Значення автоматичного верстата. Агрегатні верстати набули особливого значення у зв'язку з появою та розвитком автоматичних верстатних ліній

Агрегатні верстати дозволяють виконати на одному верстаті різні види обробки виробів одночасно декількома інструментами, що значно знижує трудомісткість механічної обробки деталей.

Проте спеціальні верстати вузькоцільового призначення важко переключити інші роботи при зміні виду продукції. Для усунення цього недоліку стали створювати агрегатні верстати, які конструюються з набору різних нормалізованих укрупнених вузлів-агрегатів.

У XX ст. масове виробництво спочатку набуло поширення при виготовленні деталей (болтів, штифтів, гайок, шайб тощо). Для виробництва таких деталей уперше й було створено верстати – автомати та напівавтомати. Потім з'явилися поздовжньо-фасонні, фассонно-відрізні, багатошпиндельні автомати. У масовому великосерійному та частково в серійному виробництві велике поширення набули токарні напівавтомати, призначені для важких і складних робіт. У таких верстатах не автоматизовано лише встановлення та закріплення заготовок, пуск верстата та зняття обробленого виробу.

З 70-х років ХІХ ст. всі ці типи верстатів розвиваються у бік вужчої диференціації та спеціалізації. На основі універсального токарного верстата створюються горизонтально-розточувальний, лобовий токарний, карусельно-токарний верстати.

З'явилося багато відгалужень і в інших основних верстатів. У машинобудуванні цього часу розробка способів різання металів займає велике місце. Відбувається більш різка диференціація різальних інструментів та різальних деталей верстатів. З'явилисьтак звані різьбові фрези, фасонні різці, різноманітні зуборізні інструменти, черв'ячні фрези та ін.

Механічний супорт отримав розвиток. Рух супорта було автоматизовано. Виниклитакож автомати та напівавтомати.

Змінився сам матеріал, із якого виготовлялися верстати. Почали використовуватися стали вищих марок. На різальний інструмент йшла тепер інструментальна стальрізноманітних сортів. Вона втрачала своєї твердості навіть за перегріві до червоного гартування, тобто. до 600°С.

Спеціалізація машинобудування сприяла впровадженню в нього автоматики,оскільки звуження функцій верстата прямо вело до спрощення виконуваних ним операцій і цим створювало сприятливі умови запровадження автоматичних процесів.

Сучасні високопродуктивні металорізальні верстатипобудовані на широкому використанні принципів багатоінструментності та багатопозиційності, спеціалізовані та часто призначаються для виконання певної операції.

Вперше автоматична верстатна лінія була встановлена ​​в Англії у 1923-1924 роках. для механічної обробки блоків циліндрів та інших великих деталей. Вона виконувала 53 операції та обробляла 15 блоків на годину, обслуговувалась 21 оператором.

Вперше в Радянському Союзі верстатна лінія була створена в 1939 на Волгоградському тракторному заводі для обробки роликових втулок гусеничних тракторів. Була збудована на базі 5 модернізованих верстатів ручного управління.

Під час Другої світової війни, у післявоєнні роки автоматичні верстатні лінії агрегатних верстатів набули широкого поширення.

Успіхи науки та техніки дозволили перейти від окремих потокових автоматичних ліній до автоматичних цехів, потім – до автоматичних заводів.

У 1956 р. на Першому ГПЗ увійшов у дію цех із двома автоматичними лініями з виробництва кулькових та роликових підшипників. Повністю автоматизовані всі операції механічної та термічної обробки кілець підшипників, контролю, збирання, антикорозійної обробки, пакування та видалення стружки. В результаті виробничий цикл скоротився в 4 - 5 разів, продуктивність одного робітника зросла в 2 рази.

У 1949 р. в СРСР вперше у світі було збудовано автоматичний завод з виробництва поршнів, який обслуговують 9 робітників за зміну, випуск 3500 поршнів на добу.

3.5.3 Використання електроприводу в машинобудуванні

Електродвигун виявився не тільки економічнішим, але й компактнішим, він займав менше місця і вимагав набагато менше до себе уваги робітника під час роботи. Він був і безпечнішим.

Нині широко відомий токарний верстат. Історія його створення починається з 700-х років н. Перші моделі застосовувалися для обробки деревини, через 3 століття був створений агрегат для роботи з металами.

Перші згадки

У 700-х роках н. був створений агрегат, що частково нагадує сучасний токарний верстат. Історія першого вдалого запуску починається з обробки деревини методом обертання заготівлі. Жодної деталі установки не було виготовлено з металу. Тому надійність таких пристроїв досить низька.

На той час низький ККД мав токарний верстат. Історія виробництва відновлена ​​за кресленнями, малюнками, що збереглися. Щоб розкрутити заготівлю потрібно 2 міцні підмайстри. Точність виробів невисока.

Інформацію про установки, що віддалено нагадують токарний верстат, історія датує 650 роком до н. е.. Однак загальним у цих машин був лише принцип обробки методом обертання. Інші вузли були примітивні. Заготівля рухалася у прямому розумінні руками. Використовувалася рабська праця.

Створені моделі в 12 столітті вже мали подібність приводу і могли отримати повноцінний виріб. Проте власників інструменту ще не було. Тому про високу точність виробу було рано говорити.

Влаштування перших моделей

Старовинний токарний верстат затискав заготовку між центрами. Обертання здійснювалося руками лише на кілька обертів. Нерухомим інструментом здійснювався різ. Аналогічний принцип обробки є у сучасних моделях.

Як привод для обертання заготівлі майстри використовували: тварин, лук зі стрілами прив'язаний мотузкою до виробу. Деякі умільці для цих цілей будували подобу водяного млина. Але значно підвищити продуктивність так і не виходило.

Перший токарний верстат мав дерев'яні частини і зі збільшенням кількості вузлів губилася надійність пристрою. Водяні пристрої швидко втрачали актуальність через складність ремонту. Тільки до 14 століття з'явився найпростіший привід, який значно спростив процес обробки.

Ранні приводні механізми

Пройшло кілька століть з винаходу токарного верстата до реалізації на ньому найпростішого приводного механізму. Подати його можна у вигляді жердини закріпленої посередині на станині поверх заготовки. Один кінець очепа прив'язаний мотузкою, яка обернена навколо заготовки. Другий закріплений з педаллю для ніг.

Цей механізм успішно працював, але міг дати необхідну продуктивність. Принцип роботи було побудовано законах пружної деформації. При натисканні на педаль здійснювалося натяг мотузки, жердина вигиналася і зазнавала значної напруги. Останнє передавалося заготівлі, наводячи її в рух.

Перевернувши виріб на 1 або 2 обороти, жердина звільнялася і знову згиналася. Педаллю майстер регулював постійну роботу очепа, змушуючи безперервно обертатися заготівлю. Руки у своїй були зайняті інструментом, роблячи обробку деревини.

Цей найпростіший механізм успадкували наступні версії верстатів, які мали кривошипно-шатунний механізм. Аналогічну конструкцію приводу згодом мали механічні швейні машинки 20 століття. На токарних верстатах за допомогою кривошипа досягли рівномірного руху в один бік.

За рахунок рівномірного руху майстри стали одержувати вироби правильної циліндричної форми. Єдине чого не вистачало – жорсткості вузлів: центрів, державок інструменту, приводного механізму. З дерева виготовлялися тримачі різців, що призводило до їхнього віджиму під час обробки.

Але, незважаючи на перелічені недоліки, стало можливим випускати навіть кулясті деталі. Обробка металів ще була скрутним процесом. Навіть м'які сплави обертанням не піддавалися реальному точенню.

Позитивним зрушенням у конструюванні верстатів було використання універсальності в обробці: вже на одній машині виконувалася обробка заготовок різного діаметра та довжини. Це досягалося регульованими власниками та центрами. Проте великі деталі вимагали значних фізичних витрат майстра реалізації обертання.

Багато умільців пристосували маховик із чавуну та інших важких матеріалів. Використання сили інерції та тяжіння полегшило працю обробника. Проте промислових масштабів досягти було складно.

Металеві деталі

Основне завдання винахідників верстатів було підвищити жорсткість вузлів. Початком технічного переозброєння стало застосування металевих центрів, що затискують заготівлю. Пізніше вже впровадили шестерні передачі із сталевих деталей.

Металеві запчастини дозволили створити гвинторізні верстати. Жорсткості вже вистачало для обробки м'яких металів. Поступово вдосконалювалися окремі вузли:

• тримач заготовок, пізніше названий головним вузлом - шпинделем;
• конусні упори оснащувалися регульованими механізмами зміни положення за довжиною;
• робота на токарному верстатістала легше з винаходом металевого тримача інструменту, але потрібен був постійний відвід стружки при підвищенні продуктивності;
• чавунна станина підвищила жорсткість конструкції, що дозволило обробляти деталі значної довжини.

Із використанням металевих вузлів розкрутити заготівлю стає складніше. Винахідники замислилися над створенням повноцінного приводу, бажаючи виключити ручну працю людини. Система передач допомогла здійснити задумане. Паровий двигун уперше був пристосований для обертання заготовок. Йому передував водяний двигун.

Рівномірність переміщення різального інструменту здійснювалася черв'ячною передачею з допомогою рукоятки. Завдяки цьому виходила чистіша поверхня деталі. Змінні блоки дозволили реалізувати універсальну роботу на токарному верстаті. Механізовані конструкції удосконалилися сторіччями. Але до цього дня принцип роботи вузлів базується на перших винаходах.

Вчені винахідники

На даний момент, купуючи токарний верстат, технічні характеристикианалізують насамперед. Вони наводяться основні можливості у обробці, габарити, жорсткість, швидкість виробництва. Раніше з модернізацією вузлів поступово запроваджувалися параметри, згідно з якими моделі порівнювали між собою.

Класифікація машин допомагала оцінювати рівень досконалості того чи іншого верстата. Після аналізу зібраних даних вітчизняний винахідник часів Петра I модернізував попередні моделі. Його дітищем став справжній механізований верстат, що дозволяє робити різні види обробок тіл обертання, нарізати різьблення.

Плюсом у конструкції Нартова була можливість змінювати швидкість обертання рухомого центру. Також їм було передбачено змінні блоки шестерень. Зовнішній вигляд верстата і пристрій нагадують найсучасніший токарний верстат ТВ3, 4, 6. Аналогічні вузли мають і сучасні обробні центри.

У 18 столітті Андрій Нартов представив світу самохідний супорт. передавав рівномірне переміщення інструменту. Генрі Модслі, англійський винахідник, представив свою версію важливого вузла до кінця сторіччя. У його конструкції зміна швидкості переміщення осей здійснювалася завдяки різному кроці різьблення ходового гвинта.

Основні вузли

Для обробки 3D-деталей різанням методом обертання ідеально підходять токарні верстати. Огляд сучасної машини містить параметри та характеристики основних вузлів:

• Станина – основний навантажений елемент, рама верстата. Виготовляють із міцних та твердих сплавів, переважно застосовується перліт.
• Супорт — острів для кріплення інструментальних головок, що обертаються, або статичного інструменту.
• Шпиндель - виступає у ролі власника заготовок. Основний потужний вузол обертання.
• Додаткові вузли: ШВП, осі ковзання, механізми мастила, подачі СОЖ, повітровідбірники з робочої зони, охолоджувачі.

Сучасний токарний верстат містить приводні системи, що складаються із складної електроніки керування та двигуна частіше синхронного. Додаткові опції дозволяють прибирати стружку з робочої зони, вимірювати інструмент, подавати СОЖ під тиском безпосередньо в ділянку різу. Механіка верстата підбирається індивідуально під завдання виробництва, від цього залежить вартість обладнання.

Супорт містить вузли для розміщення підшипників, які насаджені на ШВП (кульково-гвинтову пару). Також на ньому монтуються елементи для контакту з напрямними ковзання. Мастило в сучасних верстатах подається автоматично, контролюється її рівень у бачку.

У перших токарних верстатах переміщення інструменту здійснювала людина, він вибирав напрямок його руху. У сучасних моделях усі маніпуляції здійснює контролер. Знадобилося кілька століть для винаходу такого вузла. Електроніка значно розширила можливості опрацювання.

Управління

У Останнім часомпоширені токарні верстати з ЧПУ по металу - з числом-програмним управлінням. Контролер управляє процесом різання, відстежує положення осей, обчислює рух за закладеними параметрами. У пам'яті зберігається кілька етапів різання, до виходу готової деталі.

Токарні верстати з ЧПК металу можуть мати візуалізацію процесу, що допомагає перевірити написану програму до початку руху інструменту. Весь різ можна побачити віртуально та вчасно виправити помилки коду. Сучасна електроніка контролює навантаження на осі. Останні версії програмного забезпеченнядозволяють визначити поламаний інструмент.

Методика контролю поламаних пластин на державці заснована на порівнянні графіка навантажень осі при нормальному режимі роботи та при перевищенні аварійного порога. Відстеження відбувається у програмі. Дані для аналізу контролеру подає приводна система або датчик потужності з можливістю оцифрування значень.

Датчики положення

Перші верстати з електронікою мали кінцевики з мікровимикачами контролю крайніх положень. Пізніше на гвинтопарі почали встановлювати кодери. В даний час використовуються високоточні лінійки, здатні заміряти люфт у кілька мікронів.

Оснащуються круговими датчиками та осі обертання. міг бути керованим. Це потрібно реалізації фрезерних функцій, які виконувались приводним інструментом. Останній часто вбудовувався у револьверну голівку.

Вимірювання цілісності інструменту здійснюється за допомогою електронних щупів. Вони полегшують роботу з пошуку точок прив'язки для старту циклу різу. Зонди можуть заміряти геометрію одержуваних контурів деталі після обробки та автоматично вносити коректори, що закладаються в повторну чистову обробку.

Найпростіша сучасна модель

Токарний верстат ТВ 4 відноситься до навчальних моделей з найпростішим приводним механізмом. Все керування здійснюється вручну.

Рукоятки:

• регулюють положення інструменту щодо осі обертання;
• задають напрями нарізування різьблення правої або лівої;
• служать зміни кількості оборотів головного приводу;
• визначають крок різьблення;
• включають поздовжнє переміщення інструменту;
• відповідають за кріплення вузлів: задньої бабки та її пінолі, головки з різцями.

Маховики переміщують вузли:

• піноль задньої бабки;
• каретку поздовжню.

У конструкції передбачено ланцюг освітлення робочої зони. Система безпеки у вигляді захисного екрану оберігає працівників від влучення стружки. Конструкція верстата компактна, що дозволяє використовувати його в навчальних класах, приміщеннях сервісу.

Токарно-гвинторізний верстат ТВ4 відноситься до простих конструкцій, де передбачені всі необхідні вузли повноцінної конструкції з обробки металів. Шпиндель має привод через коробку передач. Інструмент закріплений на супорті з механічною подачею, рухається гвинтопарою.

Розміри

Шпинделем керує асинхронний двигун. Максимальний розмір заготовки може бути в діаметрі:

• не більше 125 мм, якщо проводити обробку над супортом;
• трохи більше 200 мм, якщо обробка проводиться над станиною.

Довжина заготовки, що затискається в центрах не більше 350 мм. У зборі верстат важить 280 кг, максимальні обороти шпинделя 710 об/хв. Ця швидкість обертання є визначальною при чистовій обробці. Живлення проводиться від мережі 220В частотою 50 Гц.

Особливості моделі

Коробка швидкостей верстата ТВ4 пов'язана з двигуном шпинделя клинопасової передачею. На шпиндель обертання передається від коробки через ряд шестерень. Напрямок обертання заготовки легко змінюється фазуванням головного двигуна.

