Автоматическое управление станками

При автоматическом управлении металлоре­жущим станком функции его управления вы­полняет система автоматического управления (САУ), работающая по заранее составленной управляющей программе, вводимой в систему управления с помощью соответствующего программоносителя.

Функционирование станка при автоматичес­ком управлении определяется его структурой и алгоритмом управления, заложенными в дан­ную систему управления. При этом структура станка определяет его состав и связь между рабочими органами, вспомогательными меха­низмами и устройствами. Алгоритм управления, по которому работает система управления, пред­писывает последовательность выполнения раз­личных функций управления станком.

Под управляющей программой (УП) понима­ют совокупность команд на языке программи­рования, соответствующую заданному алгорит­му функционирования станка по обработке конкретной заготовки. УП включает, как прави­ло, команды трех категорий:

а) технологические, обеспечивающие управле­ние перемещениями рабочих органов станка с заданными подачами на требуемые расстояния в процессе обработки;

б) цикловые, осуществляющие переключение скоростей, подач, выбор и смену инструментов, смену палет с заготовками, включение и отклю­чение подачи охлаждающей жидкости, контроль точности обработки и др.;

в) служебные или логические, обеспечивающие правильность отработки станком всех указанных выше задаваемых ему команд.

Носитель данных, на котором записана УП, называют программоносителем. В качестве программоносителя используют кулачки, копи­ры, линейки с упорами, перфоленты, магнит­ные ленты, а также запоминающие устройства различного типа.

САУ металлорежущими станками классифи­цируют по различным признакам в зависи­мости от задач их практического применения.

Широко применяют классификацию САУ по информационным признакам, под которыми по­нимают число и структуру потоков информа­ции при управлении различными металлорежу­щими станками. Чем полнее информация, используемая в САУ, тем выше качество ее работы и шире ее функциональные возмож­ности.

Источником информации, поступающей в САУ на входе, является УП, а в качестве обратной связи могут использоваться: потоки информации, характеризующие состояние про­цесса отработки информации (положения рабочих органов станка, уровень вибраций, температурных деформаций, размеры обрабаты­ваемой заготовки); информация о возмущениях, действующих на процесс обработки, которые не зависят от процесса управления (например, припуск, твердость материала, температура окружающей среды и др.).

Перечисленные источники информации ис­пользуют в САУ в различных сочетаниях, образуя определенную структуру САУ (рис. 1.2).

В разомкнутых системах управления (рис. 1.2а) имеется только прямой поток ин­формации J₁, и устройство управления (УУ) не контролирует действительное положение рабочего органа станка, поэтому точность его перемещения будет зависеть от точности пере­даточных механизмов привода подачи.

Разомкнутыми системами управления являют­ся системы управления с распределительным валом (РВ), механические копировальные сис­темы, системы ЧПУ с приводами подач, в которых используются шаговые электродвига­тели.

Рис. 1.2. Структурные схемы систем автоматического управления:

а – разомкнутая; б – замкнутая; в – адаптивная

Замкнутые системы управления подразделяют на три подгруппы:

а) с обратной связью по положению рабочих органов станка (рис. 1.2б) – поток информации J₂ идет от измеритель­ного преобразователя (ИП). К этой группе относятся следящие копировальные системы, большинство современных систем ЧПУ;

б) с обратной связью по положению рабочих органов станка (рис. 1.2в) и с компенсацией погреш­ностей станка (тепловых деформаций, износа, вибраций и др.). В этих системах имеются дополнительные датчики, измеряющие погреш­ности станка и также передающие сигналы в устройство управления для коррекции начальной информации;

в) адаптивные (рис. 1.2в), в которых кроме обратной связи по положению рабочих органов станка (поток информации J₂), имеется обратная связь (поток информации от соответствующих датчиков J₃) по параметрам процесса обработки (силе реза­ния, крутящему моменту, температуре в зоне резания, амплитуде вибраций и др.), что поз­воляет учитывать и компенсировать влияние на точность обработки колебаний припуска на заготовке, твердости обрабатываемого мате­риала, износа режущего инструмента и других факторов, которые носят случайный характер, и их предусмотреть заранее невозможно. Эти системы управления являются самыми сложны­ми, но обеспечивают высокую точность, опти­мальную производительность и минимальную себестоимость обработки.

По характеру управляющих сигналов раз­личают непрерывные (аналоговые) и дискрет­ные системы автоматического управления. Непрерывные сигналы являются непрерывны­ми функциями времени. Дискретной системой управления является система, содержащая хотя бы одно звено дискретного действия.

На рис. 1.3 показаны различные варианты существующих систем автоматического управле­ния станками:

I – системы управления с распределительными валами и кулачками, где УП задается в аналоговом виде – в виде рабочих и командных кулачков, устанавлива­емых на распределительные валы в соответствии с разработанной циклограммой;

II – копировальные системы управления, где управляющая программа также задается в аналоговом виде в виде копира;

III – системы циклового программного уп­равления (ЦПУ), в которых размерная инфор­мация задается в аналоговом виде путевыми упорами, устанавливаемыми на сменных линей­ках, и цикловая – в цифровом виде набором на пульте управления;

IV – системы ЧПУ, в которых УП задается в цифровом виде и либо вводится с помощью перфоленты, либо набирается на пульте непо­средственно оператором и вводится в память системы управления, либо подается от ЭВМ бо­лее высокого уровня управления.

Системы автоматического управления могут строиться на механической, гидравлической, пневматической, пневмогидравлической, элек­трической, электрогидравлической и электрон­ной основах.

Рис. 1.3. Различные варианты систем автоматического управления