Автоматизация управления станком

Размещено на http://www.allbest.ru/

Системы управления станком

Если в системе управления есть хотя бы один дискретный элемент, то и вся эта система будет вести себя как дискретная. Если вся система управления или какой-либо ее элемент обладает релейным выходом, то вся эта система должна быть отнесена к релейным системам управления. Примером системы с релейным воздействием может служить система регулирования температуры в закалочной термопечи, которая включает или выключает нагревательный элемент в зависимости от результатов измерения температуры в печи.

В зависимости от структуры все автоматические системы управления подразделяют на одноконтурные и многоконтурные. Под контуром в структурной схеме системы понимается замкнутый участок цепи, образованный элементами схемы и различного рода прямыми и обратными связями, существующими в этой схеме. Одноконтурные системы имеют лишь одну обратную связь. Многоконтурные системы имеют несколько прямых и обратных связей, каждая из которых образует свой замкнутый контур. Многоконтурные системы по сравнению с одноконтурными при прочих равных условиях обладают лучшими динамическими свойствами, но эти системы значительно сложнее для описания и анализа.

В зависимости от числа регулируемых параметров системы автоматического управления подразделяются на одномерные и многомерные. Одномерные системы характеризуются одним регулируемым параметром, а многомерные -- несколькими.

Многомерные системы в свою очередь могут быть подразделены на системы связанного и несвязанного управления. Системы несвязанного управления характеризуются тем, что регуляторы каждого параметра непосредственной связи между собой не имеют и их взаимодействие осуществляется только через объект управления. В системах связанного управления регуляторы отдельных параметров, кроме того, что они взаимодействуют через общий для них объект управления, также и непосредственно связаны друг с другом.

Одним из основных требований к любой технической системе является ее устойчивость. Под устойчивостью системы понимается ее способность после приложения воздействия, выведшего ее из положения равновесия, приходить в результате соответствующего переходного процесса в новое установившееся состояние. Однако это новое установившееся состояние для разных типов систем может быть различным, и различным может быть переходный процесс, который переводит различные системы в это новое устойчивое состояние.

Все автоматические системы, использующие информацию о параметрах производственного процесса для воздействия на этот производственный процесс, можно подразделить на три группы:

-системы автоматической стабилизации;

-системы программного управления;

-следящие системы.

В системах автоматической стабилизации значение регулируемого параметра поддерживается постоянным независимо от изменения нагрузки и от других возмущающих воздействий. Примером, характерным для машиностроения, может служить система поддержания постоянства оборотов электродвигателя независимо от нагрузки. Колебания нагрузки на практике возникают всегда вследствие различных условий смазки направляющих, использования многолезвийного инструмента (фрезы) и др.

В системах программного управления значение регулируемого параметра задается другим параметром, изменение которого заранее предписано (запрограммировано). Примером системы такого рода может служить, в частности, числовое программное управление, где изменение регулируемого параметра, которым является положение рабочего органа станка -- суппорта или рабочего стола -- задается программой его перемещения, заданной заранее в виде определенным образом организованного набора чисел, называемого управляющей программой (УП).

Наконец, изменение регулируемого параметра может происходить в соответствии с изменением другого параметра, изменение которого заранее не предопределено. Примером системы такого рода может служить усилитель мощности в разомкнутых системах, где задатчиком является маломощный шаговый двигатель.

Различного рода копировальные станки, характерным примером которых являются гидрокопировальные токарные полуавтоматы, также можно рассматривать как технические системы, в которых перемещение поперечного суппорта «отслеживает» перемещение щупа (копира), двигающегося по шаблону, изображающему осевое сечение детали, обрабатываемой в данный момент времени.

Границы между этими типами систем управления являются весьма условными. Например, гидросистема гидрокопировального токарного полуавтомата, которая относится к автоматическим системам управления следящего типа, может также считаться и системой программного управления, в которой программа обработки конкретной детали задается заранее в виде материального копира (мастершаблона), изготовляемого из какоголибо легкообрабатываемого материала.

автоматизация управление станок система

Электрооборудование и элементы систем управления станками

Электрическое оборудование. В состав металлорежущих станков входят следующие электрические устройства: коммутационные аппараты для подключения и отключения станка и его отдельных элементов к электрической сети; электрические двигатели для приводов главного движения, механизмов подач и вспомогательных движений (перемещения задней бабки и ее зажима, отвода и подвода режущего инструмента, подачи СОЖ); электромагнитные муфты для переключения скоростей шпинделя и регулирования подачи суппорта.

