Разработка, содержание и изготовление средств обучения по теме: «Станки с числовым программным управлением»

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Инженерно-педагогический факультет Кафедра «Профессиональное обучение и педагогика»

Разработка, содержание и изготовление средств обучения по теме:

«Станки с числовым программным управлением (ЧПУ)»

Курсовая работа по учебной дисциплине «Технические средства обучения»

Выполнил:

студент группы 30 903 213Р.М.Шевченко Руководитель:

И. о. зав. кафедрой.

Канд. физ. — мат. наук, доцент.Э. М. Кравченя Минск 2015

1 ДИДАКТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАНКАХ С ЧПУ

2.1 Конструктивные особенности станков с ЧПУ

3. МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СТАНКИ С ЧПУ

4. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ ОПЕРАТОРА МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ С ЧПУ

5. ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКАХ С ЧПУ

5.1 Особенности обработки на станках с ЧПУ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Изменения в системе образования в соответствии с требованиями сегодняшнего дня вызвали необходимость создания современных образовательных технологий, которые имеют огромное значение в совершенствовании учебного процесса. Их применение позволяет повысить эффективность обучения и оптимизировать учебный процесс, а значит, обеспечить качественную подготовку дипломированных специалистов для любой сферы.

Учебный процесс следует рассматривать как сложную систему, которая обеспечивает передачу информации от преподавателя к обучаемой аудитории. На основании особенностей физиологии нервной высшей деятельности и психологии человеческого восприятия педагоги и психологи утверждают, что наиболее высокое качество усвоения учащимися информации достигается при сочетании слова учителя и показываемого изображения.

В современных учебных заведениях значительно расширился арсенал средств обучения, повседневно применяемых преподавателями в учебно-воспитательной работе. Педагогический принцип наглядности обучения требует постоянного совершенствования средств обучения, использования в учебном заведении наглядных пособий, соответствующих уровню развития науки и техники. Повышение качества преподавания тесно связано с коренным совершенствованием его методики, что в свою очередь зависит и от применения учителем широкого комплекса технических средств обучения.

В педагогической системе технические средства обучения являются наиболее важной составной частью, обеспечивающей подачу потоков информации без существенного искажения и в нужном для восприятия темпе. Гречихин, Л. И. Курс лекций по дисциплине «Технические средства обучения». Ч. 1. Демонстрационные статические и динамические технические средства обучения: Учеб.пособие./ Л. И. Гречихин, Мн. УП «Технопринт», 2001. — 80 с.]

Технические Средства Обучения (ТСО) — это комплексы и аппаратура с методическим обеспечением, применяемые в процессе обучения для предъявления и обработки информации с целью повышения эффективности усвоения учащимися знаний, умений и навыков.

В процессе обучения технические средства, возможно использовать в различных направлениях, а именно:

1. Осуществлять демонстрацию опытов, схем, рисунков, формул, печатного текста.

2. Контролировать усвоение знаний в процессе обучения.

3. Использовать в качестве обучающих автоматов.

4. Закреплять необходимые навыки в процессе обучения.

5. Автоматизировать процесс получения информации.

ТСО усиливают возможности педагога донести и закрепить необходимую информацию при изложении определенного предмета обучения. Преподаватель в учебном процессе является центральной фигурой, а технические средства обучения помогают ему качественно и в более полном объеме доносить нужную информацию до слушателей.

Таким образом ТСО в учебном процессе призваны интенсифицировать учебно-воспитательный процесс и оптимизировать его так, чтобы на выходе получить высококвалифицированного специалиста. ТСО позволяют преподавателю наиболее эффективно решать конкретные учебно-воспитательные задачи и составляют учебно-технический комплекс, который является органическим элементом учебного процесса, который призван более полно реализовать в учебном процессе законы и принципы учебной дидактики.

Цель этой курсовой работы: разработать содержание и изготовить средства обучения для проведения теоретического занятия на тему: «Станки с числовым программным управлением». [равченя, Э. М. Основы информатики, компьютерной графики и педа-гогические программные средства: Пособие для студ. пед. специальностей высш. учеб.заведений./ Э. М. Кравченя, Мн. УП «Технопринт», 2002. 96 с.]

1. ДИДАКТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА На изучение темы «Станки с числовым программным управлением (ЧПУ)», разрабатывается план урока в соответствии с тематическим планом.

План урока.

Тема программы: «Станки с числовым программным управлением».

Тема урока: «Станки с числовым программным управлением».

Тип учебного занятия: комбинированный урок.

Цели:

Обучающая? сформировать у учащихся знания о ЧПУ.

Развивающая — развить коммуникабельность, технологическое, абстрактное мышление.

Воспитательная — воспитать ответственность при выполнении технологических операциях, самостоятельность, профессионально важные качества, воспитать убежденность в необходимости получаемых знаний.

Материально-техническое обеспечение учебного занятия: учебники, конспект, плакаты, макеты, компьютер, диапроектор.

Новый материал подается в виде лекции. Для повышения интереса учащихся к изучаемому материалу, он предлагается в виде презентации.

Дидактическая цель данного урока: формирование у учащихся знаний и усвоение изученного материала.

Дидактическая структура занятия строится на основе логики процесса обучения и способов диагностических задач, методической структуры, определяется целями урока и видами деятельности педагога и учащихся.

Ход урока.

