Розвиток творчих здібностей учнів при удосконаленні обладнання для виготовлення виробів з деревини

Амортизатор

Речовина у вигляді губки, яка розміщена між дзьобом та черепом дятла. Ця речовина є природнім амортизатором.

Баласт, який дозволяє водолазу легше опускатись у воду

Для того, щоб полегшити перебування під водою, крокодили можуть ковтати каменів.

Будильник

Півень.

Будинок

Печера в скелі або дупло в стовбурі дерева.

Важіль

Важелі є у скелетах багатьох тварин

Вітражі

Віконне скло, яке «розмальоване» морозом.

Водомет

Аналогічний пристрій має кальмар

Гак, гачок для лову риби

Дзьоб птаха, пазурі птаха та деяких тварин, наприклад, кота або ведмедя.

Гвинтові східці, гвинт, шуруп.

Гвинтоподібні панцирі молюсків.

Гірокомпас, гіротрон.

Дзижчальця у деяких жуків та комах.

Дзеркало

Вільна поверхня води в тиху погоду

Диктофон

Папуга

Діафрагма об'єктива

Радужна оболонка ока тварини

Електрозварювання деталей, які виготовлені з металу.

Зварювання таких деталей під час про-ходження крізь них електричного струму грозових розрядів

Запальничка електрична

Блискавка

Запальничка кременева

Кремінь та кресало

Зброя, яка стріляє кулями

Рослини, що викидають насіння, наприклад, огірок розприскувач.

Таблиця №1

2.2 Створення баз даних аналогів винаходів у природі

Для досягнення відчутних успіхів у розвитку творчих здібностей, за наявності яких людина стає здатною до створення оригінального продукту, доцільно переосмислити сам підхід до навчання, який в основному зводиться до традиційної передачі учням окресленої навчальними програмами та підручниками інформації.

Це, зокрема, стосується таких етапів процесу навчання фізики, як вивчення учнями нового матеріалу та його використання на практиці.

Слід визнати, що традиційне запитання під час оцінювання досягнень учнів: "Де дане явище використовується на практиці?" є результатом підходу до процесу навчання. Воно дійсно має сенс тоді, коли контролюються знання: учень має відтворити те, про що він дізнався з розповіді вчителя, прочитаного параграфу підручника або інших носіїв інформації.

Проте постановкою запитання у такому вигляді ми формуємо в учня таку світоглядну настанову, яка не спонукає його до пошуків нового. Ми привчаємо учня бачити світ таким, який він вже є, як такий, що не потребує ніякого розвитку.

Іншими словами, ми пропонуємо учню дивитись назад, та фіксувати сьогоднішнє, але не спонукаємо його заглядати у майбутнє, яке завтра стане сьогоднішнім, а сьогоднішнє стане вчорашнім. Мова йде про те, що такий суто знаннєвий підхід у навчанні не сприяє формуванню в учнів психологічної настанови на творчу діяльність.

Для розвитку та наступної реалізації творчих здібностей учнів у них необхідно формувати настанову на пошуки можливостей використання отриманих знань на практиці, зокрема для створення нових технічних пристроїв та технологій. Звідси виходить, що запитання під час оцінювання досягнень учнів з фізики доцільно було б формулювати так, щоб він міг не лише повідомити вчителю про вже відоме застосування певного явища на практиці, а й показав своє бачення можливого застосування його у нових пристроях чи технологіях.

Для цього достатньо лише замінити запитання: "Розкажіть, де дане явище використовується на практиці?" на вимогу "Запропонуйте, де можна дане явище використати на практиці?".

При цьому не слід остерігатись того, що учні не будуть знайомитись із вже існуючими об'єктами. Навпаки, для того, щоб створити нове, слід впевнитись в тому, що воно відрізняється від існуючого.

Одним із методичних прийомів, що дозволяють реалізувати сказане вище, є складання учнями бази даних фізичних явищ, які можуть бути використані для досягнення необхідних технічних ефектів. У без комп'ютерному варіанті це можуть бути звичайні таблиці в окремо взятому або й робочому зошитах, а при наявності можливості користування комп'ютером, - бази даних в середовищі Word Office Excel або на основі власно створених відповідних програмних засобів. Прикладом може бути фрагмент складеної таблиці, яку можна назвати покажчиком фізичних явищ (табл. 2). У її лівому стовпці знаходяться назви фізичних явищ, властивостей речовини або ж закономірностей, які розглядаються в шкільному курсі фізики. У правому технічні можливості їх проявів. Таблиця або база даних поповнюється по мірі оволодіння учнем матеріалом фізики.

Фізичні явища, які можуть бути використані для досягнення певних технічних ефектів

Фізичне явище, властивості речовини, фізична закономірність або закон	Технічний ефект
Отвердіння, кристалізація тіл	Створення тимчасових фундаментів. Прикріплення одного тіла до іншого унаслідок «приморожування»
Зміна розмірів тіл при кристалізації.	Створення значних зусиль.
Поглинання енергії тілом при переході з твердого стану у рідкий; вивільнення енергії при отвердінні або кристалізації тіл	Акумулювання теплової енергії. Створення холодильників
Випаровування та конденсація рідин	Висушування речовини (наприклад деревини). Одержання теплової енергії. Охолодження тіл. Створення холодильників. Зміна вологості у закритих приміщеннях (наприклад, у житловому будинку)
Теплове розширення тіл	Жорстке з'єднання деталей, наприклад валу з маточиною колеса (термічна посадка деталей) Одержання значних зусиль. Створення механізмів для виконання мікропереміщень, теплових реле та датчиків температури
Стисливість газів	Можливість транспортування газів у стиснутому стані
Пружні властивості газів	Створення повітряних амортизаторів
Дисперсія світла	Отримання світла певного кольору

Таблиця №2

Не можна не згадати про те, що подібні покажчики, починаючи з 1970 року, вже створювались прихильниками так званої теорії розв'язання винахідницьких задач. Такі покажчики мали допомагати винахіднику знайти відповідні фізичне явище або процес, які б дозволили йому розв'язати конкретну винахідницьку задачу (усунути певну технічну суперечність). Проте складались вони на основі аналізу описів вже зроблених винаходів, тобто на основі винахідницької практики. Це видно, навіть, із порядку розміщення їх колонок: спочатку йде технічний ефект, а за ним фізичні явища, які дозволяють його досягти.

