PODSTAWY

STEROWANIA

AUTOMATYCZNEGO

OBRABIAREK

I ROBOTÓW

Sterowaniem nazywa się kierowanie pracą maszyn i urządzeń przez

wpływanie na parametry i przebieg ich pracy w celu zrealizowania
zamierzonego działania. Sterowanie odbywa się w układzie otwartym.

Klasyfikacja układów sterowania obrabiarek

Układ

sterowania

Obiekt

(Maszyna)

Sygnał

zadany

Sygnał

sterujący

Sygnał

sterowany

Sterowanie w układzie zamkniętym nazywa się regulacją.

Układ

Sterowania

Regulator

Obiekt

(Maszyna)

Sygnał

zadany

Sygnał

sterujący

Sygnał

sterowany

Układem sterowania (regulacji) nazywa się zespół maszyny czy

urządzenia, który w sposób zgodny z zamierzeniem projektanta i
użytkownika, kieruje (zmienia) jedną lub kilka wielkości fizycznych
charakterystycznych dla pracy danego urządzenia.

Sterowanie i regulacja mogą być:

• ręczne, kiedy operator bezpośrednio kieruje pracą maszyny,
• automatyczne bez bezpośredniego udziału operatora.

Z punktu widzenia automatyzacji pracy obrabiarek, układy

sterowania (regulacji) realizują elementarne funkcje sterowania, takie
jak:
• włączanie i wyłączanie silników napędowych,
• włączanie i wyłączanie ruchów głównych, przestawczych i
pomocniczych, a także sterowanie ich przebiegiem (kierunkiem,
prędkością),
• nastawianie i kontrolowanie przemieszczeń wykonywanych przez
zespoły robocze,
• nastawianie i kontrola dopuszczalnych obciążeń,
• podawanie, mocowanie i wymiana przedmiotów obrabianych, a
także narzędzi i oprzyrządowania,
• nadzorowanie przebiegu pracy maszyny.

Klasyfikacja automatycznych układów sterowania obrabiarek i maszyn
technologicznych może być prowadzona według różnych kryteriów.
W teorii regulacji przyjmuje się wyliczone niżej kryteria i wtedy podział
układów sterowania i regulacji przedstawić można następująco:

1. Ze względu na opis matematyczny wyróżnia się układy:



liniowe,



nieliniowe.

2. Ze względu na przebieg sygnałów sterujących stosowane są układy:



analogowe (ciągłe), w których wartość sygnału jest proporcjonalna do
wartości zmiennej reprezentowanej przez ten sygnał,



impulsowe, w których wartość zmiennej może być określona liczbą
dwuwartościowych impulsów (układy cyfrowe) lub przez konfigurację
impulsów.

3. Ze względu na naturę fizyczną sygnałów wyróżnia się układy:



mechaniczne,



elektryczne,



hydrauliczne,



pneumatyczne,



kombinowane.

4. Ze względu na typ zadania sterowania wyróżnia się układy:



układy sterowania programowego, gdy wartość sygnału zadanego zmienia
się według założonego programu, ten typ zadania sterowania jest wiodący
dla obrabiarek i maszyn technologicznych, a inne podane niżej są
ewentualnie jego uzupełnieniem,



układy regulacji stałowartościowej, w których wartość zadana jest stała, a
zadaniem układu jest utrzymanie na stałym poziomie sterowanego
parametru, np. stałej prędkości skrawania przy toczeniu poprzecznym (bądź
przecinaniu) na tokarce,



układy regulacji nadążnej - sygnał sterowany nadąża za sygnałem zadanym,
np. sterowanie kopiowe,



układy regulacji ekstremalnej, gdy celem sterowania jest utrzymanie
wybranego wskaźnika charakteryzującego zadanie sterowania na poziomie
minimalnym, np. kosztu obróbki lub maksymalnym, np. wydajności obróbki.

Można także wyróżnić inne kryteria podziału sterowania automatycznego,

które lepiej niż ogólne, ujmują charakterystyczne cechy układów sterowania
obrabiarek i maszyn technologicznych.

5. Ze względu na zmienną w funkcji której następuje sterowanie wyróżnia się:



sterowanie w funkcji czasu,



sterowanie w funkcji drogi,



sterowanie w funkcji wymiarów przedmiotu obrabianego.

6. Ze względu na zadania stawiane w procesie technologicznym sterowania

dzieli się na:



sterowanie punktowe,



sterowanie odcinkowe,



sterowanie kształtowe.