Гітара служить для передачі обертання від шпинделя до супортів. Є можливість перемикати 3 швидкості подачі. Відповідно нарізається три різного типу метричні різьблення. Плавність та рівномірність ходу забезпечує ходовий гвинт.

Рукоятками задається напрямок обертання гвинтопари передньої бабки. Також ручками задаються швидкості подач. Супорт ходить лише у поздовжньому напрямку. Вузли слід змащувати згідно з регламентами верстата вручну. Шестерні ж забирають мастило з ванни, де вони працюють.

На верстаті реалізовано можливість роботи вручну. Для цього використовуються маховики. Відбувається зачеплення рейкової шестерні та зубчастою рейкою. Остання прикручена до станини. Така конструкція дозволяє за необхідності включати ручне керування верстатом. Аналогічний маховик застосовується для переміщення пінолі задньої бабки.

Історія відносить винахід токарного верстата до 650 років. до зв. е.. Верстат являв собою два співвісно встановлені центри, між якими затискалася заготівля з дерева, кістки або рога. Раб або підмайстер обертав заготівлю (один або кілька обертів в один бік, потім в інший). Майстер тримав різець у руках і, притискаючи його до потрібному місцідо заготівлі, знімав стружку, надаючи заготівлі необхідну форму. Пізніше для приведення заготовки в рух застосовували цибулю зі слабо натягнутою (провисаючою) тятивою. Тітиву обертали навколо циліндричної частини заготовки так, щоб вона утворила петлю навколо заготовки. Під час руху цибулі то в один, то в інший бік, аналогічно руху пили при розпилюванні колоди, заготівля робила кілька обертів навколо своєї осі спочатку в одну, а потім в іншу сторону. У XIV - XV століттях були поширені токарні верстати з ножним приводом. Ніжний привід складався з очепа - пружної жердини, закріпленої консольно над верстатом. До кінця жердини кріпилася мотузка, яка була обернена на один оберт навколо заготівлі і нижнім кінцем кріпилася до педалі. При натисканні на педаль мотузка натягувалася, змушуючи заготівлю зробити один - два обороти, а жердина - зігнутися. При відпусканні педалі жердина випростувалася, тягла вгору мотузку і заготівля робила ті ж обороти в інший бік. Приблизно до 1430 замість очепа стали застосовувати механізм, що включає педаль, шатун і кривошип, отримавши, таким чином, привід, аналогічний поширеному в XX столітті ножному приводу швейної машинки. З цього часу заготівля на токарному верстаті отримала замість коливального руху обертання в один бік протягом процесу точення. У 1500 р. токарний верстат уже мав сталеві центри та люнет, який міг бути укріплений у будь-якому місці між центрами.

На таких верстатах обробляли досить складні деталі, що є тіла обертання, - аж до кулі. Але привод верстатів, що існували тоді, був занадто малопотужним для обробки металу, а зусилля руки, що тримає різець, недостатніми, щоб знімати велику стружку із заготовки. В результаті обробка металу виявлялася малоефективною. необхідно було замінити руку робітника спеціальним механізмом, а м'язову силу, що приводить верстат в рух, більш потужним двигуном. Поява водяного колеса призвела до підвищення продуктивності праці, надавши при цьому потужну революціонізуючу дію на розвиток техніки. А з середини XIV ст. водяні приводи стали поширюватися у металообробці. У середині XVI Жак Бессон (помер у 1569 р.) – винайшов токарний верстат для нарізки циліндричних та конічних гвинтів. На початку XVIII століття Андрій Костянтинович Нартов (1693-1756), механік Петра Першого, винаходить оригінальний токарно-копіювальний та гвинторізний верстат з механізованим супортом та набором змінних зубчастих коліс. Щоб по-справжньому зрозуміти світове значення цих винаходів, повернемося до еволюції верстата токарного. У XVII ст. з'явилися токарні верстати, в яких оброблюваний виріб рухався вже не м'язовою силою токаря, а за допомогою водяного колеса, але різець, як і раніше, тримав у руці токар. На початку XVIII ст. токарні верстати все частіше використовували для різання металів, а не дерева, і тому проблема жорсткого кріплення різця та переміщення його вздовж оброблюваної поверхні столу дуже актуальною. І ось вперше проблема самохідного супорта була успішно вирішена в копіювальному верстатіА. К. Нартова у 1712 р.

До ідеї механізованого пересування різця винахідники йшли довго. Вперше ця проблема особливо гостро постала при вирішенні таких технічних завдань, як нарізування різьблення, нанесення складних візерунків на предмети розкоші, виготовлення зубчастих коліс тощо. Для отримання різьблення на валу, наприклад, спочатку проводили розмітку, для чого на вал навивали паперову стрічку потрібної ширини, по краях якої наносили контур майбутнього різьблення. Після розмітки різьблення опиливали напильником вручну. Не кажучи вже про трудомісткість такого процесу, отримати задовільну якість різьблення в такий спосіб дуже важко. А Нартов як вирішив завдання механізації цієї операції, а й у 1718-1729 гг. сам удосконалив схему. Копіювальний палець і супорт рухалися одним ходовим гвинтом, але з різним кроком нарізки під різцем і під копіром. Таким чином було забезпечено автоматичне переміщення супорта вздовж осі заготовки, що обробляється. Щоправда, поперечної подачі ще не було, замість неї було запроваджено хитання системи "копір-заготівля". Тому роботи над створенням супорта тривали. Свій супорт створили, зокрема, тульські механіки Олексій Сурнін та Павло Захава. Більш досконалу конструкцію супорта, близьку до сучасної, створив англійський верстатобудівник Модслі, але А. К. Нартов залишається першим, хто знайшов шлях до вирішення цього завдання. Взагалі нарізка гвинтів довго залишалася складним технічним завданням, оскільки вимагала високої точності та майстерності. Механіки давно замислювалися над тим, як спростити цю операцію. Ще 1701 року у праці Ш. Плюме описувався спосіб нарізки гвинтів з допомогою примітивного супорта. Для цього до заготівлі припаювали відрізок гвинта як хвостовик. Крок гвинта, що напоюється, повинен був дорівнювати кроку того гвинта, який потрібно було нарізати на заготовці. Потім заготовку встановлювали у найпростіших роз'ємних дерев'яних бабках; передня бабка підтримувала тіло заготівлі, а в задню вставлявся гвинт. При обертанні гвинта дерев'яне гніздо задньої бабки змінювалося формою гвинта і служило гайкою, унаслідок чого вся заготовка переміщалася у бік передньої бабки. Подача на оборот була така, що дозволяла нерухомому різцю різати гвинт із необхідним кроком. Подібного роду пристосування було на токарно-гвинторізному верстаті 1785 року, який був безпосереднім попередником верстата Модслі. Тут нарізка різьблення, що служила зразком для гвинта, що виготовляється, наносилася безпосередньо на шпиндель, що утримував заготівлю і приводив її в обертання. (Шпинделем називають вал токарного верстата, що обертається, з пристроєм для затиску оброблюваної деталі.) Це давало можливість робити нарізку на гвинтах машинним способом: робітник приводив у обертання заготівлю, яка за рахунок різьблення шпинделя, так само як і в пристосуванні Плюме, починала поступово переміщатися відносно нерухомого різця, який робітник тримав на ціпку. Таким чином ні виробі виходило різьблення, що точно відповідало різьбленню шпинделя. Втім, точність і прямолінійність обробки залежали виключно від сили і твердості руки робітника, який направляв інструмент. У цьому полягала велика незручність. Крім того, різьблення на шпинделі було всього 8-10 мм, що дозволяло нарізати тільки дуже короткі гвинти.

Друга половина XVIII ст. у верстатобудуванні ознаменувалася різким збільшенням сфери застосування металорізальних верстатів та пошуками задовільної схеми універсального токарного верстата, який міг би використовуватись у різних цілях. У 1751 р. Ж. Вокансон у Франції побудував верстат, який за своїми технічними даними вже був схожий на універсальний. Він був виконаний з металу, мав потужну станину, два металеві центри, дві напрямні V-подібної форми, мідний супорт, що забезпечує механізоване переміщення інструменту в поздовжньому та поперечному напрямках. У той же час у цьому верстаті була відсутня система затискання заготовки в патроні, хоча цей пристрій існував в інших конструкціях верстатів. Тут передбачалося кріплення заготівлі лише у центрах. Відстань між центрами можна було змінювати в межах 10 см. Тому обробляти на верстаті Вокансон можна було лише деталі приблизно однакової довжини. У 1778 р. англієць Д. Рамедон розробив два типи верстатів для нарізування різьблень. В одному верстаті вздовж заготівлі, що обертається, по паралельним напрямним пересувався алмазний ріжучий інструмент, швидкість переміщення якого задавалася обертанням еталонного гвинта. Змінні шестерні дозволяли отримувати різьблення з різним кроком. Другий верстат давав можливість виготовляти різьблення з різним кроком на деталі більшої довжини, ніж довжина зразка. Різець просувався вздовж заготовки за допомогою струни, що накручувалась на центральну шпонку. У 1795 р. французький механік Сено виготовив спеціалізований токарний верстат для нарізки гвинтів. Конструктор передбачив змінні шестірні, великий ходовий гвинт, простий механізований супорт. Верстат був позбавлений будь-яких прикрас, якими любили прикрашати свої вироби майстри раніше.

Накопичений досвід дозволив до кінця XVIII століття створити універсальний токарний верстат, який став основою машинобудування. Його автором став Генрі Модслі. У 1794 р. він створив конструкцію супорта, досить недосконалу. У 1798 р., започаткувавши власну майстерню з виробництва верстатів, він значно покращив супорт, що дозволило створити варіант універсального токарного верстата. У 1800 р. Модслі удосконалив цей верстат, а потім створив і третій варіант, що містив усі елементи, які мають токарно-гвинторізні верстати сьогодні. При цьому суттєво те, що Модслі зрозумів необхідність уніфікації деяких видів деталей і першим став запроваджувати стандартизацію різьблення на гвинтах та гайках. Він почав випускати набори мітчиків та плашок для нарізки різьблення. Токарний верстат Робертса Одним із учнів та продовжувачів справи Модслі був Р. Робертс. Він покращив токарний верстат тим, що розташував ходовий гвинт перед станиною, додав зубчастий перебір, ручки управління виніс на передню панель верстата, що зробило зручнішим управління верстатом. Цей верстат працював до 1909 р. колишній співробітникМодслі – Д. Клемент створив лоботокарний верстат для обробки деталей великого діаметру. Він врахував, що при постійній швидкості обертання деталі та постійної швидкості подачі в міру руху різця від периферії до центру швидкість різання падатиме, і створив систему збільшення швидкості. У 1835 р. Д. Витворт винайшов автоматичну подачу в поперечному напрямку, яка була пов'язана з механізмом поздовжньої подачі. Цим було завершено важливе вдосконалення токарного устаткування.

Наступний етап – автоматизація токарних верстатів. Тут пальма першості належала американцям. У розвиток техніки обробки металів почався пізніше, ніж у Європі. Американські верстати першої половини ХІХ ст. значно поступалися верстатам Модслі. У другій половині ХІХ ст. якість американських верстатів була вже досить високою. Верстати випускалися серійно, причому вводилася повна взаємозамінність деталей та блоків, що випускаються однією фірмою. При поломці деталі достатньо було виписати із заводу аналогічну і замінити зламану деталь на цілу без жодного припасування. У другій половині ХІХ ст. були введені елементи, що забезпечують повну механізацію обробки - блок автоматичної подачі з обох координат, досконалу систему кріплення різця та деталі. Режими різання та подач змінювалися швидко та без значних зусиль. На токарних верстатах були елементи автоматики - автоматична зупинка верстата при досягненні певного розміру, система автоматичного регулювання швидкості лобового точення і т.д. Проте основним досягненням американського верстатобудування було розвиток традиційного токарного верстата, а створення його модифікації - револьверного верстата. У зв'язку з необхідністю виготовлення нової стрілецької зброї (револьверів) С. Фітч у 1845 р. розробив та побудував револьверний верстат з вісьмома ріжучими інструментами в револьверній головці. Швидкість зміни інструменту різко підвищила продуктивність верстата під час виготовлення серійної продукції. То справді був серйозний крок до створення верстатів-автоматів. У деревообробці перші верстати-автомати вже з'явилися: 1842 р. такий автомат побудував К. Віпіль, а 1846 р. Т. Слоан. Перший універсальний токарний автомат винайшов у 1873 р. Хр. Спенсер.

Автор найвідомішого автоматичного пристрою для зміни качка Джеймс Нортроп народився 8 травня 1857 в англійському місті Кейлі. Після здобуття технічної освіти деякий час він працював механіком, після чого переїхав до США в місто Хоупдейл, де почав працювати у фірмі "Дрейпер", що випускала текстильне обладнання. Винахід ниткопровідника для мотальної машини привернув увагу власників фірми, і він був відібраний для розробки ідей автоматичного вузла для мотальних машин. Розроблений пристрій був цікавим, але непрактичним, і розчарований винахідник залишив роботу у фірмі та став фермером.

26 липня 1888 року Вільям Дрейпер молодший почув про верстат із пристроєм для зміни човників, винайдений у Провіденсі. Оглянувши верстат і переговоривши з винахідником Алонсо Роудсом, він виявив його недосконалим. У фірмі було проведено ретельне патентне опрацювання ідеї автоматичного живлення качком ткацьких верстатів, і, хоча в цьому пристрої не було нічого принципово нового, було вирішено вкласти в експерименти 10 тисяч доларів. 10 грудня того ж року цю суму було передано винахіднику для вдосконалення конструкції механізму зміни човників. 28 лютого наступного року верстат був готовий до роботи. Протягом кількох наступних місяців у верстат були внесені ще деякі невеликі вдосконалення, які не змінили його основних принципів, після чого верстат був пущений у роботу і добре працював. На підтвердження можна навести той факт, що через 12 років під час однієї судової патентної тяжби верстат був знову пущений і працював кілька годин, викликавши схвалення експерта.

Пристрій Роудса помітив Нортроп, який повернувся на роботу у фірму, і заявив керівництву, що через тиждень він міг би уявити подібний механізм вартістю не більше долара, якщо йому дадуть таку можливість. Нортроп отримав таку нагоду і 5 березня продемонстрував дерев'яну модель свого пристрою. І модель, і кмітливість Нортропа сподобалися Дрейперам, і з 8 квітня йому були створені всі умови для роботи. До 20 травня винахідник переконався у непрактичності своєї першої ідеї, але вже визріла нова, і він попросив час до 4 липня для створення другої конструкції. Нортропу вдалося вкластися вчасно, і 5 липня його верстат заробив, показуючи кращі результати, ніж верстат Роудса. 24 жовтня верстат Нортропа з новими удосконаленнями було пущено в роботу на фабриці Сіконнет у Фолл Рівері. До квітня 1890 року на фабриці Сіконнет працювало кілька верстатів такого типу. Проте сам Нортроп прийшов до думки про безперспективність цього напрямку і вирішив створити механізм зміни шпуль.