Организационный момент:

приветствие;

проверка присутствующих;

назначение дежурных;

проверка готовности к занятию.

Проверка пройденного материала по теме: «Металлорежущие станки»;

Объяснение нового материала;

Закрепление изученного теоретического материала:

устный опрос;

тестовое задание;

создание проблемной ситуации.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАНКАХ С ЧПУ Под управлением станком принято понимать совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления — устройство или совокупность, реализующих эти воздействия.

Числовое программное управление (ЧПУ) — это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком-либо носителе массива информации. Управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами. Управление технологическими циклами практически повсеместно осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров, реализуемых на основе принципов цифровых электронных вычислительных устройств.

Системы ЧПУ практически вытесняют другие типы систем управления.

По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ подразделяют на четыре группы:

позиционные, в которых задают только координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими определенных элементов рабочего цикла;

контурные, или непрерывные, управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;

универсальные (комбинированные), в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок;

многоконтурные системы, обеспечивающие одновременное или последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка.

Примером применения систем ЧПУ первой группы являются сверлильные, расточные и координатно-расточные станки. Примером второй группы служат системы ЧПУ различных токарных, фрезерных и круглошлифовальных станков. К третьей группе относятся системы ЧПУ различных многоцелевых токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков.

К четвертой группе относятся бесцентровые круглошлифовальные станки, в которых от систем ЧПУ управляют различными механизмами: правки, подачи бабок и т. д. Существуют позиционные, контурные, комбинированные и многоконтурные (рис.ЧПУ.1, а) циклы управления.

Рисунок 1- Расположение осей координат в станках с ЧПУ (а); правосторонняя система координат (б) По способу подготовки и ввода управляющей программы различают так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной техники, входящих в состав систем ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную или с помощью системы автоматизации программирования).

Программируемые контроллеры — это устройства управления электроавтоматикой станка. Большинство программируемых контролеров имеют модельную конструкцию, в состав которой входят источник питания, процессорный блок и программируемая память, а также различные модули входов/выходов. Для создания и отладки программ работы станка применяют программирующие аппараты. Принцип работы контроллера: опрашиваются необходимые входы/выходы и полученные данные анализируются в процессорном блоке. При этом решаются логические задачи и результат вычисления передается на соответствующий логический или физический выход для подачи в соответствующий механизм станка.

В программируемых контролерах используют различные типы памяти, в которой хранится программа электроавтоматики станка: электрическую перепрограммируемую энергонезависимую память; оперативную память со свободным доступом; стираемую ультрафиолетовым излучением и электрически перепрограммируемую.

Программируемый контролер имеет систему диагностики: входов/выходов, ошибки в работе процессора, памяти, батареи, связи и других элементов. Для упрощения поиска неисправностей современные интеллектуальные модули имеют самодиагностику. Программоноситель может содержать как геометрическую, так технологическую информацию. Технологическая информация обеспечивает определенный цикл работы станка, а геометрическая — характеризует форму, размеры элементов обрабатываемой заготовки и инструмента и их взаимное положение в пространстве.

Станки с программным управлением (ПУ) по виду управления подразделяют на станки и системами циклового программного управления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ). Системы ЦПУ более просты, так как в них программируется только цикл работы станка, а величины рабочих перемещений, т. е. геометрическая информация, задаются упрощенно, например с помощью упоров. В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который в числовом виде занесена и геометрическая, и технологическая информация.

В отдельную группу выделяют станки с цифровой индикацией и преднабором координат. В этих станках имеется электронное устройство для задания координат нужных точек (преднабором координат) и крестовый стол, снабженный датчиками положения, который дает команды на перемещение до необходимой позиции. При этом на экране высвечивается каждое текущее положение стола (цифровая индикация). В таких станках можно применять или преднабор координат или цифровую индикацию; исходную программу работы задает станочник.

В моделях станков с ПУ для обозначения степени автоматизации добавляется буква Ф с цифрой: Ф1-станки с цифровой индикацией и преднабором координат; Ф2-станки с позиционными и прямоугольными системами чпу; Ф3-станки с контурными системами ЧПУ и Ф4-станки с универсальной системой ЧПУ для позиционной и контурной обработки. Особую группу составляют станки, имеющие ЧПУ для многоконтурной обработки, например бесцентровые круглошлифовальные станки. Для станков с цикловыми системами ПУ в обозначении модели введен индекс Ц, с оперативными системами — индекс Т (например, 16К2Т1).

Системы числового программного управления (СЧПУ)-это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления ЧПУ станками. Устройство ЧПУ (УЧПУ) станками — это часть СЧПУ, выполненная как единое целое с ней и осуществляющая выдачу управляющих воздействий по заданной программе.

В международной практике приняты следующие обозначения: NC-ЧПУ; HNC-разновидность ЧПУ с заданием программы оператором с пульта с помощью клавиш, переключателей и т. д.; SNS-устройство ЧПУ, имеющее память для хранения всей управляющей программы; CNC-управление автономным станком с ЧПУ, содержание мини-ЭВМ или процессор; DNS-управление группой станков от общей ЭВМ.

