Лекция «Динамическое программирование»

Основным направлением развития технологических процессов в металлообработке в настоящее время является повышение производительности и гибкости. Это объясняется тем, что значительно растет номенклатура деталей в мелко- и среднесерийном производстве, и поэтому необходимо автоматизировать эти производства. Этого можно достигнуть путем широкого применения станков с ЧПУ, в том числе многоцелевых, а также гибких производственных систем (ГПС). Современные достижения микроэлектроники способствуют быстрому развитию этого направления в станкостроении.

Станки с ЧПУ обеспечивают высокую автоматизацию процесса обработки, малые затраты времени на переналадку даже при небольших партиях деталей, и высокое качество обработки этих деталей.

Современные станки с ЧПУ оснащают контурными системами управления, что позволяет обрабатывать профильные поверхности. Значительно возросло число управляемых координат (до шести и более), в результате стало возможным изготовление весьма сложных деталей. Программы обработки у многих станков с ЧПУ составляются прямо у станка, что упрощает их переналадку при переходе на обработку других деталей. Увеличиваются мощности главных приводов и приводов подач, повышается динамическая устойчивость станков. Станки снабжаются устройствами для автоматической смены инструментов и заготовок. Идет процесс оснащения станков датчиками для контроля над технологическим процессом, позволяющим обнаружить неполадки и оптимизировать режимы резания.

На токарных станках обеспечивается контурное управление по четырем координатам; внедряются станки с инструментальными головками, имеющими свой привод. Появление токарных многоцелевых станков обеспечивает изготовление сложных деталей за одну установку.

Применение станков с ЧПУ в сочетании с роботами позволяет обеспечить полностью автоматизированное изготовление деталей в ГПС, управляемые от ЭВМ,.а также организовать обработку деталей по «безлюдной» технологии без участия оператора.

Режущий и вспомогательный инструмент, средства предварительной настройки инструмента вне станка и системы инструментального обеспечения играют важную роль в достижении высокой экономической эффективности дорогостоящего оборудования с ЧПУ.

Техническое перевооружение производства требует разработки многочисленных систем автоматизированного проектирования различных этапов технологической подготовки производства, в первую очередь технологических процессов обработки, затем вытекающих из них этапов проектирования специальных режущих, измерительных, вспомогательных инструментов, приспособлений, а также определения планово – экономических показателей обработки.

Переоснащение машиностроительных заводов новым оборудованием (как настроенными станками, так и станками с ЧПУ, в том числе и управляемых от ЭВМ) поставило перед технологическими службами заводов и институтов задачи автоматизации проектных работ в области ТПП с широким охватом как ранее решенных, так и новых алгоритмов проектирования маршрутных описаний технологических процессов, отдельных операций, операционных описаний процессов (групповых и единичных), инструментов (режущих, измерительных и вспомогательных), приспособлений, станков, роботов и автоматизированных систем управления ими.

К настоящему времени можно отиметить два направления применения средств вычислительной техники в машиностроении: автоматизация производственных процессов и автоматизации инженерного труда. Первое направление – это оборудование с ЧПУ, гибкие производственные комплексы и системы, автоматизированные системы управления технологическими процессами и производством. Второе – САПР для разработки технологических процессов, управляющих программ для оборудования с ЧПУ и др. Это многообразие решаемых задач можно разбить по виду выходного информационного материала на два типа: 

машинная печать и тиражирование различной технологической документации в рамках требований ГОСТов, ЕСКД и т. д., то есть чертежей, графиков, различных карт технологических процессов и другой документации, выполненной с разной степенью точности и глубины проработки. Это порождает большое разнообразие разрабатываемых САПР ТПП;

запись управляющих программ на различных программоносителях (картриджи), необходимых для оборудования с ЧПУ, включая и управляемого на ЭВМ, а также непосредственную передачу этих программ на оборудование с ЧПУ. 

1.1. Устройство станков с ЧПУ

1.1.1. Движение исполнительных органов станка

Для обработки заготовок на станках с ЧПУ, также как и на универсальных станках, необходимо сообщить режущему инструменту и заготовке определенный, как правило достаточно сложный, комплекс согласованных друг с другом движений. Эти движения подразделяются на основные (рабочие) и вспомогательные.

^ Основные движения – это движения исполнительных органов станка, благодаря которым непосредственно осуществляется процесс снятия стружки режущим инструментом с обрабатываемой заготовки. К основным движениям относятся главное движение и движение подач. 

^ Главное движение обусловливает скорость процесса резания. Оно определяется как прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки, происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания. При токарной обработке таким движением является вращательное движение заготовки. При фрезерной обработке, а также при сверлильной и расточной работах - вращательное движение режущего инструмента. 

^ Движение подач обусловливает величину, скорость и характер взаимного перемещения инструмента и заготовки, предназначенного для того, чтобы распространить отделение срезаемого слоя материала на всю обрабатываемую поверхность заготовки. Движение подач может быть прямолинейным или по дуге, непрерывным или прерывистым, и оно всегда имеет скорость меньшую, чем главное движение. При токарной обработке движением подач являются перемещения суппорта с режущим инструментом. При фрезерной обработке и расточной работе – перемещения рабочего стола с заготовкой, при сверлильной работе – перемещения пиноли и т.п.

^ Вспомогательные движения – это движения исполнительных органов станка и приспособлений, необходимые для подготовки процесса резания. К ним относятся движения, связанные с транспортировкой и закреплением заготовки, подводом и отводом режущего инструмента и т. п.

