Модернизация станков и оборудования

Станки с ПУ (программным управлением) были известны давно, они присутствовали наряду как с ручным, так и с механическим принципом управления. В особенности в среде токарных станков, где в процессе участвует большое число инструментов, которые совершают различные движения, в процессе обработки детали.

Простым образцом стали обычные токарные приборы, которые оснащены копирными линейками для обработки конических поверхностей.

К сфере оборудования сложного типа относят автоматы токарно-копировальные и токарно-револьверные, где траектория хода инструментов задаётся круговым перемещением криволинейных кулачков, которые насажены на общем распределительном валу.

Имеются ещё цикловые, временные и путевые системы управления, которые задают ход инструмента системой соответствующих рычагов, держателей, тумблеров, датчиков.

Нужда в изобретении данного оборудования была рождена требованием обработки криволинейных деталей без участия человека, для точнейшего результата, стабильности в процессе изготовления в течение длительного времени.

При всем при том что это получалось за счёт значительных затрат. Во-первых, соотносящихся с изготовлением самих программных носителей, которые были пригодны исключительно для деталей одного типового размера, а во-вторых, требуемых для наладки этих программных носителей.

Таким образом, затраты на создание таких станков достаточно большие, и в настоящее время, оправданы только в массовом производстве изделий, при этом потребность программируемого оборудования в мелкосерийном производстве не намного меньше.

Поэтому созрела необходимость создания станков с таким программным управлением, которое разнилось бы гибкостью настройки оборудования на изготовление деталей всевозможных типоразмеров за счёт универсальности программного носителя и невысокой себестоимости.

Был придуман числосодержащий принцип управления информацией, который заносят на перфоленту или магнитный носитель. Данная программа физически не объединена с величинами обрабатываемого изделия.

Возникает вероятность сократить трудоёмкость настройки, автоматизировать подготовку программ управления, обрести достаточно сложный ход перемещения инструмента, существенно увеличить концентрацию траекторий в одной операции.

Следовательно, изобретение оборудования с ЧПУ означало революцию в станкостроении.

Цель данной работы изучить сущность модернизации станков с числовым программным управлением.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1.Дать общую характеристику систем с ЧПУ.

2.Раскрыть особенность модернизации станков с ЧПУ.

3.Проанализировать практические проблемы и пути их решения в процессе модернизации станков с ЧПУ.

Общая характеристика систем с ЧПУ

В современном производстве выделяют четыре поколения станков с ЧПУ.

Первое поколение представлено системами ЧПУ, которые внедрялись на производство еще в Советском Союзе, это были целиком и полностью отечественные системы. Чаще всего это было громоздкое оборудование и порой оно занимало целый шкаф. Нет смысла перечислять недостатки первых систем с ЧПУ, однако на некоторых предприятиях их до сих пор используют.

Второе поколение систем с ЧПУ стало постепенно внедрятся на производстве уже в 90-е годы XX века. Главное их отличие было в наличие корзины с полным комплектом плат, которые соединялись с приводами и со станком. В данном случае промышленный компьютер мог находится как в корзине, так и стоять раздельно. Еще одной отличительной особенностью систем с ЧПУ второго поколения является наличие клавиатуры, на которой располагалось большое количество функциональных кнопок.

Данные системы не были лишены недостатков, к которым относятся следующие:

-Большое количество разъемных соединений, что отрицательно сказывалось на эффективности работы всей системы

-Наличие большой габаритной системы, не позволяющей как следует встраиваться в конструкцию станка

-Сложность при техническом обслуживании из-за отсутствия доступа к печатным платам.

-Сложность эксплуатации из-за отсутствия стандартизации при установлении интерфейса функциональных зон, нерациональность расположения рабочих клавиш, индивидуальность исполнения.

-Системы с ЧПУ второго поколения были достаточно универсальны и чтобы их приспособить к конкретному станку приходилось усердно потрудиться.

Рисунок. 1. Станок второго поколения (структурная схема)

Процесс развития систем с ЧПУ шел по пути совершенствования электронной начинки. Совершенствование работы частотных преобразователей, изобретение сенсорного экрана привели к изобретению третьего поколения систем с ЧПУ (структурная схема представлена на рис. 2).

В отличие от предыдущего поколения новые станки можно было назвать «бескорпусными». Небольшой компьютер находился в пульте оператора, контроллеры исполнения монтировались на непосредственной близости от исполнительного механизма. Система 3-го поколения полностью решали проблемы присущие 2-му поколению систем с ЧПУ.

Рисунок. 2. Станок третьего поколения (структурная схема)

Итогом развития информационных технологий стало создание систем ЧПУ четвертого поколения. Появление данной системы позволило решить большинство проблем связанных с эксплуатацией промышленного оборудования с ЧПУ.

Теперь был обеспечен полноценный процессорный подход, включающий все стадии технологического процесса, включающий стадии от подготовки и наладки до профилактики и ремонта.

