4. Sterowanie maszyn
4.1. Podział sterowania maszyn
Sterowanie maszyn obejmuje zespół czynności związanych z kierowa-
niem pracą maszyny za pomocą słu\
ących do tego celu urządzeń, me-
chanizmów i elementów sterowniczych, stanowiących układ sterownia
maszyny.
Sterowanie w maszynach obejmuje w szczególności:
- włączanie i wyłączanie silników napędowych,
- włączanie i wyłączanie ruchów zespołów roboczych oraz urządzeń po-
mocniczych,
- zmianę parametrów pracy maszyny przez zmianę kierunku i prędkości
ruchów zespołów roboczych,
- kontrolowanie poło\
eń i przemieszczeń liniowych lub kątowych zespo-
łów roboczych,
- włączanie i kontrolę ich wielkości fizycznych, poza ruchem i prędko-
ścią, je\
eli takie wielkości w maszynie występują, np. temperatura, ci-
śnienie itp.
- pomiar i nastawianie dopuszczalnych obcią\
eń zespołów roboczych,
np. nastawianie dopuszczalnych sił obcią\
ających, momentów sił i mo-
cy.
Sterowanie maszyn mo\
e być:
- ręczne - wszystkie czynności sterownicze wykonuje pracownik obsłu-
gujący maszynę,
- częściowo zautomatyzowane - niektóre czynności sterownicze są do-
konywane automatycznie, a pozostałe (np. zakładanie i zdejmowanie
przedmiotu) wykonuje pracownik,
- automatyczne (z powtarzalnym cyklem pracy) - wszystkie czynności
(z wyjątkiem włączania i wyłączania maszyny) są dokonywane samo-
czynnie.
W przypadku maszyn sterowanych ręcznie i częściowo zautomaty-
zowanych jest konieczny stały dozór ze strony pracownika obsługujące-
go maszynę, natomiast maszyny w pełni zautomatyzowane wymagają
tylko dozoru okresowego.
W zale\
ności od tego, na jakiej zasadzie działają główne elementy
układu sterowania, rozró\
nia się sterowanie mechaniczne, elektryczne,
hydrauliczne, pneumatyczne lub mieszane.
W układzie sterowania maszyny wyró\
nia się:
- sterownik, czyli człon zadający sygnał sterowania,
- nastawnik, czyli człon wykonujący określone nastawienia,
- człon łączący sterownik z nastawnikiem,
- obiekt sterowany,
- wskaz
nik nastawianej wielkości.
Przykład prostego mechanizmu do ręcznego sterowania prędkością
obrotową wrzeciona maszyny, z oznaczeniem wymienionych członów
układu sterowania, przedstawiono na rys. 4.1.
4
WR
2
3
1 5
Rys. 4.1. Mechanizm do ręcznego nastawiania prędkości obrotowej wrzeciona:
1 - sterownik (rękojeść), 2 - nastawnik (sprzęgło kłowe), 3 - człon łączący
(dz
wignia z mimośrodem), 4 - obiekt sterowania (wrzeciono), 5 - wskaz
nik
nastawnej wielkości
102
 W przedstawionym mechanizmie nastawnik jest przesuwany siłą
mięśni obsługującego maszynę. W wykonywanych współcześnie maszy-
nach powszechnie są stosowane układy sterowania z tzw. wzmocnieniem
mocy, w których do uruchomienia nastawnika u\
ywa się z
ródła energii
pomocniczej, np. energii elektrycznej - w stycznikach, energii tłoczone-
go oleju - w siłownikach hydraulicznych, lub sprzę\
onego powietrza -
w siłownikach pneumatycznych.
Układy sterowania obrabiarek w pełni zautomatyzowanych,
a zwłaszcza obrabiarek ze sterowaniem numerycznym (NC), są wyposa-
\
one w obwody sprzę\
enia zwrotnego, a tak\
e urządzenia nadzorujące
i kontrolujące przebieg pracy maszyny.
Stosowane w maszynach układy sterowania spełniają dwa podsta-
wowe zadania:
- sterowanie skrzynek przekładniowych,
- sterowanie przebiegiem pracy maszyny.
4.2. Sterowanie skrzynek przekładniowych
Sterowanie skrzynek przekładniowych ma na celu nastawianie \
ądanych
prędkości ruchów głównych i posuwowych za pomocą przełączania
sprzęgieł lub przekładni zębatych.
Większość sterowanych obecnie maszyn jest wyposa\
ona w urzą-
dzenia do ręcznego sterowania skrzynek przekładniowych. Natomiast
automatyczne sterowanie skrzynek przekładniowych (według ustalonego
programu) jest stosowane w niektórych maszynach wielozabiegowych
oraz zautomatyzowanych.
