SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
OBRÓBKA SKRAWANIEM I OBRABIARKI
OBRABIARKI STEROWANE NUMERYCZNIE
WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ I ROBOTYKI AGH
Sprawozdanie wykonał:...........................................................Piotr Skwirczyński
Specjalność/Rok:..........................Inżynieria budowy i eksploatacji maszyn / IIIA
Rok akademicki:................................................................................1999 / 2000
1. Charakterystyka i rodzaje obrabiarek sterowanych numerycznie. Systemy sterowania.
Obrabiarką sterowaną numerycznie nazywamy automat obróbkowy - obrabiarka wykonująca samoczynnie - bez udziału człowieka - i cykliczne wszystkie czynności główne i pomocnicze związane z obróbką. Wyłacznie z zamocowaniem i zdjęciem przedmiotu obrabianego. Coraz częściej jednak stosuje się obrabiarki wykonujące wszystkie czyności automatyczne również z zdejmowaniem przedmiotu polegającym na obcięciu obrabianego przedmiotu przy uchwycie samocentrującym i podaniu następnej części materiału obrabianego dla zachowania cyklu automatycznego obróbki skrawaniem. Obrabiarki numerycznie sterowane posiadają ponadto możliwości kontorli dokładności wykonania, wymiany narzędzi skrawających dokonującej się poprzez obrót głowicy narzędziowej z zamocowanymi w niej narzędziami na określonych pozycjach, kontrola wymiarów i kształtów obrabianego przedmiotu.
1.1. Rodzaje sterowania obrabiarek numerycznych.
Wśród wielu znanych rodzajów sterowania numerycznego wyróznia się trzy podstawowe:
sterowanie punktowe.
sterowanie odcinkowe.
sterowanie kształtowe.
Sterowanie punktowe obrabiarki numerycznej polega na sterowaniu supportem narzędzia w sposób oznaczenia drogi narzędzia z punktu do punktu z użyciem konkretnych punktów matematycznych znajdujących swe pokrycie w osiach XYZ obrabiarki. Obróbka narzędziem materiału skrawanego rozpocznie się w momencie osiągnięcia przez narzędzie konkretnego położenia. Tego typu rodzaj sterowania stosuje się głównie w wiertarkach i wytaczarkach.
Sterowanie odcinkowe jest to rodzaj sterowania, w którym narzędzie skrawające porusza się po odcinkach prostych. Odcinki te są równoległe do osi wrzeciona obrabiaki. Zarys przedmiotu skrawanego składa się zatem z odcinków prostych łączących punkt startowy narzędzia z punktem docelowym obróbki skrawaniem. Taki sposób sterowania znalazł zastosowanie przed wszystkim w tokarkach i frezarkach.
Sterowanie kształtowe obrabiarek jest rodzajem sterowania przy którym ruch narzędzia jest składową wielu poszczególnych ruchów wywołanych przez serwomechanizmy. Zastosowanie interpolatora w układzie sterowania pozwala na wykonywanie skomplikowanych kształtów przedmiotów obrabianych.
Oprócz trzech wymienionych sposobów sterowania wymienia się również sterowanie mieszane, dwu osiowe i półosiowe.
1.2.Podstawowe elementy sterowania obrabiarek numerycznych.
Obrabiarka do realizacji ruchów narzędzia musi posiadać tak zwane mechanizmy wykonawcze i sterujące. Mechanizmy wykonawcze to w szczególności serwomechanizmy, sterowanie to zadanie elektroniki cyfrowej lub analogowej.
Układ sterowania obrabiarki składa się z następujących, podstawowych układów:
elektroniczy układ sterowania numerycznego, którego zadaniem jest przetwarzanie danych wprowadzonych z nośnika danych do obrabiarki - na przykład taśmy perforowanej. Obecnie stosowany jest najczęściej układ sterowania cyfrowego, którego nośnikiem danych jest komputer, a w szczególności nośniki megnetyczne typu DAT, dyskietki i płyty magnetooptyczne, ale również coraz częściej stosuje się nośniki compactowe - Płyty CD ze względu na długą trwałość - do około 100 lat trwałości zapisu - możliwość bezbłędnego, wielokrotnego odczytu.
elektroniczy układ przetwarzania danych obrabiarki następuje odczytanie, zdekodowanie i rozdzielenie zapisanych na nośniku informacji na technologiczne i robocze obrabiarki. Następnie następuje przesyłanie oddzielonych informacji do określonych zespołów wykonawczych. Interpolatory, serwomechanizmy silniki krokowe, itp.