На рисунке 3 представлена система с ЧПУ четвертого поколения.

Особо хочется отметить достоинства систем четвертого поколения: теперь оператор ограничен к функциям станка, к которым оператор по своим трудовым обязанностям не имеет никакого отношения.

Для оператора предназначены только три кнопки: желтая - зажим заготовки/разжим детали, зеленая – ПУСК, красная – СТОП.

Такая разработка существенно упрощает требования к квалификации оператора, значительно уменьшает вероятность операционных ошибок и целиком исключает вероятность случайное вмешательство рабочего-оператора.

Рисунок 3. Станок четвертого поколения (структурная схема)

Особенность модернизации станков с ЧПУ

Одним из самых распространенных видов модернизации станков с ЧПУ – это замена устаревшей электронной начинки на современную, это самый доступный и эффективный способ сохранения эффективной работоспособности оборудования.

При модернизации электронной составляющей оборудования учитывают: нагрузку оборудования, трудозатраты и ассортимент производимых деталей, квалификацию работников, специфику производства.

Экономическая эффективность при модернизации станков очень ощутима, если сравнивать системы ЧПУ 1-го и 4-го поколений, то энергетическая экономия может составить от 20 до 40 раз, при этом капиталовложения окупаются в течение примерно двух лет. Утилизация устаревшего оборудования может частично возместить траты на модернизацию.

Еще одним источником экономии при модернизации можно считать получение дополнительной производственной площади при освобождении от громоздкой системы ЧПУ старого образца. Это наиболее актуально, если предприятие арендует производственные помещания.

В качестве иллюстрации можно представить пример минимальной модернизации станка с ЧПУ, представленный на рисунке 4.

После проведенной модернизации оборудование не уступает по эксплуатационно-техническим характеристикам современному оборудованию, а по надежности и крепости станины может даже превосходить их.

После модернизации интерфейс системы более удобен и отвечает современным требованиям, вместо нагромождения всевозможных элементов можно наблюдать аккуратные блоки заминающие достаточно мало места.

Явным преимуществом минимальной модернизации систем за счет совершенствования устройства ЧПУ можно считать сроки их проведения, не более 2-х дней понадобится для совершенствования станка, минимум простоя важное условие производственного процесса. Невысокая стоимость еще одно преимущество данной модернизации.

Рисунок 4. Замена УЧПУ в ВМ501ПМФ4

Предел модернизации установить нельзя. В качестве примера представим фотографии на которых запечатлены яркие примеры модернизации станков с ЧПУ.

Рисунок 5. Модернизация операционного пульта (ВМ501ПМФ4)

На рисунке 5 представлен пример модернизации операторского пульта, в результате проведенной работы пульт приобрел более современный вид, в дополнение ко всему функции пульта оператора расширены, модернизация позволяет позиционировать скорость и движение, плавно корректировать команды «ПУСК» и «СТОП».

На рисунке 6 показано как внешне изменился облик оборудования после замены блока питания. Громоздкое оборудование заменено современным, аккуратным внешне и надежным и экономичным внутренне. Новое оборудование помогает существенно снизить энергопотребление за счет более высокого КПД новых блоков питания.

На фоне существенного энергосбережения и как следствие быстрой окупаемости, данный вид модернизации очень привлекателен для современного производителя.

Рисунок 6. Замена системы низковольтного питания (ВМ501ПМФ4)

В устаревших станках с ЧПУ блок управления постоянно вызывает недовольство у пользователей, это связано прежде всего с проблемами обслуживания, блок располагается на массивной плите, доступ к элементам блока затруднен нагромождением различных контактов, плат, кембриков (рис.7).

Смена блока управления помогает разрешить такие проблемы как неудобство замены элементов блока, при этом новый блок существенно надежнее и срок его замены заметно сокращен.

Рисунок 7. Блок управления механизмами: ВМ501ПМФ4

Рисунок 8. Модернизация блока управления (ВМ501ПМФ4)

Еще одним необходимым видом модернизации является замена датчиков обеспечивающих обратную связь. Данный вид модернизации считается самым дорогостоящим и трудозатратным, и выгода после модернизации не является принципиальной, и влечёт за собой трудности при обслуживании данного станка.

Поэтому главным преимуществом данной модернизации можно считать исключение их схем станка сложных в обслуживании блоков.

Главным достоинством этой модернизации является изъятие из схемы станка не очень простых в обслуживании блоков.

Рисунок 9. Замена датчиков обратной связи

Модернизация оборудования путем замены привода (рисунок 10) разрешает значительно увеличить качество технологического процесса, что является результатом нормализации скорости вращения привода и получение возможности управлять крутящим моментом, разгоном и торможением.