Була організована свого роду творча група, основними учасниками якої були Чарльз Ропер, який розробив механізм автоматичної подачі основи, Едуард Стімпсон - автор човника з машиною, що самозаводиться, сам Нортроп, а також Вільям і Джордж Дрейпери. В результаті було створено механізм для зміни шпуль, основний регулятор, основопоглядач, щупло, набірний механізм, пружинний пристрій для накатки товару. Патент на свій устрій Нортроп отримав у листопаді 1894 року. В остаточному вигляді верстат Нортропа був закінчений в 1895 і в цьому ж році отримав загальне визнання на Торгово-промисловій виставці в Лондоні. На початку XX століття фірма випустила вже близько 60 тисяч автоматичних верстатів, переважно для американського ринку. У 1896 році велика група верстатів була вперше поставлена ​​до Росії. Про ретельність опрацювання конструкції нового верстата говорить той факт, що з 1 липня 1888 по 1 липня 1905 було використано 711 патентів, з яких 86 належали Нортропу.

Спроба оснащення механічних верстатів механізмом Нортроп не вдалася. Цим і пояснюється швидке поширення автоматичних верстатів у країнах з текстильною промисловістю, що бурхливо розвивалася, зокрема в США, і порівняно повільне в країнах з традиційно розвиненою текстильною промисловістю. У 1902 році було засновано британську компанію «Нортроп», а восени того ж року випуск автоматичних ткацьких верстатів цього типу розпочали заводи Франції та Швейцарії.

Оцінюючи значення винаходу Нортропа, відомий російський фахівець з ткацтва Ч. Йоксимович писав, що «створення нортропівського верстата намітило винахідникам нові шляхи, з яких вони скоро зійдуть. Нортропівський верстат кладе своєрідний відбиток на справу сучасного машинобудування у ткацькій галузі. Можна думати про цей верстат, що завгодно, можна заперечувати за ним значення верстата майбутнього, - він все ж таки стоїть на чолі сучасного конструктування ткацьких верстатів, і немає жодного сумніву, що подальший розвиток у цій галузі буде виходити з тих головних підстав, якими керувався винахідник цього верстата».

Невдача Нортропа щодо оснащення своїм приладом вже встановлених у виробництвах механічних верстатів різних фірм не збентежила інших винахідників. Актуальність завдання викликала величезну кількість винаходів у цій галузі. Найбільшою популярністю користувалися прилади Віттекера, Габлера та Валентина, створені на початку ХХ століття.

Під управлінням верстатом прийнято розуміти сукупність впливів на його механізми, що забезпечують виконання цими механізмами технологічного циклу обробки, а під системою управління- будову або сукупність пристроїв, що реалізують ці дії.

Ручне управління полягає в тому, що рішення про використання тих чи інших елементів робочого циклу приймає людина – оператор верстата. Оператор на підставі прийнятих рішень включає відповідні механізми верстата та задає параметри їхньої роботи.

Операції ручного управління здійснюються як у неавтоматичних універсальних та спеціалізованих верстатах різного призначення, так і в автоматичних верстатах. В автоматичних верстатах ручне керування використовується для реалізації налагоджувальних режимів та спеціальних елементів робочого циклу.

В автоматичних верстатах ручне керування часто поєднується з цифровою індикацією інформації, що надходить від датчиків положення виконавчих органів.

Автоматичне керування полягає в тому, що рішення щодо використання елементів робочого циклу приймає система управління без участі оператора. Вона ж видає команди на включення та вимкнення механізмів верстата та керує його роботою.

Циклом обробки називають сукупність переміщення робочих органів, що повторюються під час обробки кожної заготовки. Комплекс переміщень робочих органів у циклі роботи верстата здійснюється у певній послідовності, тобто за програмою.

Керуюча програма – це сукупність команд, що відповідає заданому алгоритму функціонування верстата обробки конкретної заготівлі.

Алгоритмом називають спосіб досягнення мети (вирішення задачі) з однозначним описом процедури його виконання.

За функціональним призначенням автоматичне керування можна розділити так:

управління незмінними циклами обробки, що повторюються (наприклад, управління агрегатними верстатами, що виконують фрезерні, свердлильні, розточувальні і різьбонарізні операції шляхом здійснення циклів руху багатошпиндельних силових головок);

керування змінними автоматичними циклами, які задають у вигляді індивідуальних для кожного циклу матеріальних моделей-аналогів (копірів, наборів кулачків, системи упорів і т. д.) та ін.;

ЧПУ, у якому програму задають як записаного у тому чи іншому носії масиву інформації. Керуюча інформація для верстатів з ЧПК є дискретною, і її обробка в процесі керування здійснюється цифровими методами.

Циклове програмне управління (ЦПУ)

Система циклового програмного управління (ЦПУ) дозволять частково або повністю програмувати цикл роботи верстата, режим обробки та зміну інструменту, а також задавати (за допомогою попереднього налагодження упорів) величину переміщень виконавчих органів верстата. Вона є аналоговою системою управління замкнутого типу (рисунок 1) і має досить високу гнучкість, тобто забезпечує легку зміну послідовності включення апаратури (електричної, гідравлічної, пневматичної і т. д.), що керує елементами циклу.

Малюнок 1– Пристрій циклового програмного управління

Програматор циклів містить блок 1 завдання програми та блок 2 поетапного її введення (етапом програми називають частину програми, що одночасно вводиться в систему управління). З блоку 1 інформація надходить у схему автоматики, що складається з блоку управління 3 циклом роботи верстата і блоку 4 перетворення сигналів контролю. Схема автоматики (яку, як правило, виконують на електромагнітних реле) узгодить роботу програматора циклів з виконавчими органами верстата та датчиком зворотного зв'язку; посилює та розмножує команди; може виконувати низку логічних функцій (наприклад, забезпечувати виконання стандартних циклів). З блоку 3 сигнал надходить у виконавчий пристрій, що забезпечує відпрацювання заданих програмою команд і включає виконавчі елементи 5 (приводи виконавчих органів верстата, електромагніти, муфти і т. д.). Останні відпрацьовують етап програми. Датчик 7 контролює закінчення обробки і через блок 4 дає команду блоку 2 включення наступного етапу програми. Датчик 7 контролює закінчення обробки і через блок 4 дає команду блоку 2 включення наступного етапу програми. Для контролю закінчення етапу програми часто використовують шляхові перемикачі чи реле часу.

У пристроях циклового управління у числовому вигляді програма містить інформацію лише про цикл режимах обробки, а величину переміщення робочих органів задають налаштуванням упорів.

Перевагами системи ЦПУ є простота конструкції та обслуговування, а також низька вартість; недоліком - трудомісткість розмірної налагодження упорів та кулачків.

Верстати з ЦПУ доцільно застосовувати в умовах серійного, великосерійного та масового виробництва деталей простих геометричних форм. Системами ЦПУ оснащують токарно-револьверні, токарно-фрезерні, вертикально-свердлувальні верстати, агрегатні верстати, промислові роботи (ПР) та ін.

Система ЦПУ (рисунок 2) включає програматор циклів, схему автоматики, виконавчий пристрій і пристрій зворотного зв'язку. Власне пристрій ЦПУ складається з програматора циклів та схеми автоматики.

Малюнок 2 -

На основі досягнень кібернетики, електроніки, обчислювальної техніки та приладобудування були розроблені принципово нові системи програмного управління – системи ЧПК, які широко використовуються в станкобудуванні. У цих системах величина кожного ходу виконавчого органу верстата визначається за допомогою числа. Кожній одиниці інформації відповідає дискретне переміщення виконавчого органу на певну величину, яка називається роздільною здатністю системи ЧПУ або ціною імпульсу. У певних межах виконавчий орган можна перемістити на будь-яку величину, кратну роздільної здатності. Число імпульсів, яке потрібно подати на вхід приводу, щоб здійснити необхідне переміщення L визначається за формулою N = L/q, де q- Ціна імпульсу. Число N, записане у певній системі кодування на носії інформації (перфострічці, магнітній стрічці та ін), є програмою, що визначає величину розмірної інформації.

Під ЧПУ верстатом розуміють управління (за програмою, заданою в алфавітно-цифровому коді) рухом виконавчих органів верстата, швидкістю їх переміщення, послідовністю циклу обробки, режимом різання та різними допоміжними функціями.

Система ЧПУ – це сукупність спеціалізованих пристроїв, методів та засобів, необхідних для реалізації ЧПУ верстатом. Пристрій ЧПУ (УЧПУ) – частина системи ЧПУ, призначена для видачі керуючих впливів виконавчим органом верстата відповідно до керуючої програми (УП).

Структурна схемасистеми ЧПУ представлено малюнку 3.

Креслення деталі (ЧД),підлягає обробці на верстаті з ЧПУ, одночасно надходить у систему підготовки програмы (СПП)та систему технологічної підготовки (СТП). СТПзабезпечує СППданими про технологічний процес, що розробляється, режим різання і т. д. На підставі цих даних розробляється керуюча програма (УП).Наладчики встановлюють на верстат пристосування, ріжучі інструменти згідно з документацією, розробленою в СТП.Встановлення заготовки та зняття готової деталі здійснює оператор або автоматичний завантажувач. Зчитувальний пристрій (СУ)зчитує інформацію з програмоносія. Інформація надходить у УЧПУ, воно видає керуючі команди на цільові механізми (ЦМ)верстата, що здійснюють основні та допоміжні рухи обробки. Датчики зворотного зв'язку (ДОС)на основі інформації (фактичні положення та швидкість переміщення виконавчих вузлів, фактичний розмір оброблюваної поверхні, теплові та силові параметри технологічної системи та ін.) контролюють величину переміщення ЦМ. Верстат містить декілька ЦМ,кожен з яких включає: двигун (ДВ), що є джерелом енергії; передачу П,службовця для перетворення енергії та її передачі від двигуна до виконавчого органу ( ВВ); власне ВВ(стіл, санки, супорт, шпиндель і т. д.), що виконує координатні переміщення циклу.

Малюнок 3- Структурна схема системи ЧПУ

Універсальні системи ЧПУ надають користувачеві та оператору великі можливості. Вони можуть бути пристосовані шляхом програмування до широкого класу об'єктів, у тому числі різних верстатів; забезпечують при цьому всі види інтерполяції - лінійну, кругову, параболічну та ін, а також підготовку та налагодження керуючої програми безпосередньо біля верстата в діалоговому режимі. Керуюча програма може зберігатися в пам'яті і зчитуватися з неї в процесі обробки, що в ряді випадків дозволяє уникнути попереднього введення програми шляхом її зчитування з програмоносія. Системи ЧПУ мають широкі можливості для редагування програми, дають можливість автоматичної корекції (з пам'яті) без використання коректорів пульта. Слід зазначити наявність спеціальних програм діагностики для перевірки роботи вузлів з метою виявлення джерел несправності, також можливість збереження в пам'яті інформації про систематичні похибки кінематичних ланцюгів та виключення або компенсації цих похибок при відтворенні заданого профілю; можливість введення в систему обмежень на зону обробки, щоб уникнути шлюбу або поломки верстата; повернення будь-яку точку, у якій було перервано процес обробки. Універсальні системи ЧПУ працюють у лінійних та полярних координатах, забезпечуючи перетворення координатних осей, наприклад при використанні на горизонтально- фрезерних верстатахпрограм, складених для вертикально-фрезерних верстатів.

Основним режимом роботи пристрою ЧПУ – автоматичний режим. У процесі автоматичної обробки програми, що управляє, вирішується широке коло завдань різного рівня складності: опитування кнопок пульта оператора; розподіл та видача даних для індикації на пульті оператора; обчислення поточного положення за координатами та видача інформації на пульт оператора; розрахунок циклів обробки; розрахунок усунення еквідистанти; запровадження корекції; компенсація похибок; опитування датчиків електроавтоматики; опитування сигналів готовності пристроїв введення-виведення; інтерполяція; розрахунок швидкості; розрахунок режимів розгону-гальмування; опитування датчиків зворотного зв'язку; видача керуючих впливів на технологічне устаткування; аналіз поточного часу; контроль часу відпрацювання керуючої програми; аналіз виконання програми, що міститься у цьому кадрі; підготовка вихідної інформації обробки наступного кадру.

Система ЧПУ може змінюватись залежно від виду програмоносія, способу кодування інформації в УП та методу її передачі в систему ЧПУ.

Числове програмне управління (ЧПУ)– це управління, у якому програму задають як записаного якому – чи носії масиву інформації. Керуюча інформація для систем ЧПУ є дискретною та її обробка в процесі керування здійснюється цифровими методами. Управління технологічними циклами практично повсюдно здійснюється за допомогою програмованих логічних контролерів, реалізованих з урахуванням принципів цифрових електронних обчислювальних устройств.

Програмовані контролери

Програмований контролер (ПК ) – це пристрій керування електроавтоматикою верстата за допомогою певних алгоритмів, реалізованих програмою, що зберігається у пам'яті пристрою. Програмований контролер (командоапарат) може застосовуватися автономно в системі ЦПУ, або входити до складу загальної системиуправління (наприклад, системи управління гнучкого виробничого модуля (ДПМ)), і навіть застосовуватися керувати устаткуванням автоматичних ліній та інших. Структурна схема наведено малюнку 4.

Малюнок 4- Структурна схема програмованого контролера:

1 – процесор; 2 – таймер та лічильники; 3 – пам'ять, що перепрограмується; 4 – оперативна пам'ять (ОЗП); 5 – загальна шина зв'язку блоків; 6 – блок зв'язку з пристроєм ЧПУ чи ЕОМ; 7 – блок підключення пульта для програмування; 8 – модулі введення; 9 – комутатор введення – виведення; 10 – модулі виведення; 11 – пульт програмування з клавіатурою та дисплеєм.

Більшість програмованих контролерів мають модульну конструкцію, до складу якої входять джерело живлення, процесорний блок та програмована пам'ять, а також різні модулі входів/виходів. Модулі введення (вхідні модулі) формують сигнали, що надходять від різних периферійних пристроїв (кінцевих вимикачів, електричних апаратів, теплових реле тощо). Сигнали, що надходять на вхід, мають, як правило, два рівні «Про» та «1». Модулі виведення (вихідні модулі) подають сигнали на керовані виконавчі пристрої електроавтоматики верстата (контактори, пускачі, електромагніти, сигнальні лампи, електромагнітні муфти тощо). При вихідному сигналі «1» відповідний пристрій отримує команду включення, а вихідному сигналі «О» - на вимикання.

Процесор із пам'яттю вирішує логічні завдання управління модулями виведення на підставі інформації, що надходить на модулі введення, та алгоритмів управління, введених у пам'ять. Таймери налаштовують на забезпечення витримок часу відповідно до циклів роботи ПК.Лічильники також вирішують завдання реалізації циклу роботи ПК.

Введення програми в пам'ять процесора та її налагодження виконуються за допомогою спеціального переносного пульта, що тимчасово підключається до ПК.Цим пультом, що є пристрій запису програми, можна обслуговувати почергово кілька ПК.У процесі запису програми на дисплеї пульта відображається поточний стан керованого об'єкта в релейних символах чи умовних позначеннях. Введення програми може здійснюватися через блок зв'язку з пристроєм ЧПУ або ЕОМ.

Всю програму, що зберігається в пам'яті, можна розбити на дві частини: основну, що є алгоритмом управління об'єктом, і службову, що забезпечує обмін інформацією між ПКта керованим об'єктом. Обмін інформацією між ПК та керованим об'єктом полягає в опитуванні входів (отримання інформації з керованого об'єкта) та перемикання виходів (видача керуючого впливу на керований об'єкт). Відповідно до цього службова частина програми складається з двох етапів: опитування входів та перемикання виходів.

У програмованих контролерах використовують різні типи пам'яті , в якій зберігається програма електроавтоматики верстата: електричну енергонезалежну пам'ять, що перепрограмується; оперативну пам'ять із вільним доступом; стирається ультрафіолетовим випромінюванням і електрично перепрограмована.