Ставимо перед собою методичну мету: звернути увагу учнів на потенційні можливості фізики стосовно розв'язування винахідницьких задач, чим значно підвищуємо їх потенційні можливості стосовно науково-технічної творчості. І процес створення покажчика у нас здійснюється не по факту, який вже відбувся (від вже зробленого винаходу - до фізики), а йде з упередженням, тобто від фізики - до потенційно нової техніки.

Наукові дослідження та педагогічна практика підтвердила ефективність такої роботи. Процес складання таких таблиць сприяє розвитку творчих здібностей учнів. Самі ж таблиці дозволяють реалізувати ці здібності, зокрема під час розв'язування винахідницьких та раціоналізаторських задач.

2.3. Створення баз даних фізичних явищ, які можна теперішній час застосувати в техніці

Для досягнення відчутних успіхів у розвитку творчих здібностей, за наявності яких людина стає здатною до створення оригінального продукту, доцільно переосмислити сам підхід до навчання, який в основному зводиться до традиційної передачі учням окресленої навчальними програмами та підручниками інформації. Це, зокрема, стосується таких етапів процесу навчання фізики, як вивчення учнями нового матеріалу та його використання на практиці. Слід визнати, що традиційне запитання під час оцінювання досягнень учнів: "Де дане явище використовується на практиці?" є результатом підходу до процесу навчання. Воно дійсно має сенс тоді, коли контролюються знання:учень має відтворити те, про що він дізнався з розповіді вчителя, прочитаного параграфу підручника або інших носіїв інформації. Проте постановкою запитання у такому вигляді ми формуємо в учня таку світоглядну настанову, яка не спонукає його до пошуків нового. Ми привчаємо учня бачити світ таким, який він вже є, як такий, що не потребує ніякого розвитку. Іншими словами, ми пропонуємо учню вдивитись назад, та фіксувати сьогоднішнє, але не спонукаємо його заглядати у майбутнє, яке завтра стане сьогоднішнім, а сьогоднішнє стане вчорашнім. Мова йде про те, що такий підхід у навчанні не сприяє формуванню в учнів психологічної настанови на творчу діяльність. Для розвитку та наступної реалізації творчих здібностей учнів у них необхідно формувати настанову на пошуки можливостей використання отриманих знань на практиці, зокрема для створення нових технічних пристроїв та технологій. Звідси виходить, що запитання під час оцінювання досягнень учнів з фізики доцільно було б формулювати так, щоб він міг не лише повідомити вчителю про вже відоме застосування певного явища на практиці, а й показав своє бачення можливого застосування його у нових пристроях чи технологіях. Для цього достатньо лише замінити запитання: "Розкажіть, де дане явище використовується на практиці?" на вимогу "Запропонуйте, де можна дане явище використати на практиці?". При цьому не слід остерігатись того, що учні не будуть знайомитись із вже існуючими об'єктами. Навпаки, для того, щоб створити нове, слід впевнитись в тому, що воно відрізняється від існуючого.

Одним із методичних прийомів, що дозволяють реалізувати сказане вище, є складання учнями бази даних фізичних явищ, які можуть бути використані для досягнення необхідних технічних ефектів. У без комп'ютерному варіанті це можуть бути звичайні таблиці в окремо взятому або й робочому зошитах, а при наявності можливості користування комп'ютером, - бази даних в середовищіMicrosoft, Office, Access, Ехcel або на основі власно створених відповідних програмних засобів. Прикладом може бути фрагмент складеної таблиці, яку можна назвати покажчиком фізичних явищ. У її лівому стовпці знаходяться назви фізичних явищ, властивостей речовини або ж закономірностей, які розглядаються в шкільному курсі фізики. У правому подаються технічні можливості їх проявів. Таблиця або база даних поповнюється по мірі оволодіння учнем матеріалом фізики.

Відбивання світла	Керування світловим потоком. Створення дзеркал. Можливість концентрування світлової енергії. Зменшення інтенсивності поглинання світла
Поглинання світла	Накопичування енергії тілом. Уникнення явища відбивання світла
Заломлення світла	Керування напрямком поширення світла. Створення лінз
Відносність механічного руху	Можливість збільшення або зменшення відносної швидкості руху тіл
Рух зв'язаних між собою тіл через нерухомий блок.	Створення економних ліфтів та ескалаторів
Періодичні коливання маятника.	Створення пристроїв для здійснення відліку часу
Поширення звуку в різних середовищах	Створення акустичних приладів. Створення матеріалів, що поглинають звук та пристроїв для перетворення енергії звукових коливань у корисні для людини види енергії
Сполучені посудини.	Створення приладів для визначення рівня рідини у недоступних для спостереження судинах. Регулювання рівня рідини в сполучених між собою резервуарах (водоймах).
Дослід Торрічеллі	Створення вакуумних замків, присосок.
Залежність тиску атмосфери від висоти.	Створення приладів для вимірювання висоти піднімання над поверхнею Землі; приладів для вимірювання глибини опускання в шахту.
Відштовхувальна сила. Закон Архімеда	Створення поплавкових засобів. Регулювання глибини занурення тіла в рідині. Створення водного та повітряного транспорту. Сепарація тіл різної густини у рідині. Піднімання тіл, що затонули у воді.
Закон збереження енергії.	Створення пристроїв для перетворення одного виду енергії в інший (наприклад, двигунів).
Способи зміни внутрішньої енергії тіла. Теплообмін. Види теплопередачі.	Нагрівання або охолодження тіл.