Ręczne sterowanie skrzynek przekładniowych mo\
e być sterowa-
niem bezpośrednim lub pośrednim (ze wzmocnieniem mocy). W przy-
padku sterowania bezpośredniego pracownik kierujący pracą obrabiarki
siłą swych mięśni nastawia sterownik (np. dz
wignię, pokrętło, kółko
ręczne), który jest połączony mechanicznie z nastawianym elementem
(nastawnikiem). W przypadku sterowania pośredniego sterownikami są
zazwyczaj przyciski lub inne elementy, za pomocą których operator ma-
szyny zadaje sygnał sterowania, uruchamiający obwody sterowania elek-
trycznego, hydraulicznego lub pneumatycznego.
Sterowanie bezpośrednie mo\
e być wielodz
wigniowe, gdy ka\
da
przekładnia lub sprzęgło są przełączane oddzielną dz
wignią, lub jed-
103
nodz
wigniowe, gdy wszystkie sterowane elementy są przełączane jed-
nym sterownikiem.
Przykłady najczęściej stosowanych mechanizmów do jednodz
wi-
gniowego i wielodz
wigniowego sterowania skrzynek przekładniowych
przedstawiono na rys. 4.2 i 4.3.
a) c)
4
4
1
1 1
1
b)
1
3 3 2
2
4
4
Rys. 4.2. Mechanizmy i elementy sterowania jednodz
wigniowego skrzynek
przekładniowych: a) z dz
wignią wahliwą 1 i rękojeścią 4, b) z dz
wignią 1 prze-
suwną za pomocą zębatki 2 i koła zębatego 3 obracanego rękojeścią 4,
c) z dz
wignią 1 wysuwaną suwakiem 4
Na rysunku 4.2 pokazano trzy odmiany mechanizmów słu\
ących do
sterowania poszczególnych przekładni, natomiast na rys. 4.3 - mecha-
nizm z przekładniami zębatkowymi do sterowania trzema odrębnymi
przekładniami za pomocą trzech dz
wigni sterujących, umieszczonych na
wspólnej osi.
Poło\
enia dz
wigni sterujących i odpowiadające im prędkości obro-
towe (lub posuwy) sterowanego obiektu najczęściej są podawane w ta-
bliczkach umieszczonych obok dz
wigni, jak to przykładowo pokazano na
rys. 4.4 w przypadku sterowania dwudz
wigniowego.
104
 a)
b)
1c 4c
4b
1a
4a
3c
2a
1a
1c
3b
3a
2c
3a
1b
3b
2b
4c
1b
3c
4a
4b
Rys. 4.3. Sterowanie wielodz
wigniowe: a) widok przestrzenny, b) schemat ste-
rowania: 1a, 1b, 1c - dz
wignie przesuwne, 2a, 2b, 2c - zębatki do przesuwania
dz
wigni, 3a, 3b, 3c - koła zębate do przesuwania zębatek, 4a, 4b, 4c - rękojeści
II
I
2
B
1
3
A
Prędkości obro-
n 71 112 180 280 450 710
towe [obr/min]
B B
B B B
B B
A 1 2 3 1 2 3
Poło\
enie
dz
wigni
B I I I II II II
Rys. 4.4. Poło\
enia dwóch dz
wigni sterujących skrzynką i odpowiadające im
prędkości wrzeciona
W przypadku sterowania centralnego jako nastawniki są stosowane
zazwyczaj mechanizmy krzywkowe. Przykład skrzynki prędkości składa-
jącej się z trzech dwójek przesuwnych sterowanych za pomocą obracanej
pokrętłem krzywki bębnowej przedstawiono na rys. 4.5.
105
a) b)
z3
I
z1
z1 z3
z2 z4
I
II
z7
z7
z5
z5
z8
z6
III
z11 z9 II z9 z11
z10
z4 z2 z12
III
n6 n7 n8
n1 n2 n4 n5
n3 WR
z8 z6
WR
1 2 3 4 5 6 7 8
A
z12 z10
A B
B
C
C
Rys. 4.5. Sterowanie centralne ośmiostopniowej skrzynki prędkości: a) schemat
skrzynki i układu sterowania, b) rozwinięcie krzywki sterującej trzema zary-
sami roboczymi
Podczas obrotu krzywki zarysy robocze A, B, C sterują poszczegól-
nymi dwójkami przesuwnymi, tak aby następowało odpowiednie włą-
czanie prędkości obrotowych od n1 do n8 w poło\
eniach krzywek 1�8.