Програмований контроль має систему діагностики: входів/виходів, помилки у роботі процесора, пам'яті, батареї, зв'язку та інших елементів. Для полегшення пошуку несправності сучасні інтелектуальні модулі мають самодіагностику.

Програмований логічний контролер (ПЛК) - Це мікропроцесорна система, призначена для реалізації алгоритмів логічного управління. Контролер призначений замінити релейно-контактних схем, зібраних на дискретних компонентах – реле, лічильниках, таймерах, елементах жорсткої логіки.

Сучасний ПЛКможе обробляти дискретні та аналогові сигнали, керувати клапанами, кроковими двигунами, сервоприводами, перетворювачами частоти, здійснювати регулювання.

Високі експлуатаційні характеристики роблять доцільним застосування ПЛКскрізь, де потрібна логічна обробка сигналів від датчиків. Застосування ПЛКзабезпечує високу надійність роботи устаткування; просте обслуговування пристроїв керування; прискорені монтаж та налагодження обладнання; швидке оновлення алгоритмів управління (у тому числі і на обладнанні, що працює).

Крім прямих вигод від застосування ПЛК,обумовлених низькою ціною та високою надійністю, є й опосередковані: з'являється можливість реалізувати додаткові функції, не ускладнюючи та не збільшуючи вартості готової продукції, які допоможуть повніше реалізувати можливості обладнання. Великий асортимент ПЛКдає можливість знаходити оптимальні рішення як для нескладних завдань, так і для комплексної автоматизації виробництва.

Програмоносії

Програма роботи виконавчих органів верстата визначається за допомогою програмоносія.

Програмоносій – це носій даних, у якому записана керуюча програма.

Програмоносій може містити як геометричну, так і технологічну інформацію. Технологічна інформація забезпечує певний цикл роботи верстата, містить дані про послідовність введення в роботу різних інструментів, про зміну режиму різання і включення мастильно-охолоджувальної рідини і т.д., а геометрична – характеризує форму, розміри елементів оброблюваної заготовки та інструменту та їх взаємне становище у просторі.

Найбільш поширеними програмоносіями є:

перфокарта - виготовляється з картону, має форму прямокутника, один кінець якого зрізаний для орієнтації при встановленні картки в пристрій для зчитування. Програма записується пробиванням отворів на місці відповідних цифр.

восьмидоріжкові перфострічки (Рисунок 5) шириною 25,4 мм. Транспортна доріжка 1, служить для переміщення стрічки (за допомогою барабана) зчитувальному пристрої. Робочі отвори 2, що несуть інформацію, пробивають на спеціальному пристрої, званому перфоратором. Інформацію на перфострічку наносять кадрами, кожен із яких є складовою УП. У кадрі можна записати тільки такий набір команд, при якому кожному виконавчому органу верстата задається не більше однієї команди (наприклад, в одному кадрі не можна задати рух ІВ як праворуч, так і ліворуч);

Малюнок 5- Восьмидоріжкова перфострічка

1 – кодові доріжки; 2 – кромка базова; 3 – номер кодової доріжки; 4 – порядковий номер біта в кодовій комбінації

магнітна стрічка – двошарова композиція, що складається з пластмасової основи та робочого шару із порошкового феромагнітного матеріалу. Інформація на магнітну стрічку записується у вигляді магнітних штрихів, що наносяться вздовж стрічки та розташовуються в кадрі УП з певним кроком, що відповідає заданій швидкості ІВ. При зчитуванні УП магнітні штрихи перетворюються на керуючі імпульси. Кожному штриху відповідає один імпульс. Кожному імпульсу відповідає певне (дискретне) переміщення ІВ; Довжина цього переміщення визначається числом імпульсів, що містяться у кадрі магнітної стрічки. Такий запис команд на переміщення ІВ називається декодованою .

Декодування здійснюється за допомогою інтерполятора , який перетворює введену в нього (на перфострічці або від ЕОМ) кодовану геометричну інформацію про контур оброблюваної деталі в послідовність імпульсів, що управляють, відповідних елементарним переміщенням ІО. Запис декодованої програми на магнітну стрічку виробляють на спеціальному пристрої, що включає: інтерполюючий пристрій з виходом, призначеним для запису; стрічкопротяжний механізм з магнітними головками для стирання, запису та відтворення.

Інформацію в декодованому вигляді записують, зазвичай, на магнітну стрічку, а кодованому – на перфострічку чи перфокарту. Магнітні стрічки застосовують у токарних верстатах із кроковими двигунами, яким необхідний декодований вид програми.

Інтерполяція – це відпрацювання програми руху робочого органу (інструменту), за контуром оброблюваної поверхні деталі, послідовно окремими ділянками (кадрами).

Інтерполятор – блок УЧПУ, відповідальний за обчислення координат проміжних точок траєкторії, що має пройти інструмент між точками, заданими в УП. Інтерполятор має як вихідні дані команду УП переміщення інструменту від початкової до кінцевої точки по контуру у вигляді відрізка прямої, дуги кола тощо.

Для забезпечення точності відтворення траєкторії близько 1 мкм (точність датчиків положення і точність позиціонування супорту становлять близько 1 мкм) інтерполятор видає керуючі імпульси кожні 5...10 мс, що вимагає від нього високої швидкодії.

З метою спрощення алгоритму роботи інтерполятора задані криволінійний контур формується зазвичай з відрізків прямих ліній або з дуг кіл, причому часто кроки переміщень різними осями координат виконуються неодночасно, а по черзі. Тим не менш, за рахунок високої частоти видачі керуючих впливів та інерційності механічних вузлів приводу відбувається згладжування ламаної траєкторії до плавного криволінійного контуру.

Інтерполятор, що входить до системи ЧПУ, виконує такі функції:

на основі чисельних параметрів ділянки оброблюваного контуру (координат початкової та кінцевої точок прямої, величини радіусу дуги і т. д.), заданих УП, розраховує (з певною дискретністю) координати проміжних точок цієї ділянки контуру;

виробляє керуючі електричні імпульси, послідовність яких відповідає переміщенню (з необхідною швидкістю) виконавчого органу верстата траєкторії, що проходить через ці точки.

У системах ЧПУ застосовують в основному лінійні та лінійно-кругові інтерполятори; перші забезпечують переміщення інструменту між сусідніми опорними точками по прямих лініях, розташованих під будь-яким кутом, а другі - як по прямих лініях, так і по дугах кіл.

Лінійна інтерполяція- Ділянки між дискретними координатами представляються прямою лінією, розташованої в просторі відповідно до траєкторії руху ріжучого інструменту.

Кругова інтерполяція– передбачає уявлення ділянки контуру обробки у вигляді дуги відповідного радіусу. Можливості пристроїв ЧПУ дозволяють забезпечити інтерполяцію шляхом опису ділянки контуру складним рівнянням алгебри.

Гвинтова інтерполяція– гвинтова лінія складається з двох видів рухів: кругового в одній площині та лінійного перпендикулярно до цієї площини. В даному випадку може програмуватися або подача кругового руху, або лінійна подача трьох координат (осей) верстата, що використовуються.

Найважливішою технічною характеристикою системи ЧПУ є її роздільна здатність або дискретність .

Дискретність- Це мінімально можлива величина переміщення (лінійного або кутового) виконавчого органу верстата, що відповідає одному керуючому імпульсу.

Більшість сучасних систем ЧПУ мають дискретність 0,01 мм/імпульс. Освоюються у виробництві системи з дискретністю 0,001 мм/імпульс.

Система ЧПУ фактично витісняють інші типи систем управління.

Класифікація систем ЧПУ

За технологічними можливостями та характером руху робочих органів системи ЧПУподіляють на три групи:

Позиційні системи забезпечують прямолінійне переміщення виконавчого органу верстата за однією або двома координатами. Переміщення ІО з позиції до позиції здійснюється з максимальною швидкістю, а його підхід до заданої позиції – з мінімальною («повзучою») швидкістю. Такими системами ЧПУ оснащені свердлильні та координатно-розточувальні верстати.

Контурні системи призначені для виконання робочих переміщень по певній траєкторії із заданою швидкістю згідно з програмою обробки. Системи ЧПУ, що забезпечують прямокутне, прямолінійне та криволінійне формоутворення, відносяться до контурних (безперервних) систем, оскільки вони дозволяють обробити деталь за контуром. У системах ЧПУ з прямокутним формоутворенням ІВ верстата переміщається по координатних осях по черзі, тому траєкторія інструменту має ступінчастий вигляд, а кожен елемент цієї траєкторії паралельний координатним осям. Число керованих координат у таких системах досягає 5 , а число одночасно керованих координат 4 . У системах ЧПУ з прямолінійним формоутворенням розрізняють рух інструменту при різанні двома координатними осями (X і Y). У цих системах використовується двокоординатний інтерполятор, що видає керуючі імпульси відразу на два приводи подач. Загальне кількість керованих координат 2-5. Системи ЧПУ з криволінійним формоутворенням дозволяють керувати обробкою плоских та об'ємних деталей, що містять ділянки зі складними криволінійними контурами. Контурні системи ЧПУ мають кроковий двигун. Такими системами оснащуються токарні, фрезерні, розточувальні верстати.

Комбіновані системи (універсальні) мають особливості як позиційних, так і контурних систем і найбільш типові для багатоцільових верстатів (свердлильно-фрезерно-розточувальних).

У верстатах із системами ЧПУ управління здійснюється від програмоносія, на якому в числовому вигляді, занесена геометрична та технологічна інформація.

В окрему групу виділяють верстати з цифровою індикацією та переднабором координат. У цих верстатах є електронне пристрій для завдання координат потрібних точок (переднабір координат) і хрестовий стіл, з датчиками положення, який дає команди на переміщення до необхідної позиції. При цьому на екрані висвічується кожне положення столу (цифрова індикація) . У таких верстатах можна застосовувати набір координат або цифрову індикацію; вихідну програму роботи задає верстатник.

У моделях верстатів із ПУ для позначення ступеня автоматизації додається буква Ф із цифрою:

Ф 1- Верстати з цифровою індикацією та переднабором координат;

Ф 2– верстати з прямокутними та позиційними системами ЧПУ;

Ф 3– верстати з контурними прямолінійними та криволінійними системами ЧПУ;

Ф 4- Верстати з універсальною системою ЧПУ для позиційно - контурної обробки.

Крім того, до позначення моделі верстата з ЧПУ можуть додаватися приставки С1, С2, С3, С4 і С5, що вказує на різні моделі систем ЧПУ, що застосовуються в верстатах, а також різні технологічні можливості верстатів. Наприклад, верстат моделі 16К20Ф3С1 оснащений системою ЧПУ "Контур 2ПТ-71", верстат моделі 16К20Ф3С4 - системою ЧПУ ЕМ907 і т.д.

Для верстатів з цикловими системами ПУ у позначенні моделі введено індекс Ц , з оперативними системами – індекс Т (наприклад, 16К20Т1). ЧПУ забезпечує управління рух робочих органів верстата та швидкістю їх переміщення при формоутворенні, а також послідовністю циклу обробки, режиму різання, різними допоміжними функціями.

Для характеристики верстатів з ЧПУ використовують такі показники:

Клас точності :Н- Нормальної точності, П- Підвищеної точності, У– високої точності, А- Особливо високої точності, З- Надвисокої точності (майстер-верстати);

Технологічні операції , виконувані на верстаті : точення, свердління, фрезерування, шліфування тощо;

Основні параметри верстата : для патронних верстатів- Найбільший діаметр встановлюваного виробу над станиною; для центрових та патронних верстатів- Найбільший діаметр виробу, що обробляється над супортом; для прутково-токарнихверстатів - найбільший діаметр прутка, що обробляється; для фрезерно-розточувальнихверстатів – габаритні розміри (довжина, ширина) робочої поверхні столу, діаметр робочої поверхні круглого поворотного столу; для свердлильнихверстатів - найбільший діаметр свердління, діаметр шпинделя, що висувається і т. д.;

Величини переміщень робочих органів верстата – супорту за двома координатами, столу за двома координатами, шпиндельного вузла за лінійною та кутовою координатами тощо;

Розмір дискретності (ціна поділу) мінімальне завдання переміщення за програмою (крок);

Точність і повторюваність позиціонування за керованими координатами ;

Привід головного руху – тип, номінальне та максимальне значення потужності, межі швидкостей обертання шпинделя (ступінчасте або безступінчасте), число робочих швидкостей, число швидкостей, що автоматично перемикаються;

Привід подачі верстата – координата, тип, номінальний та максимальний моменти, межі швидкостей робочих подач та кількість швидкостей робочих подач, швидкість швидкого переміщення;

Число інструментів – у різцетримачі, револьверній головці, інструментальному магазині;

Вид зміни інструменту - Автоматичний, ручний;

Габаритні розміри верстата та його маса .

За способом підготовки та введення керуючої програми розрізняють:

оперативні системи ЧПУ(у цьому випадку керуючу програму готують та редагують безпосередньо на верстаті, у процесі обробки першої деталі з партії або імітації її обробки);

адаптивні системи, для яких програма керування готується, незалежно від місця обробки деталі. Причому незалежна підготовка програми, що управляє, може виконуватися або за допомогою засобів обчислювальної техніки, що входять до складу системи ЧПУ даного верстата, або поза нею (вручну або за допомогою системи автоматизації програмування.)

За рівнем технічних можливостейу міжнародній практиці прийнято такі позначення числових систем програмного управління:

NC(Computer Numerical Control) – ЧПУ;

HNC(Hand Numerical Control) – різновид пристрою ЧПУ із завданням програми обробки оператором з пульта за допомогою клавіш, перемикачів тощо;

SNC(Speiher Numerical Control) – пристрій ЧПУ, що має пам'ять для зберігання всієї програми, що управляє (програма зберігається у внутрішній пам'яті);

CNC– пристрій ЧПУ дозволяє керувати одним верстатом із ЧПУ; пристрій відповідає структурі міні-керуючої – ЕОМ або процесора; розширює функціональні можливості програмного управління, з'являється можливість зберігання УП та її редагування на робочому місці, діалогове спілкування з оператором, широкі можливості корекції, можливість зміни програми під час її експлуатації та ін;

DNC(Direct Numerical Control) - системи вищого рівня, що забезпечують: управління одночасно групою верстатів від загальної ЕОМ; зберігання у пам'яті дуже значної кількості програм; взаємодія з допоміжними системами ДПС (транспортування, складування); вибір часу початку обробки тієї чи іншої деталі; облік часу роботи та простоїв обладнання тощо.

За кількістю потоків інформаціїсистеми ЧПУ діляться на замкнуті, розімкнені та адаптивні.

Розімкнуті системихарактеризуються наявністю одного потоку інформації, що надходить зі зчитувального пристрою до виконавчого органу верстата. У механізмах таких систем використовують крокові двигуни. Він є пристроєм, що задає, сигнали якого посилюються різними способами, наприклад, за допомогою гідропідсилювача моментів, вал якого пов'язаний з ходовим гвинтом приводу подач. У розімкнутій системі немає датчика зворотного зв'язку і тому відсутня інформація про дійсне положення виконавчих органів верстата.

Замкнуті системиЧПУ характеризуються двома потоками інформації – від зчитувального пристрою та від датчика зворотного зв'язку по дорозі. У цих системах неузгодженість між заданими та дійсними величинами переміщень виконавчих органів усувається завдяки наявності зворотного зв'язку.