Для станков с ЧПУ стандартизованы направления перемещения и их символика. Стандартом ISO-R841 принято за положительное направление перемещения элемента станка считать то, при котором инструмент или заготовка отходят один от другого. Исходной осью (ось Z) является ось рабочего шпинделя. Если эта ось поворотная, то ее положение выбирают перпендикулярно плоскости крепления детали. Положительно направление оси Z-от устройства крепления детали к инструменту. Тогда оси X и Y расположены так, как это показано на рис.ЧПУ.1.

Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовления детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок. [10]

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ — это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80…90% трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

производительность станка повышается в 1,5…2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением;

сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата;

снижается потребность в квалифицированных рабочих станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;

детали, изготовленные по одной программе, являются взаимозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в процессе сборки;

сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке;

снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.

2.1 Конструктивные особенности станков с ЧПУ Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки (точение-фрезерование, фрезерование-шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (что особенно важно при использовании промышленных роботов), автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента и т. д.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения, для чего производят сокращение длины его кинематических цепей: применяют автономные приводы, по возможности сокращают число механических передач. Приводы станков с ЧПУ должны также обеспечивать высокое быстродействие.

Повышению точности способствует и устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и его гидросистемы. Температурную погрешность станка можно также уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур.

Базовые детали (станины, колонны, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами. Базовые детали изготавливают литыми или сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетона или синтетического гранита, что в еще большей степени повышает жесткость и виброустойчивость станка.

Направляющие станков с ЧПУ имеют высокую износостойкость и малую силу трения, что позволяет снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшить рассогласование в следящей системе.

Направляющие скольжения станины и суппорта для уменьшения коэффициента трения создают в виде пары скольжения «сталь (или высококачественный чугун)-пластиковое покрытие (фторопласт и др.)»

Направляющие качения имеют высокую долговечность, характеризуются небольшим трением, причем коэффициент трения практически не зависит от скорости движения. В качестве тел качения используют ролики. Предварительный натяг повышает жесткость направляющих в 2…3 раза, для создания натяга используют регулирующие устройства.

Приводы и преобразователи для станков с ЧПУ. В связи с развитием микропроцессорной техники применяют преобразователи для приводов подачи и главного движения с полным микропроцессорным управлением — цифровые приводы представляют собой электродвигатели, работающие на постоянном или переменном токе. Конструктивно преобразователи частоты, сервоприводы и устройства главного пуска и реверса являются отдельными электронными блоками управления.

Привод подачи для станков с ЧПУ. В качестве привода используют двигатели, представляющие собой управляемые от цифровых преобразователей синхронные или асинхронные машины. Бесколлекторные синхронные (вентильные) двигатели для станков с ЧПУ изготавливают с постоянным магнитом на основе редкоземельных элементов и оснащают датчиками обратной связи и тормозами. Ассинхронные двигатели применяют реже, чем синхронные. Привод движения подач характеризуется минимально возможными зазорами, малым временем разгона и торможения, небольшими силами трения, уменьшенным нагревом элементов привода, большим диапазоном регулирования. Обеспечение этих характеристик возможно благодаря применению шариковых и гидростатических винтовых передач, направляющих качения и гидростатических направляющих, беззазорных редукторов с короткими кинематическими цепями и т. д. [9]

Приводами главного движения для станков с ЧПУ обычно являются двигатели переменного тока — для больших мощностей и постоянного тока — для малых мощностей. В качестве приводов служат трехфазные четырехполосные асинхронные двигатели, воспринимающие большие перегрузки и работающие при наличии в воздухе металлической пыли, стружки, масла и т. д. Поэтому в их конструкции предусмотрен внешний вентилятор. В двигатель встраивают различные датчики, например датчик положения шпинделя, что необходимо для ориентации или обеспечения независимой координаты.

Преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями имеют диапазон регулирования до 250. Преобразователи представляют собой электронные устройства, построенные на базе микропроцессорной техники. Программирование и параметрирование их работы осуществляются от встроенных программаторов с цифровым или графическим дисплеем. Оптимизация управления достигается автоматически после введения параметров электродвигателя. В математическом обеспечении заложена возможность настройки привода и пуск его в эксплуатацию. [13]

Шпиндели станков с ЧПУ выполняет точными, жесткими, с повышенной износостойкостью шеек, посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя значительно усложняется из-за встроенных в него устройств автоматического режима и зажима инструмента, датчиков при адаптивном управлении и автоматической диагностике.

Опоры шпинделя должны обеспечить точность шпинделя в течение длительного времени в переменных условиях работы, повышенную жесткость, небольшие температурные деформации. Точность вращения шпинделя обеспечивается прежде всего высокой точностью изготовления подшипников.

Наиболее часто в опорах шпинделей применяют подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают число тел качения. Подшипники скольжения в оправках шпинделей применяют реже и только при наличии устройств с периодическим (ручным) или автоматическим регулированием зазора в осевом или радиальном направлении. В прецизионных станках применяют аэростатические подшипники, в которых между шейкой вала и поверхностью подшипника находится сжатый воздух, благодаря этому снижается износ и нагрев подшипника, повышается точность вращения и т. п.

Привод позиционирования (т.е. перемещение рабочего органа станка в требуемую позицию согласно программе) должен иметь высокую жесткость и обеспечивать плавность перемещения при малых скоростях, большую скорость вспомогательных перемещений рабочих органов (до 10 м/мин и более).