Таблиця №3



Не можна не згадати про те, що подібні покажчики, починаючи з 1970 року, вже створювались прихильниками так званої ТРВЗ. Такі покажчики мали допомагати винахіднику знайти відповідні фізичне явище або процес, які б дозволили йому розв'язати конкретну винахідницьку задачу (усунути певну технічну суперечність). Проте складались вони на основі аналізу описів вже зроблених винаходів, тобто на основі винахідницької практики. Це видно, навіть, із порядку розміщення їх колонок: спочатку йде технічний ефект, а за ним фізичні явища, які дозволяють його досягти. Ми ж ставимо перед собою методичну мету: звернути увагу учнів на потенційні можливості фізики стосовно розв'язування винахідницьких задач, чим значно підвищуємо їх потенційні можливості стосовно науково-технічної творчості.

І процес створення покажчика у нас здійснюється не по факту, який вже відбувся (від вже зробленого винаходу - до фізики), а йде з упередженням, тобто від фізики - до потенційно нової техніки.

Наші наукові дослідження та педагогічна практика підтвердила ефективність такої роботи. Процес складання таких таблиць сприяє розвитку творчих здібностей учнів. Самі ж таблиці дозволяють реалізувати ці здібності, зокрема під час розв'язування винахідницьких та раціоналізаторських задач.



РОЗДІЛ ?. РОЗВИТОК ТВОРЧИХ ЗДІБНОСТЕЙ ШЛЯХОМ СТВОРЕННЯ ДІЮЧОЇ МОДЕЛІ ВЕРСТАТУ З ЧПК

3.1 Верстати з ЧПК. Структура та основна задача верстатів з ЧПК в машинобудуванні

Автоматизація в наш час набирає дуже швидких перспектив, найбільш перспективним напрямком в розвитку промислового виробництва. Завдяки звільненню людини від безпосередньої участі у виробничих процесах, а також високій концентрації основних операцій значно поліпшуються умови праці і економічні показники виробництва.

Автоматизація промислових виробництв неоднакова. Вона дає найбільший ефект в виробництвах з масовим випуском продукції і порівняно працемісткими технологічними процесами.

Автоматизація виробничих процесів зв'язана з випусканням ряду автоматичних пристроїв. В масовому виробництві ці пристрої спеціалізовані. В серійному виробництві доводиться користуватися універсальними автоматичними пристроями, що потребують перепрограмування або переналагодження, що викликає більшу витрату невиробничого часу.

Тому в послідні роки більша увага надається “гнучкості” автоматичного обладнання, досягненої шляхом широкого використання принципів агрегатування і програмного управління, що веде за собою поступове ускладнення конструкції.

До вагомих переваг станків з ЧПК також варто віднести:

*швидкість виконання операцій;

*високу продуктивність;

*можливість виготовлення однотипних деталей цілим потоком;

* безвідходність у виробництві деталей;

*випуск високоточних деталей;

* можливість виготовлення деталей надскладної форми;

* скорочення часу підготовки та перепрофілювання на випуск нових деталей;

Додам, що верстати з ЧПК можуть стати доречними як на масштабному виробництві, так і на зовсім невеликому за обсягами підприємстві. Можна з впевненістю сказати, що ЧПК докорінно змінило не лише характер організації виробництва в металообробних цехах, але й суттєво вплинуло на конструкцію самих верстатів, на їхню працездатність.

Одним із головних напрямків розвитку виробництва є широке впровадження маловідходних і безвідходних технологій виготовлення заготовок деталей машин. Технологічна собівартість може бути суттєво знижена за рахунок впровадження точних заготовок. Такими заготовками є заготовки, що отримуються методами порошкової металургії та із композиційних матеріалів.

Серійне виробництво, в якому випускається до 80% загальної продукції, характеризується великими затратами робочого часу на виконання допоміжних операцій. Основним напрямком скорочення цих затрат є автоматизація виробничих процесів за рахунок використання верстатів з числовим програмним керуванням (ЧПК). На цих верстатах досягається висока ступінь автоматизації обробки і можливість їх швидкого переналагоджування на обробку будь-якої деталі в межах технічних характеристик.

Застосування верстатів з ЧПК розвивається у двох напрямках:

Перший напрямок - обробка дуже складних заготовок унікальних деталей, що мають складну конфігурацію і різні фасонні поверхні, виготовлення яких на традиційних верстатах є неможливим або вимагає великих затрат часу і праці, в тому числі висококваліфікованої або важкої фізичної праці.

Другий напрямок - обробка заготовок звичайних деталей з точністю ІТ16 - ІТ8 та шорсткістю Rz =(3…10) мкм. Економічна ефективність застосування верстатів з ЧПК проявляється уже при обробці відносно невеликих партій (20…30 шт.) заготовок.

Відбувається вдосконалення систем ЧПК та конструкцій верстатів, які сприяють підвищенню їх точності і продуктивності, розширенню технологічних можливостей по обробці з одного установа найбільшого числа поверхонь заготовки.

Вдосконалення систем ЧПК в першу чергу направляється на підвищення точності обробки заготовок і компенсацію виникаючих похибок. Системами забезпечується безступінчасте регулювання частоти обертання шпинделя із збереженням постійності швидкості різання при переході на обробку поверхонь другого діаметра; можливість кутового позиціонування шпинделя для орієнтованої установки в патрон несиметричної заготовки; можливість поперечної обробки на токарному верстаті нерухомої заготовки свердлуванням і фрезеруванням.

Нові системи з ЧПК передбачають компенсацію систематичних похибок обробки, пов`язаних із тепловими деформаціями технологічної системи, впливом зазорів в з`єднаннях на точність переміщень; автоматичну корекцію накопичених похибок.

В сучасних токарних верстатах вводиться автоматичне вимірювання розмірів оброблюваних заготовок. Отримана інформація обробляється системами ЧПК для здійснення автоматичної корекції положення інструменту.

Для запобігання поломкам інструменту та появи браку в багатьох системах вводяться обмеження, що переривають процес обробки при досягненні граничних значень потужності різання, сили, моменти і т.п.