układ sprzężenia zwrotnego w obrabiarce służy w szczególności do korygowania i samouczenia się korekty błędów położenia narzędzia względem punktu wyjściowego obróbki. Uklad ten informuje układy sterujące o aktualnym położeniu narzędzia i ewentualnych błędach tego położenia, które powinny być skorygowane poprzez zespoły wykonawcze obrabiaki. Wśród układów sterowania wyróżnia się możliwości sterowania w układzie zamkniętym lub w układzie otwartym. Sterowanie w układzie zamkniętym polegan na tym, że sygnałem sterującym elementami wykonawczymi jest wartość sygnału pochodzącego od uchybu (błędu), będącego różnicą pomiędzy wartością rzeczywistą a wartością teoretyczną sygnału, otrzymywaną z układu pomiarowego sprzężenia zwrtonego obrabiarki. Sterowanie w układzie otwartym różni się od sterowania w układzie zamkniętym, tym że impulsy elektryczne przesterowywane są do elektrycznego silnika krokowego, który steruje hydraulicznym wzmacniaczem momentu obrotowego napędzającego zespół wykonawczy mechanizmów obrabiarki.
Działanie układu sprzężenia zwrotnego przedstawiono na poniższym schemacie:
Na następnej stronie przdstawiono układ pozbawiony sprzeżenia zwrotnego, celem uwidocznienia różnicy w działaniu układu bez i ze sprzeżeniem zwrotnym.
zespoły i układy metrologiczne zastosowane są przede wszystkim w układach sprzężenia zwrotnego. Mogą one być inkrementalne - czyli przyrostowe lub absolutne - czyli działające na zasadzie pomiaru całościowego. Urządzenia te mogą przesyłać sygnały cyfrowe lub analogowe. Pomiary te posiadają zasadnicze różnice w sposobie ich wykonania.
przetworniki analogowo - cyfrowe służą do przetwarzania informacji nośnika na język maszyny. Niektóre maszyny posiadają możliwość pracy w systemie tylko analogowym lub cyfrowym lub w obu na raz. Ale jeżeli posiadamy nośnik analogowy i obrabiarkę działającą jako cyfrową, układ taki jest niezbędny do prawidłowego przetworzenia informacji nośnika na język maszynowy.
układy przetwarzania danych służą do wykonywania najprostszych operacji matematycznych związanych z późniejszą obróbką. Odpowiadają one za przekazywane dane do interpolatora. Obecnie wykonywane są techniką cyforwą.
Interpolatory są odpowiedzialne za wyznaczenie współrzędnych ruchu narzędzia. Najczęściej w obrabiarkach numerycznych spotyka się interpolatory cyfrowe, będące prostymi maszynami matematycznymi, wykonującymi określone zadania. Działanie interpolatorów polega na wysyłaniu do mechanizmów wykonawczych określonych ciągów impulsów w celu uzyskania określonego, pożądanego toru ruchu narzędzia skrawającego. Od dokładności działania interpolatora zależy dokładność przeprowadzonej obróbki skrawaniem. Zazwyczaj za jeden impuls interpolatora przyjmuje się przemieszczenie zespołu narzędzia, obrotu silnika wrzeciona o wartość zawierającą się pomiędzy 0,01 - 0,002 [mm]. Używane są najczęściej trzy rodzaje interpolatorów: interpolatory liniowe, kołowe i paraboliczne.
1.3.Układy przemieszczeń obrabiarek.
Ażeby określić położenie narzędzia obrabiarki należy wprowadzić pewien określony dla odpowiedniej obrabiarki, a przede wszystkim znormalizowany układ współrzędnych. Układ współrzędnych jest zazwyczaj kartezjański zaeby nie było problemów z programowaniem obrabiarki. Określone układy współrzędnych zgodne są z zaleceniami Miedzynarodowego Komitetu Normalizacyjnego ISO. Przyjęto, że układ osi współrzędnych XYZ będzie związany ściśle z przedmiotem obrabianym. Przy czym oś Z będzie równoległa do wrzeciona. Przemieszczenia przedmiotu obrabianego oznaczać się przyjęło jako X,Y,Z, natomiast przemieszczenia narzędzia skrawającego przyjęto za X',Y',Z'. Konsekwentnie ruchy obrotowe oznaczono literami ABC dla przedmiotu obrabianego, A'B'C' - dla narzędzia skrawającego. Warto również nadmienić, że zwroty prędkości ruchów zgodne są z zasadą śruby prawoskrętnej.