Обработка металла

Фрезерное дело

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Любая система программного управления состоит, как правило, из следующих устройств:

программоноситель, на котором записана программа работы исполнительных механизмов станка;

устройство ввода программы;

считывающее устройство, которое превращает программу в электрические сигналы управления;

преобразующее устройство, которое преобразует полученные сигналы в рабочие команды и подает их приводу исполнительных органов станка;

привод исполнительных органов станка; система обратной связи для активного контроля соответствия действительных перемещений исполнительных органов с заданными по программе.

Программа движения рабочих органов задается различными способами: упорами и конечными переключателями, контактами на барабанах командоаппаратов, перфорацией по определенному коду на бумажных перфокартах, лентах или кинолентах, магнитной записью на магнитных лентах и др.

Для ускорения вычислений программирование работы станка производится на электронных вычислительных машинах. Такие машины находятся в вычислительных центрах. Запись на лентах производят либо в виде отдельных импульсов (отверстие в ленте, световые штрихи и т. д.), каждый из которых соответствует определенному перемещению рабочего органа станка, либо в виде ряда чисел, каждое из которых соответствует определенному положению рабочего органа станка.

В станках с числовым программным управлением имеются задающее и следящее устройства, система исполнения команд. Некоторые станки имеют следящий механизм в системе исполнения команд. В задающем устройстве образуются управляющие сигналы, которые подаются в следящий механизм. Последний сравнивает заданную программу с выполненной и при их расхождении подает сигналы' исполнительному устройству для корректирования траектории движения режущего инструмента.

Если, например, требуется обеспечить траекторию центра фрезы 1 по кривой 2 (228, а), то фактическая траектория центра фрезы будет ломаной линией (228, б), проходящей через опорные точки 1, 2, 3 и т. д. Координаты этих точек определяют числа, которые следует наносить на перфоленты или перфокарты. Движение в данном случае вызывается сочетанием двух подач — поперечной и продольной по осям X и У. Минимальное перемещение исполнительного органа по координатным осям, соответствующее одному электрическому импульсу, называется элементарным шагом. Величина его должна быть меньше допустимой погрешности обработки.

Перфорированные программы. Запись программы производится на лентах или картах. При автоматизации технологических процессов с помощью вычислительных устройств используют различные способы кодированной записи чисел — в десятичной, двоичной или двоично-десятичной системе счисления.

Десятичная система счисления, которой обычно пользуются для записи чисел, имеет десять различных знаков: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Любое число в десятичной системе счисления может быть представлено в виде многочлена. Так, 245,170 = 2 • 102 + 4 • 101 + 5 • 10° + + 1- 10"1 +7 -КН+О-КГ3.

Для записи чисел в десятичной системе счисления каждому знаку на перфоленте должна быть отведена своя дорожка или канал, а каждому разряду своя строка или, наоборот, каждому знаку своя строка, а каждому разряду своя дорожка. Обычно в машиностроении числа записывают шестью разрядами: сотни, десятки, единицы, десятые, сотые и тысячные доли миллиметра. Поэтому для записи числа в десятичном коде нужны десять дорожек и шесть строк. Например, число 245,170 может быть записано двояко (229, а и б). Более удобна первая форма записи. Однако такая запись громоздка, так как для записи только цифр нужно десять дорожек.

Большая краткость записи цифровой инфор^-мации получается при кодировании в двоичной системе счисления. Основанием двоичной системы является число 2. Возводя число 2 в целую степень (0, 1, 2, 3, 4 и т. д.), получим ряд 2°, 21, 22, 24, 25 и т. д., который соответствует ряду 1, 2, 4, 8, 16, 32 и т. д. Любое число в двоичной системе счисления может быть представлено как сумма нескольких чисел, слагаемые которой являются числом 2 в разной степени. Так, например, число 13 можно записать следующим образом: 13 = 23 + 22 + 0-21 + 2е. Для того чтобы преобразовать число из десятичной системы счисления в двоичную, необходимо производить последовательно деление десятичного числа на два, как показано в табл. 21 на примере числа 43.

Таблицу составляют следующим образом: делимое делят на два и частное записывают под делимым, а остаток рядом. Правый столбец, составленный из остатков после деления на два, и представляет собой изображение чисел в двоичной системе.

Для записи в двоичной системе ограничиваются одной строкой и пробивают отверстия круглой или прямоугольной формы только для знаков 1.

На 229, в приведена запись перфорированной программы в двоичной системе счисления двоичного числа 1101 (десятичного 13) и числа 101 ОН (десятичного 43).