Для серійного та крупносерійного типів виробництва верстати з ЧПК оснащаються засобами для завантаження та розвантаження заготовок, що дає можливість використовувати їх в складі гнучких автоматизованих дільниць.

Токарні, фрезерні і фрезерно-свердлувально-розточні верстати з оперативною системою керування дозволяють здійснювати програмування безпосередньо на верстаті із введенням управляючої програми з допомогою клавіатури пульта верстата. Сучасні багатоопераційні верстати мають пристрої для зміни окремих інструментів та багатошпиндельних головок, оснащуються змінними столами і наборами поворотних плит-супутників, що дозволяють здійснювати швидку автоматичну заміну оброблюваних заготовок різних типів і розмірів з контролем позиціонування базових поверхонь.

Для організації автоматичного циклу обробки сучасні багатоопераційні верстати забезпечуються пристроями для контролю стану різального інструменту і ступені його затуплення на основі контролю потужності, крутного моменту, сили струму або величин складових сил різання. Величина розмірного зношування інструменту для корекції його положення визначається за результатами автоматичних вимірювань оброблюваної заготовки або вимірювань інструменту безпосередньо на верстаті.

За рахунок об`єднання верстатів з ЧПК в поточні лінії досягається неперервність технологічного процесу і його часткова автоматизація. створюються групові поточні лінії

Розвиток числового програмного керування має приблизно тридцятирічну історію. Цей процес протікає настільки швидко, що в техніці не можливо знайти іншу аналогію у цьому сенсі приклад.

Змінювалися покоління електронних пристроїв ЧПК, принципово змінювалися їхні можливості, що накладало відбиток на конструкцію і функціональний зв'язок із самим об'єктом управління. Основна властивість верстатів з ЧПК - це їх гнучкість, тобто швидкість переналагодження, що на порядок вище гнучкості верстатів автоматів на основі копіювання, шляхових вимикачів і подібних.

У результаті розвитку пристроїв ЧПК, побудованих за структурою ЕОМ, створені високопродуктивні технологічні модулі, до складу яких входять: багатоопераційний верстат з автоматичною зміною інструменту, транспортно накопичувальна система, що дозволяє проводити заміну деталі на заготівлю, система контролю і регенерації відходів.

Такі модулі можуть працювати в автономному режимі або вбудовуватися в автоматичні лінії. Верстати з ЧПК дозволяють проводити обробку деталей з великою концентрацією інструментальних переходів, що підвищує точність деталей (обробка з однієї технологічної бази), знижує час. на операцію і зменшує довжину транспортних потоків. Всі ці якості дозволяють припустити збільшення обсягу обробки на верстатах з ЧПК в умовах переходу до ринкової економіки.

Тенденції розвитку верстатів з ЧПК: створення ЧПК із застосуванням мікро - ЕОМ на мікропроцесорах, застосування в електроавтоматики верстата з ЧПК мікроелектроніки, введення в систему верстата діагностичних пристроїв; широке впровадження автоматизованих самопристосовуючих (адаптивних) пристроїв, які забезпечують оптимізацію управління та обробки деталей; створення ЧПК, керуючих як окремими верстатами, так і групою верстатів.

Впровадження нових технологій і модернізації в машинобудуванні. Технічний процес не стоїть на місці, все більше відбувається впровадження в життя машинобудування та виробництва ЧПК постійно вдосконалюючись. Верстати з ЧПК, як нове розумне обладнання дозволяє виробництву перейти на наступний рівень розвинутих технологій [92, с. 226].

У сучасному промисловому та експериментальному виробництві використовуються верстати, в яких пристрої числового програмного керування виконані на базі мікропроцесорних платформ, сумісних з персональними комп'ютерами (ПК), як носії інформації використовуються дискети, або ж файли з керуючими програмами яка зчитується верстатом програмую його на виконання заданих операцій. Таким чином у галузі технологій машинобудування виробництво ставати більш великим.

Сучасне механічно обробне виробництво, як правило, передбачає наявність і ефективне використання різного обладнання з числовим програмним управлінням. Це можуть бути найрізноманітніші фрезерні, токарні, електроерозійні як дротові, так і прошивальні верстати, фрезерні та токарні оброблювальні центри, преси для листового штампування, лазерне обладнання, координатна-вимірювальні машини і т.п. Для ефективного використання всього спектру обладнання необхідна сучасна комп'ютерна система розробки управляючих програм.

Основною перевагою з напрямків прогресу виробництва є широке впровадження маловідходних і безвідходних технологій виготовлення деталей. Технологічні процеси та собівартість може бути суттєво знижена за рахунок точних процесів.

Прогрес розвитку систем з ЧПК в першу чергу направляється на підвищення точності обробки і виправлення виникаючих похибок. Системами забезпечується безступінчасте регулювання частоти обертання шпинделя із збереженням швидкості різання при переході на інший процес.

В сучасних ЧПК вводиться автоматичне вимірювання розмірів оброблюваних заготовок. Отримана інформація даних оброблюється числовим програмним забезпеченням для здійснення автоматичної корекції положення інструменту. Також для запобігання поломок верстату та появи дефектів на заготівці в багатьох системах ЧПК запрограмовані обмеження, що зупиняють процес обробки при досягненні граничних значень.

Автоматизація повсюдно рахується головним, найбільш перспективним напрямком в розвитку промислового виробництва. Завдяки звільненню людини від безпосередньої участі у виробничих процесах, а також високій концентрації основних операцій значно поліпшуються умови праці і економічні показники виробництва.

Автоматизація промислових виробництв неоднакова. Вона дає найбільший ефект в виробництвах з масовим випуском продукції і порівняно праце місткими технологічними процесами.

Автоматизація виробничих процесів зв'язана з випусканням ряду автоматичних пристроїв. В масовому виробництві ці пристрої спеціалізовані. В серійному виробництві доводиться користуватися універсальними автоматичними пристроями, що потребують переналагодження, що викликає більшу витрату невиробничого часу.