Для управления работой электрооборудования используются аналоговые и цифровые микросхемы. В качестве датчиков в станках применяют устройства измерения неэлектрических величин (перемещений, скорости, температуры, давления, силы) электрическими методами: с помощью тахогенераторов, сельсинов, индукционных и емкостных датчиков, оптоволоконных фотоизмерительных устройств и других аппаратов.

Электрические схемы металлорежущих станков строят с использованием релейно-контакторных аппаратов, принцип работы которых основан на перемещении контакт-деталей после подключения катушки контактора к электрической сети. Эти же схемы могут также быть построены на бесконтактных логических элементах, которые в настоящее время вытесняют релейно-контакторные аппараты. Функциональное назначение тех и других элементов одинаковое.

Релейно-контакторные и бесконтактные элементы выполняют одинаковые логические функции и могут применяться в автоматизированных системах управления. Например, при замыкании и размыкании контактов выполняются логические функции ДА и НЕТ соответственно. При подключении катушки контактора к электрической сети контакты замыкаются, т. е. выполняется логическая функция ДА. Если при подключении катушки контакты размыкаются, то выполняется логическая функция НЕТ.

Выполнение логических функций И, ИЛИ зависит от схемы соединения механических контактов: последовательное соединение контактов соответствует выполнению логической функции И, а параллельное -- логической функции ИЛИ.

Применение бесконтактных логических элементов целесообразно в сложных схемах, когда число входных сигналов в схеме в несколько раз превышает число выходных. Релейно-контак-торные аппараты используют в системах управления небольшой сложности. Аппаратные средства и программное обеспечение взаимосвязаны. Любой процесс, реализуемый программным путем, может быть преобразован в эквивалентный процесс, реализуемый аппаратными средствами, и наоборот.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) является главным компонентом любого многофункционального автомата или информационной системы управления. Назначение АЛУ -- выполнять заданный набор арифметических и логических операций, определяемый его областью применения и функциональным назначением. Для станков с ручным управлением или с простейшей автоматикой используют логические элементы.

В решении задачи ускорения социально-экономического развития страны на базе научно-технического прогресса главенствующая роль принадлежит машиностроению, продукция которого должна обеспечить многократное увеличение производительности труда во всех областях производственной деятельности человека при автоматизации всех ее стадий.

Управление станком называют ручным, если выполнение операции осуществляется непосредственно человеком на основе исходной информации в форме чертежа, технологической документации и текущей информации по результатам наблюдений за работой станка, инструмента, измерительных и регистрирующих устройств и другого оборудования. При ручном управлении циклом работы станка рабочий должен обладать знаниями, умением и опытом, наличие которых позволяет выполнять технологическую операцию с заданной производительностью, обеспечивая при этом требуемое качество изделия. При этом управлении возможности повышения производительности ограничены способностями человека, качество же изделий может оказаться нестабильным, а иногда и низким.

Управление станком называют автоматическим, если выполнение операциями обеспечивается комплексом устройств и средств связи, обеспечивающим требуемое согласованное взаимодействие исполнительных механизмов станка, заготовки, инструмента и т. п.

Управление движением станка, его механизмов и транспортных средств, режимов работы машины, изменением физических и химических параметров технологического процесса по заранее заданной программе называется программным управлением (ПУ).

Способ достижения цели с однозначным описанием операций и процедуры их выполнения в заданной форме называется программой.

Система программного управления состоит из ряда устройств, предназначенных для выполнения определенных функций: программоноситель, на котором записана программа работы исполнительных органов станка; устройства ввода программы; считывающего устройства, способного воспринимать символы программы и преобразовывать их в электрические сигналы управления; преобразующего устройства, отрабатывающего рабочие команды для движения исполнительных органов станка; привода исполнительных органов станка; системы обратной связи, осуществляющей контроль соответствия выполняемого движения исполнительных органов запрограммированным параметрам.

Станки, а также другое легкопереналаживаемое оборудование, снабженные системами автоматического управления, являются основой для создания гибких производственных систем (ГПС).

Программное управление работой элементов станка разделяют на цикловое и числовое программное управление.