4.3. Sterowanie przebiegiem pracy maszyny
4.3.1. Charakterystyka sterowania procesem roboczym
Sterowanie przebiegiem pracy maszyny obejmuje wszystkie czynności
związane z realizacją procesu roboczego maszyny i mo\
e być dokony-
wane ręcznie lub automatycznie.
Ręczne sterowanie maszyny jest dokonywane w całości przez opera-
tora, który za pomocą zewnętrznych elementów sterowania kieruje prze-
biegiem wykonywanej na maszynie operacji obróbkowej.
Operator maszyny pracuje ze swoistym sprzę\
eniem zwrotnym,
gdy\
znajomość i obserwacja przebiegu procesu roboczego maszyny
wywołuje w umyśle operatora powstawanie sygnałów sterowniczych
(rys. 4.6). Po odebraniu takiego sygnału operator ręcznie wykonuje od-
powiednie czynności sterownicze.
106
 Sygnał
sterowania
Sprzę\
enie
zwrotne
(wzrokowe)
Czynność
sterownicza
Rys. 4.6. Ręczne sterowanie przebiegu pracy maszyny
Automatyczne sterowanie przebiegu pracy maszyny mo\
e odbywać
się w układzie zamkniętym lub otwartym. Schematy blokowe takich
układów sterowania przedstawiono poglądowo na rys. 4.7.
Kontrola okresowa
a)
procesu
Zakłócenia
Program
Przedmiot
Układ
Człowiek Obrabiarka
obróbki
obrabiany
sterowania
Okresowa korekta nastawienia obrabiarki
Zakłócenia procesu
b)
Program
Układ
Obra- Przedmiot
Człowiek
obróbki
sterowania
biarka obrabiany
Kontrola
procesu
Kontrola wyrobu
Rys. 4.7. Schemat blokowy sterowania przebiegiem pracy obrabiarki:
a) w układzie otwartym, b) w układzie zamkniętym
W przypadku automatycznego sterowania w układzie otwartym
udział operatora sprowadza się do okresowej kontroli jakości wyrobu
107
(np. do kontroli wymiarów) oraz do okresowego korygowania nastawie-
nia maszyny (np. ustawienia narzędzi). Przykładem układu otwartego jest
np. sterowanie krzywkowe automatów tokarskich.
Sterowanie automatyczne w układzie zamkniętym odbywa się bez
udziału operatora, gdy\
kontrola procesu, a tak\
e coraz częściej kontrola
wyrobu, jest dokonywana samoczynnie przez układ sterowania. Przykła-
dem takiego sterowania jest sterowanie numeryczne maszyn.
4.3.2. Sterowanie ręczne
Sterowanie ręczne przebiegiem pracy maszyny, podobnie jak sterowanie
ręczne skrzynek przekładniowych, jest dokonywane za pomocą umiesz-
czonych na zewnętrznych powierzchniach korpusów maszyny elemen-
tów sterowania w postaci kółek ręcznych, dz
wigni, przełączników, przy-
cisków itp.
Przeznaczenie elementów sterowania w postaci przycisków lub prze-
łączników jest objaśniane symbolami na umieszczonych obok nich ta-
bliczkach instrukcyjnych. Przykład pulpitu sterowniczego maszy-
ny z podanymi symbolami sterowanych czynności przedstawiono na
rys. 4.8.
X
1 3 5
7 9 11 13 15
Y
2 4 6
8 10 12 14 16
Rys. 4.8. Pulpit sterowniczy maszyny: 1, 2 - przełączniki kierunku ruchu stołu
wzdłu\
osi X i Y, 3, 4, 5, 6 - przyciski impulsowe głowicy rewolwerowej, 7 -
przycisk obrotu głowicy rewolwerowej, 8 - przełącznik włączania i wyłączania
chłodzenia, 9, 10 - przyciski włączania posuwu roboczego wolnego  naprzód ,
 powrót , 11 - przycisk impulsowy włączający  szybki przesuw , 12 - czerwo-
ny przycisk  stop posuw , 13 - przycisk włączania obrotów wrzeciona, 14 -
czerwony przycisk zatrzymania obrotów wrzeciona, 15 - przycisk włączenia
hydrauliki, 16 - czerwony przycisk grzybkowy  stop awaryjny wyłączający
wszystkie czynności maszyny i układy sterowania
108
4.3.3. Sterowanie automatyczne
Automatyczne sterowanie przebiegiem pracy maszyny odbywa się zgod-
nie z wcześniej ustalonym programem, który w zale\
ności od przezna-
czenia i stopnia automatyzacji maszyny mo\
e spełniać następujące funk-
cje:
- nastawianie prędkości ruchów głównych i posuwu,
- nastawianie wartości przemieszczeń narzędzi lub przedmiotów obrabia-
nych,
- nastawianie kolejności i kierunków ruchu,
- zakładanie, mocowanie i zdejmowanie przedmiotów obrabianych,
- zmianę pozycji obróbkowej obrabianego przedmiotu,
- kontrolę lub pomiar poło\
enia, przemieszczeń i wymiarów,
- czynności pomocnicze,
- kompensację zu\
ycia narzędzi, wpływu temperatury itp.
