Материал: Автоматизация производственных процессов в машиностроении. Пачевский В.М., Яценко С.Н

4. Автоматизация контроля и диагностики

4.1. Классификация различных средств для активного контроля размеров обрабатываемых деталей

Современные измерительные приборы для активного контроля в основном применяются для контроля одного размера и реже — нескольких размеров детали.

Контрольные приборы применяются для автоматического контроля раз­меров деталей со сплошными и прерывистыми поверхностями. Контрольные приборы, применяемые для активного контроля размеров деталей в про­цессе обработки, основываются как на прямом, так и на косвенном методах измерения. Прямой метод измерения характеризуется непосред­ственной оценкой значений искомой величины или отклонений от нее по показаниям прибора. Косвенный метод измерения характеризуется оценкой значений искомой величины или отклонений от нее по результатам изме­рений другой величины, связанной с искомой определенной зависимостью. Прямой метод измерения является более рациональным по сравнению с кос­венным, так как исключается дополнительная погрешность передачи раз­мера от промежуточного звена к размеру обрабатываемой детали.

Измерительные приборы для прямых измерений разделяются на:

а) приборы, контактирующие с измеряемой поверхностью детали в одной точке при измерении внутреннего (рис. 22, а) и наружного (рис. 22, 6) диаметров.

В основном одноконтакт­ные измерительные при­боры применяются для активного контроля при плоском и бесцентровом шлифовании деталей.

Значительно реже они применяются для актив­ного контроля при на­ружном и внутреннем шлифовании;

б) приборы, кон­тактирующие с измеряемой поверхностью детали в двух точках.

Двухконтактные изме­рительные приборы при­меняются для активного контроля деталей на круглошлифовальных (рис. 22, а), внутришлифовальных (рис. 22, б), хонинговальных станках и т. д.;

в) приборы, контак­тирующиеся с измеряе­мой поверхностью дета­ли в трех точках. Трех­контактные измерительные приборы применя­ются для активного контроля деталей на круглошлифовальных (рис. 23, а) и внутришлифовальных (рис. 23, б) станках;

г) приборы, контак­тирующиеся по цилин­дрической измеряемой поверхности обрабаты­ваемой детали (рис. 24).

Эти измерительные при­боры применяются для активного контроля отверстий на внутришлифовальных и хонинговальных станках. Имеются измерительные приборы для бесконтактных измерений. Такие приборы для активного контроля размеров деталей применяют сравнительно редко.

Рис. 22. Схема активного контроля размеров деталей

одноконтактными измерительными приборами

Рис. 23. Схема активного контроля размеров деталей

двухконтактными приборами

Рис. 24. Схема активного контроля размеров деталей

трехконтактными измерительными приборами

Измерительные приборы для косвенных измерений разделяются на:

а) приборы, контролирующие перемещение узла станка с режущим инструментом (рис. 26, а)

Рис. 25. Схема активного контроля размеров деталей

измерительными приборами с цилиндрической пробкой

Рис. 26. Измерительное устройство:

а – контролирующее перемещение узла станка с режущим инструментом; б - контролирующее положение режущих

граней режущего инструмента относительно

обрабатываемой поверхности детали

В измерительном устройстве для активного визуального контроля (рис. 27, а) изменение размера обрабатываемой детали контролируется штоком 1, перемещение которого передается на индикатор 2. Рабочий, на­блюдая за стрелкой индикатора, выключает станок в тот момент, когда стрелка индикатора подойдет к делению шкалы, которое соответствует за­данному размеру обрабатываемой детали.

Во втором измерительном устройстве для активного контроля (рис. 27, 6) изменение размера обрабатываемой детали контролируется штоком 1, перемещение которого передается датчику 2. При получении де­талью заданного размера на электрическом датчике 2 загорается одна сиг­нальная лампочка 3, и рабочий выключает станок.

Рис. 27. Схема активного контроля размеров деталей:

а - индикатором; б – датчиком;

в – одновременно индикатором 2 и датчиком 3

В третьем измерительном устройстве для активного контроля (рис. 27, в) изменение размера обрабатываемой детали контролируется штоком 1, перемещение которого одновременно передается индикатору 2 и датчику 3. В этом случае достижение заданного размера обрабатываемой детали показывается одновременно стрелкой индикатора и загоранием лам­почки 4 на датчике, после чего рабочий выключает станок.

На рис. 28 показана контрольно-измерительная двухконтактная ско­ба 1 для активного контроля деталей. Подвод и отвод измерительной скобы 1 от обрабатываемой детали 2 производится поршнем 3 со штоком 4 гидро­цилиндра 5. Цикл работы контрольной скобы 1 заключается в следующем: автоматический подход к детали 2, контроль за размером детали в процессе обработки, выключение станка при достижении деталью требуемого размера и автоматический отход от детали.