Адаптивні системиЧПУ характеризуються трьома потоками інформації: 1) від зчитувального пристрою; 2) від датчика зворотного зв'язку шляхом; 3) від датчиків, встановлених на верстаті та контролюючих процес обробки за такими параметрами, як знос різального інструменту, зміна сил різання та тертя, коливання припуску та твердості матеріалу оброблюваної заготовки та ін. Такі програми дозволяють коригувати програму обробки з урахуванням реальних умов різання.

Використання конкретного виду обладнання з ЧПУ залежить від складності деталі, що виготовляється, і серійності виробництва. Чим менше серійне виробництво, тим більшу технологічну гнучкість повинен мати верстат.

При виготовленні деталей зі складними просторовими профілями в одиничному дрібносерійному виробництві використання верстатів із ЧПУ є майже єдиним технічно виправданим рішенням. Це обладнання доцільно застосовувати і у разі, якщо неможливо швидко виготовити оснастку. У серійному виробництві також доцільно використовувати верстати з ЧПУ. Останнім часом широко використовують автономні верстати з ЧПУ або системи з таких верстатів в умовах великосерійного виробництва, що переналагоджується.

Принципова особливість верстата з ЧПУ – це робота за програмою керування (УП), на якій записані цикл роботи обладнання для обробки конкретної деталі та технологічні режими. При зміні деталі, що обробляється на верстаті, необхідно просто змінити програму, що скорочує на 80...90% трудомісткість переналагодження в порівнянні з трудомісткістю цієї операції на верстатах з ручним управлінням.

Основні переваги верстатів з ЧПУ:

продуктивність верстата підвищується в 1,5 .... 2,5 рази в порівнянні з продуктивністю аналогічних верстатів з ручним управлінням;

поєднується гнучкість універсального обладнання з точністю та продуктивністю верстата - автомата;

знижується потреба у кваліфікованих робітників – верстатниках, а підготовка виробництва переноситься у сферу інженерної праці;

деталі, виготовлені за однією програмою. Є взаємозамінними, що скорочує час робіт при гонці в процесі складання;

скорочуються терміни підготовки та переходу на виготовлення нових деталей, завдяки попередній підготовці програм, більш простому та універсальному технологічному оснащенню;

знижується тривалість циклу виготовлення деталей та зменшується запас незавершеного виробництва.

Контрольні питання:

Що таке програмне керування верстатами? Які види ПУ верстатами ви знаєте?

Що позначають верстати із ЦПУ?

Що таке система ЧПУ верстатом? Які системи ЧПУ ви знаєте?

У чому полягає принципова особливість верстатів із ЧПУ?

Перерахуйте основні переваги застосування верстатів із ЧПУ?

Осі координат та структури рухів верстатів з ЧПУ

Для всіх верстатів ЧПУ застосовують єдину системупозначень координат, рекомендовану стандартом ISO – R841: 1974. Координати позначають положення осі обертання шпинделя верстата або заготовки, а також прямолінійні або кругові рухи подачі інструменту або заготовки. При цьому позначення осей координат і напрямок рухів у верстатах встановлюють так, щоб програмування операцій обробки не залежало від того, чи інструмент переміщується або заготівля чи ні. За основу приймається переміщення інструменту щодо системи координат нерухомої заготівлі.

Стандартна система координат являє собою праву прямокутну систему, пов'язану із заготівлею, осі якої паралельні прямолінійним напрямним верстата.

Усі прямолінійні переміщення розглядаються у системі координат X , Y , Z . Круговий рух по відношенню до кожної з координатних осей позначають великими літерами латинського алфавіту : А, В, С (Рисунок 6).У всіх верстатах вісь Z збігається з віссю шпинделя головного руху, тобто шпинделя, що обертає інструмент (у верстатах свердлильно-фрезерно-розточувальної групи), або шпинделя, що обертає заготівлю (у верстатах токарної групи). За наявності декількох шпинделів в якості основного вибирають перпендикулярний шпиндель до робочої поверхні столу, на якому кріпиться заготівля.

Малюнок 6- Стандартна система координат у верстатах з ЧПУ

Рух по осі Z у позитивному напрямку має відповідати напрямку відведення інструменту від заготівлі . На свердлильних та розточувальних верстатах обробка відбувається при переміщенні інструменту в негативному напрямку по осі Z.

Ось X повинна розташовуватися переважно горизонтально і паралельно поверхні кріплення заготівлі. На верстатах з заготовкою, що обертається (токарні) рух по осі X спрямований по радіусу заготовки і паралельно поперечним напрямним. Позитивний рух по осі X відбувається, коли інструмент , встановлений у головному різцетримачі поперечних санок, відходить від осі обертання заготівлі.

На верстатах з інструментом, що обертається. (фрезерні, свердлильні) при горизонтальному розташуванні осі Z позитивне переміщення по осі X направлено вправо, якщо дивитися від основного інструментального шпинделя у бік виробу. При вертикальному розташуванні осі Z позитивне переміщення по осі X вправо для одностійкових верстатів, а для двостоєчних від основного інструментального шпинделя на ліву стійку.

Позитивний напрямок по осі Y слід вибирати так, щоб вісь Y разом з осями Z та X утворила праву прямокутну систему координат. І тому використовую правило правої руки: великий палець – вісь X, вказівний – вісь Y, середній - вісь Z ( малюнок).

Якщо додатково до основних (первинних) прямолінійних рухів по осях X, Y і Z є вторинні рухи, паралельні їм, то вони позначаються відповідно U, V, W. У разі, якщо є третинні рухи, їх позначають P, Q і R.

Первинні, вторинні та третинні рухи робочих органів верстата визначаються залежно від віддаленості цих органів від основного шпинделя.

Вторинні обертальні рухи, паралельні або паралельні осям А, В і С, позначаються D або E.

Способи та початок відліку координат

При налаштуванні верстата з ЧПУ кожен виконавчий орган встановлюється у деяке вихідне положення, з якого він переміщується при обробці заготовки на певні відстані. Завдяки цьому інструмент проходить через задані опорні точки траєкторії. Величини та напрями переміщень виконавчого органу з одного положення до іншого задаються в УП і можуть виконуватися на верстаті по-різному залежно від конструкції верстата та системи ЧПУ. У сучасних верстатах з ЧПУ застосовуються два способи відліку переміщень: абсолютний та відносний (у приростах).

Абсолютний спосіб відліку координат – положення початку координат фіксоване (нерухоме) для всієї програми обробки заготовки. При складанні програми записуються абсолютні значення координат послідовно розташованих точок, заданих від початку координат. При обробці програми координати щоразу відраховуються від цього початку, що унеможливлює накопичення похибки переміщень у процесі обробки програми.

Відносний спосіб відліку координат – за нульове положення щоразу приймається положення виконавчого органу, яке він займає перед початком переміщення до наступної опорної точки. У цьому випадку програму записуються збільшення координат для послідовного переміщення інструменту від точки до точки. Цей спосіб відліку використовується у контурних системах ЧПУ. Точність позиціонування виконавчого органу у цій опорній точці визначається точністю обробки координат всіх попередніх опорних точок, починаючи від вихідної, що призводить до накопичення похибок переміщення у процесі обробки програми.

Для зручності програмування та налаштування верстатів з ЧПУ початок координат у ряді випадків може бути обрано будь-де в межах ходів виконавчих органів. Таке початок координат називається « плаваючим нулем» і використовується в основному на свердлильних та розточувальних верстатах, оснащених позиційними системами ЧПУ.

Розробка керуючих програм

При розробці програми, що управляє, необхідно:

спроектувати маршрутну технологію обробки у вигляді послідовності операцій з вибором різальних та допоміжних інструментів та пристроїв;

розробити операційну технологію з розрахунком режимів різання та визначенням траєкторій руху різальних інструментів;

визначити координати опорних точок для траєкторій руху ріжучих інструментів;

скласти розрахунково-технологічну карту та карту налагодження верстата;

закодувати інформацію;

нанести інформацію на програмоносій та переслати на згадку про пристрій ЧПУ верстата або вручну набрати на пульті пристрою ЧПУ;

проконтролювати та за необхідності виправити програму.

Для програмування необхідний креслення деталі, посібник з експлуатації верстата, інструкція з програмування, каталог різальних інструментів та нормативи режимів різання.

Відповідно до ГОСТ20999-83 запис елементів програми проводиться у певному порядку у вигляді послідовності кадрів та з використанням відповідних символів (див. таблицю 1).

Таблиця 1 Значення керуючих символів та знаків

Символ	Значення
	Кут повороту навколо осі X
	Кут повороту навколо осі Y
	Кут повороту навколо осі Z
	Друга функція інструменту
	Друга функція подачі
	Перша функція (швидкість) подачі
	Підготовча функція
	Корекція довжини інструменту
	Параметр кутової інтерполяції або крок різьблення паралельно осі X
	Параметр кутової інтерполяції або крок різьблення паралельно до осі Y
	Параметр кутової інтерполяції або крок різьблення паралельно осі Z
	Допоміжна функція
	Номер кадру
	Третинна довжина переміщення, паралельного осі X
	Третинна довжина переміщення, паралельного осі Y
	Переміщення на швидкому ході осі Z або третинна довжина переміщення, паралельного осі Z
	Функція (швидкість) головного руху
	Перша функція інструменту
	Вторинна довжина переміщення, паралельно осі X
	Вторинна довжина переміщення, паралельно осі Y
	Вторинна довжина переміщення, паралельно осі Z
	Первинна довжина переміщення, паралельно осі X
	Первинна довжина переміщення, паралельно осі Y
	Первинна довжина переміщення, паралельно осі Z
	Символ, що означає кінець кадру керуючої програми
	Знак, що означає початок керуючої програми
	Математичний знак
	Математичний знак
	Десятковий знак

Кадр програми (фраза)- послідовність слів, розташованих у певному порядку та несучих інформацію про одну технологічну робочу операцію (рисунок 8).

Слово програми– послідовність символів, що у певному зв'язку як єдине ціле.

Малюнок 8- Кадр програми

Кожен кадр керуючої програми повинен містити:

слово "Номер кадру";

інформаційні слова чи слово (допускається не використовувати);

символ "Кінець кадру";

символ табуляції (не допускається застосовувати). При використанні цих символів вони проставляються перед кожним словом у кадрі УП, крім слова «Номер кадру».

слово (або слова) «Підготовча функція»;

слова "Розмірні переміщення", які рекомендується записувати в наступній послідовності символів: X, Y, Z, U, V, W, Р, Q, R, A, B, C;

слова "Параметр інтерполяції" або "Крок різьблення" I, J, K;

слово (або слова) «Функція подачі», які відносяться лише до певної осі та повинні слідувати безпосередньо за словами «Розмірне переміщення» по цій осі; слово "Функція подачі", що відноситься до двох і більше осей, має слідувати за словом "Розмірне переміщення";

слово "Функція головного руху";

слово (або слова) "Функція інструменту";

слово (або слова) "Допоміжна функція".

Порядок та кратність запису слів з адресами D, E, H, U, V, W, P, Q, R, що використовуються у значеннях, відмінних від прийнятих, вказують у формі конкретного пристрою ЧПУ.

У межах одного кадру УП не повинні повторюватися слова "Розмірні переміщення" та "Параметр інтерполяції" або "Крок різьблення"; не повинні використовуватися слова «Підготовча функція», що входять до однієї групи.

Після символу « Головний кадр» (:) в УП має бути записана вся інформація, необхідна для початку або поновлення обробки. Цей символ використовується для визначення початку програми на носії даних.

Кожне слово у кадрі УП має складатися із символу адреси (велика буква латинського алфавіту згідно з таблицею), математичного знака «+» або «-« (за потреби), послідовності цифр.

Слова в УП можуть бути записані одним із двох способів: без використання десяткового знака (мається на увазі положення десяткової коми) та з його використанням (явне становище десяткової коми). Явна десяткова кома позначається символом «DS». Мається на увазі положення десяткової коми має бути визначено в характеристиках конкретного пристрою ЧПК.

При записі слів із використанням десяткового знака слова, у яких десятковий знак відсутній, повинні розглядатися пристроєм ЧПК як цілі числа. У цьому випадку можуть бути опущені незначні нулі, що стоять до та (або) після знака: Х.03 означає розмір 0,03 мм по осі Х; Х1030 – розмір 1030 мм по осі Х.

В даний час під час програмування частіше використовується адресний спосіб запису інформації на перфострічку. Інформація кожного кадру поділяється на два види: 1) буква (адреса), що означає виконавчий орган системи ЧПУ (або верстата), якому подається команда; 2) число, що йде за адресою і означає величину переміщення виконавчого органу верстата (зі знаком «+» або «-») або кодовий запис (наприклад, величина подачі тощо). Літера і наступне число є словом. Кадр програми складається з одного, двох чи кількох слів.

Кодований запис ряду кадрів УП для обробки заготовки на токарному верстаті може мати такий вигляд:

№ 003 X+000000 – переміщення різця в нульову точку по осі Х;

№ 004 Z+000000 – переміщення різця в нульову точку по осі Z;

№ 005 G26 - команда на роботу у прирощенні

№ 006 G10 X -006000 - G10 -лінійна інтерполяція (прямолінійна

траєкторія переміщення)

№007 X-014000 F10080

№008 Z+000500 F10600

№009 X +009500 F70000

№010 X +002000 Z -001000 F10100

………………………………………………………..

…………………………………………………………….

№………М102

Цифри після букв визначають число розрядів числової частини слова. У дужках адрес X,Z,I,K зазначені можливі розряди чисел, що виражають геометричну інформацію при різних режимах роботи УЧПУ. Ця інформація записується у вигляді числа імпульсів (кількість міліметрів переміщення ІО, поділена на величину дискретності їх обробки).

Слово (або слова ) «Підготовча функція» має бути виражено кодовим символом відповідно до таблиці 2 .

Таблиця 2 - Підготовчі функції

Позначення функції	Значення функції
	Позиціювання. Переміщення на швидкому ходу задану точку. Раніше задана робоча подача не скасовується
	Лінійна інтерполяція. Переміщення із запрограмованою подачею по прямій до точки
	Кругова інтерполяція відповідно по ходу та проти ходу годинникової стрілки
	Затримка в обробці на певний час, який задається з пульта керування або кадру
	Тимчасова зупинка. Тривалість зупинки не обмежена. У роботу верстат вмикається натисканням кнопки
	Параболічна інтерполяція. Рух по параболі із запрограмованою подачею
	Розгін. Плавне збільшення швидкості подачі до запрограмованого значення на початку руху
	Гальмування наприкінці кадру. Плавне зменшення швидкості подачі до фіксованого значення
	Площини інтерполяції відповідно XY, XZ, YZ
	Нарізання різьблення відповідно з постійним кроком, що збільшується і зменшується.
	Скасування корекції інструмента, заданого однією з функцій G41-G52
	Коригування діаметра або радіуса інструменту при контурному керуванні. Ріжучий інструмент розташований відповідно ліворуч і праворуч від деталі
	Корекція діаметра або радіуса інструменту відповідно позитивна та негативна
	Корекція діаметра або радіуса інструменту при прямолінійному формоутворенні: G45+/+, G46+/-, G47-/-, G48-/+, G49 0/+, G50 0/-,
	Скасування лінійного зсуву, заданого однією з функцій G54-G59
	Лінійний зсув по координатам X, Y, Zі в площинах XY, XZ, YZ відповідно
	Нарізання різьблення мітчиком
	Скасування постійного циклу, заданого однією з функцій G81-G89
	Постійні цикли
	Абсолютний розмір. Відлік переміщень в абсолютній системі координат з початком у нульовій точці системи ЧПУ
	Розмір у приростах. Відлік переміщень щодо попередньої запрограмованої точки
	Встановлення абсолютних накопичувачів положення
	Швидкість подачі у функції, зворотний час
	Одиниця подачі відповідно за хвилину і на оборот
	Одиниця швидкості різання (м/хв)
	Одиниця головного руху (про/хв)

Примітка: G07, G10-G16, G20, G32, G36-G39, G60-G62, G64-G79, G98, G99 - резервні коди.