Тому в останні роки більша увага надається “гнучкості” автоматичного обладнання, досягненої шляхом широкого використання принципів агрегатування і програмного управління, що веде за собою поступове ускладнення конструкції.

3.2 Особливості конструкції пристроїв для верстатів з ЧПК

Числове програмне керування стало універсальним засобом управління станками. Його застосовують для всіх груп і типів станків.

Велика перевага обробки на станках з ЧПК закладається також в тому, що значно зменшується доля важкої ручної праці робітників, зменшується необхідність в кваліфікованих станочниках-універсалах, змінюється склад робітників металооброблюючихцехів.

ЧПК означає комп'ютеризовану систему управління, що прочитує інструкції спеціалізованої мови програмування G-код і що управляє приводами метало-, дерево- і пласмасообробляючих верстатів і верстатним оснащенням. =

Інтерпретатор системи ЧПК виробляє переклад програми з вхідної мови в команди управління головним приводом, приводами подач, контролерами управління вузлів верстата (включить/виключить охолоджування, наприклад). Для визначення необхідної траєкторії руху робочого органу в цілому (інструмента/заготовки) відповідно до програми (УП), що управляє, використовується інтерполятор, що розраховує положення проміжних точок траєкторії по заданих в програмі кінцевим.

Абревіатура ЧПК відповідає двом англомовним - NC і CNC, - що відображає еволюцію розвитку систем управління устаткуванням.

Системи типа NC передбачали використання жорстко заданих схем управління обробкою - наприклад, завдання програми за допомогою штекерів або перемикачів, зберігання програм на зовнішніх носіях (магнітні стрічки, перфоровані паперові стрічки).

Яких-небудь пристроїв оперативного зберігання даних, мікропроцесорів, що управляють, не передбачалося. Системи ЧПК, описувані як «CNC», засновані на мікропроцесорі з оперативною пам'яттю, з операційною системою, приводи управляються власними мікроконтролерами.

Програма для устаткування з ЧПК може бути завантажена із зовнішніх носіїв, наприклад, дискет або із звичайних або спеціалізованих флеш-накопичувачів. Окрім цього, сучасне устаткування підключається до заводських мереж зв'язку.

Найбільш поширена мова програмування ЧПК для металоріжучого устаткування описаний документом ISO 6983 Міжнародні комітети із стандартів і називається «G-код». В окремих випадках - наприклад, системи управління верстатами гравіювань - мова управління принципово відрізняється від стандарту. Для простих завдань, наприклад, розкрій плоских заготовок, система ЧПК як вхідна інформація може використовувати текстовий файл у форматі обміну даними - наприклад DXF або AI.

Декілька верстатів з ЧПК зазвичай об'єднуються в гнучку автоматизовану виробничу систему (ГПС).

Розробка програм, що управляють, в даний час виконується з використанням спеціальних модулів для систем автоматизованого проектування (САПР) або окремих систем автоматизованого програмування (CAM), які по електронній моделі генерують програму обробки.

Для роботи будь-якого верстата з ЧПК необхідне наступне програмне забезпечення : СAD, CAM, програма, що управляє.

СAD-система (система автоматизованого проектування) результатом роботи будь-якої CAD-системи стосовно наших завдань, модель виробу. Файл прототипу виробу формату DXF для 2-х мірною або формат STL для 3-х мірної обробки. CAD систем: AUTOCAD, NANOCAD, T-FlexCAD, і тд.[62, с. 64].

Результатом роботи будь-якої системи є програма, що управляє, яку потім виконуватиме верстат G або ISO коди.

Програмне управління від ЕОМ гарантує зменшення часу на переналадку устаткування, автоматизацію підготовки програми (у майже всіх випадках вона виробляється на верстаті робітникам, в період обробки іншої заготівки), що управляє, вірогідність обробки трудомістких деталей, що мають криволінійну поверхню.

Додатковими функціями систем управління типу CNC вважаються контроль перевантажень верстата, стійкості і цілості ріжучих інструментів і ін. Еластичність верстатів підтримується шляхом їх оснащення багатообразними системами і пристосуваннями, що скорочують час на переналадку і значимо розширюють тих. повноваження верстатів . До них відносяться інструментальні торгівельні центри і револьверні голівки для зміни ріжучого інструменту, системи завантаження - розвантаження столів - супутників заготовками, використання промислових роботів, накладних інструментальних голівок, багатошпиндельних голівок, програмно - керованих супортів, спеціалізованих затискних пристроїв і майже всіх інших механізмів. Дані додаткові пристосування включають в гідравлічну і електричну схеми верстата, а крім того в систему, що програмний - управляє

Збільшення надійності роботи верстатів підтримується проведенням наступних заходів:

· Підвищенням надійності компонентів верстата ( систем ЧПК, програмованих контролерів, приводів і інших елементів);

· Встановлення у верстат підсистем механічного діагностування і індикації функціонування вузлів і механізмів, а окрім того верстата в цілому;

· Вживанням високоефективних і надійних пристосувань змазування пар, що труться, вживанням підшипників;

· Застосування успішних систем подачі, сепарації і фільтрації СОЖ для відведення тепла із зони різання, а крім того для змивання і транспортування стружки.

Розробка управляючих програм у коді, тобто на стандартній вхідній мові пристроїв ЧПК, вимагає кропіткого добору технологічних рішень, трудомістких геометричних розрахунків, ретельного документування окремих етапів. При цьому необхідна велика довідкова і допоміжна інформація, що повинна бути методична впорядкована.

До етапів розробки управляючої програми і використовуваної при цьому інформації відносять: розробку маршрутної технології (маршрутна карта, креслення деталі та заготовки), складання плану операції (операційна карта, операційне креслення), розробка перехідної технології (карта налагодження), розрахунок траєкторії інструмента (технологічна карта, ескіз траєкторії), кодування і запис управляючої програми, контроль і налагодження управляючої програми (графік траєкторії).