Вспомогательные механизмы станков с ЧПУ включают в себя устройства смены инструмента, уборки стружки, систему смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства и т. д. Эта группа механизмов в станках с ЧПУ значительно отличается от аналогических механизмов, используемых в обычных универсальных станках. Например, в результате повышения производительности станков с ЧПУ произошло резкое увеличение количества сходящей стружки в единицу времени, а отсюда возникла необходимость создания специальных устройств для отвода стружки. Для сокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющие одновременно устанавливать заготовку и снимать деталь вовремя обработки другой заготовки.

Устройства автоматической смены инструмента (магазины, автооператоры, револьверные головки) должны обеспечивать минимальные затраты времени на смену инструмента, высокую надежность в работе, стабильность положения инструмента, т. е. постоянство размера вылета и положения оси при повторных сменах инструмента, имеют необходимую вместимость магазина или револьверные головки.

Револьверная головка — это наиболее простое устройство смены инструмента: установку и зажим инструмента осуществляют вручную. В рабочей позиции один из шпинделей приводится во вращение от главного привода станка. Револьверные головки устанавливают на токарные, сверлильные, фрезерные, многоцелевые станки с ЧПУ; в головке закрепляют от 4 до 12 инструментов.

3. МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СТАНКИ С ЧПУ Благодаря оснащению многоцелевых станков (МС) устройствами ЧПУ и автоматической смены инструмента существенно сокращается вспомогательное время при обработке и повышается мобильность переналадки. Сокращение вспомогательного времени достигается благодаря автоматическим установке инструмента (заготовки) по координатам, выполнению всех элементов цикла, смене инструментов, кантованию и смене заготовки, изменению режимов резания, выполнению контрольных операций, а также большим скоростям вспомогательных перемещений.

По назначению МС делятся на две группы: для обработки заготовок корпусных и плоских деталей и для обработки заготовок деталей типа тел вращения. В первом случае для обработки используют МС сверлильно-фрезерно-расточной группы, а во втором-токарной и шлифовальной групп. Рассмотрим МС первой группы, как наиболее часто используемые.

Рисунок 3 — Постоянные технологические циклы вариантов обработки, используемые на станке модели ИП320ПМФ4:

1-Фрезерование наружного контура; 2-глубокое сверление с выходом сверла для отвода стружки; 3 — растачивание ступенчатых отверстий; 4 — обратная цековка с использованием ориентации шпинделя; 5 — растачивание отверстия с использованием специальной оправки; 6 — фрезерование по контуру внутренних торцов; 7 — цековка путем фрезерования по контуру; 8 — сверление отверстия; 9- нарезание резьбы; 10 — фрезерование внутренних канавок дисковой фрезой; 11 — цековка отверстий; 12 — фрезерование торцовой фрезой; 13 — обработка поверхностей типа тел вращения МС имеют следующие характерные особенности: наличие инструментального магазина, обеспечивающего оснащенность большим числом режущих инструментов для высокой концентрации операций (черновых, получистовых и чистовых), в том числе точения, растачивания. фрезерования, сверления, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы, контроля качества обработки и др.; высокая точность выполнения чистовых операций (6…7-й квалитеты).

Для систем управления МС характерны сигнализация, цифровая индикация положения узлов станка, различные формы адаптивного управления. МСэто в основном одношпиндельные станки с револьверными и шпиндельными головками.

Рисунок 4- Устройство ЧПУ для автоматической смены приспособлений-спутников:

1-базовая плита; 2,17-регулировочные винты; 3-зубчатое колесо; 4-рейка; 5,10,13, и 16-гидроцилиндры; 6,14-захваты; 7-платформа; 8,9-ролики; 11-приспособление-спутник; 12-вырез в приспособлении-спутнике; 15-стойка Многоцелевые станки (обрабатывающие центры) для обработки заготовок корпусных деталей. МС для обработки заготовок корпусных деталей подразделяют на горизонтальные (рис.2) и вертикальные (рис.58).

Обработка заготовок на МС по сравнению с их обработкой на фрезерных, сверлильных и других станках с ЧПУ имеет ряд особенностей. Установка и крепление заготовки должны обеспечивать ее обработку со всех сторон за одну установку (свободный доступ инструментов к обрабатываемым поверхностям), так как только в этом случае возможна многосторонняя обработка без переустановки.

Обработка на МС не требует, как правило, специальной оснастки, так как крепление заготовки осуществляется с помощью упоров и прихватов. МС снабжены магазином инструментов, помещенных на шпиндельной головке, рядом со станком или в другом месте. Для фрезерования плоскостей используют фрезы небольшого диаметра и обработку производят строчками. Консольный инструмент, применяемый для обработки неглубоких отверстий, имеет повышенную жесткость и, следовательно, обеспечивает заданную точность обработки. Отверстия, лежащие на одной оси, но расположенные в параллельных стенках заготовки, растачивают с двух сторон, поворачивая для этого стол с заготовкой.

Если заготовки корпусных деталей имеют группы одинаковых поверхностей и отверстий, то для упрощения составления технологического процесса и программы их изготовления, а также повышения производительности обработки (в результате сокращения вспомогательного времени) в память УЧПУ станка вводят постоянные циклы наиболее часто повторяющихся движений (при сверлении, фрезеровании). В этом случае программируется только цикл обработки первого отверстия (поверхности), а для остальных — задаются лишь координаты (X и Y) их расположения.