Stopień automatyzacji sterowania maszyn mo\
e więc być ró\
ny.
Większość produkowanych współcześnie maszyn nie jest jeszcze wypo-
sa\
ona w układy sterowania wykonujące samoczynnie wszystkie wymie-
nione czynności.
Stosuje się ró\
ne podziały klasyfikacyjne układów automatycznego
sterowania maszyn, np. przyjęty w automatyce podział na układy stero-
wania otwarte lub zamknięte, podział na sterowanie w funkcji drogi
(poło\
enia) lub w funkcji czasu, podział ze względu na liczbę ruchów
sterowanych w układzie osi współrzędnych na układy jednoosiowe, dwu-
osiowe itp. Najczęściej przyjmuje się w maszynach podział układów au-
tomatycznego sterowania ze względu na sposób zadawania informacji,
z którym zgodnie wyró\
nia się: sterowanie krzywkowe, sterowanie zde-
rzakowe, sterowanie kopiowe, sterowanie numeryczne.
" Sterowanie krzywkowe
W przypadku sterowania automatycznego krzywkowego wszystkie
czynności sterownicze są dokonywane za pomocą krzywek, których za-
rysy robocze stanowią stały zapis o programie sterowania obrabiarki. Jest
to zarazem sterowanie w funkcji czasu, gdy\
wszystkie czynności ste-
rownicze dotyczące kształtowania przedmiotu są rozmieszczone w zale\
-
ności od czasu wykonania całego przedmiotu.
109
 Sterowanie krzywkowe jest najstarszym, ale i najbardziej niezawod-
nym systemem sterowania automatycznego. Najczęściej są stosowane
krzywki tarczowe lub walcowe, których zarysy robocze mogą być przy-
stosowane zarówno do sterowania ruchami roboczymi maszyny, jak
i ruchami pomocniczymi, np. ruchami przełączania sprzęgieł, ruchami
nastawiania narzędzi lub mocowania przedmiotu obrabianego.
Poniewa\
ustalony cykl pracy maszyny mo\
e być zmieniony przez
wymianę krzywek - co ze względu na potrzebę zaprojektowania i wyko-
nania nowych krzywek jest czynnością pracochłonną i kosztowną - ste-
rowanie krzywkowe jest stosowane w maszynach przeznaczonych do
produkcji wielkoseryjnej lub masowej. Przykłady najczęściej u\
ywanych
mechanizmów krzywkowych przedstawiono na rys. 4.9.
c)
b)
a)
Rys. 4.9. Mechanizmy krzywkowe stosowane w układach sterowania maszyn:
a) z krzywką tarczową, b) z krzywką walcową, c) z krzywką walcowo-czołową
" Sterowanie zderzakowe
Sterowanie zderzakowe polega na włączaniu poszczególnych etapów
automatycznego cyklu pracy maszyny za pomocą zderzaków ustawio-
nych wzdłu\
toru drogi przemieszczających się zespołów roboczych ma-
szyny. Jest to więc system sterowania w funkcji drogi, w którym zderzaki
przełączają sterowany element albo w sposób mechaniczny, albo działają
na łączniki drogowe przekazujące sygnały sterujące do elementów wy-
konawczych układu sterowania.
Przykłady zderzaków ustawionych na zespole roboczym maszyny
przełączających mechanicznie sterowany element oraz działających na
łączniki drogowe pokazano na rys. 4.10.
110
a)
b)
ZR
ZR Z1 Z2
Zd1
D1 Zd2
E O A
D1
A
D1
A
D2
D3 D2 K
A
D2
S
Rys. 4.10. Przykłady zastosowania zderzaków: a) do mechanicznego przełącza-
nia sprzęgła kłowego, b) do przełączania łączników drogowych
W przykładzie przedstawionym na rys. 4.10a nastawne zderzaki Zd1
i Zd2 przymocowane do zespołu roboczego ZR, działając na odchylną
dz
wignię D1, wokół osi O powodują przez dz
wignię D2 przełączenie
sprzęgła kłowego S.