Проектування повного маршрутного технологічного процесу виходить за рамки власне програмування обробки на верстатах із ЧПК. Управляюча програма призначена для керування верстатом з ЧПК при виконанні лише однієї з операцій маршрутного технологічного процесу, причому таке виконання може супроводжувати зміна встановлені деталі у пристосуванні, зміна базової позиції деталі в робочому просторі верстата.

Головними технологічними елементами, з яких формується операція, є переходи.

Основні технологічні переходи представляють собою закінчений процес утворення кожної нової поверхні або поєднання поверхонь деталі при обробці одним інструментом.

Допоміжні переходи пов'язані зі зміною встановлення, позиції, інструмента по завершенні деякого основного технологічного переходу.

При обробці з ЧПК будемо вважати закінченою частиною технологічного переходу робочі та допоміжні (холості) проходи, тобто однократні переміщення інструмента вздовж контуру без зміни робочих режимів.

Таким чином, найважливішим компонентом структури проектованого технологічного процесу обробки деталі є операція, елементами якої у свою чергу служать встановлення, позиції, переходи і проходи. Додаткова деталізація технологічного процесу (ходи, кроки) складає вже специфіку ЧПК. Так, виділення ходу у складі проходу обумовлене обмеженнями на спосіб інтерполяції складного контуру, тобто можливостями відтворення лише визначених ліній: прямих, кіл, гвинтових ліній тощо. Кожен хід може бути побудований тільки на основі самостійно інтерпольованої лінії. Кроки виділяють (якщо це необхідно) в межах ходу ділянки розгону, гальмування, ділянок, що належать різним квадрантам, тощо.

Структура і призначення систем автоматизації програмування. Часткове чи повне рішення задач, пов'язаних з реалізацією етапів розробки управляючої програми, є метою системи автоматизації програмування (САП) управляючих програм.

Для встановлення структури САП введемо уявлення про фазові простори (тобто простори можливих станів) технологічного процесу і верстата. Найбільш істотною характеристикою фазового простору будемо вважати його розмірність, тобто число параметрів, необхідних для опису процесу, що протікає у фазовому просторі.

Визначимо фазовий простір технологічного процесу через такі його параметри: координати, що визначають розташування робочих органів у процесі їхнього переміщення відносно оброблюваної деталі, швидкість руху по зазначених координатах. Додатковими параметрами фазового простору верстата є технологічні команди, що, як правило, є дискретними і призначені для виконання всякого роду допоміжних команд (керування охолодженням, зміною інструмента тощо). Різні верстати можуть мати різні фазові простори, хоча й однакові фазові простори технологічних процесів.

Звідси виникають дві можливості автоматизованої розробки управляючих програм ЧПК: у фазовому просторі верстата й у фазовому просторі технологічного процесу. Один шлях веде до створення спеціалізованих САП, розрахованих на верстати, що належать одній структурній гамі, інший - до створення універсальних САП, що передбачають двоетапну розробку управляючих програм. Перший етап орієнтує всі розрахунки на фазовий простір технологічних процесів. На другому етапі здійснюється відображення управляючої програми з фазового простору технологічного процесу у фазовий простір верстата.

У цьому зв'язку в САП виділять на два блоки: процесор, що виконує розрахунок управляючих програм у фазовому просторі технологічного процесу, і постпроцесор, що перетворює управляючі програми у фазовий простір конкретного верстата. Кожен структурно самостійний верстат із ЧПК повинен мати свій постпроцесор. Розділяючи процесор і постпроцесор, одержуємо можливість будувати об'єктно незалежну частину САП, що однак залишається залежною від уявлень користувача САП. Ці уявлення відбиваються у вхідній мові процесора.

Прагнення до стандартизації вхідної мови при одночасному врахуванні специфічних уявлень користувачів призводить до виділення у складі САП ще одного блока - препроцесора, що є транслятором з мови користувача на вхідну мову процесора. Деякий пакет препроцесорів може відбити будь-які запити користувача (у тому числі й у відношенні діалогу).



Рис. 3.1. Типова структурна схема САП

Типова структурна схема САП зображується у вигляді, показаному на

рис.3.1. Таким чином, структура САП, що входить до складу універсальних і більшості спеціалізованих систем автоматизації підготовки управляючих програм, побудована за принципом процесор-постпроцесор. Це означає, що в САП є основний обчислювальний блок - процесор, призначений для рішення загальних геометричних і технологічних задач підготовки управляючих програм, і ряд погоджуючи блоків - постпроцесорів, що узгоджують рішення, що видаються процесором, з можливостями й особливостями конкретних верстатів із ЧПК.

Найбільш розвитку САП оснащені додатковими блоками - препроцесорами, у яких за типовою технологією проектується план операції для обробки окремих елементів або класів деталей, що дозволяє об'єднати властивості спеціалізованих і універсальних САП.

До типової структурної схеми САП, крім препроцесорів, процесора і постпроцесорів входить блок сервісу, що здійснює переробку постійної інформації про устаткування, інструменти і матеріали, підготовлюваної в анкетних формах для введення до ЕОМ. Блок сервісу систематизує і записує цю інформацію в постійну пам'ять ЕОМ у виді таблиць параметрів, звертання до яких ведеться за назвами устаткування, інструмента і матеріалів, які вказуються у вихідній інформації.

У препроцесорах технологічні операції поділяються на встановлення та позиції, вибираються схеми кріплення заготовки, визначається послідовність переходів і комплектується інструментальне наладка. Вихідна інформація для препроцесорів задається переважно в табличній або упорядкованій словниковій формі на спеціалізованій вхідній мові. Вихідна інформація препроцесора передається в процесор на універсальній вхідній мові, у термінах якої підготовлюється вихідна інформація для процесора при програмуванні на середньому рівні автоматизації.

