POLITECHNIKA ŚLĄSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY
STEROWANIE NUMERYCZNE.OBRABIARKI STEROWANE NUMERYCZNIE
SEKCJA 2
1.SZYMON SOKÓŁ
2.WOJCIECH OLEJNIK
GRUPA 1
l. STEROWANIE NUMERYCZNE
Sterowanie numeryczne jest sterowaniem programowym, które obejmuje swym programem obok kolejności ruchów, czynności i parametrów obróbki, również wszystkie informacje geometryczne (współrzędne, przemieszczenia) niezbędne do określenia położenia narzędzia względem przedmiotu podczas obróbki. Wszystkie informacje zawarte w programie są zakodowane w postaci alfanumerycznej. Program obróbki zapisany w postaci symbolicznej na nośniku programu (taśma perforowana, taśma magnetyczna, karty perforowane i inne) wprowadzany jest do sterowania numerycznego za pośrednictwem tzw. czytnika .W czytniku następuje przekształcenie informacji (programu) zakodowanej w postaci symboli alfanumerycznych na w dalszym ciągu zakodowaną informację, lecz w postaci ciągu impulsów elektrycznych . Informacja ta musi być zdekodowana do postaci zrozumiałej przez sterowanie numeryczne . Rolę tę pełni blok funkcjonalny zwany dekoderem . Sygnał wyjściowy z dekodera jest bezpośrednio wykorzystywany do sterowania poszczególnymi czynnościami. W sterowaniu numerycznym może wystąpić blok zwany pamięcią pośrednia Jego obecrość uwarunkowana jest konstrukcją czytnika . Czytniki mogą być :
- blokowe - wczytywanie informacji odbywa się blokami ( blok informacji zawiera komplet informacji niezbędnych do wykonania czynności).
szeregowe - wczytywanie informacji następuje wiersz po wierszu .
Nowoczesne sterowania numeryczne wykorzystują praktycznie tylko czytniki szeregowe Oznacza to, że blok funkcjonalny zwany pamięcią pośrednią będzie nieodłączną częścią składową sterowania numerycznego . Sumator jest blokiem funkcjonalnym, w którym może następować ewentualne poprawienie informacji geometrycznej dostarczonej na nośniku i wczytanej za pomocą czytnika . Przepływ i przetwarzanie informacji może odbywać się w technice analogowej i chociaż współczesne sterowania numeryczne budowane są w technice cyfrowej to sterowania numeryczne nierzadko wykorzystywały obie techniki, dlatego w torze przepływu informacji geometrycznej może wystąpić blok funkcjonalny nazwany przetwornikiem analogowo/cyfrowym . Z wyjątkiem pierwszych rozwiązań sterowań numerycznych obecnie stosuje się wyłącznie interpolatory cyfrowe . Jest to najważniejszy blok funkcjonalny w układzie sterowania numerycznego . Interpolator jest urządzeniem, które umożliwia sterowanie ruchem dwóch lub więcej niezależnych mechanizmów posuwu tak, aby ruch wypadkowy (ruch złożony ) odbywał się pomiędzy dwoma kolejnymi punktami - zdefiniowanymi w kolejnych wierszach programu technologicznego - po torze, którego zarys ( kształt) zależy od konstrukcji interpolatora.
Spotyka się następujące konstrukcje interpolatorów :
liniowy
• kołowy
• paraboliczny
mieszany np. liniowo-kołowy
Konstrukcja interpolatora decyduje o zarysie toru łączącego dwa kolejne zaprogramowane punkty . Interpolator jest blokiem funkcjonalnym, który występuje tylko w tych sterowaniach, które mogą. zapewnić ruch złożony, czyli w sterowaniach kształtowych .
Informacja wyjściowa z interpolatora w postaci jednego lub kilku oddzielnych sygnałów przekazywana jest do serwomechanizmu posuwu . Są to układy automatycznej regulacji, przemieszczania zespołu roboczego obrabiarki. Serwomechanizm posuwu zapewnia zrealizowanie z określoną dokładnością wartości zadanej przemieszczenia, czyli przemieszczenie zespołu roboczego do ściśle określonego punktu. Serwomechanizmy posuwu mogą pracować ze sprzężeniem zwrotnym położeniowym lub bez sprzężenia Pod tym względem dzieli sieje na :
• serwomechanizmy w układzie otwartym ,czyli bez wykorzystaniem sprzężenia zwrotnego
• serwomechanizmy w układzie zamkniętym ,czyli z wykorzystaniem sprzężenia
zwrotnego
W związku z tym czasami spotyka się podział sterowań numerycznych na sterowania w układzie otwartym lub zamkniętym .
