Материал: АТП_лекции

3. Функции системы управления

Системы управления, применяемые в современных станках, разнообразны как по своему назначению, так и по конструктивному оформлению. Однако в любом станке, автомате или автоматической линии можно выделить две основные части: управляющее устройство и управляемые узлы — агрегаты или другие рабочие органы, выполняющие заданный технологический процесс.

Технологический процесс имеет один или несколько параметров (подача, скорость, усилие и т.д.), которые для правильного хода процесса поддерживаются постоянными или изменяются по определенному закону. Управляющее устройство воздействует на управляемый рабочий орган станка в соответствии с программой управления.

Программа работы станка — совокупность команд, которые должен выполнять станок. Механизмы и устройства, обеспечивающие по заданной программе точное и согласованное во времени воздействие рабочих органов и агрегатов станков, автоматов и автоматических линий, составляют систему управления.

Основным назначением системы управления станка является выполнение заданных команд с целью поддержания требуемых значений параметров выполняемого технологического процесса при определенной точности с наибольшей производительностью.

Команды, задаваемые станку в системах программного управления, подразделяют на три категории.

1. Технологические команды, обеспечивающие перемещение рабочих органов станка на заданные расстояния в процессе обработки.

2. Цикловые команды, к которым относятся переключение скорости и подач, выбор инструмента, выключение охлаждения, реверс.

3. Команды на выполнение служебной или логической информации, обеспечивающие правильность отработки станком всех задаваемых ему команд (обозначение адресов, знаки разделения команд, контрольные числа). Эти команды зависят от принятой системы кодирования команд.

Кодирование перемещений тесно связано с выбором системы счисления, в которой цифровую информацию вводят в систему управления. Поэтому при кодировании желательно использовать такой код, который можно было бы применять в любых системах управления.

Кодом называют совокупность буквенных и цифровых символов, каждая из которых однозначно эквивалентна какой-либо команде, необходимой для управления станком.

Станок, работающий в автоматическом режиме, имеет систему управления, заставляющую выполнять его определенную программу без вмешательства человека.

На неавтоматизированном станке оператор составляет порядок обработки и изготовляет деталь. Программа обработки задается ему в виде технологического процесса. Если все функции управления изъять у оператора и передать их станку, то станок должен самостоятельно выполнить всю работу по программе.

При этом человек подготавливает станок для выполнения функций, заданных программой.

При ручном управлении станком ошибки, допущенные в программе, можно исправить в ходе обработки. При автоматической обработке корректировать программу простыми средствами, как правило, трудно. Здесь надо предвидеть износ инструмента, изменение температуры, изменение припуска, непостоянство сил трения, жесткость, инерционность механизмов, быстродействие и ряд других факторов.

На обычном токарном станке при работе резец быстро подводят к обрабатываемой заготовке и начинают обточку. На автоматически работающем станке инструмент 7 необходимо подводить к заготовке 2 на медленной скорости и для этого предусматривать величину подвода Al (рис. 27); в противном случае он может проскочить по инерции и врезаться в заготовку на большой скорости, вследствие чего неизбежна поломка. При выходе из резания инструмент также должен быть автоматически выведен в положение 3.

Рис. 27. Схема движения инструмента при работе на автомате: а — при обточке; б — при фрезеровании; 1 — инструменты;

2 — заготовка; 3 — положение инструмента

Главное отличие автомата от обычного универсального станка заключается в том, что он по точной программе выполняет определенный повторяющийся цикл работы.

Выбор системы управления во многом зависит от специфики технологического процесса, от конкретных производственных условий, в которых эксплуатируется рабочая машина, и от требований экономики.

Кроме того, система управления накладывает свои особенности на кинематику и конструкцию станков, агрегатов линии, так как кинематика и конструкция станков, транспортных и вспомогательных устройств неотделимы от системы управления.

Однако любая система управления, независимо от характера технологического процесса, для которого она предназначена, должна максимально отвечать следующему ряду основных требований: исполнение команд с высокой степенью быстроты и точности; мобильность при смене объекта производства; синхронизация перемещений в различных циклах; высокая надежность работы; автоматическое регулирование процесса обработки и поддержание оптимальных параметров в ходе обработки; простота конструкции, низкая стоимость и удобство обслуживания; многокоординатность и многоинструментность обработки; короткий цикл подготовки программы работы; выполнение большого числа технологических команд (переключение подач, чисел оборотов шпинделя, поворот резцовой головки, включение и выключение охлаждения, смена инструмента); управление продолжительными циклами обработки без смены программоносителя.

