Общий подход к проектированию устройств станочной автоматики

Понимая под программой способ достижения цели с однозначным описанием процедуры его выполнения будем считать, что всякое управление автоматическим технологическим оборудованием является программным. Для каждого исполнительного устройства в такой системе управления характерно наличие двух потоков информации: первый поток (программа обработки) поступает от программоносителя; второй (осведомительные сигналы) поступает от датчиков обратной связи. Для современного этапа развития систем автоматического управления оборудованием характерен способ числового задания управляющей программы ЧПУ.

Комплекс «станок с ЧПУ». Все блоки комплекса работают взаимосвязанно в единой структуре. Управляющая программасодержит укрупненное кодированное описание всех стадий геометрического и технологического образования изделия. В УЧПУ управляющая ин­формация в соответствии с УП транслируется, а затем используется в вычислительном цикле, результатом которого является формирование оперативных команд в реальном масштабе машинного времени станка (рис. 3.1).

Станокявляется основным потребителем управляющей информа­ции исполнительной частью, объектом управления, а в конструктив­ном отношении – несущей конструкцией, на которой смонтированы механизмы с автоматическим управлением, приспособленные к прие­му оперативных команд от УЧПУ. К числу подобных механизмов относятся, прежде всего, те, которые непосредственно участвуют в гео­метрическом формообразовании изделия. Это механизмы координат­ных подач. В зависимости от числа координат движения, задаваемых механизмами подачи, складывается та или иная система координат обработки: плоская, пространственная трехмерная, пространственная многомерная. Из всех механизмов меха­низмы подачи требуют в процессе управления наибольшего объема пе­реработки информации и вычисления, поэтому от числа управляемых координат, от сложности геометрической координатной задачи формо­образования во многом зависит сложность УЧПУ в целом и исполь­зуемая методика программирования. Функциональность реальной сис­темы ЧПУ (СЧПУ) определяется степенью реализации целого ряда функций при управлении оборудованием, они представлены ниже.

Ввод и хранение системного программного обеспечения (СПО). К СПО относят совокупность программ, отражающих алгоритмы, функционирования конкретного объекта. В УЧПУ низших классов СПО заложено конструктивно и не может быть изменено, и УЧПУ может управлять лишь данным (типовым) объектом (например, только станками токарной группы с двумя координатами). В системах, обеспечивающих управление широким классом объектов (в так называемых многоцелевых СЧПУ), при настройке СЧПУ для решения опреде­ленного круга задач СПО вводится извне.

В автономных многоцелевых устройствах управления СПО вводит­ся с перфоленты, с дискеты, с компакт-диска (СО), а в автоматизиро­ванных устройствах по каналу свя­зи с ЭВМ верхнего уровня.

Необходимо различать СПО и управляющие программы: СПО ос­тается неизменным для данного объекта управления, а УП изменяются при изготовлении разных деталей на одном и том же объекте. В мно­гоцелевых СЧПУ память для хранения СПО должна быть энергонеза­висимой, т. е. сохранять информацию при пропадании напряжения пи­тающей сети.

Ввод и хранение УП. Управляющая программа может вводиться в СЧПУ с перфоленты, с пульта управления, с дискеты или по каналам связи с ЭВМ высшего уровня. Память для хранения УП должна быть энергонезависимой. В СЧПУ высших классов УП обычно вводится сразу и целиком и за­поминается в оперативной памяти системы.

Интерпретация кадра. Управляющая программа состоит из со­ставных частей – кадров. Отработка очередного кадра требует про­ведения ряда предварительных процедур, называемых интерпретаций кадра.

Интерполяция. СЧПУ должна обеспечить с требуемой точностью автоматическое получение (расчет) координат промежуточных точек траектории движения элементов управляемого объекта по координатам крайних точек и заданной функции интерполяции.

Рис. 3.1. Функциональная схема управления станком с ЧПУ

Управление приводами подач. Сложность управления зависит от типа привода. В общем случае задача сводится к организации цифровых позиционных следящих систем для каждой координаты. На вход такой системы поступают коды, соответствующие результатам интерполяции. Этим кодам должно отвечать положение по координате (линейное или угловое) перемещающегося объекта. Определение дей­ствительного положения перемещающегося объекта и сообщение о нем в систему управления осуществляются датчиками обратной связи.

Управление приводом главного движения. Управление преду­сматривает включение и отключение привода, стабилизацию скорости, а в некоторых случаях – управление углом поворота как дополни­тельной координатой.

Логическое управление. Это управление технологическими узла­ми дискретного действия, входные сигналы которых производят операции типа «включить», «отключить», а выходные фиксируют состоя­ния «включено», «отключено».

Коррекция на размеры инструмента. Коррекция УП на длину инструмента сводится к параллельному переносу координат, т.е. смещению. Учет фактического радиуса инструмента сводится к формиро­ванию траектории которая является эквидистантой к запрограммированной.

Реализация циклов. Выделение повторяющихся (стандартных) участков программы, называемых циклами, является эффективным ме­тодом сокращения УП. Так называемые фиксированные циклы харак­терны для определенных технологических операций (сверления, зенкерования, растачивания, нарезания резьбы и т.п.) и встречаются при изготовлении многих изделий. При разработке УП фиксированные циклы указываются в программе, а их отработка ведется в соответствии с определенной подпрограммой, заложенной в память СЧПУ сис­темой программного обеспечения или конструктивной схемой.

Смена инструмента. Эта функция характерна для многоинстру­ментальных и многоцелевых станков. Задача смены инструмента в об­щем случае имеет две фазы: поиск гнезда магазина с требуемым инст­рументом и замену отработавшего инструмента на новый.