2. STRUKTURA UKŁADÓW STEROWANIA NUMERYCZNEGO
Jako sterowanie programowe sterowanie numeryczne może zostać zrealizowane w postaci:
• Sterowania punktowego
• Sterowania odcinkowego
• Sterowania kształtowego
Ważną odmianą jest sterowanie punktowo-odcinkowe . Sterowanie to ma zastosowanie do dwóch rodzajów obrabiarek:
• obrabiarki typu : wiertarka , gdzie podstawowa, funkcja, sterowania jest zapewnienia narzędzia względem przedmiotu w ściśle określonym punkcie. W takich obrabiarkach wystarczy zapewnić ruch narzędzia względem przedmiotu z dwoma prędkościami :
w pierwszej fazie ruch z przesuwem szybkim, w ostatniej fazie ruch z posuwem ustawczym, czyli bardzo wolny .
• Obrabiarki typu ; tokarka do wałków wielostopniowych ,gdzie podstawowymi funkcjami sterowania są zapewnienie pozycjonowania narzędzia w ściśle określonym punkcie, zapewnienia ruchu roboczego narzędzia .
3. PROCES WDRAŻANIA I EKSPLOATACJI OBRABIAREK NUMERYCZNYCH
Warunkiem sprawnej realizacji przedsięwzięcia modernizacyjnego typu nowy obiekt produkcyjny, urządzenie technologiczne będące nośnikiem nowych metod wytwarzania, jest właściwa struktura procesu przemysłowej realizacji wyrobu nowego lub modernizowanego . Ramowa struktura procesu realizatorów P(Ri) nowego urządzenia sterowanego numerycznie ma postać :
P(R,)=((J, ZTE , PP, Pr, Z, PU, E , L ) Dri)
J - faza identyfikacji potrzeb na OSN
ZTE - faza przygotowania założeń techniczno-ekonomicznych na produkcję OSN przez producenta
PP - faza przygotowania produkcji OSN przez producenta
Pr - faza produkcji OSN
Z - faza zbytu i serwisu
PU - faza przygotowania użytkownika
E - faza eksploatacji OSN przez użytkownika
L - faza likwidacji zużytego OSN Dri - działania realizatorów w fazach
(J) Przygotowanie prognoz rozwoju techniki sterowania numerycznego oraz kształtowania się zapotrzebowania. Analiza krótkookresowego zapotrzebowania Przygotowanie wieloletniego programu rozwoju asortymentu OSN dla potrzeb
kraju i eksportu.
(ZTE) Określenie celów ekonomicznych produkcji oraz dróg ich osiągnięcia w procesie przemysłowej realizacji. Sformułowanie wymagań jakości wykonania, wymagań technologiczno-produkcyjnych .Analiza przewidywanej efektywności produkcji.
(PP) Opracowanie dokumentacji konstrukcyjnej, technologicznej. projektów niezawodności OSN . Budowa i produkcja prototypów . Przygotowanie materiałowe i kooperacyjne . Analiza przewidywanej efektywności. (Pr) Przygotowanie sterowania produkcji. Rozruch produkcji seryjnej OSN . Zapewnienie produkcji części zamiennych dla eksploatowanych 05N. Wykorzystanie elementów oprzyrządowania, materiałów, zebranych doświadczeń do innej produkcji. (Z) Przygotowanie promocji nowego OSN na rynku polskim i zagranicznym-Zbieranie zamówień ,dostawa OSN, prowadzenie analizy reklamacji i przyczyn uszkodzeń.
(PU) Analiza celowości stosowania OSN w zakładzie . Odbiór OSN u producenta . Rozruch
mechaniczny i technologiczny.
(E) Realizacja procesu produkcji i kontroli jakości. Obsługa konserwacyjna i
remontowa OSN. Usuwanie uszkodzeń . Współpraca z serwisem producenta .
Ocena eksploatacji OSN.
(L) Przygotowania wycofania 05N z eksploatacji. Przeznaczenie 05N na złom
lub dla innych celów . Wykorzystanie nie zużytych zespołów i części.