Десятично-двоичная система счисления. В этом случае запись каждого разряда десятичного числа производится двоичным эквивалентом, называемым тетрадой, т. е. состоящей из четырех разрядов.

Переход от десятичных чисел к двоичным и обратно удобен тем, что для его осуществления нет необходимости в вычислениях — достаточно простой подстановки соответствующих значений. Для записи каждого десятичного разряда в этом коде нужны четыре дорожки, параллельные движению ленты, а для записи числа — столько строк поперек ленты, сколько разрядов имеет это число, т. е. для записи шестизначного числа — шесть строк. Запись числа 127,35 представлена на 229, г.

В станках с ЧПУ при помощи-кодирования числовая информация о положении или перемещении рабочего органа передается от управляющей программы к исполнительным органам станка. В последнее время проведена большая работа по унификации языков программирования. Эта работа координируется специальным Комитетом международной организации по стандартизации (ИСО). К языку программирования предъявляется ряд требований: меньшее число символов, возможность простой проверки правильности сделанной записи, однозначность чисел и слов, простота изучения, достаточный объем информации и др. Указанным требованиям наиболее полно отвечает код ИСО-7 битт для 8-дорожечной перфоленты шириной 25,4 мм. В этом коде обеспечивается всегда четное число перфораций (отверстий) в строке, что позволяет контролировать правильность считывания программы. Эта система имеет большую емкость и в настоящее время находит все большее применение в практике отечественного и зарубежного числового программного управления.

Процесс программного управления обработкой детали-на металлорежущем станке разделяется на два этапа. Первый — составление программы обработки, второй —"управление станком в соответствии с составленной программой.

Иногда в системах программного управления работой станка используются так называемые управляющие сигналы. Чаще всего это кратковременные значения (импульсы) электрического тока. С их помощью команда обозначается следующим образом. Один импульс соответствует определенному перемещению рабочего органа, два импульса — перемещению, большему в 2 раза, три — большему в 3 раза и т. д. Например, если один импульс соответствует перемещению на 0,02 мм, то два импульса на 0,04 мм, три — на 0,06 мм и т. д. Чтобы получить электрические сигналы шифрованной программы, их записывают на ленте или карте. Каждому импульсу команды соответствует отверстие ленты. В качестве примера рассмотрим одну систему числового программного управления фрезерным станком, предназначенным для обработки дисковых кулачков на вертикально-фрезерных станках с круглым столом.

Станок работает по однокоординатной системе формообразования, при которой программные сигналы управляют только одним движением, в рассматриваемом случае — движением стола с заготовкой на фрезу или от нее, как в случае обработки кулачка по копиру (см.   103).

При подготовке программы по чертежу детали определяются через равные интервалы (например, 1° поворота заготовки) расстояния между центрами фрезы и кулачка (230). Величина интервала устанавливается так, чтобы разность между двумя смежными межцентровыми расстояниями или, иначе говоря, между двумя последовательными значениями радиуса-вектора центра фрезы не превышала 0,09 мм. На основании полученных данных составляют таблицу приращений радиуса-вектора центра фрезы на каждом интервале поворота заготовки. Приращения радиусов характеризуют величины последовательных перемещений стола, необходимых для получения требуемого профиля. В таблицу заносят также данные о_ направлении, в котором должны совершаться эти перемещения.

Носителем программы служит 7-дорожеч-. ная перфорированная бумажная лента. Четыре канала ленты используются для записи в двоичном коде величин приращений радиусов. Как уже отмечалось, разность между двумя смежными радиусами-векторами не превышает 0,09 мм; при этом величина приращения может иметь лишь одно из десяти возможных значений; а именно: 0,00; 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09 мм. Такие ограничения позволяют записывать для любого из интервалов поворота заготовки каждое из значений на одной строке, так как при четырех каналах ленты в двоичном коде на строке может быть записано любое из шестнадцати чисел от 0 до 16. В самом деле, 2° + 21 + 22 + 23 = 1 + 2 + 4 + + 8 = 15. Два канала ленты служат для записи команд, связанных с прямым и обратным направлением движения стола. Наличие отверстий в одном канале обеспечивает команду на перемещение стола по направлению к фрезе, отверстия в другом канале изменяют направление движения на обратное. Еще один канал ленты используется для контроля правильности считывания. В этом канале пробиваются отверстия только в тех строках, которые имеют четное число отверстий. С учетом отверстий контрольного канала во всех строках программ-

ной записи содержится нечетное число отверстий. Если в очередной строке программы считано нечетное число сигналов, то команда выполняется. Четное число сигналов свидетельствует о наличии ошибки, подается команда «стоп». Канал ленты с отверстиями меньшего диаметра по сравнению с отверстиями других каналов служит для протягивания ленты. Пробитые подряд отверстия этого канала служат для протяжки ленты. На 231 показан участок ленты с записью программы.