В качестве примера на рис. 3 показаны некоторые постоянные технологические циклы, включенные в программное обеспечение и используемые при обработке на станке модели ИР320ПМФ4.

Устройство для автоматической смены приспособления-спутника (ПС) на станке модели ИР500МФ4 показано на рис. 4. ПС 11 устанавливают на платформу 7 (вместимостью два ПС), на которой смонтированы гидроцилиндры 10 и 13. Штоки гидроцилиндров имеют Т-образные захваты 14 и 6. При установке на платформу (перемещение по стрелке Б) ПС вырезом 12 входит в зацепление с захватом 14 штока. На платформе ПС базируется на роликах 9 и центрируется (по боковым сторонам) роликам 8 (исходное положение ПС в позиции ожидания). Перемещение штока гидроцилиндра 10 обуславливает качение (по роликам) спутника. При движении штока гидроцилиндра 13 захват 6 перемещается (по направляющей штанге) и катит ПС по роликам 9 и 8 (в направлении стрелки А) на поворотный стол станка, где спутник автоматически опускается на фиксаторы. В результате захват 6 выходит из зацепления с ПС и стол станка (с закрепленным на нем спутником) на быстром ходу перемещается в зону обработки.

Заготовку закрепляют на спутнике во время обработки предыдущей заготовки (когда ПС находится в позиции ожидания) или заранее, вне станка. После того как заготовка будет обработана, стол станка автоматически (на быстром ходу) передвигается вправо к устройству для смены спутника и останавливается в таком положении, при котором фигурный паз ПС оказывается под захватом 6. Гидроцилиндр поворотного стола расфиксирует спутник, после чего ПС входит в зацепление с захватом 6, а масло поступает в штоковую полость гидроцилиндра 13, шток смещается в крайнее правое положение и перемещает спутник с заготовкой на платформу 7, где уже находится ПС с новой заготовкой. Чтобы поменять спутник местами, платформа поворачивается на 180° (на стойке 15) зубчатым колесом 3, сопряженным с рейкой 4, приводимой в движение гидроцилиндрами 5 и 16. Платформу 7 точно выверяют относительно поворотного стола станка с помощью регулировочных винтов 2 и 17, ввернутых в выступы базовой плиты 1, неподвижно закрепленной на фундаменте. [10]

учебный станок программный

4. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ ОПЕРАТОРА МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ С ЧПУ Функции обслуживающего персонала на станках с ЧПУ сводятся к установке, закреплению и выверке приспособлений и инструмента, вводу программ или к установке программоносителей и заготовок, замене режущего инструмента, снятии обработанных деталей и наблюдению за работой станка. На МС с ЧПУ смена режущего инструмента автоматизирована.

Как правило, станки с ЧПУ обслуживают оператор и наладчик, между которыми возможны два варианта распределения обязанностей. По первому варианту наладку, переналадку и одналадку выполняет наладчик, а оперативную работу и контроль за работой станка — оператор. По второму варианту наладку и переналадку осуществляет наладчик, а подналадку, оперативную работу и контроль за работой — оператор.

Функции наладчика более сложны и обширны, чем оператора. В них входят приемка и осмотр оборудования, подготовка инструмента и приспособлений к наладке, ввод управляющей программы, наладка, подналадка и контроль исправности оборудования, инструктаж рабочего-оператора.

Оператор для обеспечения безопасности труда обязан соблюдать правила, характерные для конкретных видов работ.

Перед началом работы оператор должен:

проверить работоспособность станка, а для этого с помощью тест — программ проконтролировать работу устройства ЧПУ и самого станка, убедиться в подаче смазки, в наличии масла в гидросистеме, проверить работу ограничивающих упоров;

проверить надежность закрепления приспособлений и инструментов, соответствие заготовки требованиям технологического процесса, отклонение от точности настройки нуля станка (не должно превышать норму); отклонение по каждой из координат, а также биение инструмента в шпинделе станка;

перед началом работы по программе включить автомат «Сеть», установить заготовку и закрепить ее, ввести в УЧПУ управляющую программу, заправить магнитную ленту или перфоленту в считывающее устройство, нажать кнопку «Пуск» и обработать первую заготовку по программе. Проверить качество обработки первой заготовки на соответствие чертежу.

Не допускается устанавливать и обрабатывать на станке заготовки, масса которых превышает допустимую массу, указанную в паспорте станка.

Габаритные размеры и планировка помещений должны обеспечивать свободный доступ ко всем уздам и устройствам станков с ЧПУ во время их работы.

Одним из непременных условий, обеспечивающих безопасность труда оператора станков с ЧПУ, является освещенность помещения (200 лк при люминесцентных лампах и 150 лк при лампах накаливания). Уровень освещенности для станков с ЧПУ классов точности В и, А должен быть еще выше.

5. ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКАХ С ЧПУ

1. Назначение технологического процесса. При обработке деталей на станках с ручным управлением операционный процесс предназначен для рабочего, обслуживающего станок.

Полнота разработки этого процесса технологами зависит от типа производства. При массовом производстве техпроцесс разрабатывается наиболее полно, при серийном производстве степень детализации уменьшается, а при единичном производстве операционный технологический процесс представляется технологами исполнителям схематически или не представляется вовсе.