Na rysunku 4.10b zderzaki Zd1 i Zd2 przesuwając się powodują za-
mknięcie lub otwarcie obwodów łączników drogowych A
D1 i A
D2, które
np. mogą sterować sprzęgłem elektromagnetycznym.
" Sterowanie kopiowe
Sterowanie kopiowe jest sposobem sterowania, podczas którego przed-
miot uzyskuje kształt stanowiący odtworzenie kształtu wzornika (kopia-
łu). Taki sposób sterowania jest dokonywany za pomocą urządzeń kopiu-
jących, których zadaniem jest prowadzenie narzędzia po torze wyznacza-
nym przez kształt wzornika, przy czym wzornik nale\
y traktować jako
stały zapis informacji o kształcie przedmiotu.
Je\
eli ruch sterowanego układem kopiującym zespołu roboczego
odbywa się w jednej płaszczyz
nie, to kopiowanie nosi nazwę kopiowa-
nia płaskiego (dwuwymiarowego). Taki sposób kopiowania jest stoso-
wany np. do toczenia brył obrotowych lub frezowania zarysów krzywoli-
niowych, jak to przedstawiono poglądowo na rys. 4.11a, b.
111
c)
a) b)
PY
PX
PZ
PX
P
PX
PZ
PZ
P
Rys. 4.11. Przykłady obróbki kopiowej płaskiej i przestrzennej: a) toczenie
kształtowe, b) frezowanie zarysu krzywoliniowego, c) frezowanie przestrzenne
powierzchni
Podczas kopiowania przestrzennego (trójwymiarowego) układ ko-
piujący steruje ruchami zespołu roboczego w dwóch płaszczyznach (rys.
4.11c).
Zło\
ony ruch kształtowania występujący podczas obróbki kopiowej
jest sumą geometryczną ruchów składowych. W zale\
ności od liczby
ruchów sterowanych przez urządzenie kopiujące rozró\
nia się układy
kopiowania jedno- lub wielokoordynatowe.
Urządzenia kopiujące są serwomechanizmami ze sprzę\
eniem
zwrotnym poło\
eniowym (rys. 4.12).
Pa
y1
y2
Wz
E
C WS ZR
-y2 Sprzę\
enie zwrotne
Rys. 4.12. Schemat blokowy urządzenia kopiującego
Działanie układu kopiującego polega na ciągłym porównywaniu
w czujniku C sygnału wejściowego y1, który określa wartość przesunię-
cia palca wodzącego Pa, ślizgającego się po wzorniku Wz, z sygnałem
wyjściowym y2, określającym wartość przesunięcia wykonanego przez
zespół roboczy ZR z narzędziem. Sygnał wyjściowy y2 jest przekazywa-
ny do czujnika za pomocą sprzę\
enia zwrotnego. Ró\
nica między sygna-
łem wyjściowym a wejściowym wywołuje w czujniku sygnał uchybu
112
poło\
enia e = y1  y2, który po wzmocnieniu przez wzmacniacz WS jest
przekazywany do silnika E. Zadaniem tego silnika jest dą\
enie do spro-
wadzenia uchybu do zera.
Dokładność kopiowania jest tym większa, im większy jest uchyb,
którego minimalna wartość określa czułość układu kopiującego. Dokład-
ność obróbki kopiowej zawiera się w granicach 0.01�0.2 [mm], w zale\
-
ności od rodzaju układu kopiującego i maszyny.
Oprócz najbardziej rozpowszechnionych urządzeń kopiujących hy-
draulicznych są stosowane tak\
e urządzenia kopiujące elektryczne, elek-
trohydrauliczne oraz niekiedy mechaniczne.
" Sterowanie numeryczne
Nazwą - sterowanie numeryczne określa się system sterowania,
w którym wszystkie informacje dotyczące zarówno kształtu (dane geo-
metryczne), jak równie\
warunków skrawania i czynności pomocniczych
(dane technologiczne) są podawane w postaci zakodowanych symboli
cyfrowych, literowych (tzw. symboli alfanumerycznych).
Sterowanie numeryczne jest niekiedy oznaczane skrótem literowym
SN, ale najczęściej jest stosowany międzynarodowy skrót literowy NC,
przyjęty od angielskiej nazwy Numerical Control.
Podstawową cechą sterowania NC jest wprowadzenie do układu ste-
rowania danych w formie symbolicznej, np. przygotowanych w postaci
zapisu na taśmie dziurkowanej. Tego rodzaju zapis informacji w procesie
roboczym maszyny ułatwia jej przestawienie na wykonywanie innych
przedmiotów, zwłaszcza jeśli do przygotowania programu wykorzystuje
się technikę komputerową (tzw. programowanie maszynowe).