Для расшифровки записанной на ленте, или карте программы применяют электрические, фотоэлектрические или пневматические дешифраторы.

Магнитные программы. Принцип работы таких систем основан на записи движений на магнитную ленту и заключается в следующем (232).

Магнитная лента 1 состоит из двух/слоев — нижнего нейтрального и верхнего ферромагнитного (обычно магнетит — суспензия порошкообразной окиси железа). Запись электрических импульсов (числовых кодов) на магнитную ленту 1 производится в результате местного намагничивания отдельных участков ферромагнитного слоя ленты при перемещении ее мимо записывающей головки, сердечник которой состоит из двух полуколец 2 и 3, а через катушки 4 пропускают переменный ток. Импульс тока, поданный в катушку 4 записывающей магнитной головки, создает в рабочем зазоре 1 поле, пропорциональное намагничивающим ампер-виткам. Участки носителя, проходящие в эти моменты времени над рабочим зазором, намагничиваются.

В двоичной системе счисления для изображения цифр требуются два состояния, одно из которых изображает 1, а другое — 0 (табл. 21).

При проигрывании магнитной ленты записанные на ней сигналы после прохождения через дешифратор (устройство для расшифровки записанной на ленте программы) заставляют рабочие органы станка совершать движения, необходимые для изготовления детали.

Запись программы может быть осуществлена непосредственно от станка при изготовлении на нем первой детали опытным рабочим.

Запись информации можно производить и при обводке чертежа с помощью специального фотокопировального устройства. Записанная на магнитную ленту программа работы станка может быть воспроизведена несколько тысяч раз.

Записанная на ленте программа воспроизводится при помощи прочитывающего устройства. В зависимости от вида записи прочитывающее устройство может иметь контактный или фотоэлектрический датчик в случае применения перфорированной ленты, электромагнитную головку при магнитной записи и фотоэлектрический датчик при световой записи.

Самым ответственным элементом системы программного управления является воспроизводящее устройство — следящий привод подачи рабочих органов станка. Оно состоит из сравнивающего устройства, определяющего рассогласование между задающим сигналом и исполнением команды собственно привода, и системы обратной связи, контролирующей размер обрабатываемой детали или положения рабочих органов станка.

На 233 показана структурная схема программного управления вертикально-фрезерного станка 6Н13ФЗ.

Электрические импульсы с магнитной ленты считываются блоком магнитных головок и направляются через трехкаскадные электроламповые усилители 2, 3 и 4 на. вход узла распределения 5, 6, 7. Узел распределения управляет работой электрических шаговых двигателей, .роторы которых при получении одного электрического импульса поворачиваются на определенную величину — один угловой шаг. Таким образом, электрические импульсы, поступающие с магнитной ленты, после усиления преобразуются шаговыми двигателями в угол поворота. Незначительная мощность шаговых электродвигателей не позволяет непосредственно управлять перемещениями исполнительного органа станка. Для получения большего момента шагового двигателя разработаны системы, в которых момент двигателя усиливается различными способами, например, с помощью гидравлических устройств. Шаговые двигатели управляют лишь поворотами крановых золотников гидравлических усилителей, которые приводят во вращение ходовые винты, перемещающие продольные и поперечные салазки и шпиндельную головку станка.

На 234 показана схема подготовки программы для вертикально-фрезерного станка 6Н13ФЗ. Исходным документом для составления программы служит чертеж детали и технологическая карта. Математические данные для составления программы получают в результате специальной обработки чертежа детали. Контур обрабатываемой детали разбивают на отдельные участки, определяют границы этих участков, называемые опорными точками. Для прямолинейного участка контура опорными точками являются начало и конец прямой линии; для части контура, изображенного дугой окружности, — точки на концах дуги и центр окружности. Опорными точками кривой могут быть точки на концах кривой и уравнение кривой. Отработанный таким образом' чертеж дает возможность составить таблицу координат опорных точек в цифровом выражении.

Полученные данные для составления программы кодируются и наносятся в виде отверстий на перфоленту или перфокарту. Программа с записью значений координат опорных точек не может быть использована для управления станком, так как не определены промежуточные значения между всеми опорными точками. Эту трудоемкую работу выполняет электронная вычислительная машина. Результаты всех вычислений и необходимые вспомогательные команды записываются на окончательный программоноситель — магнитную ленту.