Автоматический контроль заданных размеров деталей на металлоре­жущих станках может производиться до начала обработки, непосредственно в процессе обработки и после обработки деталей.

Рис. 28. Измерительная двухконтактная скоба

для активного контроля размеров деталей

На рис. 29, а представлена схема контрольно-измерительного устрой­ства для контроля деталей, поступающих для обработки на станок. Заготовки 2, проходя контроль­ное устройство 3, управляе­мое датчиком 1, сортируются на три группы: «Брак +», «Брак — » и «Годные», кото­рые и поступают для обработ­ки на станок. Следовательно, блокирующие устройства про­пускают на станок только го­дные детали, предупреждают поломку станка или режуще­го инструмента.

На рис. 29, б дана схема контрольно-измерительного устройства для автоматического контроля деталей после их обработки на станке. Такое измерительное устройство устанавливается около станка, проверяет требуемый размер у каждой обрабатываемой детали и с помощью датчика 3 разделяет все детали на три группы: «Брак +», «Брак —» и «Годные».

Рис. 29. Измерительное устройство для контроля деталей:

а – поступающих для обработки на станок;

б – прошедших обработку на станке

5. Управление технологическими процессами в автоматизированном машиностроении

5.1. Общие положения

Под технологическими объектами (ТО) в машиностроении понимают технологическое оборудование (станки, роботы и т. д.), обеспечивающее выполнение тех или иных ТП. Современные ТО представляют собой комплекс сложных динамических систем. Их сложность обусловлена высокими требованиями к производительности и точности работы ТО. Управление процессами и объектами в машиностроении осуществляется с помощью систем управления.

Под управлением будем понимать процесс перевода ТО из одного состояния (начальное) в другое (конечное) за конкретный промежуток времени At с затратой заданного объема ресурсов.

Система управления (СУ) — комплекс устройств и средств связи, обеспечивающий точное и согласованное во времени взаимодействие рабочих и вспомогательных агрегатов и устройств ТО в соответствии с заранее разработанной программой управления на основе принятого ТП.

Системы ЧПУ позволяют все операции, связанные с пуском, остановкой, включением и выключением вспомогательных устройств, а также операции по обеспечению требуемых значений параметров (величин), определяющих ход ТП в управляемом объекте, выполнять без участия обслуживающего персонала, только устройствами автоматического управления.

Следящими системами называются СУ, с помощью которых на управляемом объекте воспроизводится изменение входной величины произвольно заданной во времени и, как правило, с усилением по мощности.

Программа—способ достижения цели с однозначным описанием процедуры его реализации. Программа функционирования ТО — совокупность команд, которые должен выполнять ТО.

Разрешающая способность СУ—наименьшее изменение выходного параметра состояния ТО, которое может быть задано и зарегистрировано ее измерительной системой.

Дискрета — минимальная теоретическая величина реакции ТО на единичное изменение управляющего сигнала.

Основное назначение системы управления ТО—выполнение команд для поддержания требуемых значений параметров выполняемого ТП при заданной точности с наибольшей производительностью.

Выбор СУ во многом зависит от специфики ТП, в котором эксплуатируется ТО, и от требований экономики.

Система автоматического управления ТО должна выполнять следующие задачи:

- реализовывать требуемые действия исполнительных механизмов;

- обеспечивать заданные режимы ТП;

- поддерживать требуемые параметры объекта производства;

- выполнять вспомогательные команды.

Основные требования к системам автоматического управления: управление сложным циклом функционирования ТО; высокая мобильность; точность при высокой надежности в работе; простота конструкции и низкая стоимость; дистанционность в управлении; возможность саморегулирования в процессе управления.

Команды, задаваемые ТО в системах программного управления, делят на три категории.

1. Технологические команды, обеспечивающие требуемые действия рабочих органов ТО при выполнении ТП.

2. Цикловые команды, к которым относят изменения параметров ТО (например, переключение скорости и подач, выбор инструмента, выключение охлаждения, реверс и т. д.).

3. Команды на выполнение служебной или логической информации, обеспечивающие правильность выполнения ТО всех задаваемых ему команд (обозначение адресов, знаки разделения команд, контрольные числа). Эти команды зависят от принятой системы их кодирования.

По командной информации СУ классифицируют следующим образом.

1. Системы управления, работающие на основе полной начальной информации: СУ с распределительным валом; копировальные СУ; цикловые СУ; системы с ЧПУ (СПЧУ).

2. Системы управления, работающие на основе неполной начальной информации: экстремальные системы (обеспечивают оптимальное управление путем изменения управляющего воздействия); самонастраивающиеся СУ (обеспечивают оптимальное управление путем изменения параметров системы и управляющих воздействий); самоорганизующиеся СУ (обеспечивают оптимальное управление путем изменения ее структуры, параметров и управляющего воздействия); самообучающиеся СУ (обеспечивают оптимальное управление путем изменения алгоритма управления или параметра управляющего действия).