Z punktu widzenia mo\
liwości obróbkowych sterowanie NC dzieli
się na (rys. 4.13.):
- sterowanie punktowe,
- sterowanie odcinkowe,
- sterowanie kształtowe (ciągłe).
Program sterowania punktowego obejmuje ruchy nastawcze narzę-
dzia lub przedmiotu obrabianego. W przypadku takiego sterowania tor
ruchu nastawczego, np. tor przemieszczenia narzędzia od A do B (rys.
4.13a), nie ma istotnego znaczenia, gdy\
obróbka zaczyna się dopiero po
osiągnięciu poło\
enia docelowego. Sterowanie punktowe jest stosowane
w wiertarkach lub wytaczarkach, np. do automatycznego nastawiania
poło\
enia stołów krzywkowych.
113
b) c)
a)
Y
Z
B
A
X
A
X P1 A Z
B
B
X
P
P2
Rys. 4.13. Przykłady obróbki z zastosowaniem sterowania numerycznego:
a) punktowego, b) odcinkowego, c) kształtowego
W przypadku sterowania odcinkowego podczas trwania procesu
obróbkowego narzędzie przemieszcza się względem obrabianego przed-
miotu po torach równoległych do osi przyjętego układu współrzędnych,
np. X i Z (rys. 4.13b). Zarys obrabianego przedmiotu składa się więc
z odcinków linii prostych łączących punkt wejściowy A z punktem doce-
lowym B. Sterowanie odcinkowe występuje głównie w tokarkach i
frezarkach.
Sterowanie kształtowe umo\
liwia obróbkę przedmiotów za pomocą
zło\
onych ruchów kształtowania (rys. 4.13c). Tor ruchu narzędzia
względem przedmiotu obrabianego powstaje w wyniku sprzę\
enia dwóch
(np. P1 i P2) lub niekiedy trzech ruchów składowych, co uzyskuje się
przez zastosowanie interpolatora w układzie sterowania.
Sterowanie kształtowe jest stosowane w maszynach przeznaczonych
do obróbki przedmiotów o skomplikowanych kształtach.
W układzie sterowania NC maszyny wyró\
nia się (rys. 4.14):
- elektroniczny układ sterowania,
- układ sterująco-napędowy.
Zadaniem elektronicznego układu sterowania, umieszczonego
najczęściej w odrębnej szafie sterowniczej, jest przetworzenie informacji
wprowadzonych za pomocą nośnika programu (taśmy perforowanej lub
pamięci magnetycznej PM) na odpowiednie sygnały sterujące, które po
wzmocnieniu są kierowane do poszczególnych układów sterująco-
-napędowych.
114
Układ
Elektroniczny
Sterująco-
układ
-napędowy Maszyna
sterowania
Nośniki
programu
PM
Rys. 4.14. Ogólny schemat blokowy układu sterowania numerycznego maszyny
Zadaniem układów sterująco-napędowych, które są umieszczane
przy określonych zespołach roboczych maszyny, jest nadawanie tym
zespołom ruchów zgodnych z sygnałami sterującymi otrzymywanymi
z elektronicznego układu sterowania.
Wprowadzanie i przepływ informacji w elektronicznym układzie ste-
rowania oraz jego połączenie z układem sterująco-napędowym maszyny
przedstawiono na rys. 4.15.
EUS
Nastawianie
Przełączanie
ręczne
CZ
prędk. obr.,
zmiana poz.
narzędzi,
Dekodowanie
chłodzenie
i rozdzielanie
informacji
CY
Interpolator
PS EY
X, Y
ZPY EX CX
ZPX
Wzmacniacz sygnałów
sterujących dla osi X i Y
Rys. 4.15. Schemat przepływu i przetwarzania informacji w układzie sterowa-
nia numerycznego ze sterowaniem kształtowym
115
 Jest to przykład sterowania numerycznego kształtowego z interpola-
torem dla osi X, Y stołu krzy\
owego maszyny.
W elektronicznym układzie sterowania EUS następuje kolejno:
- wprowadzenie informacji podanych na nośniku programu przez czytnik
taśmy CZ lub nastawianych ręcznie,
- dekodowanie, rozdzielanie i zapamiętywanie informacji dotyczących
przemieszczeń oraz funkcji pomocniczych (przełączanie) przez pamięć
sterującą PS,
- przetwarzanie w interpolatorze informacji dotyczących przemieszczeń
w kierunku osi X i Y,
- porównywanie w zespołach porównujących ZPX, ZPY sygnałów sterują-
cych z interpolatora z sygnałami pochodzącymi od czujników pomia-
rowych poło\
enia CX, CY i wytworzenie sygnałów kierowanych do
układów sterująco-napędowych, gdzie po wzmocnieniu sterują zasila-
niem silników EX, EY napędzających śruby pociągowe suportu wzdłu\
-
nego (oś sterowania Y) oraz suportu poprzecznego (oś sterowania X)
stołu maszyny.