Количество, характер и направления перемещений исполнительных органов при движении подач у станков с ЧПУ и универсальных станков, как правило, совпадают. Например, токарные станки с ЧПУ (см. рис. 1-А), так же как и универсальные токарные станки, имеют движение подач как минимум по двум направлениям в виде прямолинейных перемещений исполнительных органов (показаны на рисунке жирными стрелками).
Фрезерные станки с ЧПУ, так же как и универсальные фрезерные станки, имеют движение подач не менее чем по трем направлениям в виде прямолинейных перемещений исполнительных органов (см. рис. 1-Б).




Рис. 1-Б. Направления движений подач фрезерного станка с ЧПУ


В более сложных модификациях фрезерных станков помимо прямолинейных перемещений исполнительных органов добавляются еще и круговые перемещения, совершаемые вокруг осей прямолинейных перемещений (см. рис. 1-В). Число дополнительных круговых перемещений может быть различным, в зависимости от сложности станка. Чаще всего число круговых перемещений не превышает трех.




Рис. 1-В. Дополнительные круговые направления движения подач 

фрезерного станка с ЧПУ

^

1.1.2. Системы координат станков с ЧПУ

Обработка заготовки на станке с ЧПУ выполняется по командам управляющей программы, которые в числовой форме задают величины отдельных перемещений исполнительных органов. Поэтому функционирование станка с ЧПУ в принципе невозможно без использования определенной системы координат, с помощью которой устанавливаются пространственные координаты любой точки в пределах рабочей зоны станка.

В станках с ЧПУ наиболее часто используются системы координат двух видов:

прямоугольная.

полярная.

Прямоугольная система координат

Прямоугольная система координат является наиболее распространенной системой координат для станков с ЧПУ. Она содержит либо две оси координат (двухмерная система) - для определения положения точек на плоскости, либо три оси (трехмерная система) - для определения положения точек в пространстве.

Для прямоугольной системы координат характерны следующие признаки:

координатные оси располагаются взаимно перпендикулярно;

координатные оси имеют общую точку пересечения (начало отсчета координат);

координатные оси имеют одинаковый геометрический масштаб.

В прямоугольной системе координат на плоскости положение всех точек, лежащих на данной плоскости, описывается двумя координатами. На рис. 1.1 изображена такая система координат с осями координат X и Y. Расстояние до оси Y определяется как координата X, а расстояние до оси X как координата Y. Значения координат точек на плоскости могут иметь как положительные, так и отрицательные значения. Данная система координат широко применяется в токарных станках с ЧПУ и при обработке листовых материалов.




Рис. 1.1. Прямоугольная система координат на плоскости XY

Пример обозначений координат указанных на рисунке точек:

P1: X = 80, Y = 40; P2: X = –80, Y = 70; P3: X = –50, Y = –40; P4: X = 40, Y = –70.

С помощью пространственной прямоугольной системы координат описывается положение любых точек в геометрическом пространстве. Для определения положения любой точки в пространстве необходимо знать ее координаты по трем осям - X, Y и Z (рис. 1.2). Как и в случае с плоской системой координат, значения координат точек в пространстве могут иметь как положительные, так и отрицательные значения. Данная система координат позволяет описывать все точки рабочего пространства станка независимо от расположения заготовки и применяется во фрезерных, сверлильных и расточных станках с ЧПУ.




Рис. 1.2. Пространственная прямоугольная система координат


Пример обозначений координат указанных на рисунке точек:

P1: X = 30, Y = 20, Z = 0; P2: X= 30, Y = 0, Z = –10.

Принятая для станков с ЧПУ пространственная прямоугольная система координат имеет определенную ориентацию координатных осей друг относительно друга. Эта ориентацию подчиняется правилу правой руки (см. рис. 1.3), при которой пальцы правой руки указывают положительное направление каждой оси. Поэтому данная система координат получила название правой системы.




Рис. 1.3. Правило правой руки
^

Полярная система координат

Если обрабатываемый контур представляет собой ломаную линию, то с помощью прямоугольной системы координат можно легко задать все характерные точки его профиля. Однако ситуация меняется, если необходимо, например, выполнить на плоскости сверление группы отверстий, расположенных по окружности (см. рис. 1.4). Если для отверстия 1 координаты расположения его оси в прямоугольной системе координат можно рассчитать достаточно просто, то расчет расположения осей для всех других отверстий будет гораздо более трудоемким.




Рис. 1.4. Деталь с группой отверстий, расположенных по окружности

В этом случае вычисления удобнее выполнять в полярной системе координат (см. рис. 25 и рис. 26). В полярной системе координат положение точки на плоскости определяется расстоянием (радиусом) r от точки до начала координат и углом между определенной осью координат и радиусом, проведенным в точку из начала координат. Как правило, в полярной системе координат на плоскости XY угол  указывается от оси X. Угол  может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Положительное значение – если он отложен в направлении противоположном движению часовой стрелки от области положительных значений координат по оси X (рис. 1.5–А); отрицательное значение – если он отложен в направлении по ходу движения часовой стрелки от области положительных значений координат по оси X (рис. 1.5–Б).




А) Б)

Рис. 1.5. Положительное (А) и отрицательное (Б) значения угла 

в полярной системе координат.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/301210-lekcija-dinamicheskoe-programmirovanie