Усі розмірні переміщення повинні задаватися в абсолютних значеннях чи збільшеннях. Спосіб управління повинен вибиратися однією з підготовчих функцій: G90 (абсолютний розмір) або G91 (розмір у приростах) ).

За адресою кожного слова «Розмірне переміщення» слідує дві цифри, перша з яких показує кількість розрядів перед десятковою комою, що передбачається, відокремлює цілу частину числа від дробової, друга – кількість розрядів після коми. Якщо можна опустити нулі, що стоять перед першою цифрою і після останньої в словах "Розмірні переміщення", за адресою "Розмірне переміщення" повинні слідувати три цифри. Якщо опускаються нулі, що стоять перед першою цифрою, то нулем повинна бути перша цифра. Якщо опускаються нулі, що стоять після цифри, нулем повинна бути остання цифра.

Усі лінійні переміщення мають бути виражені в міліметрах та їх десяткових частках. Усі кутові розміри даються у радіанах чи градусах. Допускається вираз кутових розмірів у десяткових частках обороту.

Якщо пристрій ЧПУ допускає завдання розмірів в абсолютних значеннях (позитивних чи негативних) залежно від початку системи координат, то математичний знак («+» або «-») є складовою слова «Розмірне переміщення» і має передувати першій цифрі кожного розміру.

Якщо абсолютні розміри завжди позитивні, то між адресою і наступним за ним числом не ставлять жодного знака, а якщо вони позитивні або негативні, то знак ставиться.

Якщо пристрій ЧПУ допускає завдання розмірів у приростах, то математичний знак повинен передувати першій цифрі кожного розміру, вказуючи напрямок переміщення.

Рух інструменту складною траєкторією забезпечується спеціальним пристроєм – інтерполятором.Інтерполяція лінійних та дугових відрізків проводиться окремо по ділянках заданої траєкторії. Кожна з ділянок може бути записана в одному або кількох кадрах керуючої програми.

Функціональний характер інтерполованої ділянки траєкторії (пряма, коло, парабола або крива вищого порядку) визначається відповідноюпідготовчою функцією (G01 - G03, G06). Для встановлення параметрів інтерполяціїзастосовують адреси I, J, K, використовуючи їх визначення геометричних характеристик кривих (наприклад, центру дуги кола, радіусів, кутів тощо. п.). Якщо разом з параметрами інтерполяції необхідно записати математичний знак («+» або «-»), він має йти за адресним символом та перед цифровими символами. Якщо знак відсутній, то мається на увазі знак +.

Початкова точка кожної ділянки інтерполяції збігається з кінцевою точкою попередньої ділянки, тож у новому кадрі вона не повторюється.Кожній наступній точці, що лежить на цій ділянці інтерполяції та має певні координати, відповідає окремий кадр інформації з адресами переміщень X, Y або Z.

Сучасні пристрої ЧПУ у своєму програмному забезпеченні мають «вбудовані» функції для виконання найпростішої інтерполяції. Так, у токарних верстатах із ЧПУ фаска під кутом 45° задається адресою Ззі знаком і кінцевим розміром за тією координатою, якою йде обробка деталі перед фаскою. Знак за адресою Зповинен збігатися зі знаком обробки за координатою X (Малюнок,а).Напрямок координати Z задається тільки в негативну сторону.

Для завдання дуги вказуються координати кінцевої точки дуги і радіус під адресою R з позитивним знаком при обробці годинникової стрілки і негативним при обробці проти ходу годинникової стрілки (рисунок 9).

Малюнок 9- Програмування фасок (а) та дуги (б) на токарному верстаті з ЧПУ

Подача та швидкість головного руху кодуються числами, кількість розрядів яких зазначена у форматі конкретного пристрою ЧПУ. Вибіртипу подачі G93 (подача у функції, зворотний час), G94 (подача за хвилину), G95 (подача оборот).

Вибіртипу головного руху має здійснюватися однією з підготовчих функцій:G96 (постійна швидкість різання) або G97 (обороти за хвилину).

Як основний метод кодування подачі використовується метод прямого позначення,при якому повинні застосовуватися такі одиниці: міліметр за хвилину – подача не залежить від швидкості головного руху; міліметр на оборот – подача залежить від швидкості руху; радіан за секунду (градус за хвилину) – подача відноситься лише до кругового переміщення. При прямому кодуванні швидкості головного руху число позначає кутову швидкість шпинделя(радіанах за секунду або обертах за хвилину) або швидкість різання (у метрах за хвилину). Наприклад, якщо у програмі частота обертання шпинделя задана як S – 1000, це означає, що шпиндель обертається протягом годинної стрілки з частотою обертання 1000 об/хв.(Якщо мінус відсутній, отже, обертання шпинделя відбувається проти годинникової стрілки).

Слово "Функція інструменту" використовується для вибору інструменту . Дозволяється застосовувати його для корекції (або компенсації) інструменту. У цьому випадку слово «Функція інструменту» складатиметься із двох груп цифр. Перша група використовується для вибору інструменту, друга – для корекції. Якщо для запису корекції (компенсації) інструменту використовується інша адреса, рекомендується використовувати символ D або H.

Кількість цифр, наступних за адресами T, D та H , Вказується у форматі конкретного пристрою ЧПУ.

Слово (або слова) «Допоміжна функція»виражається кодовим числом відповідно до таблиці 3.

Таблиця 3 – Допоміжні функції

Позначення функції	Значення функції
	Програмований зупинка. Зупинка шпинделя, подачі та вимикання охолодження
	Зупинка з підтвердженням. Те саме, що М 00, але виконується при попередньому натисканні відповідної кнопки на пульті оператора
	Кінець програми. Зупинка шпинделя та вимкнення подачі СОЖ
	Обертання шпинделя відповідно по ходу і проти ходу годинникової стрілки
	Зупинка шпинделя найбільш ефективним способом
	Зміна інструменту. Команда на зміну інструменту подається вручну або автоматично
	Включення охолодження відповідно №2 та №1
	Вимкнення охолодження. Скасовує команди М07, М08, М50, М51
	Затискач і розтискаємо. Належить до затискних пристроїв столів верстата, заготовки і т.д.
	Обертання шпинделя по ходу та проти годинникової стрілки при одночасному включенні охолодження
	Швидке переміщення в «+» та «-»
	Кінець програми для влаштування ЧПУ із вбудованою пам'яттю
	Зупинка шпинделя у певному кутовому положенні
	Кінець програми, якою є глава програми, що багато разів зчитується
	Кінець інформації
	Обхід блокування. Команда на тимчасове скасування блокування
	Діапазон подач відповідно №1 та №2
	Діапазон обертання шпинделя відповідно №1 та №2
	Скасування М 49
	Скасування ручної корекції
	Вимкнення охолодження відповідно №3 та №4
	Лінійне зміщення інструмента у положенні №1 та №2 відповідно
	Скасування М 59
	Постійна швидкість шпинделя
	Зміна заготівлі
	Лінійне зміщення заготовки у фіксоване положення 31 та №2 відповідно
	Зажим і віджимання заготовки
	Затискач і віджимання столу

Значення кроку різьблення має бути виражене в міліметрах на один оборот шпинделя. Кількість цифр у словах, що задають крок різьблення, визначено у форматі конкретного пристрою ЧПК. При нарізанні різьблення зі змінним кроком слова під адресами I та Kповинні задавати розміри початкового кроку різьблення.

Слово «Функція подачі» при постійному кроці різьблення не повинно програмуватися.

Кожна програма, що управляє, повинна починатися символом «Початок програми», після якого повинен стояти символ «Кінець кадру», а потім кадр з відповідним номером. Якщо потрібно позначити керуючу програму, це позначення (номер) має знаходитися безпосередньо за символом "Початок програми" перед символом "Кінець кадру".

Керуюча програма повинна закінчуватися символом "Кінець програми" або "Кінець інформації". Інформація, розміщена після символу «Кінець інформації», не сприймається пристроєм ЧПК. Перед символом «Початок програми» та після символу «Кінець програми» та «Кінець інформації» на перфострічці рекомендується залишати ділянки із символом ПУС («Пусто»).

Налагодження та коригування програми

Під час підготовки керуючої програми важливим моментом є розробка траєкторії руху різальних інструментів щодо деталі і цій основі – опис рухів відповідних органів верстата. І тому використовується кілька систем координат.

Головна розрахункова система – система координат верстата , в якій визначаються граничні переміщення та положення його робочих органів. Ці положення характеризуються базовими точками , які вибираються в залежності від конструкції верстата . Наприклад, для шпиндельного вузлабазовою точкою є точка перетину торця шпинделя з віссю його обертання, для хрестового столу- Точка перетину його діагоналей, для поворотного столу– центр повороту на дзеркалі столу тощо. буд. Положення осей та його напрями у стандартній системі координат розглянуті вище.

Початок стандартної системи координат зазвичай поєднується з базовою точкою вузла, що несе заготівлю. При цьому вузол фіксується в такому положенні, при якому всі переміщення робочих органів верстата відбуваються у позитивному напрямку(Малюнок 10). Від цієї базової точки,званою нулем верстата , Визначається положення робочих органів,якщо інформація про їхнє становище втрачена (наприклад, внаслідок аварійного вимкнення електроенергії). У нуль верстата робочі органи переміщаються при натисканні відповідних кнопок на пульті управління або за допомогою команд програми, що управляє. Точна зупинка робочих органів у нульовому положенні за кожною з координат забезпечується датчиками нульового положення. Наприклад, при токарній обробці, нуль верстата, щоб уникнути аварії, встановлюється зі зміщенням.

Система координат деталіз базовою точкою, що розглядається при закріпленні заготовки на верстаті, для визначення положення цієї системи та системи координат верстата відносно один одного (рисунок 9). Іноді такий зв'язок здійснюється при використанні базової точки кріпильного пристрою.

Система координат інструментупризначена для завдання його робочої частини щодо вузла кріплення. Інструмент описується в робочому положенні у зборі з державкою. При цьому осі системи координат інструменту паралельні до відповідних осей стандартної системи координат верстата і спрямовані в ту ж сторону. За початок системи координат інструменту приймають базову точку інструментального блоку, що вибирається з урахуванням особливостей його встановлення на верстаті.

Положення вершини інструменту задається радіусом. rта координатами X та Z її настроювальної точки. Ця точка зазвичай використовується щодо траєкторії, елементи якої паралельні координатним осям. При криволінійній траєкторії за розрахункову точку приймають центр заокруглення при вершині інструменту.Зв'язок між системами координат верстата, деталі та інструменту легко простежити на малюнку 9.

Малюнок 9- Системи координат деталі при обробці на фрезерному (а) та токарному (б) верстатах ЧПУ

При розробці керуючої програми та обробці деталі використовують систему координат програми. Її осі паралельні осям координат верстата і спрямовані.

Початок координат (вихідна точка верстата) вибирають виходячи із зручності відліку розмірів. Щоб уникнути значних неодружених ходів, вихідне положення, від якого починається обробка і в якому проводиться зміна інструментів і заготовок, задається так, щоб інструменти знаходилися по можливості ближче до оброблюваної деталі.

Для «прив'язування» у просторі системи вимірювання переміщень верстата використовується нульова (базова) точка відліку. При кожному включенні верстата ця точка прив'язує вимірювальну систему до нульової точки верстата.

При зміні різальних інструментів під час обробки деталей може виникнути невідповідність результатів обробки вимогам до неї (втрата точності, зростання шорсткості, поява вібрацій тощо). В цьому випадку необхідно оперативно скоригувати програму. Похибки обробки, що вимагають корекції, можуть виникнути при свердлінні отворів, точенні конічних та фасонних поверхонь унаслідок наявності у різців радіусу вершини.

Можливі два різновиди корекції – на довжину та на радіус інструменту.

У першому випадку корекція довжини свердла або вильоту державки різця здійснюється за допомогою команди Нз набором цифр, що відповідають величині корекції. Наприклад, кадр N 060 T 02 H 15

Означає запровадження корекції на довжину 15 мм для інструмента № 2.

Другий випадок забезпечує корекцію радіусу інструменту і пов'язаний з тим, що при точенні конічних і фасонних поверхонь при фрезеруванні контурів траєкторія руху центру радіусної поверхні інструменту повинна бути еквідистантом щодо форми поверхні (рисунок 11).

Наведемо фрагмент програми для компенсації радіусу різця:

N 035 G 81 X +25 Z +4 I +7 ………………………………………………………. Опис контуру обробки ……………………………………………………….

Малюнок 11- Компенсація радіусу різця

Фрагмент програми, що передбачає фрезерування за еквідистентом (рисунок 12)

N 005 G 90 G 00 X 0 Y 0 S 1000 T01 M 03

N 006 G 41 G 01 X 220 Y 100 F 100

N 007 X 220 Y 430 F 50

N 008 G 02 G 17 X 370 Y 580 I 370 J 430

N 009 G 01 X 705 Y 580

N 010 X 480 Y 190

N 011 X 220 Y 190

N 012 G 00 X 0 Y 0 05M

Функція G 41 (корекція діаметра фрези, якщо фреза знаходиться ліворуч від деталі) у кадрі N 006 забезпечує рух центру фрези по еквідистані щодо поверхні, що обробляється.

У ряді випадків потрібно скоригувати подачу, щоб зменшити шорсткість оброблюваної поверхні, виключити вібрації і т. д. Для цього на пульті управління необхідно встановити нове значення подачі та ввести його в пам'ять пристрою ЧПУ.

Малюнок 12- Рух фрези за еквідистантом при фрезеруванні зовнішнього контуру

Конструктивні особливості верстатів із ЧПУ.

Верстати з ЧПК мають розширені технологічні можливості за збереження високої надійності роботи. Конструкція верстатів з ЧПУ повинна, як правило, забезпечити суміщення різних видів обробки (точіння - фрезерування, фрезерування - шліфування), зручність завантаження заготовок, вивантаження деталей (що особливо важливо при використанні промислових роботів), автоматичне або дистанційне керування змінним інструментом і т.д. .

Підвищення точності обробки досягається високою точністю виготовлення та жорсткістю верстата, що перевищує жорсткість звичайного верстата того ж призначення. Для чого роблять скорочення довжини його кінематичних ланцюгів: проміняють автономні приводи, наскільки можна скорочують число механічних передач. Приводи верстатів із ЧПУ повинні також забезпечувати високу швидкодію.

Підвищенню точності сприяє і усунення зазорів у передавальні механізми приводів подач, зниження втрат на тертя напрямних та ін механізмів. Підвищення вібростійкості, зниження теплових деформацій, застосування верстатів датчиків зворотного зв'язку. Для зменшення теплових деформацій необхідно забезпечити рівномірний температурний режим механізмів верстата, чому, наприклад, сприяє попередній розігрів верстата та його гідравлічної системи. Температурну похибку верстата можна зменшити, водячи корекцію в привід подач від сигналів датчиків температура.

