ИНЭЛСИ

Статьи

Металлорежущие станки с УЧПУ "IntNC" для стекольной промышленности (НТЦ "ИНЭЛСИ", г.Иваново)

Современный период развития стекольной промышленности характеризуется интенсивным внедрением новых технологий во все сферы производственного процесса. Одним из таких направлений является оснащение ремонтномеханических цехов и предприятий, осуществляющих изготовление и ремонт формоостнастки и запчастей, современным металлорежущим оборудованием с ЧПУ. Несложные расчеты показывают, что установка в цехе 3-4 современных станков с ЧПУ позволит значительную часть работ выполнять на месте, а в ряде случаев и отказаться от закупки новых комплектующих. На практике, срок окупаемости подобных решений не превышает 1-1,5 года.

НИИ электронной техники предлагает металлорежущие станки с системой ЧПУ «IntNC», ориентированные на специфические требования стекольной промышленности (табл. 1).

Особенности металлообработки в стекольной промышленности Их решение в системе управления IntNC
Наличие токопроводящей пыли при обработке чугуна. Асинхронные электродвигатели в приводах подач и главного движения.
Изготовление и восстановление типовых деталей (горловых колец, плунжеров и т.п.). Специальные шаблоны для подготовки программ по изготовлению типовых стекольных изделий. Совмещение токарных и фрезерных операций.
Высокая точность изготовления деталей. Обработка деталей с наплавкой (высокотвердых материалов). Электроприводы подач и главного движения с прямым цифровым управлением обеспечивают заданную точность перемещения инструмента при высоком нагрузочном моменте.
Совместимость с CAD/CAM пакетами трехмерного твердотельного моделирования. Наличие компьютера, работающего в среде Windows NT/2000/XP, и стандартных интерфейсов USB и Ethernet.
Удаленность от крупных промышленных центров. Высокая надежность и ремонтопригодность станков.
Дефицит квалифицированных кадров. Простой и эффективный интерфейс, сходный с работой на компьютере, позволяет даже начинающему работнику через 2-3 дня выпускать требуемую продукцию. Подготовка и контроль производственных программ на обычном персональном компьютере.
Низкая производительность станочного парка. Увеличение производительности в 4-5 раз за счет повышения рабочих скоростей при сохранении заданной точности обработки. Как результат, сокращение станочного парка, снижение числа квалифицированных рабочих мест.

Рис. 1. Система управления «IntNC» для токарного станка 16А20Ф3 Традиционно системы управления для станков с ЧПУ включают в свой состав стойку ЧПУ, комплект электроприводов и набор электроавтоматики, изготовленные, как правило, разными производителями. Использование таких отдельных неинтегрированных систем порождает ряд сложностей при их разработке и обслуживании, создает большое число межблочных соединений, приводит к увеличению цены без повышения качественных показателей. Основной принцип построения системы управления «IntNC» заключается в том, что задачи расчета траектории движения, контроллера управления электроприводами и контроллера электроавтоматики интегрированы на единой платформе, основу которой составляет специализированный контроллер движения (КД). Система управления в этом случае становится более компактной и надежной вследствие уменьшения аппаратной части и сокращения числа реальных связей между устройствами, которые теперь реализуются на программном уровне (рис. 1). Кроме того, объединение этих устройств на одной базе создает условия для разработки новых алгоритмов как управления оборудованием станка, так и технологических процессов обработки.

В контроллере движения реализован эффективный алгоритм цифрового управления стандартными асинхронными двигателями, что позволяет использовать их в приводах подач и главного движения. Вариант исполнения силовых блоков с прямым ШИМ-управлением от КД обеспечивает максимально простое, качественное и надежное управление приводами. В систему инсталлирована программа, позволяющая производить автоматическую настройку приводов и отображать в графическом режиме значения токов, момента нагрузки, ошибку слежения и т.п. Кроме того, в такой системе программист может использовать значения переменных привода (момент нагрузки на шпинделе, ошибку рассогласования по положению и т.д.) в технологической программе. Система «IntNC» относится к классу систем с открытой архитектурой PCNC. На компьютере реализованы терминальные задачи и функции интерпретатора управляющих программ. Открытая архитектура на аппаратном уровне дает возможность использовать такие преимущества ПК как большой ресурс памяти, наращиваемая вычислительная мощность, стандартные интерфейсы, а на программном уровне интегрировать в состав системы развитое системное, инструментальное и пользовательское программное обеспечение, работающее под операционной системой Windows. Для организации интерфейса между системой ЧПУ и оператором на компьютере устанавливается специальная программная среда IntNC (рис. 2).

Рис. 2. Окно оператора в среде IntNC Наличие в системе компьютера позволяет, используя стандартные средства, подключить станок в локальную сеть предприятия. В этом случае решаются проблемы централизованного хранения программ, их обработки и передачи на станок. Программная опция, определяющая загрузку станка, помогает не только правильно распределить нагрузку при выполнении заказа, но и, накапливая статистику простоя станка, вы являть слабые места в производст венном цикле и принимать оперативные решения. Для тех случаев, когда оператору приходится брать на себя функции технолога-программиста и составлять несложные управляющие программы (УП), в токарной версии предусмотрены готовые шаблоны фрагментов черновой и контурной обработки (более 80).

 Рис. 3. Шаблон для резьбонарезания Они представлены в графическом виде (рис.3), удобны в использовании и могут дополняться под требования конкретного производства. При этом оператор, вводящий программу непосредственно на станке, не должен обладать знанием языка программирования. Он просто вводит по шагам контур детали, состоящий из простых графических элементов, переходы между которыми просчитывает система ЧПУ. Таким способом можно быстро и эффективно решить до 80% типовых произ В результате, основная нагрузка по составлению УП приходится на оператора станка, что позволяет, с одной стороны, использовать знания и опыт цеховых специалистов, а с другой даёт возможность программистам-технологам сосредоточиться на решении оставшихся 20% задач, требующих высокой квалификации. В условиях дефицита кадров такой подход обеспечивает более гибкое и эффективное использование имеющихся трудовых ресурсов.

Так, специально для предприятий стекольной промышленности был разработан шаблон G33.2 для изготовления горлового кольца на токарном станке. Главные требования по точности предъявляются к витковой части колец, обработку которых обычно ведут фрезами, что имеет два недостатка:

  • после токарной обработки требуется переустанов детали, что существенно увеличивает временной цикл изготовления;
  • радиус фрезы не позволяет сформировать максимально резкий вход в виток, а также корректно воспроизвести излом на витке.

 

Рис. 4. Шаблон витковой части горлового кольца типа III-4 Для ГОСТ 5717.2-2003 на венчики банок типа III-4 была разработана УП с применением шаблона G33.2 (рис.4): G33.2A(4+52/60)B(4+52/60)C8D 46E29F90G62H65.1I0.2J-25K30L4 Скорость рабочей подачи на врезании в виток достигает 4 м/мин, за счёт чего обеспечивается максимально резкий вход в канавку и выход из неё. Выполнение данной УП занимает около 10 минут.

Рис. 5. Горловое кольцо Разработанная программа прошла испытания и внедрена на стекольных заводах ОАО «Каменский стеклотарный завод» (г. Каменск Шахтинский) и ОАО «Свет» (г. Можга), что позволило наладить выпуск собственных горловых колец (рис.5) на токарном станке и отказаться от их закупок. В качестве интегральной оценки точности разработанной системы и коррект0ного сравнения с существующими системами ЧПУ была выбрана ошибка воспроизведения кругового движения. В результате на токарно-винторезном станке 16А20Ф3 при круговом движении на рабочей подаче F=6 м/мин максимальное отклонение от траектории составило 28 мкм (рис. 6).

Рис. 6. Ошибка слежения по X и Z На токарном станке ТПК125 при обработке шара диаметром 30 мм отклонение от заданного диаметра составило 4 мкм. Достигнутое повышение качества получаемой поверхности позволяет отказаться от финишной обработки деталей и тем самым не только сократить время изготовления (т.е. повысить производительность), но и уменьшить количество станков, задействованных в технологическом цикле.

Таким образом, «IntNC» это комплексная промышленная цифровая система управления металлорежущего станка, в результате использования которой достигаются высокая производительность, надежность и современные технические возможности:

  • одновременное управление – до 8 осей;
  • аналоговое и цифровое управление линейными, шаговыми, асинхронными, синхронными и двигателями постоянного тока;
  • использование круговых энкодеров, оптических линеек, резольверов, абсолютных датчиков;
  • виды интерполяции линейная, круговая, спиральная, сплайновая, режим РVТ (position-velocity-time);
  • функция упреждающего просмотра кадров (Lookahead);
  • компенсация переменного люфта;
  • коррекция погрешности ШВП (одноразмерная, двухразмерная) и неортогональности осей;
  • кодирование технологических программ в формате ISO;
  • параметрическое программирование;
  • создание специализированных G-функций.

 

Металлорежущие станки моделей 16А20Ф3, 16К30Ф3, 6Р13Ф3, ГФ2171, МА655, ОС1000, 2550ПМФ4, 2Е450АМФ4 с системой «IntNC» установлены в механических цехах ОАО «Каменский стеклотарный завод» (Ростовская обл.), ОАО «Великодворский стекольный завод» (Владимирская обл.), ОАО «Свет» (г. Можга), ООО «Флакс», ОАО «Орелтекмаш» (г. Орел), ОАО «Вати-Авто» (г. Волжский), ООО «Офис-Лайн» (г. Красноярск), ЗАО «ЧЗМК» (г. Череповец), ОАО «Импульс» (г. Иваново) и др. (рис. 7). Система «IntNC» активно используется предприятиями и фирмами, специализирующимися на модернизации станков:
Рис. 7a. Металлорежущие станки с системой ЧПУ «IntNC» Рис. 7b. Металлорежущие станки с системой ЧПУ «IntNC»


Металлорежущие станки с УЧПУ «IntNC» для стекольной промышленности // Стеклянная тара. –
2007. – №7. – С. 20-22.