4. OBRABIARKI STEROWANE.NUMERYCZNIE
Obrabiarki sterowanie numerycznie tnz. wyposażone w układ sterowania numerycznego NC (zwykły ) lub CNC (komputerowy ) , wykonują zautomatyzowany program pracy, który obejmuje sterowanie wszystkimi ruchami zespołów roboczych, parametrami obróbki oraz właściwymi dla danej obrabiarki czynnościami pomocniczymi. W celu zwiększenia stopnia automatyzacji takich obrabiarek i lepszego dostosowania ich do wymagań elastycznego wytwarzania są. one wyposażone w wiele dodatkowych urządzeń, takich jak : podajniki pręta lub urządzenia załadowcze, dodatkowe jednostki
napędowe, zaciski uchwytów i elementów mocujących, głowice rewolwerowe z narzędziami obrotowymi. przenośniki wiórów itd.
PRZYKŁAD TOKARKI UCHWYTOWEJ ZE STEROWANIEM NUMERYCZNYM
TYPU CNC
Program pracy obrabiarki zaprogramowanej w układzie CNC jest przekazywany do rozdzielacza informacji R, z którego informacje dotyczące pomieszczeń są kierowane do interpolatora I, a informacje dotyczące czynności pomocniczych do układu pamięci CP. Interpolator formuje określone ciągi impulsów elektrycznych, wysyłanych do układów porównujących UPz i UPx (liczników rewersyjnych ), gdzie następuje ich porównanie z sygnałami od przetworników obrotowo-impulsowych połączonych z silnikami napędowymi Ez i Ex. W zależności od różnicy między wartością zadaną a wartością rzeczywistą drogi posuwu jest generowany przez wzmacniacz WS sygnał sterujący silnikami napędowymi posuwów .Ruch posuwowy jest realizowany tak długo jak występuje uchyb między dwoma wielkościami. Napędy ruchów posuwu wzdłużnego i poprzecznego są realizowane od oddzielnych silników prądu stałego Ez i Ex, które bezpośrednio napędzają przekładnie śrubowe toczne suportu wzdłużnego 5UP.W i suportu poprzecznego 5UP.P . Sześciopozycyjna głowica nożowa GN umożliwia zamocowanie narzędzi służących do obróbki powierzchni zewnętrznych i otworów . Zmiana położenia głowicy narzędziowej oraz jej zaciskanie, podobnie jak zacisk uchwytu tokarskiego UT, odbywają się hydraulicznie od zasilacza hydraulicznego ZH . W napędzie ruchu głównego wrzeciona zastosowano sprzęgła elektromagnetyczne 5i, 5z, 53 , 54 i 65 , umożliwiające automatyczną zmionę położenia dwójki i trójki sprzęgłowej, oraz koła wymienne Za, Zb ( pięć par) przekładni gitarowej i dwójka przesuwna sterowana ręcznie dźwignią A, która pozwala nastawić wybrany zakres sterowanych automatycznie prędkości obrotowych wrzeciona .
5. CELOWOŚĆ STOSOWANIA OBRABIAREK STEROWANYCH NUMERYCZNIE
OSN umożliwiły racjonalną automatyzację produkcji seryjnej, a w szczególnych
przypadkach i jednostkowej. Pierwszą OSN produkcji polskiej wdrożono w 1965 roku do obróbki łopatek turbiny w Zakładach Mechanicznych w Elblągu. Eksploatacja jednej lub dwóch OSN w zakładzie powoduje wiele trudności organizacyjnych związanych z koniecznością, przygotowania do niej odpowiednich służb .
Panuje pogląd, że racjonalną organizację eksploatacji OSN można uzyskać przy zastosowaniu w zakładzie co najmniej pięciu OSN. Z praktyki wynika, że należy znaleźć również takie formy organizacji eksploatacji OSN przy pomocy zewnętrznej tak, aby opłacalne było eksploatowanie mniejszej liczby tego rodzaju obrabiarek .Z doświadczeń krajowych i zagranicznych wynika, że OSN celowo jest stosować :
• W produkcji podstawowej o typie produkcji małoseryjnej, jako samodzielne stanowisko obróbkowe lub w gniazdach o strukturze technologicznej
• W produkcji podstawowej o typie średnio produkcyjnej, w gniazdach przedmiotowych i technologicznych
• W produkcji wielkoseryjnej, jako rezerwowe stanowiska
• W dużych narzędziowniach
• W zakładach remontowych prowadzących remonty metodami przemysłowymi
• W wydziałach, gniazdach produkcyjnych części zamiennych
• W zakładach o zmiennym profilu produkcji złożonych wyrobów i części
Marcianus