Имеется в виду, что универсальный станок обслуживает рабочий высокой квалификации, который самостоятельно способен выбрать инструмент, приспособления, режимы резания и порядок обработки заготовки и обеспечить требуемое качество детали.

Во всех случаях действия технолога корректирует рабочий, обслуживающий станок. Если изменились условия обработки (вид заготовки, припуск на обработку, вид оборудования или инструментальной оснастки и др.), рабочий самостоятельно так изменяет параметры технологического процесса, чтобы обеспечить выполнение конечной цели — получение годной детали.

Положение изменяется, если рассматривать станок с ЧПУ.

Техпроцесс предназначен в этом случае для программиста, который составляет управляющую программу. Отсюда вне зависимости от величины серии требуется весьма тщательная проработка всех элементов техпроцесса, включающая траекторию инструмента. Вся работа выполняется до обработки на стадии программирования.

Это требует развитую нормативную базу для обоснованного выбора всех элементов технологического процесса :

станка с ЧПУ;

режущего инструмента (материала, типа, размера, конструкции и геометрии);

вспомогательного инструмента;

приспособлений;

структуры техпроцесса;

режимов резания;

норм времени;

квалификации рабочего и др. [11]

2. Роль рабочего. Качество изделия и производительность обработки при обслуживании станков с ручным управлением определяются квалификацией рабочего, обслуживающего станок.

При использовании станков с ЧПУ качество обработки зависит от качества управляющей программы. Отсюда снижаются требования к квалификации рабочего, облегчается его подготовка, сокращается срок обучения. Это важное преимущество станков с ЧПУ при остром дефиците рабочих — станочннков.

Но одновременно повышаются требования к качеству программ. Эффективное использование станков с ЧПУ предъявляет высокие требования к службе подготовки управляющих программ.

3. Высокая надежность системы СПИД. Станок С, приспособление П, инструмент И и деталь Д в процессе обработки находятся в диалектическом единстве, образуют единую систему. Надежность любой системы выражается периодом безотказной работы — наработкой на отказ. Отказ выражается в том, что параметры системы выходят за допустимые пределы. Возникновение отказа требует вмешательства рабочего.

При обслуживании станка с ручным управлением рабочий постоянно контролирует ход технологического процесса, при появлении отказов рабочий немедленно вмешивается и восстанавливает требуемый ход процесса.

При наличии автоматического цикла рабочий не принимает непосредственного участия в ходе технологического процесса. Отсюда резко повышаются требования к надежности функционирования системы СПИД.

Станки с ЧПУ имеют более высокие нормы точности, им необходим более высокий уровень жесткости и надежности всех узлов и элементов.

4. Стабильность процесса обработки. Стабильность определяется размахом колебаний параметров системы СПИД.

К параметрам относятся прочность, жесткость, износ и другие свойства элементов системы СПИД, режимы резания, геометрия инструмента и т. д. В процессе обработки одной детали или партии указанные параметры не остаются постоянными. Чем меньше пределы изменения параметров, тем более стабильной является система СПИД. [11]

При обработке деталей на станке с ЧПУ необходимо стабилизировать:

параметры заготовки (припуски, свойства материала, состояние поверхностного слоя и др.);

параметры инструмента (свойства материала, твердосплавной пластины, геометрию);

параметры станка (точность, жесткость, виброустойчивость и др.);

дробление стружки;

эффективную размерную настройку инструмента (вне станка на специальных приборах размерной настройки или на станке);

режимы резания и т. д.

5. Концентрация обработки. Принцип концентрации обработки заключается в том, чтобы весь объем обработки выполнить на одной или ограниченном числе операций.

При этом уменьшается число операций техпроцесса и, соответственно, затраты времени на транспортирование, складирование, установку и закрепление заготовок.

Наличие многопозиционных револьверных головок и инструментальных магазинов и возможность автоматической смены инструмента позволяют создавать такие инструментальные наладки, чтобы максимально концентрировать обработку на одной двух операциях. [11]

Рисунок 5- Концентрация обработки, а — заготовка;

б — заготовка после обработки с одной стороны;

в — готовая деталь;

г — инструментальная наладка для обработки детали.

5.1 Особенности обработки на станках с ЧПУ Система ЧПУ состоит из управляющего устройства, обеспечивающего заданный закон изменения скорости подач и цикла работы станка в целом, и исполнительных элементов станка в виде приводов подач и различных электромагнитных механизмов. Необходимыми элементами системы ЧПУ являются датчики обратной связи различных типов как для непрерывного измерения фактического положения управляемых элементов станка и их скорости, так и для определения состояния исполнительных различных дискретных элементов с помощью различного типа концевых выключателей, реле тока, реле давления и т. п.

Длительное время системы ЧПУ разделяли на позиционные и контурные. В настоящее время это разделение потеряло смысл в связи с тем, что станки для позиционной обработки — это, как правило, многооперационные станки с инструментальными магазинами. В связи с этим необходимо иметь автоматический манипулятор для смены инструментов, управляемый устройством ЧПУ, автоматически изменять частоту вращения шпинделя в широких пределах, иметь коррекции размеров инструментов и индикацию положения рабочих органов станка, упрощать программирование путем введения стандартных циклов, перехода на следящий режим позиционирования для обеспечения высокой точности. Все это привело к резкому усложнению позиционных систем ЧПУ.

Введение

в такое устройство ЧПУ интерполятора ненамного усложняет его и увеличивает стоимость, но делает его универсальным.