Цикловое программное управление (ЦПУ) основано на использовании простейших программ, содержащих только информацию о цикле и режимах обработки, обеспечиваемых регулируемыми электроприводами главного движения и подачи. Простейшим устройством ЦПУ является кулачковый командоаппарат (программатор), который выдает команды на путевые переключатели, обеспечивающие начало движения или прекращение движения соответствующих рабочих органов станка по заданной программе от путевых переключателей. Путевые переключатели имеют достаточно высокую точность срабатывания и достаточную долговечность.

Системы ЦПУ могут быть с аппаратным управлением (электрические, гидравлические или пневматические). Программу в таких устройствах часто вводят с панели нажатием клавиши с обозначением логического элемента.

Станки с ЦПУ отличаются простотой конструкции, невысокой стоимостью, однако их переналадка требует значительного времени. Поэтому станки с ЦПУ эффективно используются для обработки заготовок больших партий деталей простой формы. Они находят применение в крупносерийном и массовом производствах и автоматических линиях для этих производств,

Развитие электроники и вычислительной техники, внедрение ЭВМ в производство привели к применению в станкостроении систем числового программного управления (ЧПУ). Числовое программное управление основано на программах, содержащих информацию чертежа детали, о цикле и режимах обработки, о перемещении заготовки и информацию об инструменте, записанную в виде определенной последовательности чисел, представляющую собой язык программирования. Всистемах ЧПУ на всем пути подготовки программы управления вплоть до ее передачи рабочим органам станка мы имеем дело только с информацией в цифровой форме.

Системы ЧПУ можно классифицировать по различных признакам: перемещению рабочих органов (позиционные, контурные, комбинированные или универсальные системы), наличию обратной связи (разомкнутые, замкнутые системы) и др.

В позиционных системах ЧПУ обработка осуществляется в процессе поочередного или одновременного перемещения рабочих органов станка по различным координатам (X, Y, Z).

В контурных системах управление обеспечивается перемещением рабочих органов станка по траектории (обычно криволинейной) и с контурной скоростью, заданными программой. Контурной скоростью является результирующая скорость подачи рабочих органов станка, направление которой совпадает с касательной в каждой точке заданного контура обработки.

В универсальных системах ЧПУ используют комбинированные позиционно-контурные системы управления.

В разомкнутых системах ЧПУ действительное положение рабочих органов станка не контролируется, а определяется точностью передаточных механизмов и точностью выполнения заданных программ, вводимых программоносителем по начальной информации.

В замкнутых системах имеется обратная связь и осуществляется сопоставление информации о контролируемом исполнении перемещений и команд с заданными параметрами в программе. В замкнутых системах управления выделяют три подгруппы: 1) системы управления с обратной связью по положению рабочих органов станка; 2) системы управления с обратной связью по положению рабочих органов и с компенсацией погрешностей станка из-за тепловых деформаций, износа инструмента, вибраций и т.п.; 3) адаптивные (самоприспособляющиеся, в том числе самонастраивающиеся, самоорганизующиеся, самообучающиеся) системы управления, в которых при непредвиденных изменениях в технологической системе обеспечивается высокая точность обработки, оптимальная производительность и минимальная себестоимость обработки за счет использования информации о разных параметрах процесса обработки, размерах заготовок, нагрузках и температурах в зоне резания и т. п. Название системы происходит от термина «адаптация», под которым понимают приспособление организмов к изменяющимся внешним условиям.

Работа станка с ЧПУ и программирование тесно связаны с системами координат. Оси координат необходимы для определения перемещений рабочих органов по направлению и величине. Для всех станков с ЧПУ принята правая система координат X, Y,Z. Оси координат располагают параллельно направляющим станка. Поворот вокруг осей X, Y, Z обозначают буквами А, В, С

Для заточки осевого цилиндрического лезвийного инструмента по передней и задней поверхностям достаточно двух перемещений, для инструмента с цилиндрическими и коническими участками лезвия используют станки с тремя перемещениями ,для инструмента с наклонным или винтовым зубом используют станки с четырьмя или более перемещениями. При обозначении моделей станков с ЧПУ используют индексы: Ф2 --для позиционной; ФЗ --для контурной; Ф4 --для позиционно-контурной систем ЧПУ; Ф1 --для цифровой индикации положения при ручном вводе данных.

Размещено на Allbest.ru