам предыдущих шагов расчет траектории перемещений инструмента, определение моментов и последовательность событий управления приводами и электроавтоматикой станка. Обычно результатом работы системы CAM –является управляющая 39 программа (УП), которая в дальнейшем отрабатывается оборудованием (это позволяет легко модернизировать существующие системы DNC и PCNC до STEP NC CNC), однако в настоящее время выполняется проектирование систем САМ, непосредственно управляющих станком без формирования УП. Многие системы с микропроцессорным и компьютерным управлением выполняют самодиагностирование. В случае обнаружения ошибки соответствующее сообщение высвечивается на экране УЧПУ. Это облегчает задачу наладчика. Однако наряду с новыми компьютерными УЧПУ в промышленности эксплуатируется значительное количество систем первой группы со схемной реализацией алгоритмов. 40 Тема «Принципы наладки автоматизированного оборудования» Содержание темы: 1) Сущность наладки технологического оборудования с ПУ 2) Наладка нулевого положения 1) Сущность наладки технологического оборудования с ПУ Наладка – подготовка технологического оборудования и оснастки к выполнению технологических операций. Подналадка – дополнительная регулировка технологического оборудования и (или) оснастки при выполнении технологических операции для восстановления достижимых при наладке значений параметров. Под наладкой понимают комплекс действий, направленных на подготовку как нового, так и находящегося в работе станка и поддержание его в работоспособном состоянии. Наладка включает в себя: 1) подготовку технологической оснастки режущего и вспомогательного инструментов 2) размещение рабочих органов станка в исходном для работы положении 3) изготовление пробной детали 4) внесение коррекции в режимы обработки, в положение инструмента 5) исправление неточностей, погрешностей, ошибок в УП Наладка режущего инструмента начинается с определения положения вершины инструмента с помощью специальных устройств. Набор вспомогательных и режущий инструментов настраивается вне станка, закрепляя его в специальном устройстве, имитирующем шпиндель или суппорт станка. Устройство имеет подвижную каретку, перемещение которой можно отлаживать с помощью микроскопа, шаблона или других измерительных средств, ТО, проверяют параметры режущей части инструмента. Необходимо проверить правильность и очередность размещения используемого инструмента в револьверной головке (магазине, в соответствии с картой наладки). Размещение приспособления для закрепления заготовки относительно рабочей поверхности стола (зависит от типа приспособления). 2) Наладка нулевого положения Установка рабочих органов станка в исходное положение достигается различными методами в зависимости от конструктивных особенностей станка с УЧПУ: 1 способ вывода в 0 – установка в 0 по программе УЧПУ нажатием соответствующих клавиш «вывод в нулевое положение» 2 способ выхода в 0 – поиск центра отверстия согласно запрограммированной и введенной функции 41 3 способ – для УЧПУ с оперативным управлением производится замер обрабатываемой поверхности по 2-м координатам и записью полученных размеров в память. Данные координаты будут соответствовать нулевой точке отсчета всех дальнейших перемещений, т.е. будет принято за исходное положение. 4 способ – путем проб (в ручном режиме нажатием клавиш перемещения исполнительных органов определяют требуемое положение начальной исходной точки). Координаты исходной начальной точки записываются в карте наладки технологом при составлении управляющей программы. 5 способ – наладку станка завершают пробной отработкой первой детали. При необходимости осуществляют редактирование управляющей программы. Иногда изменяют порядок выполнения технологических переходов операции, параметры режущего инструмента и режимы обработки. |