Для обеспечения трудосберегающей («безлюдной») технологии обработки на станках с ЧПУ и ГПМ, входящих в состав гибких автоматизированных систем, технологическое оборудование должно быть оснащено аппаратными и программными средствами автоматического контроля, измерения и диагностики. Рассмотрим некоторые задачи обеспечения функционирования станочного оборудования с ЧПУ в автоматизированном производстве.
Контрольно-измерительная подсистема выполняет автоматический контроль заготовки, детали, инструментов и основного рабочего процесса (например, процесса резания) с целью обеспечения работоспособности металлообрабатывающего оборудования, требуемого качества выпускаемой продукции и заданной производительности обработки. Для достижения указанных целей контрольно-измерительные функции выполняются на станках с ЧПУ перед обработкой, во время обработки (постоянно или периодически между отдельными переходами технологических операций) и после завершения обработки.
При контроле заготовок перед обработкой необходимо выполнить следующие операции: опознание стола-спутника с требуемой заготовкой (например, по штриховому коду); контроль пространственного положения заготовки на станке в зоне обработки; привязку системы координат детали в системе координат станка и соответствующую корректировку геометрических параметров программ обработки; измерение припуска и твердости материала заготовки для расчета необходимого числа проходов. Во время обработки осуществляется измерение получаемых на детали размеров и отклонений ее формы от заданных, а также расчет необходимых коррекций в управляющей программе (например, перед выполнением чистового прохода). После завершения обработки выполняется контроль размеров детали и собираются данные, характеризующие статистические оценки качества и партии обработанных деталей.
Диагностическая подсистема ЧПУ ставит своей целью определение технического состояния оборудования и распознавание «симптомов» неисправностей, места и причины их возникновения. Диагностика объекта выполняется на основании общего алгоритма, соответствующего структурной схеме на рис. 8.19. Используя исходную информацию F3, содержащую в управляющей программе, сигналы датчиков обратной связи по контролируемым параметрам Xi и результаты измерений Fi в станке с ЧПУ, диагностическая подсистема формирует данные о текущем состоянии (FФ) объекта. Совокупность специальных контрольно-измерительных процедур, проводимых над объектом с целью выявления его технического состояния, называется тестированием. Анализ данных, полученных при тестировании технологического оборудования (например, при измерении некоторых параметров во время эксплуатации), дает возможность определить неисправности уже в самом начале их возникновения. Тем самым можно избежать аварийных ситуаций, исключить снижение качества обрабатываемых изделий. Кроме того, тестирование позволяет своевременно назначать и целенаправленно проводить ремонт оборудования, снижая время его простоя из-за неисправностей. В зависимости от интервалов времени между последовательными операциями тестирования различают три типа диагностики: непрерывная (в процессе эксплуатации оборудования); периодическая (с разными промежутками времени); случайная (только при отказах).
Непрерывной является, например, диагностика процесса резания, выполняемая с помощью описанного выше монитора, а также тестирование собственного устройства ЧПУ системными программными средствами. Периодически через небольшие промежутки времени, например, контролируют размеры детали и состояние размерного износа инструмента. Данные периодического контроля инструмента и точности обработки используют, в частности, для диагностики состояния механизмов станка и параметров технологического процесса. Для выполнения такого контроля обычно используют встроенные в станок контрольно-измерительные средства. Периодический контроль с более высокой точностью выполняют на специальном оборудовании – контрольно-измерительных машинах с ЧПУ, имеющихся в составе гибких производственных систем.
К диагностированию с большим промежутком времени относят все проверки, которые проводят в период планового технического обслуживания технологического оборудования с ЧПУ. В этом случае необходимо контролировать геометрические, кинематические и динамические характеристики, изменяющиеся очень медленно, а определение которых требует значительного времени и специальных контрольно-измерительных средств. К такому виду диагностики можно отнести периодическую проверку точности позиционирования станка с ЧПУ, позволяющую определить его общее техническое состояние.