Системы управления станков-автоматов и автоматических линий можно классифицировать по различным признакам: по принципу синхронизации, степени централизации управления, методу воздействия, виду программоносителя, числу управляемых координат, способу программирования, наличию обратной связи, технологическому назначению, числу потоков информации, виду информации, глубине обратной связи, типу привода и другим признакам.

Любая автоматическая система управления выполняет строго определенный, заранее намеченный (запрограммированный) комплекс операций по обработке изделия, составленный в виде программы работы автомата или автоматической линии в соответствии с принятым технологическим процессом. Поэтому система программного управления имеет элемент или устройство, называемое программоносителем, который в той или иной форме содержит программу работы управляемого исполнительного органа.

По виду программоносителя все системы управления рабочими машинами можно классифицировать на четыре группы (табл. 7).

Таблица 7

Классификация систем управления рабочими машинами по виду программоносителя

Главными характеристиками программоносителя являются метод фиксации программы, наибольшее число команд, которое можно записать (емкость информации), скорость считывания, плотность записи информации, долговечность, длительность работы без потерь информации, наименьшая стоимость, надежность, удобство хранения, удобство транспортирования, простота построения и изготовления, а также быстрота смены программоносителя.

4. Роторные конвейерные линии

На базе роторных линий возможна комплексная автоматизация производственных процессов, включающих в себя обработку деталей штамповкой и резанием, сборку, расфасовку, комплектацию, упаковку и маркировку. Дто для отдельных видов производства создание цехов-автоматов, оснащенных только автоматическими роторными линиями, дает значительный экономический эффект. Современное состояние комплексной автоматизации производства позволяет установить следующие направления развития технологических роторных автоматов и автоматических линий.

1. Создание узкоспециализированных конструкций, когда технологический роторный автомат или линия предназначены для выполнения одной или нескольких операций обработку одного типа деталей массового производства.

2. Создание специализированных конструкций, в которых одним и тем же видом инструмента, например сверлами различных диаметров, можно обрабатывать однотипные детали. Для этого достаточно в конструкции зажимных приспособлений каждого гнезда ротора предусмотреть сменные или универсальные элементы для крепления деталей. Примером может служить конструкция технологического роторного автомата для сверления отверстий диаметром до 12 мм в различных деталях.

3. Создание универсальных конструкций, позволяющих путем замены инструментальных блоков обрабатывать детали новой номенклатуры. Этот вариант применим только для одинаковых операций, так как конструкция технологического ротора не предусматривает изменения вида движения исполнительных органов.

В отечественной промышленности эксплуатируется более 150 различных моделей автоматических роторных машин и линий каждая из которых без вмешательства человека выполняет от 2...4 до 10... 12 технологических операций с производительностью от 30 до 200 шт./мин. Очевидно, что чем больше установленная программа по выпуску одинаковых или однотипных изделий, тем эффективнее используют роторные линии.

Наиболее рационально применять автоматические роторные линии для изготовления малогабаритных деталей простейшей формы, когда для осуществления технологических операций и переходов инструменту достаточно сообщить возвратно-поступательное и вращательное движения или когда технологическая обработка осуществляется перемещением рабочей среды в направлении непрерывно движущегося потока деталей. Из основных технологических процессов автоматические роторные линии наименее целесообразно применять при обработке резанием, так как в этом случае требуется высокая жесткость системы привода рабочего движения, а надежность технологического процесса низкая.

Опыт промышленной эксплуатации роторных линий показывает, что особенно рационально применять их в следующих случаях:

• при производстве штампованных деталей в машиностроительной, приборостроительной, электротехнической, радиотехнической, автотракторной и других отраслях промышленности, где операции обработки давлением перемежаются с термическими и химическими операциями, операциями сборки и контроля, т.е. в структуре технологического процесса сочетаются различные по физической сущности операции;

• при производстве деталей прессованием и спеканием из пластических масс, методами порошковой металлургии, при изготовлении деталей из стекла, резины, метало- и минералокерамики;

• при изготовлении брикетов и таблеток для химико-фармацевтической и пищевой промышленности;

• для выполнения сборочных операций: монтажа, запрессовки, упаковки, заливки, свертывания, а также для комплектации готовых изделий в тару и расфасовки сыпучих и жидких материалов;

• для выполнения термических и термохимических операций, таких как нагрев, отжиг, травление, закалка, сушка, промывка, обезжиривание, фосфатирование, гальванопокрытие и т.п.;

• для выполнения различных видов контрольных операций по измерению геометрических размеров и физико-химических параметров как отдельных деталей, так и готовых изделий.

