Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Волжский политехнический институт (филиал) федерального

государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Волгоградский государственный технический университет»

(ВПИ (филиал) ВолгГТУ)

Кафедра «Технология и оборудование машиностроительных производств»

Контрольная работа

по дисциплине «Технология и оборудование машиностроительных производств»

Тема «Системы числового программного управления»

Выполнил:

студент группы: ВТМЗ-467

Иванова Е.Д.

Проверил:

к.т.н. доцент

Пушкарев О.И.

Волжский-2020

Содержание

Введение

Классификация систем ЧПУ

Основные элементы устройства ЧПУ

Датчики обратной связи (ДОС)

Общие принципы кодирования программы

Особенности современных систем ЧПУ

Введение

Развитие электроники и вычислительной техники, внедрение в производство ЭВМ привело к разработке и широкому применению в станкостроении систем числового программного управления (ЧПУ) металлорежущими станками, а также другим технологическим оборудованием.

Числовым программным управлением металлорежущими станками называют управление по программе, заданной в алфавитно-цифровом коде и представляющей последовательность команд, записанную на определенном языке и обеспечивающую заданное функционирование рабочих органов станка.

Принципиальное отличие систем ЧПУ от ранее рассмотренных САУ заключается в способе расчета и задания программы управления и ее передачи для управления рабочими органами станка. Информация чертежа детали представлена в аналогово-цифровом виде, то есть в виде чисел, различных словесных указаний, условных знаков и других символов, имеющих ограниченное число значений, каждое из которых имеет вполне определенную и однозначную информацию.

В обычных САУ программа управления воплощается в физические аналоги - кулачки, копиры, упоры, кондукторные плиты и другие средства, которые являются программоносителями. Данный способ задания программы управления имеет два основных недостатка.

Первый вызван тем, что информация чертежа детали из цифровой (дискретной) и однозначной превращается в аналоговую (в виде кривых кулачка, копира). Это приводит к погрешностям, вносимым при изготовлении кулачков, копиров, расстановки путевых упоров на линейках, а также при износе этих программоносителей в процессе эксплуатации. Вторым недостатком является необходимость изготовления данных программоносителей с последующей трудоемкой наладкой на станке. Это приводит к большим затратам средств и времени и делает в большинстве случаев неэффективным применение обычных САУ для автоматизации серийного и особенно мелкосерийного производства.

При подготовке программ управления для станков с ЧПУ вплоть до ее передачи рабочим органам станка, мы имеем дело с информацией в дискретной форме, полученной непосредственно из чертежа детали.

Траектория движения режущего инструмента относительно обработанной заготовки в станках с ЧПУ представляется в виде ряда его последовательных положений, каждое из которых определяется числом. В станках с ЧПУ возможно получить сложные движения рабочих органов не с помощью кинематических связей, а благодаря управлению независимыми координатными перемещениями этих рабочих органов по программе, заданной в числовом виде. Качественно новым в станках с ЧПУ является возможность увеличения числа одновременно управляемых координат, что позволило создать принципиально новые компоновки станков с получением широких технологических возможностей при автоматическом управлении.

Программа управления может быть рассчитана с любой заданной точностью и на любой требуемый закон движения рабочих органов станка. Получает все более широкое применение управление станками непосредственно от ЭВМ.

Классификация систем ЧПУ

I. Исходя из технологических задач управления обработкой все системы ЧПУ делят на три группы: позиционные, контурные и комбинированные.

Позиционные системы ЧПУ обеспечивают управление перемещениями рабочих органов станка в соответствии с командами, определяющими позиции, заданные программой управления. При этом перемещения вдоль различных осей координат могут выполняться одновременно (при заданной постоянной скорости) или последовательно. Данными системами оснащают в основном сверлильные и расточные станки для обработки деталей типа плит, фланцев, крышек и др., в которых производится сверление, зенкерование, растачивание отверстий, нарезание резьбы и др.

Контурные системы ЧПУ обеспечивают управление перемещениями рабочих органов станка по траектории и с контурной скоростью, заданными программой управления. Контурной скоростью является результирующая скорость подачи рабочего органа станка, направление которой совпадает с направлением касательной в каждой точке заданного контура обработки. Контурные системы ЧПУ в отличие от позиционных обеспечивают непрерывное управление перемещениями инструмента или заготовки поочередно или сразу по нескольким координатам, в результате чего может обеспечиваться обработка очень сложных деталей (с управлением одновременно по более чем двум координатам). Контурными системами ЧПУ оснащены в основном токарные и фрезерные станки.