Базові деталі (станини, колони, основи) виконують жорсткішими за рахунок введення додаткових ребер жорсткості. Підвищену жорсткість мають рухливі несучі елементи (супорти, столи, санки). Столи, наприклад, конструюють коробчастої форми з поздовжніми та поперечними формами. Базові деталі виготовляють литими чи звареними. Намітилася тенденція виконувати такі деталі з полімерного бетону або синтетичного граніту, що ще більшою мірою підвищує жорсткість і вібростійкість верстата.

Напрямні верстатів з ЧПУ має високу зносостійкість і малу силу тертя, що дозволяє знизити потужність приводу, що стежить, збільшити точність переміщень, зменшити неузгодження стежить системі.

Напрямні ковзання станини та супорта для зменшення коефіцієнта тертя створюють у вигляді пари ковзання «сталь (або високоякісний чавун) – пластикове покриття (фторопласт та ін.)»

Напрямні кочення мають високу довговічність, характеризуються невеликим тертям, причому коефіцієнт тертя практично залежить від швидкості руху. Як тіл кочення використовують ролики. Попередній натяг підвищує жорсткість напрямних у 2..3 рази, для створення натягу використовують регулюючі пристрої.

Приводи та перетворювачі для верстатів з ЧПУ. У зв'язку з розвитком мікропроцесорної техніки застосовуються перетворювачі для приводів подачі та головного руху з повним мікропроцесорним керуванням – цифрові перетворювачі чи цифрові приводи. Цифрові приводи є електродвигунами, що працюють на постійному або змінному струмі. Конструктивно перетворювачі частоти, сервоприводи та пристрої головного пуску та реверсу є окремими електронними блоками управління.

Привід подачі для верстатів з ЧПУ. В якості приводу використовують двигуни, що є керованими від цифрових перетворювачів синхронні або асинхронні машини. Біс колекторні синхронні (вентильні) двигуни для верстатів з ЧПУ виготовляють з постійним магнітом на основі рідкісноземельних елементів і оснащують датчиками зворотного зв'язку та гальмами. Асинхронні двигуни застосовують рідше, ніж синхронні. Привід руху подач характеризується мінімально можливими зазорами, малим часом розгону та гальмування, і великими силами тертя, зменшеним нагріванням елементів приводу, великим діапазоном регулювання. Забезпечення цих характеристик можливе завдяки застосуванню кулькових і гідростатичних гвинтових передач, що направляють кочення і гідростатичних напрямних, без ганебних редукторів з короткими кінематичними ланцюгами і т.д.

Приводами головного руху для верстатів з ЧПУ зазвичай є двигуни змінного струму для великих потужностей і постійного струму для малих потужностей. Як приводи служать трифазні чотириполюсні асинхронні двигуни, що сприймають великі перевантаження і працюють за наявності в повітрі металевого пилу, стружки, олії і т.д. тому їх конструкції передбачений зовнішній вентилятор. У двигун вбудовують різні датчики, наприклад, датчик положення шпинделя, що необхідно для орієнтації або забезпечення незалежної координати.

Перетворювачі частоти для управління асинхронними двигунами має діапазон регулювання до 250. Перетворювачі є електронні пристрої, побудовані на базі мікропроцесорної техніки. Програмування та параметрування їх роботи здійснюються від вбудованих програматорів із цифровим або графічним дисплеєм. Оптимізація керування досягається автоматично після введення параметрів електродвигуна. У математичному забезпеченні закладено можливість налаштування приводу та пуск його в експлуатацію.

Шпинделі верстатів з ЧПУ виконують більш точними, жорсткими, з підвищеною зносостійкістю шийок, посадкових та базуючих поверхонь. Конструкція шпинделя значно ускладнюється через вбудовані в нього пристрої автоматичного розтискання і затискання інструменту, датчиків, що використовуються при адаптивному управлінні та автоматичній діагностиці.

Опори шпинделів повинні забезпечити точність шпинделя протягом тривалого часу у змінних умовах роботи, підвищену жорсткість, невеликі температурні деформації. Точність обертання шпинделя забезпечується насамперед високою точністю виготовлення підшипників.

Найчастіше в опорах шпинделів застосовую підшипники кочення. Для зменшення впливу зазорів та підвищення жорсткості опор зазвичай встановлюють підшипники з попереднім натягом або збільшують кількість тіл кочення. Підшипники ковзання в опорах шпинделів застосовують рідше і лише за наявності пристроїв з періодичним (ручним) або автоматичним регулюванням зазору в осьовому чи радіальному напрямку. У прецизійних верстатах застосовують аеростатичні підшипники, в яких між шийкою валу та поверхнею підшипника знаходиться стиснене повітря, завдяки цьому знижується зношування та нагрівання підшипника, підвищується точність обертання тощо.

Привід позиціонування (тобто переміщення робочого органу верстата необхідну позицію згідно з програмою) повинен мати високу жорсткість і забезпечувати плавність переміщення при малих швидкостях, велику швидкість допоміжних переміщень робочих органів (до 10 м/хв і більше).

Допоміжний механізм верстатів з ЧПУ включає пристрої зміни інструменту, прибирання стружки, систему змащування, затискні пристрої, завантажувальні пристрої і т.д. це група механізмів у верстатах з ЧПУ значно відрізняється від аналогічних механізмів, що використовуються у звичайних універсальних верстатах. Наприклад, в результаті підвищення продуктивності верстатів з ЧПУ відбулося різке збільшення стружки, що сходить, в одиницю часу, а звідси виникла необхідність створення спеціальних пристроїв відведення стружки із зони обробки. Для скорочення втрат часу при завантаженні застосовують пристрої, що дозволяють одночасно встановлювати заготовку і знімати деталь під час обробки ін.

Пристрої автоматичної зміною інструменту (магазини, автооператори, револьверні головки) повинні забезпечувати мінімальні витрати часу зміну інструменту, високу надійність у роботі, стабільність становища інструменту, тобто. сталість розміру вильоту та положення осі при повторних змінах інструменту, мати необхідну місткість магазину або револьверної головки.

Револьверна головка – це найпростіший пристрій зміни інструменту: встановлення та затискання інструменту здійснюють вручну. У робочій позиції один із шпинделів приводиться у обертання від головного приводу верстата. Револьверні головки встановлюють на токарні, свердлильні, фрезерні, багатоцільові верстати з ЧПУ; у головці закріплюють від 4 до 12 інструментів.

Контрольні питання:

Назвіть основні конструктивні особливості верстатів із ЧПУ.

Перерахуйте конструктивні особливості базових деталей, приводів головного руху та руху подач, а також допоміжних механізмів верстатів з ЧПК.

Токарні верстати з ЧПУ.

Токарні верстати з ЧПУ призначені для зовнішньої та внутрішньої обробки складних заготовок типу тіл обертання. Вони складають найзначнішу групу за номенклатурою у парку верстатів із ЧПУ. На токарних верстатах з ЧПУ виконують традиційний комплекс технологічних операцій: точення, відрізання, свердління, нарізування різьблення та ін.

В основі класифікації токарних верстатів з ЧПУ лежать такі ознаки:

розташування осі шпинделя (горизонтальні та вертикальні верстати);

число використовуваних у роботі інструментів (одне – і багато – інструментальні верстати);

способи їх закріплення (на супорті, в револьверній головці, магазині інструментів);

вид робіт, що виконуються (центрові, патронні, патронно-центрові, карусельні, пруткові верстати;

ступінь автоматизації (напівавтомати та автомати).

Центрові верстати з ЧПУ служать для обробки заготовок типу валів з прямолінійним та криволінійним контурами. На цих верстатах можна нарізати різьблення різцем за програмою.

Патронні з танки з ЧПУ призначені для обробки, свердління, розгортання, зенкерування, цекування, нарізання різьблення мітчиками в осьових отворах деталей типу фланців, зубчастих коліс, кришок, шківів та ін; можливе нарізання різцем внутрішньої та зовнішньої різьблення за програмою.

Патронні центрові верстати з ЧПУ служать для зовнішньої та внутрішньої обробки різноманітних складних заготовок деталей типу тал обертання і мають технологічні можливості токарних центрових і патронних верстатів.

Карусельні верстати з ЧПУ використовуються для обробки заготовок складних корпусів.

Токарні верстати з ЧПУ (рисунок 12) оснащують револьверними головками чи магазином інструментів. Револьверні головки бувають 4-, 6- та дванадцятипозиційні, причому на кожній позиції можна встановлювати по два інструменти для зовнішньої та внутрішньої обробки заготовки. Вісь обертання головки може розташовуватися паралельно до осі шпинделя, перпендикулярно до неї або похило.

При установці на верстаті двох револьверних головок в одній (1) закріплюють інструменти для зовнішньої обробки, в іншій (2) – для внутрішньої обробки (див. малюнок 13). Такі головки можуть розташовуватися співвісно одна щодо іншої або мати різне розташування осей. Індексування револьверних головок проводиться, як правило, шляхом застосування загартованих та шліфованих плоскозубчастих торцевих муфт, які забезпечують високу точність та жорсткість індексування головки. У пази револьверних головок встановлюють змінні взаємозамінні інструментальні блоки, які налаштовують на розмір поза верстатом, на спеціальних приладах, що значно підвищує продуктивність та точність обробки. Різцеві блоки в револьверній головці базують або призмі, або за допомогою циліндричних хвостовиків 6 (рисунок 14). Різець закріплюють гвинтами через притискну планку 3. Для установки різця по висоті центрів служить підкладка 2. Два регулювальні гвинти 5, розташованих під кутом 45° один до одного, дозволяють при налагодженні вивести вершину різця на задані координати. Подача СОЖ в зону різання здійснюється через канал у корпусі 1, що закінчується соплом 4, що дозволяє регулювати напрямок подачі СОЖ.

Магазини інструментів (місткість 8-20 інструментів) застосовують рідко, так як практично для токарної обробки однієї заготовки потрібно не більше 10 інструментів. Використання великої кількості інструментів доцільно у випадках точення матеріалів, що важко обробляються, коли інструменти мають малий період стійкості.

Розширення технологічних можливостей токарних верстатів можливе завдяки стирання грані між токарними та фрезерними верстатами, додаванням позацентрового свердління, фрезерування контуру (тобто програмується поворот шпинделя); у деяких випадках можливе різьбонарізування неспіввісних елементів заготовок.

Контрольні питання:

Як класифікують токарні верстати з ЧПУ за видом робіт, що виконуються?

Якими пристроями для кріплення інструменту оснащують верстати токарні з ЧПУ?

Як базують різцеві блоки у револьверній головці верстата?

Фрезерні верстати з ЧПУ

Фрезерні верстати з ЧПУ призначені для обробки плоских та просторових поверхонь заготовок складної форми. Конструкції фрезерних верстатів із ЧПУ аналогічні конструкціям традиційних фрезерних верстатів, на відміну від останніх полягає в автоматизації переміщень по УП при формоутворенні.

В основі класифікації фрезерних верстатів з ЧПУ лежать такі ознаки:

Розташування шпинделя (горизонтальне та вертикальне);

Число координатних переміщень столу чи фрезерної бабки;

Число використовуваних інструментів (одноінструментні та багатоінструментні);

Спосіб встановлення інструментів у шпиндель верстата (вручну або автоматично).

За компонуванням фрезерні верстати з ЧПУ діляться на чотири групи:

вертикально - фрезерні верстати з хрестовим столом;

консольно-фрезерні верстати;

поздовжньо - фрезерні верстати;

широкоуніверсальні інструментальні верстати.

У вертикально – фрезерних верстатах з хрестовим столом (рисунок 15, а) стіл переміщається у поздовжньому (вісь X) та поперечному (вісь Y) горизонтальному напрямках, а фрезерна бабка – у вертикальному напрямку (вісь Z).

У консольно-фрезерних верстатах (рисунок 15 б) стіл переміщається по трьох координатних осях (X, Y і Z), а бабка не рухлива.

У поздовжньо фрезерних верстатах з рухомою поперечкою (малюнок 15, в) стіл переміщається по осі X,шпиндельна бабка - по осі Y, а поперечна по осі Z. У поздовжньо - фрезерних верстатах, з нерухомою поперечкою (малюнок 15, г) стіл переміщається осі X, а шпиндельна бабка – по осях Y та Z.

У широкоуніверсальних інструментальних фрезерних верстатах (малюнок 15, д) стіл переміщається осями X і Y, а шпиндельна бабка – осі Z.

Малюнок 15 – Система координат у різних модифікаціях фрезерних верстатів:

а) – фрезерний верстат із хрестовим столом; б) консольно-фрезерний верстат; в) поздовжньо-фрезерний верстат з рухомою поперечиною; г) поздовжньо-фрезерний верстат з не рухомою поперечиною; д) широкоуніверсальний фрезерний верстат.

Фрезерні верстати в основному оснащують прямокутними та контурними пристроями ЧПУ.

При прямокутному управлінні (умовне позначення моделі верстата – Ф 2) стіл верстата здійснює рух у напрям, паралельному однієї з координатних осей, що унеможливлює обробку складних поверхонь. Верстати з прямокутним керуванням застосовують для фрезерування площин, скосів, уступів, пазів, різних бобишок та інших аналогічних поверхонь.

При контурному управлінні (умовне позначення моделі верстата – Ф 3 і Ф 4) траєкторія переміщення столу складніша. Верстати з контурним керуванням використовуються для фрезерування різних кулачків, штампів, прес форм та інших аналогічних поверхонь. Число керованих координат, як правило, дорівнює трьом, а в деяких випадках чотирьом та п'яти. При контурному управлінні русі формоутворення проводиться не менше ніж по двох координатних осях одночасно.

В окремих випадках на фрезерних верстатах при обробці заготовок простої форми в умовах середньо- та великосерійного виробництва також застосовують системи ЧПУ.

У фрезерних верстатах з ЧПУ як привод головного руху використовують асинхронні електродвигуни (у цих випадках є коробка швидкостей) або електродвигуни постійного струму.

На невеликих фрезерних верстатах з прямокутним ЧПУ застосовують один приводний електродвигун постійного струму і коробку передач з електромагнітними муфтами, що автоматично перемикаються, а на важких верстатах з контурним керуванням кожне кероване координатне переміщення здійснюється від автоматного електроприводу постійного струму.

Приводи руху подач фрезерних верстатів з ЧПУ мають короткі кінематичні ланцюги, що передають рух від двигуна безпосередньо виконавчому органу.

Розглянемо пристрій консольного вертикально-фрезерного верстата мод. 6Р13Ф3. Цей верстат є консольним, тобто. його стіл має робоче переміщення у горизонтальній площині (за координатами X та Y) та (разом з консоллю) настановне переміщення у вертикальному напрямку (по координаті W); робоче переміщення координатою Z має повзун зі шпинделем. Станіна 8 є базою, на якій монтуються вузли та механізми верстата. Спереду станина має вертикальні напрямні, закриті кожухом 9, якими переміщається консоль 1. На горизонтальних напрямних змонтовані санки 2, по поздовжнім напрямних яких пересувається стіл 3. На привалочній площині станини закріплена фрезерна бабка 6, вертикальним напрямним якої переміщається повзун 7 зі шпин. Відповідно до вимог техніки безпеки повзун має захисний щиток 4. Ззаду верстата розташована шафа 10 з електрообладнанням та УЧПУ.

Малюнок 16 – Вертикально-фрезерний верстат мод. 6Р13Ф3:

1-консоль; 2-санки; 3-стіл; 4-захисний щиток; 5-шпиндель: 6-фрезерна бабка; 7-повзун; 8-станина; 9-кожух;

10-шафа з електроустаткуванням.

Контрольні питання:

Які компонування фрезерних верстатів із ЧПУ ви знаєте?

Якими системами ЧПУ оснащують фрезерні верстати?

Свердлильні верстати з ЧПУ

Вертикально – свердлильні верстати з ЧПУ на відміну від аналогічних верстатів з ручним керуванням оснащені хрестовими столами, що автоматично переміщують заготівлю по осях X та Y, в результаті чого відпадає необхідність у кондукторах або в її попередній розмітці.

Радіально – свердлильні верстати з ЧПУ мають рухому по осі X колону, рухому по осі Y рукав зі шпиндельною бабкою, в якій змонтований свердлильний шпиндель, що переміщається по осі Z. Крім цього рукава при накладці може переміщатися у вертикальному напрямку.

Автоматизовані переміщення робочих органів свердлувальних верстатів по осях X та Y забезпечують виконання обробки отворів та фрезерування.

Свердлильні верстати оснащують позиційними УЧПУ, що дозволяють автоматично встановити робочі органи на позицію, задану програмою. Ріжучий інструмент на свердлильних верстатах з УЧПУ закріплюють безпосередньо в конічному отворі шпинделя або за допомогою проміжних втулок та оправок.

Загальний вигляд вертикально свердлильного верстата моделі 2Р135Ф2 – 1, оснащеного ЧПУ, показаний на малюнку 17. На підставі верстата 1 змонтована колона 10, по прямокутним вертикальним напрямним якої переміщається супорт 4, що несе револьверну головку 3. На колоні 10 змонтовані коробки швидкостей 5 6. Санки 2 хрестового столу переміщаються горизонтальними напрямними основи 1, а верхня частина 11 столу - напрямними санок. З правого боку верстата розташовані шафа 8 з електроустаткуванням та УЧПУ 9. Верстат має підвісний пульт управління 7.

Малюнок 17 – Вертикально-свердлильний верстат моделі 2Р135Ф2:

1-підстава; 2-санки; 3-револьверна головка; 4- супорт; 5-коробка швидкостей; 6-редуктор подач; 7-підвісний пульт; 8- шафа з електроустаткуванням; 9-УЧПУ; 10-колонна; 11-верхня частина столу.

Контрольні питання:

Яка принципова відмінність існує між вертикально - свердлильними верстатами з ЧПУ та без ЧПУ?

Якими системами ЧПУ оснащують вертикально-свердлувальні верстати?

Шліфувальні верстати з ЧПУ

Система ЧПУ оснащують плоскошліфувальні, кругло- та безцентрово-шліфувальні та інші верстати. При створенні шліфувальних верстатів із ЧПУ виникають технічні труднощі, які пояснюються такими причинами. Процес шліфування характеризується, з одного боку, необхідністю отримання високої точності та якості поверхні при мінімальному розсіюванні розмірів, з іншого боку, - особливістю, що полягає у швидкій втраті розмірної точності шліфувального кола внаслідок його інтенсивного зношування в процесі роботи. У цьому випадку у верстаті необхідні механізми автоматичної компенсації зношування шліфувального круга. ЧПУ має компенсувати деформації системи СІД, температурні похибки, відмінності припусків на заготовках, похибки верстата при переміщенні координатами тощо. буд. Вимірювальні системи повинні мати роздільну здатність, що забезпечує жорсткі допуски на точність позиціонування. Наприклад, у кругло-шліфувальних верстатах такі прилади забезпечують безперервний вимір діаметра заготовки в процесі обробки з відносною похибкою не більше 210 -5 мм. Контроль поздовжніх переміщень столу здійснюється з похибкою трохи більше 0, 1 мм.

Для шліфувальних верстатів використовується системи типу CNC з керуванням за трьома - чотирма координатами, але в верстатах, що працюють кількома колами, можливе керування по п'яти - шести і навіть по восьми координатах. Взаємозв'язок між оператором та системою ЧПУ (CNC) шліфувального верстата в більшості випадків здійснюється у діалоговому режимі за допомогою дисплея. У системі керування застосовуються вбудовані діагностичні системи, що підвищують надійність верстатів.

Найбільш поширені кругло-шліфувальні верстати з ЧПУ, що дають максимальний ефект при обробці з однієї установки багатоступінчастих деталей типу шпинделів, валів електродвигунів, редукторів, турбін і т.д. Продуктивність підвищується в основному в результаті зниження допоміжного часу на встановлення заготовок і знімання готової деталі, на переустановку для обробки наступної шийки валу, на вимірювання і т. д. При обробці багатоступінчастих валів на кругло-шліфувальному верстаті з ЧПУ досягається економія часу в 1,5 - 2 рази в порівнянні з ручним керуванням.

Безцентрові кругло-шліфувальні верстати ефективно застосовуються при обробці деталей малого і великого діаметрів без обмеження довжини або тонкостінних деталей, а також деталей, що мають складні зовнішні профілі (поршень, кулак і т.д.). В умовах масового виробництва ці верстати характеризуються високою продуктивністю та точністю обробки. У дрібносерійному та індивідуальному виробництві застосування таких верстатів обмежене трудомісткістю переналагодження. Розширення областей застосування безцентрових кругло-шліфувальних верстатів стримують два фактори: великі витрати часу на виправлення кіл та складність налагодження верстатів, що потребує значних витрат часу та високої кваліфікації персоналу. Це тим, що у конструкції верстатів використовуються шліфувальні і провідні круги; пристрої правки, що забезпечують надання відповідної форми поверхонь шліфувального та провідного кіл; можливість встановлення положення опорного ножа; механізми компенсаційних подач шліфувального кола на оброблювану деталь і на редагування, а також провідного кола на деталь і на редагування; установка положення завантажувального та розвантажувального пристрою.

Застосування СЧПУ дозволило керувати багатокоординатним функціонуванням безцентрових кругло-шліфувальних верстатів. У системі керування верстатів використовують програмні модулі, які розраховують траєкторії інструмента (кола, алмазу), його корекцію взаємодії з людиною. Для обробки деталей з різними геометричними формами (конус, куля та ін.) створюється програмне забезпечення6 диспетчер режимів, інтерполятор та модуль управління приводами.

При обробці та правці число поєднаних керованих координат може сягати 19, зокрема по дві – три координати окремо для правки шліфувального і провідного кіл.

В умовах серійного виробництва застосування СЧПУ забезпечує гнучку побудову циклу шліфування та правки, що дозволяє швидко переналагоджувати верстати на обробку інших виробів.

Наявність багатокоординатної системи ЧПУ забезпечує більшу універсальність верстата, малі величини подачі кіл, що дозволяє ефективно управляти процесом шліфування та правки.

СЧПУ безцентрових кругло-шліфувальних верстатів будується за агрегатним принципом (наприклад, на верстатах японських фірм). На верстаті можливе встановлення будь-якого з чотирьох варіантів управління верстатом від СЧПУ:

одна керована координата – поперечна подача шліфувального кола;

дві керовані координати – поперечна подача шліфувального кола та правлячого алмазу з метою їх синхронізації;

три керовані координати - поперечна подача шліфувального кола, а також поперечна та поздовжня подача алмазу при його виправленні;

п'ять керованих координат - поперечна подача шліфувального кола, а також поперечна та поздовжня подачі алмазів при правці шліфувального та провідного кіл.

Використання СЧПУ для управління безцентровими кругло-шліфувальними верстатами дозволяє суттєво спростити конструкції ряду механічних вузлів: пристроїв редагування (в результаті відмови від копірних лінійок, механізмів подачі алмазів тощо), приводів поздовжнього переміщення пристроїв редагування, механізмів тонкої подачі шліфувального та провідного кіл , контрольних та контрольно - підналагоджувальних пристроїв та ін.

Контрольні питання:

Які технічні проблеми створення шліфувальних верстатів з ЧПУ?

Якими системами ЧПУ оснащують шліфувальні верстати?

Багатоцільові верстати з ЧПУ

Завдяки оснащенню багатоцільових верстатів (МС) пристроями ЧПУ та автоматичної зміни інструменту суттєво скорочується допоміжний час при обробці та підвищується мобільність переналагодження. Скорочення допоміжного часу досягається завдяки автоматичному встановленню інструменту (заготівлі) по координатам, виконанню всіх елементів циклу, зміні інструменту, кантування та зміні заготівлі, зміну режимів різання, виконанню контрольних операцій, а також великим швидкостям допоміжних переміщень.

За призначенням МС поділяються на дві групи: для обробки заготовок корпусних та плоских деталей, та для обробки заготовок деталей типу тіл обертання. У першому випадку для обробки використовують МС свердлильно-фрезерно-розточувальні групи, а в другому - токарної та шліфувальної груп. Розглянемо МС першої групи, як найчастіше використовувані.

МС мають такі характерні особливості: наявність інструментального магазину, що забезпечує оснащеність великою кількістю ріжучих інструментів для високої концентрації операцій (чорнових, напівчистових та чистових), у тому числі точення, розточування, фрезерування, свердління, зенкерування, розгортання, нарізування різьблення, контролю якості обробки та ін; висока точність виконання чистових операцій (6…7-й квалітети).

Для системи управління МС характерні сигналізація, цифрова індикація становища вузлів верстата, різні форми адаптивного управління. МС - це в основному одношпиндельні верстати з револьверними та шпиндельними головками.

Багатоцільові верстати для обробки заготовок корпусних деталей. МС для обробки заготовок корпусних деталей поділяють на горизонтальні та вертикальні верстати (рисунок 18).

Горизонтальний МС мод. ІР-500МФ4 призначений для обробки корпусних деталей. Даний верстат має шпиндельну бабку 4, що переміщається вертикальними напрямними стійки 7. Магазин інструментів 6 нерухомо закріплений на стійці 7; інструмент встановлюється шпиндель 3 автооператором 5 у верхньому положенні шпиндельної бабки. Оброблювану деталь встановлюють на стіл 1, що переміщається по координаті Х. У правого торця станини розміщена поворотна платформа 8, на якій встановлені два столи-супутники з оброблюваними деталями.

Малюнок 18 – Багатоцільовий верстат (обробний центр) мод. ІР-500МФ4:

1-стіл поворотний; 2-пристосування; 3-шпиндель; 4-шпиндельна бабка; 5-автооператор; 6-інструментальний магазин; 7-рухлива стійка; 8-поворотна платформа; 9-стіл-супутник; 10-напрямні; 11-УЧПУ; 12-шафа з електроустаткуванням.

Обробка заготовок на МС у порівнянні з їх обробкою на фрезерних, свердлильних та інших верстатах з ЧПУ має низку особливостей. Встановлення та кріплення заготовки повинні забезпечувати її обробку з усіх боків за один установ (вільний доступ інструментів до поверхонь, що обробляються), оскільки тільки в цьому випадку можлива багатостороння обробка без переустановки.

Обробка на МС не вимагає, як правило, спеціального оснащення, оскільки кріплення заготовки здійснюється за допомогою упорів та прихватів. МС забезпечені магазином інструментів, розміщені на шпиндельній головці, поруч із верстатом чи іншому місці. Для фрезерування площин використовують фрези невеликого діаметру та обробку виробляють рядками. Консольний інструмент, який застосовується для обробки неглибоких отворів, мають підвищену жорсткість і, отже, забезпечує задану точність обробки. Отвори, що лежать на одній осі, але розташовані в паралельних верстатах заготовки, розточують з обох боків, повертаючи для цього стіл із заготовкою. Якщо заготівлі корпусних деталей мають групи однакових поверхонь і отворів, то для спрощення складання технологічного процесу та програми їх виготовлення, а також підвищення продуктивності обробки (внаслідок скорочення допоміжного часу) у пам'яті УЧПУ верстата вводять постійні цикли рухів, що найчастіше повторюються (при свердлінні, фрезеруванні). ). У цьому випадку програмується лише цикл обробки першого отвору (поверхні), а для решти – задаються лише координати (X та Y) їх розташування.

Як приклад на малюнку 19 показані деякі постійні цикли, включені в програмне забезпечення та використовуються при обробці на верстатах моделі ІР320ПМФ4.

Рисунок 19 – Постійні цикли обробки на багатоцільовому верстаті моделі ІР320ПМФ4:

1-фрезерування зовнішнього контуру (з круговою інтерполяцією); 2-глибоке свердління з виходом свердла для відведення стружки; 3-розточування ступінчастих отворів; 4-зворотне цекування з використанням орієнтації шпинделя; 5-розточування отвору Ø 125 мм з використанням спеціальної оправки; 6-фрезерування за контуром внутрішніх торців; 7-цековка шляхом фрезерування за контуром (з круговою інтерполяцією); 8-свердління отвору Ø 30 мм; 9-нарізання різьблення (до М16); 10-фрезерування внутрішніх канавок дисковою фрезою (з круговою інтерполяцією); 11-цковування отворів; 12-фрезерування торців фрезою; 13-обробка поверхонь типу тіл обертання.

Пристрій для автоматичної зміни пристосування - супутника (ПС) на верстаті моделі ІР500МФ4 показано на малюнку 20. ПС 11 встановлюють на платформу 7 (місткість два ПС), на якій змонтовані гідроциліндри 10 і 13. Штоки гідроциліндрів мають Т - подібні захвати 14. При встановленні на платформу (переміщення за стрілкою Б) ПС вирізом 12 входить у зачеплення із захопленням 14 штока. На платформі ПС базується на роликах 9 і центрується (з боків) роликами 8 (вихідне положення ПС в позиції очікування). Переміщення штока гідроциліндра 10 зумовлює кочення (за роликами) супутника.

Малюнок 20 – Пристрій для автоматичної зміни пристрою-супутника:

1-плита базова; 2-болти регулювальні; 3 колесо зубчасте; 4-рейка; 5, 13,16-гідроциліндри; 6, 14-захоплення штока; 7-платформа; 8,9-ролики; 10 -шток гідроциліндра; 11-пристосування супутник; 12-фігурний виріз; 15-стійка.

При русі штока гідроциліндра 13 захоплення 6 переміщається (по напрямній штанзі) і котить ПС по роликах 9 і 8 (у напрямку стрілки А) на поворотний стіл верстата, де супутник автоматично опускається на фіксатори. В результаті захоплення 6 виходить із зачеплення з ПС і стіл верстата (із закріпленим на ньому супутником) швидко переходить в зону обробки.

Заготівлю закріплюють на супутнику під час обробки попередньої заготівлі (коли ПС знаходиться в позиції очікування) або заздалегідь поза верстатом.

Після того, як заготівля буде оброблена, стіл верстата автоматично (на швидкому ходу) пересувається в право до пристрою для зміни супутника і зупиняється в такому положенні, при якому фігурний паз ПС опиняється під захопленням 6. Гідроциліндр поворотного столу розфіксує супутник, після чого ПС входить в зачеплення із захопленням 6, а масло надходить у штокову порожнину гідроциліндра 13, шток зміщується в крайнє праве положення і переміщується супутник із заготовки на платформу 7, де вже знаходиться ПС з новою заготовкою. Щоб поміняти супутник місцями, платформа повертається на 180° (на верстаті 15) зубчастим колесом 3, пов'язаним з рейкою 4, що приводиться в рух гідроциліндрами 5 і 16.

Платформу 7 точно вивіряють щодо поворотного столу верстата за допомогою регулювальних гвинтів 2 і 7, вгорнутих у виступи базової плити 1, нерухомо закріпленої на фундаменті.

Контрольні питання:

Чим відрізняються багатоцільові верстати з ЧПУ від токарних, фрезерних, свердлильних та ін.

Розкажіть про основні вузли багатоцільового верстата для обробки заготовок корпусних деталей.

Обробка на верстатах з ЧПУ