Sterowanie punktowe

Y

B

a

A

c

b

Y

A

Y

B

X

X

B

X

A

Rys. 1. Tory ruchu w sterowaniu punktowym

Sterowanie odcinkowe

•

Rys. 2. Przykładowy tor narzędzia na tokarce ze sterowaniem odcinkowym

V

Z56

V

X45

V

Z34

V

Z12

V

X23

6

5

4

3

2

1

Z

X

Sterowanie kształtowe

•

Rys. 3. Przykład sterowania kształtowego

V

wyp

V

X

V

Z

X

Z

V

wyp

V

Z

V

X

7. Ze względu na liczbę sterowanych osi

Oznaczenia osi współrzędnych i kierunków ruchów zespołów roboczych

obrabiarek, zgodnie z polską normą PN-93/M-55251, która jest zgodna z
międzynarodową normą ISO 841:1974. Oznaczenia osi współrzędnych i
kierunków ruchów ustalone są w ten sposób, aby programowanie operacji
obróbki było niezależne od tego czy przemieszcza się narzędzie, czy przedmiot
obrabiany. Przyjmuje się przy tym następujące zasady:

1.

Podstawowy

układ

osi

współrzędnych obrabiarki jest
układem

prostokątnym

prawoskrętnym

(rys.

4),

odniesionym

do

przedmiotu

zamocowanego na obrabiarce.
Osie

współrzędnych

układu

podstawowego są równoległe do
głównych prowadnic obrabiarki.

Rys. 4. Prostokątny prawoskrętny

układ osi współrzędnych

2. Za dodatni zwrot ruchu zespołu roboczego obrabiarki ustala się zwrot

ruchu narzędzia od przedmiotu obrabianego, tzn. ruch zespołu
sterowanego w tym kierunku powoduje powiększanie wymiaru
przedmiotu obrabianego.

3. Osie układu podstawowego oznacza się dużymi literami X, Y, Z. Ruchy

obrotowe dookoła osi równoległych do osi X, Y, Z oznacza się odpowiednio
literami A, B, C. Dodatnie zwroty tych ruchów przyjmuje się zgodnie z
obrotem śruby prawoskrętnej przemieszczającej się w kierunkach +X, +Y,
+Z.

4. Jeżeli w obrabiarce oprócz zespołów sterowanych w osiach X, Y, Z,

występują inne zespoły wykonujące przemieszczenia równoległe do osi
układu podstawowego, wówczas osie tych ruchów oznaczane są literami
odpowiednio U, V, W. Dodatkowe ruchy obrotowe powinny być oznaczane
literami D, E.

5. Gdy zachodzi potrzeba przedstawienia ruchów zespołów obrabiarki

związanych z przedmiotem obrabianym w odniesieniu do stałego
narzędzia, wówczas osie tych ruchów powinny być oznaczane literami
zgodnymi z układem podstawowym z dodaniem znaczka "prim" X', Y', Z',
A', B', C'.

6. Położenie osi Z pokrywa się z osią wrzeciona głównego. Oś X powinna być

położona poziomo, równolegle do płaszczyzny mocowania przedmiotu
obrabianego. Oś X jest osią podstawową w płaszczyźnie ustawienia
przedmiotu obrabianego lub narzędzia. Położenie osi Y wynika z
określenia układu współrzędnych jako prostokątnego i prawoskrętnego.

•

Rys. 5. Położenie układu współrzędnych: a) w tokarce, b) w wiertarko-
frezarce

8. Ze względu na łatwość zmiany programu pracy wyróżnia się:



układy sterowania ze sztywnym programem pracy,



układy sterowania z elastycznym programem pracy (programowe).

1

.

{

C

O

Z

X

}

2

. {

B

X

O

W

Y

Z

C

U

}

Sterowanie

automatyczne obrabiarek

i maszyn technologicznych

kopiowe

symboliczne

zderzakowe

krzywkowe

Bezpośrednie

sterowanie num.

(DNC)

Sterowanie

otwarte

Sterowanie

Manual

(CNC plus)

Sterowanie

adaptacyjne

(AC)

Sterowanie

sekwencyjne

Sterowanie

numeryczne

Sztywne sterowanie

mechaniczne, elektryczne,

hydrauliczne,

pneumatyczne







Sterowanie

programowalne

(PLC)

Sterowanie

o działaniu

przekaźnikowym

Sterowanie

hardware’owe

(NC)

Sterowanie

komputerowe

(CNC)

IV

Sterowanie

dedykowane

Sterowanie

„klasyczne“

Rys. 6. Klasyfikacja

układów sterowania

obrabiarek