Коррекция погрешностей механических и измерительных уст­ройств. Любой конкретный агрегат механообработки (т.е. объект управления) можно аттестовать с помощью измерительных средств достаточно высокого класса точности. Результаты такой аттестации в виде таблиц погрешностей (внутришаговая ошибка, накопленная ошибка, люфты, температурные погрешности) заносятся в память СЧПУ. При работе системы текущие показания датчиков агрегатов корректируются данными из таблиц погрешностей. Системы высокого уровня имеют встроенные контрольно-измерительные комплексы, кон­тролирующие основные параметры станка в так называемом фоновом режиме. Результаты контроля тотчас же используются для проведения необходимых коррекций.

Адаптивное управление обработкой. Для осуществления такого управления необходимая информация получается от специально уста­новленных датчиков, с помощью которых измеряют момент сопротив­ления резанию или составляющие сил резания, мощность привода главного движения, вибрацию, температуру, износ инструмента и др. Чаще всего адаптация осуществляется изменением контурной скорости или скорости привода главного движения.

Накопление статистической информации. К статистической ин­формации относятся фиксация текущего времени и времени работы системы и ее отдельных узлов, определение коэффициента загрузки оборудования, учет изготовленной продукции, фиксация ее отдельных параметров и т.д.

Автоматический встроенный контроль. Непрерывный контроль по формируемым размерам обрабатываемого изделия одна из основных задач повышения качества обработки.

Дополнительные функции. К дополнительным функциям можно отнести следующие: обмен информацией с ЭВМ верхнего уровня, согласованное управление оборудованием технологического модуля, управление элементами автоматической транспортно-складской системы, управление внешними устройствами, связь с оператором, техниче­скую диагностику технологического оборудования и самой системы ЧПУ, оптимизацию отдельных режимов и циклов технологического процесса и др.

В общем виде структуру системы управления комплексом “станок с ЧПУ” можно представить в виде трех блоков (рис.3.2), каждый из которых выполняет свою информационную задачу: узел управления, узел управления приводами рабочих органов станка; узел управления исполнительными механизмами (блок электроавтоматики).

Задачами блока электроавтоматики (ЭА) являются; прием команд от устройства ЧПУ; пульта управления, сигналов от датчиков станка и выработка на основе полученной информации соответствующих сигналов управления силовыми элементами, которые в свою очередь обеспечивают работу исполнительных механизмов станка. Таким образом, к электроавтоматике станков относят функциональные группы механизмов, осуществляющих управление приводом главного движения, переключениями в приводах подач, автоматической сменой инструмента и заготовки, зажимными приспособлениями, охлаждением, уборкой стружки, смазкой направляющих и опор шпинделя, стабилизацией температуры масла и др. Совокупность указанных групп образуют систему станочной автоматики, работа которой носит сложный циклический характер (блокировки, временные задержки, режимные переключения).

Структура блока электроавтоматики. Отдельные циклы станочной ЭА возбуждаются в автоматическом режиме командами управляющей программы (УП) и воспроизводятся с начала до конца. Следовательно, БЭА можно рассматривать как устройство циклового программного управления. Циклом работы станка называют совокупность операций, выполняемых рабочими и вспомогательными органами (узлами) с целью организации процесса обработки детали.

В связи с этим БЭА удобно представить в виде блочной структуры, модули которой ориентированы на управление отдельными органами /2/ станка. Связь между отдельными модулями осуществляется координирующим модулем, выполняющим общие для всех модулей операции, режимную и функциональную координации (рис. 3.3). Между подсистемами существует два вида взаимодействия: передача вниз координирующих сигналов и передача вверх информационных (осведомительных) сигналов.

При организации управления автономным узлом (в локальной подсистеме управления) переход от одной операции к другой осуществляется автоматически после получения ответа об окончании предыдущей операции, и только после окончания всего цикла работы данного узла поступает информационный сигнал в координирующую подсистему.

Таким образом, структура локальной подсистемы управления автономным узлом аналогична общей структуре БЭА.

Методика проектирования модулей БЭА. Очевидно, что конструирование отдельных моделей станочной автоматики подчинено их конкретным функциональным задачам. В то же время, процесс проектирования модулей (блоков) поддается определенной формализации, в основе которой лежит представление об автономном блоке или агрегате как о функциональном автомате (рис.3.4).

Функциональный автомат (ФА) состоит из исполнительной части - операционного автомата и управляющей части - управляющего автомата. Операционный автомат (ОА) содержит некоторый набор дискретных устройств, осуществляющих элементарные операции, а в некоторых случаях еще и двигатели с собственными средствами коммутации, которые способны выполнить заданную задачу. Примером ОА может служить некоторая совокупность гидравлических двигателей с управляющими распределителями, приводящих в движение исполнительные органы механизма смены инструмента многооперационного станка.

Управляющий автомат (УА) реализует алгоритм функционирования операционного автомата. Алгоритм дает представление о том, каким образом должно быть организовано взаимодействие элементов операционного автомата.

Таким образом, если методика проектирования ОА полностью определяется его назначением и типом применяемых устройств, то методика проектирования УА состоит из следующих основных этапов:

1) оценка объекта управления по степени переналаживаемости и принятие решения о степени перепрограммируемости уа;

2) выработка решения о структуре УА и организации его взаимосвязей с ОА и др. УА;

3) алгоритмизации управляющей функции автомата;

4) согласование алгоритмов управления с методом реализа­ции управляющих функций выбранными средствами;

5)разработка проектной документации.

Тема 4

Поиск по сайту: