Станки с числовым программным управлением
В автоматических системах с числовым программным управлением (ЧПУ) вся информация о работе управляемого объекта записывается в едином программоносителе и при считывании воспроизводится подвижными узлами станка. Поэтому отпадает необходимость в изготовлении сложных копиров или продолжительной расстановке кулачков, ограничивающих величину перемещений в станке. Переналадка на изготовление новой детали в этом случае включает в основном смену программированной ленты (карты) и регулировку исходного положения заготовки относительно фрезы соответственно началу программы. Кроме того, такая система позволяет осуществлять за одну установку заготовки на станке практически неограниченное количество технологических переходов. Все это способствует широкому распространению станков с ЧПУ в различных типах производств.
Программа записывается на перфорированных лентах или картах (просечкой отверстий), на магнитных лентах (нанесением магнитных черточек) или реже на кинолентах (в виде прозрачных черточек). Ленты продольно разделены на дорожки, вдоль которых располагают отверстия или черточки программной записи.
Считывание программ, то есть превращение отверстий или черточек в командные электрические сигналы, осуществляется в электроконтактных, электромагнитных или фотоэлектрических головках.
При записи программы перемещений узлов станка каждый электрический импульс соответствует строго определенной величине пути, то есть имеет определенную цену. Так, например, если стол фрезерного станка должен переместиться на 89 мм при цене импульса 1 мм, то понадобится длинная лента, которая в определенной дорожке должна иметь 89 отверстий или черточек (рис. 194, а). Такой код записи называется унитарным и применяется в основном для нанесения командных импульсов на магнитную ленту, обладающую высокой плотностью записи программы (до пяти и более черточек на длине 1 мм).
С целью укорочения ленты и уменьшения количества подаваемых импульсов величина перемещения задается суммой импульсов больших и малых перемещений, которые располагаются в разных дорожках ленты. Для этого в десятичной системе счисления иногда пользуются натуральным кодом записи, при котором для того же числа 89 понадобится два ряда: один для единиц, второй для десятков. В первом ряду пробивают девять, во втором восемь, а всего 17 отверстий, которые располагаются на таком же количестве строк (рис. 194, б).
Более удобной является двоичная система счисления, которая позволяет любое число записать одноименным кодом (рис. 194, в) в одной строке ленты. Число в двоичной системе представляют в виде суммы чисел, каждое из которых является степенью двойки. Например, число 89 можно изобразить суммой 1*26 + 0*25 + 1*24 + 1*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20 = 89 и записать условно 1011001. Здесь единица означает наличие сигнала данной величины, нуль — отсутствие его.
Запись чисел двоичным кодом также выполняется на различных дорожках ленты соответственно цене импульсов. Так, при наименьшей цене импульса 1 мм отверстие в первой дорожке будет соответствовать перемещению 20=1 мм, во второй — 21=2 мм, в третьей — 22=4 мм, в четвертой — 23=8 мм и т. д.
Обладая существенным достоинством, двоичный код в то же время нуждается в значительном увеличении ширины ленты для записи больших чисел. В связи с этим при фиксировании программы действий станка на перфолентах в основном используется комбинированный код записи — двоично-десятичный, с помощью которого каждая цифра десятичного числа кодируется четырьмя разрядами двоичного числа — 8, 4, 2, 1 (рис. 194, г).
Исходными документами для составления программы являются чертеж детали и технологическая карта. По ним определяют последовательность и величину перемещений подвижных узлов станка, которые фиксируют на программоносителе в определенной системе счисления.
При обработке сложных фасонных поверхностей их профиль разбивают на элементарные участки, в пределах которых устанавливают величину одновременных продольных и поперечных перемещений.
В настоящее время в промышленности используется значительное разнообразие фрезерных станков с ЧПУ, работающих по программе, записанной на магнитной или перфорированной ленте.
Принципиальная схема управления станком с помощью магнитной ленты изображена на рис. 195. В процессе воспроизведения программы магнитная лента 1 перемещается лентопротяжным механизмом с постоянной скоростью мимо электромагнитной считывающей головки 2. При этом каждый из элементарных магнитных штрихов ленты индуктирует в обмотках катушек головки электрические импульсы, которые, проходя через усилитель 3, поступают в секционные обмотки статора шагового двигателя 4. Последний с помощью гидроусилителя крутящих моментов 5 вращает ходовой винт 6 и перемещает подвижный узел станка 7 на величину, соответствующую цене и количеству командных сигналов. В таких схемах для управления шаговыми двигателями обычно используются девятидорожные магнитные ленты (по три дорожки для каждого двигателя) шириной 35 мм. Реверсирование двигателей осуществляется за счет записи на ленте магнитных черточек различной полярности. В некоторых станках применяются более узкие ленты, на которых программа действия каждого шагового двигателя записывается только на одной дорожке, а их распределение по секциям двигателя выполняется особым коммутатором пульта управления.
С целью устранения зазоров в передачах станков с ЧПУ применяются винтовые шариковые передачи (рис. 196). Канавки винта 1 и гайки 4 полукруглой формы плотно заполняются стальными шариками 2. В начале и конце гайки просверлены отверстия, соединенные между собой трубкой 3. При вращении винта шарики, перекатываясь по винтовой канавке, попадают в отверстие гайки и, проходя по соединительной трубке, через второе отверстие снова возвращаются в канавку. Для полного устранения зазора в таких передачах на ходовом винте устанавливают одновременно две шариковые гайки, между которыми располагают жесткую пружину.
На магнитную ленту программа записывается с перфорированной ленты при помощи специального кодопреобразователя — интерполятора, что намного усложняет процесс подготовки программы станка. Поэтому современные модели станков с ЧПУ оснащаются пультом программного управления со встроенным интерполятором. Последний преобразует двоично-десятичный код перфоленты в сигналы унитарного кода, которые с предусмотренной скоростью поступают на блок выхода к шаговым двигателям и далее (см. рис. 195). Такой принцип ЧПУ применен в вертикальнофрезерном станке модели 6Р13ФЗ-37.
Станок предназначен для многооперационной обработки плоских и пространственных деталей торцовыми и концевыми фрезами, сверлами, зенкерами, развертками и, в отдельных случаях, расточными резцами. Для этого он оснащен инструментальным магазином с пронумерованными гнездами, смена инструмента из которых производится вручную. Кроме станка, на рабочем месте автономно расположены пульт программы с цифровым индикатором номера гнезда инструмента, необходимого для последующей обработки, и гидроагрегат для питания гидроусилителей привода стола, салазок и ползуна шпиндельной головки. Станок позволяет выполнять обработку поверхностей сложной формы одновременно по трем координатам.
Высокая эффективность применения станков с ЧПУ достигается концентрацией их в цехах на отдельных участках. Это создает возможность организации технологического потока обработки деталей сложной формы, многостаночною обслуживания, метода групповой обработки и повышения надежности работы станков.