Układy sterująco-napędowe noszą nazwę serwonapędów (serwome-
chanizmów) i stanowią odrębne zespoły napędowe ka\
dej ze sterowa-
nych numerycznie osi maszyny.
Taki zespół napędowy najczęściej składa się z silnika, bezluzowej
przekładni zębatej lub przekładni pasowej z pasem zębatym oraz prze-
kładni śrubowej tocznej przekształcającej ruch obrotowy w ruch prosto-
liniowy.
Silnikami napędowymi są zazwyczaj wysokomomentowe silniki
prądu stałego z magnesami trwałymi, silniki hydrauliczne ruchu obroto-
wego (w maszynach cię\
kich) lub silniki krokowe łączone z hydraulicz-
nym wzmacniaczem momentu obrotowego.
Przykład serwonapędu z silnikiem prądu stałego, zasilanym napię-
ciem Uv przez regulowany zasilacz tyrystorowy ZT, przedstawiono na
rys. 4.16.
Silnik - poprzez przekładnię z pasem zębatym - napędza śrubę po-
ciągową toczną, której nakrętka jest połączona z zespołem roboczym
maszyny. W takim serwonapędzie oprócz sprę\
enia zwrotnego poło\
e-
niowego (od osadzonego na śrubie pociągowej przetwornika pomiarowe-
go poło\
enia kątowego obrotu śruby) zastosowano dodatkowe sprzę\
enie
zwrotne prędkościowe (od połączonej z wałem silnika prądnicy tachome-
trycznej), którego zadaniem jest polepszenie stabilności pracy całego
układu sterująco-napędowego. Przekazane przez pętle sprzę\
enia
116
zwrotnego poło\
eniowego i prędkościowego sygnały są kierowane do
zespołów porównujących, w których są porównywane z sygnałem steru-
jącym xz otrzymywanym z elektronicznego układu sterowania. Następnie
jako sygnały uchybu poło\
enia ex, a póz
niej tak\
e uchybu prędkości ev są
wzmacniane i słu\
ą do sterowania układu tyrystorowego zasilającego
silnik.
Zespół
Elektroniczny
układ roboczy
sterowania
Przetwornik
Serwomotor
pomiarowy
Zespół Zespół
porównujący porównujący
Prądnica
poło\
enie prędkość
tachometryczna
Uz Uv Sprzę\
enie
xz ex Wz1 ev Wz2
ZT
zwrotne
prędkościowe
xrz
Urz
Zasilanie Sprzę\
enie
R S T
ex = xz - xrz ev = Uz - Urz z sieci zwrotne
poło\
eniowe
Rys. 4.16. Schemat serwonapędu maszyny ze sterowaniem numerycznym
Rozwój układów mikroprocesorowych umo\
liwił powstanie stero-
wania numerycznego komputerowego, które jest oznaczone symbolem
literowym CNC, będącym skrótem angielskiej nazwy Computer Numeri-
cal Control. W odró\
nieniu od zwykłego sterowania NC jest to tzw. ste-
rowanie swobodnie programowane, w którym wszystkie działania zwią-
zane z dekodowaniem, rozdzielaniem i przetwarzaniem danych są doko-
nywane przez specjalizowany komputer według programów wprowadza-
nych do pamięci układu. Przepływ i przetwarzanie informacji w układzie
sterowania CNC przedstawiono poglądowo na rys. 4.17.
Układ sterowania CNC maszyny jest wyposa\
ony w czytnik taśmy
dziurkowanej oraz pulpit sterowniczy do ręcznego wprowadzania danych
i programowania obróbki, a tak\
e w ekran monitora, który słu\
y do
wzrokowej obserwacji wprowadzanych danych geometrycznych i tech-
nologicznych, obserwacji programów testowych itp.
117
 Sterowanie CNC jest bardziej uniwersalne ni\
sterowanie NC, umo\
-
liwia bowiem wprowadzenie programów pracy maszyny z ró\
nych no-
śników informacji (taśmy dziurkowanej, magnetycznej, dyskietek, przy-
cisków klawiszowych na pulpicie sterowniczym). Poza tym umo\
liwia
korygowanie programów, a tak\
e wprowadzanie programów tekstowych
i wykrywanie uszkodzeń oraz podawanie informacji o przebiegu procesu
przez jego wyświetlanie na ekranie monitora.