Схема функционального назначения механизмов, устройств и систем в цехе-автомате, оснащенном роторными линиями, приведена на рис. 28. По функциональному назначению и использованию различают три основные категории механизмов технологического ротора.

1. Механизмы рабочих ходов, исполнительные органы которых выполняют основные операции обработки, контроля и сборки, предопределенные функциональным назначением автомата; механические, механогидравлические и гидравлические системы приводов технологических движений резцов, пуансонов, штампов и т.п.

Рис. 28. Схема функционального назначения технологических комплексов, систем транспорта и

управления в цехе-автомате, оснащенном автоматическими роторными линиями

Механизмы рабочих ходов осуществляют и рабочие, и холостые ходы продолжительностью Т_р и Тх соответственно. Длительность периода Тр определяется технологическими возможностями процесса, длительность периода Тх — структурой приводных механизмов и вариантами компоновки рабочих механизмов в роторе и роторов в линии.

2. Механизмы холостых ходов, исполнительные органы которых служат для выполнения вспомогательных функций по ориентации, подаче, зажиму, центрированию, освобождению и выгрузке обрабатываемых деталей.

3. Механизмы управления движением исполнительных органов, осуществляющих рабочие и холостые ходы: основной распределительный вал ротора или узел гидрораспределения, которые обеспечивают заданные законы движения исполнительных органов механизмов рабочих ходов; устройства, обеспечивающие отказ от выполнения рабочих ходов при неподаче деталей в инструментальный блок технологического ротора; механизмы и приборы, управляющие расходом и давлением жидкости, подаваемой в систему привода рабочих инструментов, и т.п.

В общем случае технологический комплекс автоматических роторных линий предназначен для выполнения всех операций технологического процесса. Система, представленная на рис. 29 а, состоит из отдельных подсистем, объединяемых средствами межлинейного транспорта. Число технологических операций, выполняемых в отдельной автоматической роторной линии, обычно обусловливается спецификой и требованиями принятого технологического процесса. Между соседними авто магическими роторными линиями устанавливают бункеры межлинейных запасов объектов обработки. Система, представленная на рис. 29, б, включает в себя следующие виды машин.

Рис. 29. Схемы технологического комплекса (а) и расположения технологических (ТМ), транспортных (ТрМ), контрольных (КМ), энергетических (ЭНМ), контрольно-управляющих (КУМ) и логических (ЛМ) машин в системе (б):

АРЛ — автоматическая роторная линия; БМЗ — бункеры межлинейных запа­сов деталей; ПРД — привод рабочих движений; ПТД — привод транспортных движений

1. Технологические (рабочие), выполняющие обработку путем воздействия инструмента или среды на объекты обработки.

При обработке могут быть изменены как геометрические параметры, так и физико-химические свойства объектов.

2. Транспортные, осуществляющие передачу, изменение ориентации и плотности потока предметов обработки внутри одной автоматической роторной линии.

3. Контрольные, обеспечивающие сплошной или выборочный контроль предметов обработки.

4. Энергетические, предназначенные для преобразования энергии и движений, создания технологических сред и полей.

5. Контрольно-управляющие, корректирующие технологические параметры процессов обработки и осуществляющие рассортировку потока предметов обработки.

6. Логические управляющие, предназначенные для принятия решений о частичном отказе от подачи заготовок на технологический вход, смене инструмента на основе результатов обмера предметов обработки, коррекции работы аппаратов и т.п.

Первый класс систем роторных машин представляют автоматические роторные линии, в которых имеется постоянная плотность технологического потока предметов обработки. Операции обработки выполняются как инструментами, так и аппаратами. Межмашинная передача объектов обработки осуществляется с помощью транспортных роторов, переталкивателей, цепных конвейеров и т.п. На протяжении всего периода прохождения деталей внутри линии они сохраняют установленную пространственную ориентацию; сечение технологического потока равно одной детали.

Ко второму классу систем роторных машин относятся автоматические роторные линии, объединяющие технологические роторы инструментальной и аппаратной обработки и отличающиеся от роторов первого класса тем, что в отдельных роторах технологический поток имеет переменную плотность; детали в аппаратах и агрегатах обрабатываются навалом, с нарушением пространственной ориентации. Межмашинную и межлинейную передачу объектов обработки можно выполнять с помощью дисковых роторов, склизов, механических и электромагнитных элеваторов.

В отдельных пунктах детали могут накапливаться в небольших объемах для компенсации неравномерности при прохождении тех или иных аппаратов, возникновении отказов соседних линий и т.п.