Характеристики современных устройств ЧПУ в значительной степени стандартизованы. В качестве входного языка используют, как правило, код ISO, иногда с некоторыми несущественными отклонениями. Разрешающая способность, т. е. наименьшее программируемое перемещение, равна 1 мкм при максимальном перемещении, программируемом в одном кадре управляющей программы. Скорость быстрого перемещения обычно 15 м/мин, методы отсчета координат абсолютный, т. е. от одной постоянной точки отсчета, и относительный, когда перемещение задается от предыдущей точки. Можно использовать любой выпускаемый промышленностью тип датчика обратной связи. Управляющий сигнал, подаваемый на следящий привод, везде одинаков: ±10 В.

Все современные устройства ЧПУ выполняются на базе какой-либо микроЭВМ или микропроцессоров (одного или нескольких), позволяющих значительно увеличить степень автоматизации станка, т. е. обеспечить: индикацию большого числа параметров на экране дисплея, быстрое диагностирование неисправностей и удобное редактирование программ, запоминание большого объема управляющих программ и т. д.

Все устройства ЧПУ имеют развитую цикловую автоматику с большим числом входов-выходов, а также связь с ЭВМ высшего уровня, необходимую при создании гибких производственных систем.

Вместе с тем наблюдается разделение устройств ЧПУ по числу управляемых координат, связанное с их назначением: для токарных станков обычно требуется две координаты; для обычных фрезерных— три; для фрезерных станков, предназначенных для объемной обработки, —пять; для многооперационных станков — от четырех до восьми. В настоящее время созданы устройства ЧПУ на 10—12 координат для управления ГПМ. Число координат весьма существенно влияет на конструкцию и стоимость устройства ЧПУ. [9]

Существуют различные типы приводов подач:

Следящие приводы подач служат для обеспечения перемещения управляемых элементов станка (столов, суппортов, кареток и т. п.) с необходимой скоростью и точностью при заданном моменте. Под следящим приводом будем понимать систему, состоящую из двигателя (электрического, гидравлического), усилителя мощности, снабжающего этот двигатель необходимой энергией, которая регулируется в широких пределах, датчика обратной связи по положению, служащего для измерения фактического перемещения (или положения) управляемого объекта, и сравнивающего устройства, сравнивающего фактическое положение объекта с заданным и выдающего сигнал ошибки, поступающий на вход усилителя мощности, в результате чего угловая скорость вала двигателя оказывается пропорциональной ошибке системы. В процессе работы эта система перемещает управляемый объект таким образом, чтобы поддерживать минимальное значение ошибки. Если ошибка по каким-либо причинам превышает заранее установленный допустимый предел, то система ЧПУ автоматически отключается с помощью специальных устройств защиты.

Разомкнутые приводы подач (без датчиков обратной связи) неследящие. В таких приводах используются шаговые двигатели с соответствующими усилителями момента.

Блоки управления приводами подач служат для преобразования информации, получаемой с выхода интерполятора, в форму, пригодную для управления приводами подач, так, чтобы при поступлении каждого импульса управляемый объект перемещался на определенное расстояние, называемое ценой импульса, которая обычно составляет 0,01 или 0,001 мм. В зависимости от типа приводов (замкнутые или разомкнутые, фазовые или амплитудные), применяемых на станках, блоки управления существенно различаются. [10]

В разомкнутых приводах, использующих шаговые двигатели, блоки управления представляют собой специальные кольцевые коммутаторы, на выходе которых включены мощные усилители, питающие обмотки шаговых двигателей, которые служат для циклического переключения обмоток ШД, что заставляет вращаться его ротор. В замкнутых приводах фазового типа, использующих датчики обратной связи в виде вращающихся трансформаторов (ВТ) или индуктосинов в режиме фазовращателей, блоки управления представляют собой преобразователи импульсов в фазу переменного тока и фазовые дискриминаторы, которые сравнивают фазу сигнала на выходе фазового преобразователя с фазой датчика обратной связи и выдают разностный сигнал ошибки на усилитель мощности привода.

Иногда используют замкнутые приводы импульсного типа, где применена обратная связь в виде датчика импульсов, число которых определяет значения перемещения. В этом случае блок управления представляет собой реверсивный счетчик, на один вход которого подаются импульсы непосредственно от интерполятора, а на другой — от датчика импульсов. На выход счетчика включен дешифратор, который преобразует содержимое счетчика в сигнал постоянного тока, являющийся сигналом ошибки, подающимся на привод. Достоинством такого привода, несмотря на его относительную сложность, является простота цифровой индикации фактического положения управляемого объекта, заключающаяся в подключении подходящего счетчика импульсов к выходу датчика обратной связи.

