Выбор и проектирование систем ЧПУ

Выбор и проектирование систем ЧПУ должны осуществляться с учетом специфики выпол­няемого процесса обработки на станке, конкрет­ных производственных условий, а также дости­жения проектируемым станком с ЧПУ наилуч­ших показателей по качеству изготовляемых деталей, производительности и себестоимости их изготовления.

Основные обобщенные этапы проектирования станков с ЧПУ следующие:

– разработка технологического процесса изго­товления деталей как основы дальнейшего про­ектирования данного станка с ЧПУ;

– выбор оптимального варианта построения станка с ЧПУ, его принципиального и компо­новочного решения;

– выбор, расчет и проектирование системы ЧПУ;

– расчет и проектирование целевых механиз­мов рабочих и вспомогательных ходов;

– уточнение ожидаемых технико-экономических показателей проектируемого станка с ЧПУ (производительности, точности, надежности в работе, себестоимости).

При проектировании системы ЧПУ необходи­мо так распределить выполняемые функции между аппаратной частью и программным обес­печением, чтобы получать оптимальное соче­тание следующих требований:

– низкая стоимость и компактная конструкция;

– высокая гибкость и высокая скорость обработ­ки данных;

– способность к согласованию и расширению, удобство в обслуживании и уходе;

– использование новейшей техники и макси­мально возможная надежность.

Проектирование самих систем управления состоит из основных шести этапов.

1-й этап – технико-экономическое обосно­вание, целью которого является формулиро­вание с позиции заказчика предложения по раз­рабатываемой системе управления, содержаще­го основные функции и технические характе­ристики данной системы управления.

2-й этап – разработка технического задания (ТЗ) на проектируемую систему управления, в котором обосновывается возможность созда­ния системы управления, удовлетворяющей ис­ходным техническим требованиям. Указывают основание для разработки системы управления, ее назначение, область применения, условия эксплуатации, технические данные системы уп­равления и др. Планируют все необходимые научно-исследовательские, опытно-конструкторские, проектные и монтажно-наладочные рабо­ты. Проводят подготовку материалов, необхо­димых для проведения проектных работ.

На этой стадии выполняют в общем случае следующие работы:

а) предварительное обследование объекта уп­равления (станка или группы станков) с тем, чтобы обосновать целесообразность и возмож­ность создания системы управления, удовлет­воряющей исходным техническим требова­ниям;

б) предпроектные научно-исследовательские ра­боты, в ходе которых проводится исследо­вание наиболее сложных задач управления стан­ком и выбор способов их решения. При этом со­ставляют структурную схему системы управле­ния, математические модели, анализируют ин­формационные потоки, формируют критерии уп­равления и ограничения, определяют содержа­ние функций, которые должны реализовать система управления, и др.;

в) эскизную разработку системы управления, включающую в себя разработку функциональ­ных и алгоритмических структур системы уп­равления, синтез основных алгоритмов регу­лирования, управления и контроля; выбор тех­нических средств, разработку общего програм­много обеспечения системы управления; выбор алгоритмических и программных модулей, па­кетов и библиотек прикладных программ из соответствующих фондов и др. После выпол­нения эскизной разработки производят при необходимости корректировки технико-экономи­ческого обоснования.

3-й этап – разработка технического проекта, в ходе которой проводят общесистемный и структурный синтез системы управления, раз­работку ее специального программного обес­печения, разработку проектно-сметной докумен­тации, составление при необходимости заявок на разработку новых технических средств. Осу­ществляют расчет ожидаемого технико-экономи­ческого эффекта.

4-й этап – разработка рабочего проекта сис­темы управления, когда разрабатывается рабо­чая документация на систему управления (схе­мы, чертежи, программные и текстовые докумен­ты).

5-й этап – изготовление и внедрение системы управления, которое включает сначала изго­товление экспериментального (опытного) об­разца, комплексную отладку программного обес­печения, испытание и отработку технической документации и программного обеспечения, а затем уже серийное изготовление и внедрение системы управления в промышленную эксплуа­тацию.

6-й этап - анализ функционирования внед­ренной системы управления с целью получе­ния объективных и систематизированных данных о качестве созданной системы управления и реальном эффекте от ее применения.