Основними задачами процесорів, що розроблюються в орієнтації на окремі технологічні групи устаткування з ЧПК, є визначення проходів по обраних у препроцесорі або заданих у вихідній інформації узагальнених схемах обробки, окремих переходів, розрахунок режимів різання та обчислення траєкторії переміщення інструментів. Результати роботи процесора - послідовність і умови руху інструментів відносно деталі - передаються в постпроцесор проміжною мовою. У процесорі формуються вхідні до складу супровідної документації карти налагодження верстата та інструмента. Сприйнята ЕОМ вихідна інформація і повідомлення про виявлені в ній помили виводяться на контрольний бланк програміста.

Супровідна документація, що видається постпроцесором, містить роздруківку управляючої програми, дані про тривалість роботи верстата за програмою, тривалість роботи окремих інструментів та інші зведення, необхідні для нормування та організації роботи верстатів із ЧПК.

Призначення САП визначається Конструктивно - технологічними ознаками оброблюваних деталей і технологічною групою верстатів.

В залежності від характеру обробки САП призначені для:

1. Плоскої обробки контурів і площини, рівнобіжних координатним площинам, на верстатах фрезерної групи з двох координатних керуванням прямокутного чи криволінійного формоутворення і позиціонуванням по третій координаті, а також обробки контурів на електроерозійних верстатах і газорізальних машинах;

2. Об'ємної обробки контурів і поверхонь на верстатах фрезерної групи з три- і більше координатним керуванням;

3. Обробки тіл обертання зі східчастим і криволінійної профілем на верстатах токарної групи;

4. Обробки отворів на свердлильних верстатах з позиційним управлінням;

5. Комплексної обробки корпусних деталей на свердлильно-розточувальних верстатах і обробних центрах.

Рівень автоматизації САП визначається співвідношенням обсягів ручного й автоматизованого рішень задач процесу підготовки управляючої програми. Умовно розрізняють три рівні автоматизації: низький, середній, високий. Для низького рівня характерне рішення на ЕОМ лише геометричних задач по визначенню координат опорних точок траєкторії інструмента на основі заданих у вихідній інформації узагальнених геометричних характеристик ділянок траєкторії.

При середньому рівні автоматизації на ЕОМ додатково зважуються технологічні задачі вибору послідовності переходів на основі заданих узагальнених технологічних схем обробки окремих ділянок заготовки.

Високий рівень автоматизації означає рішення на ЕОМ задач по оптимізації технологічного процесу, проектування інструментального налагодження та послідовності переходів по опису деталі та умов її обробки.

Універсальні САП побудовані на базі інструментальних кросів-засобів, тобто поставлені на зовнішніх відносно пристрою ЧПК обчислювальних машинах.

Найбільш перспективне використання доступних ЕОМ класу міні та мікро. Подібні машини, оснащені необхідною периферією і відповідним математичним забезпеченням, називають автоматизованими робочими місцями (АРМ) технолога.

У типову конфігурацію АРМ технолога входить: персональний комп'ютер, пристрої нагромадження на магнітному диску (вінчестер), алфавітно-цифровий дисплей, графічний дисплей, клавіатура, вказуючий пристрій (миша), принтер, пристрій між машинного зв'язку та порти підключення.

Інший популярний у виробництві варіант складається у використанні САП на персональному комп'ютері, що може бути зв'язаний із пристроєм ЧПК стандартним каналом зв'язку. У цьому випадку розроблена управляюча програма передається в пам'ять пристрою ЧПК для остаточного налагодження безпосередньо на верстаті.

Спеціалізовані САП можуть бути як кросами-системами, так і резидентними системами. В останньому випадку вони поставлені безпосередньо в пристрої ЧПК, а автоматизована підготовка управляючих програм виконується в рамках термінальної задачі пристрою ЧПК. Процедури розробки і налагодження управляючих програм виявляються суміщеними (поєднаними).

Форми, представлення вихідної інформації в САП дуже різноманітні. До основних форм відносяться: таблична, вільна словникова та упорядкована словникова записи. Кожна з цих форм має свої переваги і недоліки. При їх оцінці необхідно враховувати трудомісткість підготовки вихідної інформації, характер і призначення САП, а також складність розробки транслятора - блока обчислювальних програм для перетворення записаної вхідною мовою САП вихідної інформації в канонічний вид, зручний для переробки інформації в ЕОМ.

Табличний запис даних дуже лаконічний і при використанні спеціальних бланків досить наочний. Ця форма запису прийнята в основному в спеціалізованих САП, вузька орієнтація яких дозволяє використовувати при завданні вихідної інформації характерні риси конфігурації конкретних класів деталей або окремих їх елементів.

Словниковий запис даних вільним текстом служить для задання груп параметрів обробки і вказівок ЕОМ у вигляді довільної послідовності фраз, структура яких підкоряється синтаксису прийнятої проблемно-орієнтованої вхідної мови. Ця форма запису вихідної інформації дозволяє оперувати широким набором понять і, тим самим, задовольняє вимогам універсальної САП. Недоліками запису вільним текстом є велике число правил, які необхідно засвоїти для запису різних за структурою фраз, громіздкість запису і складність транслятора для переробки тексту вихідної інформації.

Для скорочення обсягу записів застосовуються абревіатури і скорочені позначення, що часто перетворюють текст вихідної інформації у важко-сприйману послідовність літер, знаків і чисел, що ускладнює його контроль. Скорочення обсягу запису в ряді випадків набагато ефективніше досягається в результаті використання спеціальних бланків, графи яких відображають структуру фраз даної вхідної мови. Застосування таких бланків дозволяє виключити в тексті назви найчастіше використовуваних параметрів і упорядкувати запис.

Автоматизовану підготовку управляючих програм можна проводити в різних режимах, в залежності від організації роботи ЕОМ, складу зовнішніх пристроїв і можливостей конкретної САП.

Організація роботи ЕОМ за допомогою операційної системи зводиться до двох основних режимів: групового і діалогового. Груповий режим передбачає послідовне виконання на ЕОМ групи завдань в міру того, як вивільняються її ресурси, діалоговий - безупинний ефективний зв'язок з ЕОМ одного або декількох користувачів, кожен запит яких негайно викликає її відповідну дію.