Рисунок 10. Замена электропривода шпинделя

Опыт модернизации станков с ЧПУ: практические проблемы и пути их решения

Техническая политика в области станков с числовым программным управлением, которые эксплуатируются сейчас, должна входить в общую техполитику предприятия в целом .Обобщенно она должна включать: одинаковую для всего предприятия модернизацию единиц оборудования с программным управлением (краткосрочный, среднесрочный и долгосрочный планы); постоянный контроль способов программного управления и их средств, доработку планов, существующих сейчас с учётом новых тенденций; осуществление контроля по эффективности мероприятий по модернизации, которые уже выполнены.

Надо отметить, что особое внимание нужно уделить унификации таких средств, как аппаратные и программные средства, которые используются для модернизации систем с ЧПУ.
Существует большое количество предприятий, у которых все еще есть серьёзные трудности от большого количества образцов, которые эксплуатируются в системах ЧПУ несовместимость управляющих программ друг с другом и разных типов конструкций, а также решениями технического характера и огромным списком запчастей и комплектующих, которые необходимы для ремонта). Это положение вещей результат трудностей, имеющих место быть, когда приобретается оборудование программно-управляемого типа, которое было 50 лет назад, в то время, когда, в общем-то в основном и шло создание современного парка оборудования с программным управлением. Однако странно то, что рынок переполнен товарами нужного качества, количества и цены, а «программная» и «аппаратная» проблемы не просто есть, а даже увеличились в несколько раз. Руководство предприятий берет на себя смелость приобретать ЧПУ-системы с разными вариантами архитектурного плана. Потом, когда нужно будет решать задачу комплексной автоматизации и включения станков ЧПУ в одну автоматизированную систему предприятия, возникнут проблемы, сильно превышающие те, которые возникают сейчас при эксплуатации немодернизированного парка систем ЧПУ.

С повышением функциональных возможностей станков с программным управлением и расширением областей их применения управляющая программа всё больше и больше определяет технико-экономические результаты деятельности конкретного предприятия. Такой высокий статус неизбежно ставит вопрос о постоянном контроле за состоянием управляющей программы.

Слабые вычислительные мощности систем ЧПУ ранних поколений не позволяли организовать должный контроль за доступом к управляющей программе. В лучшем случае он ограничивался механическим ключом, одинаково доступным оператору, наладчику, программисту-технологу и ремонтнику. Следствием этого стала широко распространённая практика использования двух вариантов управляющих программ. При этом один вариант предназначается для нормировщицы (в нём скорости подачи были сознательно уменьшены, а паузы увеличены), а второй для работы, тем более, что часто оператор одновременно выполняет функции наладчика.

Ещё раньше для изменения скорости подачи использовали корректоры подачи, расположенные на станочном пульте оператора, но со временем нормировщицам вменили в обязанность перед изготовлением контрольной детали проверять их положение. Для проверки же соответствия кода управляющей программы оригинальному коду навыков нормировщицы явно недостаточно (особенно, если учесть не очень удобный интерфейс оператор- система ЧПУ).

Самым простым и вместе с тем достаточно эффективным способом решения этой проблемы является использование системы паролей. При этом для каждого аспекта процесса эксплуатации целесообразно иметь свой пароль, обеспечивающий доступ только к тем функциям и информационным массивам, за которые этот аспект отвечает. Для выполнения некоторых функций (например, для изменения уже включённой в технологический процесс управляющей программы) целесообразно использовать двойной пароль (например, программиста-технолога и администратора). Таковы вкратце рекомендации со совершенствованию процесса модернизации станков с ЧПУ.

Заключение

Научно-техническое развитие приводит к устареванию техники, поэтому модернизация станков с ЧПУ дает возможность снова «возродить» оборудованию которое еще работоспособно, но морально и физически устарело.

В ходе модернизации в станок устанавливают новую автоматику, устройства запоминания, всевозможные датчики, контроллеры, механизмы ввода-вывода. Результатом является усовершенствованный станок, жизнь и эффективность которого значительно увеличивается.

Модернизация станка разрешает повысить точность процесса, усилить надежность и производительность. Технологические циклы при этом становятся более короткими.

Увеличивая объем памяти в станках с ЧПУ оператор может рассчитывать на четкость выполнения производственного процесса, при этом жесткий диск может хранить достаточно большой объем программ управления.

Еще одним преимуществом после модернизации является возможность подключения к внешнему компьютеру, через локальную или глобальную сеть, что позволяет значимо расширить возможность данного станка.

Большое внимание при модернизации уделяется электрической силовой составляющей станка, замена устаревших сервоприводов ведет к повышению надежности управляемой системы с ЧПУ. Современные сервоприводы имея в наличии датчики угловых перемещений, позволяют более точно обеспечить расположение заготовки в пространстве.

Таким образом, можно резюмировать, что модернизация станков это процесс не только желательный, сколько необходимый для современного производства, делая это производство более экономичным и эффективным.