Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.
Рабочее место (РМ) - часть производственной системы, созданная на базе рабочей машины или комплекта технических средств, необходимых для выполнения технологической операции. РМ образует производственную ячейку, представляющую собой совокупность рабочей машины, в которой размещаются материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также вспомогательного оборудования и технологической оснастки. Технологическая оснастка состоит из приспособлений, предназначенных для установки или направления предмета труда или инструмента при выполнении технологической операции, и инструментов, предназначенных для воздействия на предмет труда с целью изменения его состояния.
Рассмотрим функциональную схему автоматизированного рабочего места (рис.9.1). Для выполнения технологической операции необходимы средства реализации следующих функций:
- управления, контроля и диагностики;
- установки заготовок на рабочую машину (станок);
- смены инструмента в рабочей позиции;
- обработки детали;
- съема детали и инструментов со станка.
Функция управления, контроля и диагностики необходима для преобразования конструкторско-технологических данных, представленных в форме технологической документации и управляющих программ в команды управления комплексом средств технологического оснащения. Помимо этого функция управления осуществляет преобразование сигналов обратной связи об исполнении команд и ходе технологического процесса. Выполнение этой функции обеспечивается системой ЧПУ станка и робота при участии оператора.
Функция установки заготовок на станок осуществляет изменение положения заготовки, перемещая ее из транспортного средства или накопителя (склада) с установкой ее на станке. Эта функция реализуется роботом или специальным манипулятором.
Функция смены инструмента в рабочей позиции осуществляет изменение расположения инструмента, перемещая его из накопителя или из нерабочей позиции в позицию, в которой инструмент может выполнять рабочий процесс. Эта функция реализуется устройством размещения и смены инструментов.
Функция обработки детали осуществляет изменение состояния заготовки и выполняется рабочей машиной (станком).
Функция съема детали и инструментов со станка изменяет расположение предмета труда и инструментов, освобождая от них станок. Функция реализуется теми же средствами, которые использовались для установки детали и инструментов.
Операции механической обработки деталей заключаются в воздействии некоторого рабочего органа (инструмента) на обрабатываемый объект с целью изменения его формы и размеров. Для выполнения этих операций рабочие органы должны совершать по отношению к обрабатываемым объектам определенные перемещения. Реализация этих перемещений осуществляется станками с ЧПУ, в состав которых включаются необходимые рабочие органы. Технологические процессы, реализуемые на станках с ЧПУ, относятся к классу машинных технологических процессов.
Методы расчета управляющих программ для станков с ЧПУ базируются на математических моделях машинных технологических процессов, самих технологических машин - станков и их оснастки, а также обрабатываемых объектов.
Фундаментом для построения любой математической модели является то или иное пространство, в котором строится эта модель. При рассмотрении произвольного процесса принято использовать фазовое пространство, которое представляет собой множество всевозможных состояний этого процесса.
Рассмотрим фазовые пространства машинных технологических процессов
Одной из основных характеристик любого пространства является его размерность, которая для фазовых пространств определяется числом параметров, необходимых для описания соответствующих процессов. В число основных параметров, необходимых для описания машинного технологического процесса входят, прежде всего, координаты, определяющие расположение рабочего органа в процессе его перемещения относительно обрабатываемого объекта. Вторую группу основных параметров составляют скорости перемещения по этим координатам.
Для описания машинных технологических процессов могут быть использованы методы классической механики систем, состоящих из конечного числа твердых тел, в качестве которых можно рассматривать рабочие органы. Как известно, максимальная размерность фазового пространства системы из k твердых тел равна 12k. Отсюда следует, что максимальная размерность фазового пространства процесса, выполняемого одним рабочим органом, равняется 12. Однако практически закономерности, лежащие в основе конкретных рабочих процессов, накладывают связи на отдельные параметры, что в большинстве случаев приводит к уменьшению размерности фазовых пространств реальных технологических процессов, представленных в табл.9.1.
Перемещения рабочих органов, необходимые для выполнения заданных воздействий на обрабатываемый объект, осуществляются путем геометрического сложения перемещений рабочего органа и обрабатываемого объекта. В свою очередь, их абсолютные движения складываются из элементарных движений отдельных исполнительных органов, на которых закреплены соответственно рабочий орган и обрабатываемый объект.
Чтобы осуществить заданные движения к исполнительному органу должно быть подведено определенное количество механической энергии, для чего он включается в состав устройства, именуемого исполнительным агрегатом или приводом исполнительного органа.
Привод исполнительного органа является одним из основных структурных элементов любой современной технологической машины и первичным управляемым объектом. В этой связи станки с ЧПУ можно рассматривать как комплекс ее исполнительных агрегатов, объединенных системой управления.
При анализе структуры какой-либо технологической машины с ЧПУ необходимо прежде всего установить вид приводов исполнительных органов, количество их и порядок совместной работы, реализуемый системой управления.
Различные виды приводов исполнительных органов можно классифицировать по геометрической форме движения и типу управления. По геометрической форме движения приводы делят на линейные или поступательные и круговые или вращательные. С точки зрения управления обе эти разновидности могут иметь управление скоростью движения, управление по конечному положению и управление траекторией.
В случае управления первого типа программируется лишь скорость движения, а величины перемещений не задаются. При этом возможны два подтипа: ступенчатое управление скоростью и непрерывное. Управление второго типа, при котором не программируется скорость движения, принято называть позиционным или координатным. В третьем типе управления обычно выделяют два подтипа: упрощенный линейный, позволяющий реализовать лишь простейшие траектории, например в декартовых координатах, траектории, состоящие только из отрезков прямых, и контурный, позволяющий реализовать практически любую траекторию рабочего органа относительно изделия. Помимо этого существуют приводы исполнительных органов комбинированного типа, способные работать как в режиме позиционирования, так и в качестве приводов контурного типа.
На основании изложенного можно составить следующую таблицу (см. табл.9.2) классификации приводов исполнительных органов технологических машин с ЧПУ, введя для каждого из типов специальные обозначения.
Таблица 9.1 Фазовые пространства технологических процессов
| ФАЗОВАЯРАЗМЕРНОСТЬ | НАИМЕНОВАНИЕОПЕРАЦИИ | ФАЗОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ | |||||||||||
| X | Y | Z | A | B | C | Vx | Vy | Vz | Wa | Wb | Wc | ||
| 12 | Строгальная | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| 11 | Фрезерная пятикоординатная | + | + | + | + | + | ¾ | + | + | + | + | + | + |
| 10 | Прорезка канавок на пов. вращения | + | ¾ | + | + | + | + | + | ¾ | + | + | + | + |
| 7 | Фрезерная трехкоординатная | + | + | + | ¾ | ¾ | ¾ | + | + | + | ¾ | ¾ | + |
| 5 | Токарная | + | ¾ | + | ¾ | ¾ | ¾ | + | ¾ | + | ¾ | ¾ | + |
| 2 | Электроэрозионная (2-х координатная) | + | + | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ |
| 1 | Раскройная (на гильотинных ножницах) | + | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ |
Приводы с управлением скоростью движения используются в металлорежущих станках в качестве приводов главных движений, формирующих номинальную скорость резания.
Приводы исполнительных органов с управлением по конечному положению используют для установочных перемещений в процессе вспомогательных ходов, в течение которых рабочие органы не воздействуют на обрабатываемый объект.
Приводы с управлением движением используются в основном для реализации рабочих ходов, выполняемых исполнительными органами станков с ЧПУ в процессе непосредственного воздействия рабочего органа на обрабатываемый объект.