Комбинированные системы ЧПУ, сочетающие функции позиционных и контурных систем ЧПУ, являются наиболее сложными, но и более универсальными. В связи с усложнением станков с ЧПУ (особенно многооперационных) расширением их технологических возможностей и повышением степени автоматизации применение комбинированных систем ЧПУ значительно расширяется.

II. По наличию обратной связи все системы ЧПУ делятся на две группы: разомкнутые и замкнутые.

Замкнутые системы ЧПУ в свою очередь могут быть:

1) с обратной связью по положению рабочих органов станка; 2) с обратной связью по положению рабочих органов и с компенсацией погрешностей станка; 3) самоприспособляющиеся (адаптивные).

Разомкнутые системы ЧПУ строятся на основе силовых или шаговых двигателей (ШД). В последнем случае ШД применяется обычно в комплекте с гидроусилителем.

III. Классификация в зависимости от уровня электронной техники.

Несмотря на относительно малый срок применения систем ЧПУ, они в своем развитии уже прошли несколько этапов, определяемых уровнем развития электронной техники.

Применяемые в настоящее время в промышленности системы ЧПУ класса NC построены по принципу цифровой модели. В этой системе программа (на перфоленте) вводится в интерполятор 3 в процесс обработки далее переработанная программа вводится в систему управления 2 станком 1. Данные системы ЧПУ называют системами с жесткой программой. Весьма ограничены на этих системах возможности вмешательства оператора программы.

В системах класса SNC устройство для считывания программы управления применяют только один раз -- для ввода программы управления в полятор 3, запоминающий блок 4 (памяти). В результате повышается надежность работы станка по причинам отказа фотосчитывающего устройства.

Особенностью систем управления класса CNC является их структура, соответствующая структуре управляющей ЭВМ. С появлением систем класса CNC расширились функциональные возмов том числе хранение программы управления и ее редактирование непосредственно на рабочем месте, расширенные возможности индикации на дисплее, диалоговое общение с оператором и т.д. Ввод программы управления может быть осуществлен на перфоленте или вручную. Второй тип систем получил название систем класса DNC. Программа управления здесь вводится оператором с помощью клавиатуры и хранится в памяти системы.

Наряду с автономными системами ЧПУ в промышленности применяют системы прямого числового программного управления группой различных станков от единой ЭВМ, получившие название систем класса DNC.

В этой системе средняя или большая ЭВМ (3) подготавливает программы для нескольких станков с ЧПУ и передает их системам CNC (2) отдельных станков (1). В следствии весьма высокого быстродействия ЭВМ, система осуществляет

подготовку программ для всех станков lj, 12, 13 группы. ЭВМ выполняет также и дополнительные функции по управлению полуавтоматом, например, управляет автоматизированным транспортом и складом. Непосредственное управление станками осуществляют мини ЭВМ с небольшим объемом оперативной памяти, входящие в состав отдельных систем CNC.

Основные элементы устройства ЧПУ

ДОС предназначены для преобразования линейных перемещений рабочего органа станка в электрические сигналы, содержащие информацию о направлении и величине перемещений.

Все многообразие ДОС можно условно разделить на угловые (круговые) и линейные. Круговые ДОС обычно преобразуют угол поворота ходового винта или перемещения рабочего органа станка через реечную передачу. Преимуществом круговых ДОС является их независимость от длины перемещения рабочего органа станка, удобство установки на станке и удобство эксплуатации. К недостаткам следует отнести принцип косвенного измерения величины перемещения рабочего органа, а, следовательно, погрешность измерения.

Линейные ДОС непосредственно измеряют перемещения рабочего органа, что является их основным преимуществом по сравнению с круговыми ДОС. Недостатком линейных ДОС является зависимость их габаритных размеров от величины перемещения рабочего органа, кроме того они сложны при установке и эксплуатации станка.

По принципу действия ДОС могут быть импульсными, фазовыми, кодовыми, фазоимпульсными и т.д. Наиболее часто применяют датчики типа индуктосина, которые могут быть круговыми и линейными, а также резольверы.

Они представляют собой двухфазные электрические машины переменного тока, у которых при вращении ротора взаимная индукция между обмотками статора 2 и ротора 1 изменяется синусоидально с высокой точностью. На обмотку (а) статора подается напряжение U * sin и, а на обмотку (б) - U * cos и, где и- угол смещения, отражающий заданную величину перемещения. С обмотки ротора 1 снимается напряжение Uвых. Число обмоток в ВТ может быть различным, однако чаще всего применяют ВТ с двумя взаимно перпендикулярными обмотками на статоре и на роторе. Такие синусно - косинусные ВТ называют резольверами.

Линейный индуктосин состоит из линейки 1 и ползуна 2. Длина линейки несколько превышает величину измеряемого перемещения, линейка имеет одну печатную обмотку с шагом 2 мм, с которой снимается индуцируемое напряжение Uвых. Она может быть цельной (при небольшой длине хода) или сборной из нескольких пластин (длиной по 250 мм). Ползун установлен на рабочем органе и перемещается относительно линейки. Он имеет две печатные обмотки, сдвинутые на 1?4 шага. На каждую обмотку подается переменный ток частотой 10 кГц, причем на первой обмотке напряжение U_1 = Uo -sin a3ad, а на второй U2 = U0 ¦ cos азад, где a_зад -заданный угол смещения.

При Uвых = U0 * sin a зад * cos aф - U0 * cos aзад. * sin аф,

где аф- фактический угол смещения, отображающий фактическое перемещение рабочего органа, т.е.

Uвых = U0 * sin (aзад * aф).

Если рабочий орган находится в заданном положении, азад = аф, напряжение на выходе обмотки линейки равно нулю. При отсутствии этого равенства на привод подачи поступает сигнал на дальнейшее перемещение.

Широкое применение в станках с ЧПУ находят ДОС типа вращающегося трансформатора(ВТ).

В позиционных системах ЧПУ применяются кодовые датчики обратной связи с измерением абсолютной величины перемещения рабочего органа. В качестве такого датчика использован, например, кодовый диск кругового фотоэлектрического датчика на десять двоичных разрядов.

Каждое концентрическое кольцо стеклянного диска состоит из затемненных и прозрачных участков, которые не пропускают или пропускают свет на фотоприемники. Кольца соответствуют определенным разрядам: внешнее - первому, внутреннее - десятому. Диск устанавливается так, чтобы его полный оборот соответствовал перемещению рабочего органа на максимальную величину. При этом каждому положению рабочего органа соответствует единственная комбинация (кодовая).

На рисунке показана схема импульсного линейного датчика неподвижной дифракционной решеткой 1, относительно которой перемещается подвижная вспомогательная шкала 2. Она повернута относительно основной решетки на угол д, поэтому при ее перемещении на величину S образуются перемещаемые в вертикальном направлении муаровые полосы (3), которые периодически перекрывают пучок света (4), пропускаемый через решетку на два фотоэлемента. При перемещении вспомогательной шкалы 2 на 1 шаг штрихов фотоэлементов поступает один импульс.

Общие принципы кодирования программы

Унитарный код. Сущность этого кода заключается в том, что в нем всякое число выражается одним знаком 1. Для изображения любого числа надо столько раз последовательно повторить этот знак, сколько в данном числе содержится единиц. При использовании в качестве программоносителя - перфоленты, знак 1 выражается пробивкой отверстия, а при магнитной ленте - магнитного штриха. Главный недостаток - низкая плотность записи.

Десятичная система счисления использует для записи чисел десять знаков 0 - 9. Для записи чисел в десятичной системе счисления каждому знаку должна быть отведена своя дорожка, а каждому разряду - строка. Запись чисел в десятичном коде громоздка.

Двоичная система счисления использует для записи только два знака 0 и 1. Для записи числа в двоичном коде единица соответствует наличию сигнала, а при нуле сигнал отсутствует. Это удобно, потому что механизмы наиболее надежно различают два устойчивых состояния. Например, на перфоленте: есть пробивка, нет пробивки. ; ; ; (2+1); ; (4+1); (4+2); (4+2+1); ; (8+1); (8+2) и т.д.

Двоично-десятичая система счисления.

В этом случае запись каждого разряда десятичного числа производится двоичным эквивалентом, называемым тетрадой:

0 1 2 3 4 … 10 11

0000 0001 0010 0011 0100 … 0001,0000 0001,0001

Международный код ISO - 7bit

Несмотря на большое количество видов обработки и типов станков, для сообщения необходимой информации достаточна относительно ограниченная совокупность команд, кодируемых определенными символами или числами.

Для обеспечения применения кодов, используемых в станках с ЧПУ, проведена унификация языков программирования в широких масштабах. С этой целью международной организацией стандартов ISO принят единый международный код для программирования обработки на станках с ЧПУ. В нашей стране действует аналогичный код (ГОСТ 13052 - 74). Код устанавливает множество определенных символов, которые подразделяются на цифровые, буквенные в прописных буквах латинского алфавита и графические. Каждый символ имеет неповторимое выражение, получаемое путем перфорации отверстий на бумажной восьмидорожечной ленте. Шириной 25,4 мм. Первая слева дорожка (восьмая) предназначена для контрольного признака четности и нечетности. Необходимо, чтобы в каждой строке перфоленты число пробитых отверстий было бы четным числом. Остальные семь дорожек представляют собой соответствующий разряд в двоичных системе счисления.

Каждому направлению перемещений рабочих органов станков присваивают значение определенной координаты и соответствующий адресный символ, например: X, Y, Z, W и т.д. Существует единое направление осей координатных осей металлорежущих станков. Положительным направлением перемещения элемента станка принято считать то, при котором обрабатывающий инструмент (его держатель) и заготовка отступают друг от друга.

Конструктивные исполнения систем ЧПУ отличаются широким разнообразием. В процессе развития системы претерпевали значительные изменения -- как по способу загрузки программ (перфокарты для ранних систем и трёхмерные твердотельные модели для современных), так и по алгоритму управления (замкнутые, разомкнутые и т. п.). Для современных станков характерно наличие ЧПУ, ориентированного на максимальную интеграцию с ПК.

Особенности современных систем ЧПУ

В настоящее время совершенствование систем ЧПУ, как и любых других продуктов в IT-сфере, идёт стремительными темпами. Производитель, не представивший вовремя свою разработку, ориентированную на требования рынка, рискует навсегда «выпасть из обоймы». При этом основными тенденциями развития ЧПУ являются:

упрощение аппаратной и программной части систем;

полная совместимость с предыдущими «эволюциями» (для запуска ранее наработанных программ);

упор на разработку и совершенствования программного обеспечения (и т. о. расширения функционала существующих систем ЧПУ);

плавная «эволюция» технических решений (взамен «революционным» изменениям) аппаратной части систем;

открытость систем -- для производителей станочного оборудования это означает широкие возможности для самостоятельной доработки;

многоканальность -- для реализации одновременного запуска нескольких управляющих программ на одной системе ЧПУ;

поддержка алгоритмов высокоскоростной обработки.

Практически все современные ЧПУ поддерживают интерполяцию с малой дискретностью вычислений («наноинтерполяцию») и алгоритмы «предпросмотра», т. е. возможность просчитывать траекторию инструмента и заранее снижать скорость перед её резкими изменениями (что особенно актуально для обработки на больших скоростях).

Также перспективные системы ЧПУ строятся в расчёте на удалённое (сетевое) управление, в том числе при объединении отдельных станков в группы -- в рамках технологической цепочки производства изделий. Большое внимание уделяется функциям моделирования процесса обработки, когда система не просто визуализирует на экране маршрут движения инструмента, а представляет модель фактического результата обработки.

К системам ЧПУ также предъявляются требования расширенной диагностики оборудования и возможность «понимания» языков программирования высокого уровня. И кончено же, современные системы всё более унифицируются в рамках принятых стандартов. В то же время производители стремятся выпускать на рынок системные продукты (а не отдельные разрозненные компоненты) позволяющие решать «под ключ» комплексные технологические задачи.

Следует отметить, что развитие систем ЧПУ неотделимо от повышения квалификации персонала -- программистов, операторов станков, наладчиков. Однако до сих пор совершенствование систем значительно опережало способности их использовать -- особенно в новейших технологических областях (например, высокоскоростной обработки). Поэтому вопрос раскрытия возможностей перспективных систем ЧПУ, обучения новым методам их использования, непременно должен выдвигаться на первый план.

Список литературы

1. Автоматизированная подготовка программ для станков с ЧПУ, (Справочник)/ Р.Э. Сафраган, Г.Б. Евгенев, А.Л. Дерябин и др.; Под общей ред. Р.Э. Сафрагана. - К.: Техника, 2012. - 191 с.

2. В.И. Комиссаров, Ю.А. Фильченок, В.В. Юшкевич. Размерная наладка станков с ЧПУ на роботизированных участках, Владивосток, ДВПИ, 2014.

3. Гжиров Р.И., Серебреницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ. Справочник, Л., Машиностроение, 2017,-592с.

2. Ловыгин А.А. Васильев А.В. Кривцов С.Ю. «Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система» Эльф ИПР 2013г.

4. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с ЧПУ. Часть II, М., Экономика, 2015г., -474с.

5. Основы технологии важнейших отраслей промышленности: В 2 ч. Ч.1: Учеб. пособие для вузов / И.В. Ченцов, И.А.

6.Р.И. Гжиров, П.П. Серебреницкий. Программирование обработки на станках с ЧПУ. Справочник, - Л.: Машиностроение, 2018. - 592 с.

7. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. Т. 1. 5-е изд., испр./ Дальского А. М., Москва: Машиностроение, 2017

8. Схиртладзе А.Г., Ярушин С.Г «Технологические процессы в машиностроении» ПГТУ Пермь 2006.

9. Харченко А.О. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие для студентов вузов. - К.: ИД «Профессионал», 2012. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru