книги из ГПНТБ / Сергиевский, Л. В. Наладка, регулировка и испытание станков с программным управлением учебное пособие

Л. В. Сергиевский

НАЛАДКА,

РЕГУЛИРОВКА И ИСПЫТАНИЕ СТАНКОВ

С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Допущено Министерством станкостроительной и инструментальной промышленности в каче­

Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1974

Предисловие

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) получили широкое распространение в отечественном и зарубежном машиностроении. Применение станков с ЧПУ — одно из наиболее прогрессивных направлений автоматизации металлообработки на промышленных пред­ приятиях, повышающее производительность в 3—4 раза. Решениями XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971— 1975 гг. предусмотрено увеличение выпуска станков с ЧПУ не

с ЧПУ, которые внедряются в промышленность. Однако внедрение этой новой техники часто вызывает ряд труд­ ностей. Одной из "причин этого является недостаточное знакомство заводских специалистов с особенностями эксплуатации этих станков.

Эксплуатация разнообразных по назначению и кон­ струкции станков и систем ЧПУ показала, что конструк­ ция станков, их элементы, узлы и электронные блоки систем должны отвечать ряду требований, без выполне­ ния которых эксплуатация станков и систем ЧПУ мало­ эффективна. К этим требованиям относятся создание высоконадежных систем, элементов, узлов и блоков, а также наиболее простых механических, гидравлических, электрических и электронных элементов и узлов, имею­ щих минимум настроек и регулировок, применение про­ грессивных электроприводов подач, создание безлюфтовых соединений в зубчатых и винтовых передачах и т. д.

Настоящая книга ставит своей целью ознакомить чи­ тателей с основными вопросами, с которыми столкнется инженерно-технический и обслуживающий персонал при эксплуатации станков и систем ЧПУ. Изложение мате­

Глава l

Типовые системы числового программного управления

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТАНКОВ С СИСТЕМАМИ ЧПУ

Системы ЧПУ нашли широкое применение в металлоре­ жущих станках при обработке деталей сложной геометри­ ческой формы, например: лопаток турбин, штампов, прессформ элементов фюзеляжа и крыла самолета, фитингов, панелей, шпангоутов, монорельсов, .и т. п.

Металлорежущие станки, в которых программа за­ дается в виде математических зависимостей, описываю­ щих требуемую траекторию перемещения центра режу­ щего инструмента относительно детали, или в виде после­ довательности чисел, характеризующих опорные точки этой траектории, называются станками с числовым про­ граммным управлением (ЧПУ).

Порядок технологических операций и движений испол­ нительных узлов станков вместе с другими необходимыми данными (скорость, длительность) принято называть программой. В частности, в программу работы фрезерного станка входит последовательность работы поперечной, продольной и вертикальной подач станка, привода вспо­ могательных операций, переключения числа оборотов шпинделя, отвода инструмента, режима охлаждения, смазки и др.

Основной особенностью станков с ЧПУ является то, что информация о заданном законе движения инструмента может быть представлена в виде последовательности чисел и цифр в двоичной системе счисления, импульсами (в унитарном коде) или как преобразование импульсов в фазу переменного тока. Эта информация нанесена на программоноситель, в качестве которого используются перфоленты, перфокарты, магнитные ленты, магнитные

5

барабаны и т. п. В данной книге рассмотрены только си­ стемы станков, где в качестве программоносителя исполь­ зуется магнитная лента.

Программа обработки для станков с ЧПУ может быть подготовлена различными способами: вручную с приме­ нением простейшего интерполятора или с помощью цифро­ вых вычислительных машин, с помощью специальной установки с записью на магнитную ленту при копировании шаблона или готовой детали или непосредственно при обработке первой детали вручную.

В комплекс устройств, служащих для обработки число­ вой информации, т. е. для осуществления по составленной цифровой программе необходимых движений рабочих органов станка, входят:

1)управляющее устройство, которое преобразует по соответствующему закону цифровую информацию, содер­ жащуюся в программе, в управляющие сигналы;

2)станок с необходимым количеством приводов, обе­ спечивающих движение его рабочих органов от управляю­ щих сигналов в точном соответствии с заданной програм­ мой.

На работу станка с системой ЧПУ влияют управляю­ щее устройство, механическая система станка, а также приводы подач, от качества работы которых зависит точность обработки детали и производительность станка. Приводы подач станков с ЧПУ оборудуются электриче­ скими или гидравлическими двигателями.

Точность обработки деталей на станках с ЧПУ доста­ точно высока, но зависит от назначения станка. Напри­ мер, для фрезерных станков с фазовой системой ЧПУ для грубой обработки погрешность воспроизведения задан­ ного профиля равна в среднем ±0,1 мм.

Существенное значение для станков с ЧПУ имеют датчики обратной связи по пути и скорости От выбора принципа построения датчиков и их конструктивного

выполнения, места установки и качества соединения их с исполнительными органами зависит работа станка и, следовательно, точность обработки детали.

Управляющие устройства станков с ЧПУ выполняются на электронных и полупроводниковых элементах, с боль­ шим разнообразием схем блоков и узлов, составленных из этих элементов. От качества изготовления и конструктив­ ного решения этих узлов зависит надежность работы устройства и надежность работы станка.

6

По технологическому назначению и по типу оборудо­ вания, которое автоматизировано с помощью систем число­ вого программного управления, последние разделяются на два вида — контурные и координатные системы ЧПУ.

Контурные системы ЧПУ применяются для автомати­ зации фрезерных, токарных, раскройных и других стан­ ков, осуществляющих формообразование деталей сложной формы, требующих движения рабочих органов с перемен­ ными скоростями одновременно по двум или большему числу координат. Особенностью станков с такими систе­ мами является необходимость координировать в них дви­ жения рабочих органов в каждый момент времени по пути, а для контурных систем ЧПУ с фазовой системой управ­ ления — и по скорости.

Координатные системы ЧПУ объединяют большую группу различных станков, имеющих один общий приз­ нак; система обеспечивает лишь точность останова (или положения) перемещаемых рабочих органов в точке с за­ данными координатами. Наиболее типичными представи­ телями станков с координатной системой ЧПУ являются сверлильные и координатно-расточные станки, а также токарные, шлифовальные, фрезерные и другие станки, работающие по так называемому прямоугольному циклу. Характерной особенностью этой системы является то, что движение рабочих органов по координатам может осуществляться одновременно с любой скоростью, кото­

с заданными координатами. В координатных системах станков с прямоугольным циклом рабочие органы пере­ мещаются последовательно со скоростями, обеспечиваю­ щими нужный режим резания.

Координатные системы ЧПУ в данной книге не рас­ сматриваются.

По характеру информации, выражающей программу, различают системы ЧПУ следующих видов:

Амплитудные системы ЧПУ. Программа в таких си­ стемах задается аналоговыми величинами, в виде чертежа или в виде кривой на киноленте, ординаты которой про­ порциональны программируемым перемещениям.

Фазовые системы ЧПУ. Программа задается обычно на магнитной ленте в виде непрерывной синусоидальной функции, фаза которой пропорциональна программи­ руемым перемещениям, а отработка управляющих сигна-

7

лов производится с помощью следящих приводов фазо­ вого типа.

Импульсные системы ЧПУ. Программа записывается на магнитной ленте в виде натурального числа импульсов. Каждый импульс соответствует элементарному переме­ щению, а частота следования импульсов — скорости дви­ жения рабочих органов станка.

Кодовые или цифровые системы ЧПУ. Программа запи­ сывается цифровым кодом на перфоленте или перфокарте.

Амплитудные и кодовые системы ЧПУ в данной работе

Всистемах с незамкнутой цепью управления движе­ ние рабочих органов станка не контролируется и не сравни­ вается с заданной программой движения.

Внастоящее время большинство незамкнутых систем управления станками с ЧПУ выполнено с приводами от

шаговых двигателей, где каждый импульс, считываемый с программоносителя, усиленный для управления шаго­ вым двигателем, вызывает поворот вала двигателя на определенный угол. Точность воспроизведения движения рабочих органов станка в данном случае определяется точностью отработки двигателем отдельных шагов и точ­ ностью кинематической цепи, передающей движение ра­ бочему органу.

Если во время перемещения рабочего органа станка вследствие переменной нагрузки, либо вследствие неис­ правности управляющей схемы шагового двигателя, либо по каким-то другим причинам шаговый двигатель не вос­ произвел одного или нескольких импульсов, то ошибка при воспроизведении программы существенно возрастет. Поэтому в таких системах станков для обеспечения лег­ кости хода и повышения точности кинематических пере­ дач применяются прецизионные шариковые винтовые беззазорные пары.

Станки с незамкнутой цепью управления на шаговых двигателях просты по конструкции, но оборудованные двигателями старой конструкции имеют серьезные огра­ ничения по скорости перемещения рабочих органов и ма­ лые технологические возможности.

Наиболее распространенной системой ЧПУ с незамк­ нутой цепью управления, широко применяемой в прс-

8

Рис. 1. Незамкнутая си­ стема ЧПУ с импульсношаговым приводом (трех­ координатная)

мышленности, является импульсно-шаговая система с использованием привода от шаговых двигателей. Блоксхема такой системы приведена на рис. 1. Рассмотрим ра­ боту данной схемы. Программа обработки записана на магнитной ленте в унитарном коде. Каждый импульс кода соответствует перемещению рабочего органа станка (стол, пиноль, суппорт и т. п.) на один элементарный шаг. Для управления перемещением рабочих органов станка на магнитной лепте предусмотрены для каждого рабочего органа дорожки записи с импульсами двух полярностей, причем импульсы положительной полярности соответ­ ствуют движению рабочего органа в одну сторону, а отри­ цательной — в другую.

Сигналы, считываемые с магнитной ленты / магнитнбй головкой 2, усиливаются импульсными усилителями 3 и формируются в блоках формирования 4 в прямоугольные импульсы. Прямоугольные импульсы попадают на коль­ цевой распределитель-коммутатор 5 и распределяются, коммутируя обмотки шагового двигателя 6, который начинает вращаться. Вращаясь, шаговый двигатель при достаточной мощности может перемещать рабочий орган станка сам или с помощью усилителей моментов, связан­ ных с рабочими органами 5 через исполнительные устрой­ ства 7.

Блоки управления такой системы ЧПУ выполняются, как правило, на электронных или полупроводниковых элементах; частота следования сигналов по каналам си­ стемы и обмоткам шагового двигателя колеблется от 500 до 800 Гц (при двигателях старой конструкции), что соот­ ветствует скорости перемещения рабочих органов до

1м/мин.

Взамкнутой системе управления величина пути, на

которую перемещается рабочий орган станка, контроли­

9