Рассмотренный выше порядок проектирова­ния систем управления характерен при раз­работке и изготовлении основной части системы управления – УЧПУ, производимой специали­зированными предприятиями и фирмами, или при разработке специальных систем управле­ния для уникальных станков с ЧПУ.

При проектировании и изготовлении станков с ЧПУ на станкостроительных предприятиях и фирмах системы управления комплектуют (с последующей стыковкой и отладкой) на ос­нове выбора из имеющейся разработанной и изготовленной специализированными предпри­ятиями и фирмами номенклатуры составных элементов системы ЧПУ.

При этом может быть три варианта комп­лектации и создания систем управления.

При первом варианте предприятия и фирмы – изготовители систем управления (в частности, УЧПУ) осуществляют исходя из требований заказчика полную комплектную поставку сис­тем ЧПУ применительно к конкретно выпус­каемым станкам: УЧПУ, устройства програм­мируемой логики и адаптивного управления, регулируемые электроприводы подач и главно­го движения, ИП, монтажные и кабельные устройства и соединения, электрошкафы с по­вышенной степенью защиты и вентиляцией. При этом по желанию заказчика возможна комплектация системы ЧПУ как элементами, производимыми данной фирмой, так и элемен­тами, производимыми другими фирмами.

Это наиболее прогрессивный способ проек­тирования и изготовления систем ЧПУ, так как при этом легче обеспечить согласование УЧПУ с остальными составными элементами системы управления. Кроме того, значительно сокраща­ется время отладки и пуска системы ЧПУ и станка.

При втором варианте предприятия и фирмы – изготовители станков с ЧПУ сами осуществляют комплектацию необходимой системы управле­ния из элементов, имеющихся на рынке. Это менее эффективный способ создания системы ЧПУ.

При третьем варианте станкостроительные предприятия и фирмы сами разрабатывают и изготовляют системы ЧПУ, включая разработ­ку и изготовление собственного УЧПУ и других элементов. Применение этого варианта объяс­няется более полным учетом и согласованием всех возможностей и особенностей выпускае­мых металлорежущих станков и их систем ЧПУ. В других случаях этот вариант применяется при выпуске станкостроительными предприятиями и фирмами уникальных металлорежущих станков.

В случае комплектации системы ЧПУ из имею­щихся элементов в техническом задании на станок с ЧПУ в первую очередь указываются требования к выбираемому УЧПУ.

Разработка программного обеспечения для конкретного станка с ЧПУ сводится к выбору и использованию уже имеющихся стандартных программных блоков, а также разработке его нестандартной части. Выбранные и настроенные программные модули объединяют в единую систему программного обеспечения с помощью его нестандартной части.

С конструктивной точки зрения для современных УЧПУ характерно следующее:

– раздельное размещение элементов, потреб­ляющих большие мощности и выделяющих боль­шое количество теплоты с маломощными эле­ментами;

– организация внутреннего теплообмена и под­держание постоянной температуры внутри шка­фа с помощью кондиционеров и дверных уп­лотнителей;

– применение больших монтажных плат, печатного монтажа и печатных плоских кабелей для внутренних соединений;

– миниатюризация, позволяющая встраивать УЧПУ непосредственно в механизмы станка или, что делают чаще, выполнять их в от­дельном подвесном пульте управления и по­мещать в удобном месте на станке. При этом достигается значительная экономия производ­ственных площадей;

– модульная конструкция, обусловливающая удобство их технического обслуживания, упро­щающая поиск неисправностей и ремонт путем замены соответствующих модулей;

– оснащение дисплейной техникой отображения;

– информация управления станком, диагностика неисправностей в буквенно-цифровой форме, что улучшает наглядность управления и «обще­ние» оператора с системой управления.

Одним из наиболее основных требований к любой системе ЧПУ является достаточно высокая надежность. С современных системах ЧПУ наработка на отказ составляет 2 000–2 500 часов и более при условии правильной эксплуатации с проведением профилактических мероприятий.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные обобщенные этапы проектирования станков с ЧПУ.

2. Перечислите этапы проектирования систем ЧПУ.

3. Назовите наиболее прогрессивный способ проек­тирования и изготовления систем ЧПУ.

4. Как происходит разработка программного обеспечения?

5. Перечислите конструктивные требования при проектировании УЧПУ.