Блок скоростей подач обеспечивает заданную скорость подачи, а также разгон и торможение в начале и конце участков обработки по заданному закону, чаще всего — линейному. Скорость подачи задается либо номером скорости соответствующего ряда скоростей, составляющих геометрическую прогрессию со знаменателем порядка 1,25, либо непосредственно в миллиметрах в минуту через 1 или даже через 0,1 мм/мин. Помимо рабочих скоростей подач, составляющих обычно 5—2000 мм/мин, этот блок выполняет, как правило, и установочное движение с повышенной скоростью, на которой производится установка координат при позиционной обработке или переход инструмента из одного участка заготовки в другой при контурной обработке. Эта скорость в современных системах ЧПУ составляет 10—15 м/мин. [13]

Помимо этих блоков, применяют блоки адаптации, которые служат для увеличения точности и производительности обработки при изменяющихся по случайному закону внешних условиях (например, припуск на обработку, твердость обрабатываемого материала, затупление инструмента). Это объясняется тем, что любая система ЧПУ является разомкнутой системой управления, так как она не «знает» результата своей работы. В системе ЧПУ с обычной обратной связью заготовка ею не охвачена; задается только перемещение инструмента относительно заготовки. В то же время на точности размеров детали сказывается, например, деформация инструмента, которая в обычных системах ЧПУ может учитываться при программировании только тогда, когда она постоянна или изменяется по заранее известному закону, чего на практике нет.

Основными элементами любой системы адаптации являются измерительные устройства: датчики момента, температура, вибрации и т. д.

Измерение момента вращения шпинделя или силы фрезерования по координатам позволяет косвенным путем измерить деформацию инструмента и ввести соответствующую коррекцию в движение приводов для того, чтобы скомпенсировать деформацию инструмента. Аналогично, измеряя температуру режущей кромки инструмента и его вибрацию, можно косвенно судить о затуплении инструмента и вводить соответствующую коррекцию на размер или давать сигнал на замену, если износ превышает допустимый.

К адаптивным принадлежат также системы ЧПУ, которые автоматически учитывают изменение базовых размеров детали с помощью соответствующих датчиков, как, например, при изготовлении искривленных длинномерных деталей, у которых отклонение от прямолинейности значительно больше припуска на обработку. Адаптацией является также автоматическая коррекция изменения линейных размеров какого-либо узла станка, возникающая вследствие изменения температуры и влияющая на точность обработки, для чего в этот узел встраивают терморезисторы.

Помимо адаптации в станках, предназначенных для работы в составе ГПС систем, широко применяют сигнализирующие устройства различного типа. К ним относятся: устройства, сигнализирующие о поломке инструмента (в основном мелкого) в процессе обработки; устройства, определяющие состояние режущей кромки инструмента; устройства, определяющие наличие инструмента в шпинделе станка; устройства, сигнализирующие о том, что вращающий момент шпинделя превышает заданные пределы, и ряд других устройств, повышающих надежность работы оборудования.

Помимо этого, в системах ЧПУ должны быть предусмотрены: принудительное прерывание обработки (при этом торможение должно происходить вдоль обрабатываемого контура); вывод инструмента из зоны обработки и возврат в нее без потери информации по желанию оператора при прерывании обработки; индикация фактического абсолютного значения координаты управляемого объекта, измеренного датчиком обратной связи; ручной ввод информации с панели управления. [13]

Одним из основных требований к любой системе ЧПУ является достаточно высокая надежность, для чего необходимы конструктивные меры при разработке и конструировании системы ЧПУ и соответствующие организационно-технические мероприятия как на предприятиях, изготовляющих системы ЧПУ, так и на предприятиях, эксплуатирующих их. В современных системах ЧПУ наработка на отказ составляет 2000—2500 ч и более при условии правильной эксплуатации с проведением профилактических мероприятий.

Перечисленные функции характерны для универсальных систем ЧПУ. Вместе с тем всегда необходимо максимально упростить и удешевить системы ЧПУ. Это обычно осуществляется путем агрегатирования систем ЧПУ, т. е. создания типовых блоков или агрегатов, из которых затем компонуется система ЧПУ с требуемыми для данного назначения техническими характеристиками. Например, наиболее существенно различаются системы ЧПУ в зависимости от числа одновременно работающих координат станка. Каждая лишняя координата требует лишнего блока управления приводом, усложняет интерполятор, увеличивает объем входной памяти устройства управления. В связи с этим в станках с большим числом координат (пять—шесть), но с небольшим числом одновременно работающих координат, что характерно, например, для многооперационных станков, иногда применяют устройства управления с минимальным числом одновременно работающих координат (обычно две—три).

Число и вид необходимой коррекции, число стандартных циклов, объем индикатируемой информации также в большой степени зависят от назначения станка, и в более простых станках эти возможности, как правило, могут быть ограничены, что также упрощает системы ЧПУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1 Основной тенденцией современного машиностроения является уменьшение объема массового производства и увеличение выпуска продукции в условиях единичного, мелкосерийного и серийного автоматизированного производства.

2 Эффективность такого производства может быть обеспечена только на базе гибких производственных систем (ГПС), в основе которых оборудование с ЧПУ.

3 Применение оборудования, оснащенного системой числового программного управления, стало распространеннее и доступнее в результате широкой компьютеризации общества.

4 Управление оборудованием, оснащенным системой ЧПУ, осуществляется по программе, от мощности и объемлемости которой зависит качество управления процессами, осуществляемыми на данном оборудовании. Базой для написания управляющих программ, являются методики диагностирования режимов резания.

5 В машиностроении резание, является основным способом получения детали. Существуют методики определения режимов резания для различных операций. Имеются разработанные методики определения режимов резания для токарной операции. Для фрезерной операции, ввиду широкой номенклатуры инструмента, разработанной и обобщенной методики диагностирования режимов резания нет, поэтому в настоящее время имеется необходимость в создании данной методики диагностирования.