Pulpit sterowniczy
Ekran
monitora
Przełączanie
prędk. obr.
zmiana poz.
Mini-
narzędzi,
komputer
chłodzenie
Dekodowanie i rozdział
informacji
Pamięć inf.
Pamięć inf.
geometr. przełączania
.
Interpolator Program
CY
EY
przełączania
X, Y
ZPX ZPY
EX
CX
Wzmacniacz sygnałów
sterujących dla osi X i Y
Rys. 4.17. Schemat przepływu i przetwarzania informacji w układzie sterowa-
nia komputerowego CNC maszyny
Jednocześnie z prowadzeniem sterowania CNC rozwijano sterowa-
nie numeryczne bezpośrednie oznaczone symbolem literowym DNC
(ang. Direct Numerical Control). Jest to system sterowania numeryczne-
go, w którym poszczególne maszyny NC są sterowane przez jeden kom-
puter, przetwarzający, rozdzielający i przesyłający informacje bezpo-
średnio do układów sterowania poszczególnych maszyn. W układach
DNC taśma dziurkowana jest zbędna, gdy\
maszyny są połączone
z komputerem przewodami przez zespół dopasowujący, który dostoso-
wuje sygnały sterujące do układu sterowania maszyny.
118
 W porównaniu ze zwykłym sterowaniem NC, które wymaga przygo-
towania i zgromadzenia programów do poszczególnych maszyn w
postaci tzw. biblioteki programów, a następnie ich wybierania i dostar-
czenia do maszyny przez operatora, w systemie DNC programy sterowa-
nia NC zostały przyjęte przez komputer i zgromadzone na dysku magne-
tycznym pamięci zewnętrznej, z którym komputer współpracuje i sam
generuje programy do ka\
dej maszyny.
Rysunek 4.18 przedstawia przepływ informacji (programów)
w przypadku indywidualnego kierowania pracą maszyny NC oraz
zastosowania systemu DNC.
Programowanie NC
Sterowanie
System DNC
numeryczne zwykłe
Elektroniczna
Biblioteka programów
maszyna
matematyczna
Pamięć
zewnętrzna
EMC
Układ dopasowujący
NC1 NC2 NC3 NC1 NC2
NC3
Rys. 4.18. Porównanie zwykłego sterowania numerycznego (NC) z systemem
sterowania komputerowego bezpośredniego (DNC)
Systemy DNC najczęściej są stosowane do sterowania grupy ma-
szyn, liczącej nie więcej ni\
kilkanaście maszyn.
119
" Przygotowywanie programów
Przygotowanie programów (programowanie) do obrabiarek NC mo\
e być
realizowane ręcznie (programowanie ręczne PR) lub maszynowo (pro-
gramowanie maszynowe PM), jak to pokazano na rys. 4.19.
Czytnik taśmy
Maszyna
PR Arkusz
programu do pisania-
dziurkarka
Układ
sterowania
Program
Maszyna
symbo- Maszyna
matem. z
PM
liczny dziurkarką
Rys. 4.19. Schemat przygotowania programu w przypadku programowania
ręcznego i automatycznego
W przypadku programowania ręcznego technolog programista opra-
cowuje najpierw plan obróbki przedmiotu, który zawiera rysunek przed-
miotu, wszystkie dane dotyczące narzędzi i oprzyrządowania oraz kolej-
ne zabiegi obróbkowe.
Na podstawie planu obróbki sporządza się rękopis programu zapisa-
nego za pomocą kodu obrabiarki według PN. Rękopis programu składa
się z kolejnych bloków danych utworzonych ze słów stanowiących ca-
łość informacji potrzebnych do sterowania obrabiarki w czasie pojedyn-
czej fazy cyklu obróbkowego. Blok danych zawiera zwykle następujące
słowa: numer bloku N, funkcje przygotowawcze G, wartości współrzęd-
nych X, Y, Z, prędkości posuwu F, prędkości obrotowe wrzeciona S, na-
rzędzie T oraz funkcje pomocnicze M.
Ostatnią czynnością programowania ręcznego jest wykonanie na
specjalnej maszynie do pisania (dziurkarce) taśmy dziurkowanej.
W przypadku programowania maszynowego technolog przygotowu-
je dane wejściowe do komputera. Dane te opisują geometrię przedmiotu,
narzędzia, tory ruchów i czynności obrabiarki. Na podstawie tych danych
wejściowych komputer wykonuje wszystkie niezbędne obliczenia i do-
konuje zapisu na nośniku informacji.
120