Етапи процесу підготовки управляючої програми на ЕОМ у режимі групової обробки вихідних даних показані на рис. 3.2. На перших трьох етапах цього процесу уточняються умови обробки, позначаються геометричні елементи на кресленні програмувальної деталі (I), записується в бланки вхідною мовою САП вихідна інформація (II) і переноситься на перфострічку або перфокарти з наступним контролем відповідності перфорації записаному в бланках тексту (III). З підготовленої для декількох програмувальних деталей вихідної інформації комплектується завдання ЕОМ (IV). У процесі розрахунку управляючої програми на ЕОМ (V) працює діагностична програма САП, що при виявленні помилок видає на друк повідомлення про характер і місце їх розташування в тексті вихідної інформації. Якщо помилок немає, то розрахунок поточної управляючої програми проходить до кінця, після чого вона видається на перфострічці із супровідною документацією. Потім за інформацією з комплекту завдання ЕОМ починається розрахунок наступної управляючої програми.

За наявності підключеного до ЕОМ графопобудовника супровідна документація може супроводжуватися графіком траєкторії переміщення інструмента в системі координат деталі, більш зручним для контролю траєкторії (VI), ніж графік, що відтворює на автономному графобудівнику закодовані в управляючій програмі рухи робочих органів верстата. Для виправлення помилок, виявлених на етапах розрахунку управляючої програми, і контролю траєкторії інструмента технолог-програміст коректує вихідну інформацію (VII), додаючи до неї вказівки про вставку, видалення чи заміну помилкових ділянок тексту, і організує повторний розрахунок управляючої програми на ЕОМ. Наступний контроль управляючої програми на верстаті (VIII) також може привести до необхідності коректування вихідної інформації та повторного розрахунку програми на ЕОМ, якщо коректування програми на верстаті з ЧПК неможливе або менш ефективне, чим за допомогою САП. Кінцевим етапом підготовки управляючої програми є комплектація документації (IX).

Рис. 3.2. Етапи процесу підготовки управляючої програми

Можливі й інші варіанти діалогового режиму підготовки управляючої програми. Наприклад, технолог-програміст по запитах ЕОМ може набирати на клавіатурі дисплея ЕОМ текст вихідної інформації мовою САП і паралельно з введенням інформації візуально проконтролювати висвітлені на екрані або накреслені графопобудовником контур деталі та траєкторію інструмента, виправляючи помилкові ділянки тексту.

3.3 Огляд конструкцій типових пристроїв для обробки деталей

Типовими пристроями для фрезерування пазів, лисок на деталях циліндричної форми є лещата з призмами і різними механізмами затиску

Універсальних пристосувань, що допускають переналагодження. Корпус із полозками й механізм затиску лещат - постійні. Налагодження складається зі змінних губок і інших настановних елементів, проектованих і виготовляються згідно з формою й розмірами оброблюваних деталей.

Лещата можна розділити на наступні групи.

I. По загальній конструкції:

1) з одною рухливою губкою;

2) самоцентруючі із двома рухливими губками,

3) із плаваючими губками;

4) з губками, що переміщаються взаємно перпендикулярно,

II. По конструкції механізму затиску:

1) гвинтові;

2) ексцентрикові;

3) ексцентрикові з важільним підсилювачем.

III. По типі силового привода:

1) з ручним приводом:

2) пневматичні;

3) механо гідравлічні; пнемо гідравлічні;

5) гідравлічні,

6) пружинні з автоматизованим затискачем від стола верстата, що переміщається.

IV. По напрямку зусилля, прикладеного до рухливої губки:

1) з тягнучим зусиллям (полозок рухливої губки працюють на розтягання);

2) із зусиллям, що штовхає (полозок рухливої губки працюють на стиск).

Крім того, лещата бувають:

1) неповоротні;

2) поворотні в одній площині;

3) поворотні у двох взаємно перпендикулярних площинах.

Відповідно до ДСТ 1490-69 верстатні лещата повинні виготовлятися трьох типів.

Тип А - з ручним приводом:

виконання 1 - неповоротні;

виконання 2 - поворотні;

виконання 3 - поворотні із двостороннім затиском і посиленим кріпленням.

Тип Б - з гідроприводом:

виконання 1 - неповоротні;

виконання 2 - поворотні;

виконання 3 - поворотні з посиленим кріпленням.

Сучасні конструкції лещат виконуються швидкодіючими, потужними, жорсткими й у той же час компактними. У ряді конструкцій для установки змінних елементів на корпусі й полозках лещат, крім губок передбачається сітка взаємно паралельних і перпендикулярних Т-образних пазів.

Розглядаємо лещата тільки з ручним приводом і призматичними губками для встановлення циліндричних деталей.[99, с. 254].

Звичайні гвинтові лещата широко відомі. Нормалізовано розміри й конструкції верстатних гвинтових лещат, що самоцентрують, із призматичними губками для круглих профілів (МН 5791-65) і гвинтових важільних лещат, що самоцентрують, для круглих профілів (МН 5790-65).

Матеріал елементів цих лещат та технічні вимоги до них згідно з ДСТ 16518-70. Встановлені нормальний (Н) та підвищений (П) класи точності лещат



Рис. 3.3.Лещата верстатні гвинтові, що самоцентруючіпризматичними губками

На рис.1 приведені лещата верстатні гвинтові що само центрують з призматичними губками для встановлення циліндричних деталей. Їх конструкція і розміри встановлені ДСТ 21168-75

На рис. 2 показані лещата, що само центрують, у яких одна із призматичних губок 1 замінена плоскою губкою 2 зі скосом. Це дозволяє встановлювати й знімати заготівлі при мінімальних переміщеннях губок. Губка 2 може трохи зміщатися в горизонтальній площині.

Рис. 3.4. Гвинтові самоцентруючі лещата покращеної конструкції

Для того, щоб забезпечити центрування оброблюваних деталей , ліве й праве різьблення гвинта 3 мають різні кроки, співвідношення яких погоджено з кутом призми.

Рис. 3.5. Лещата з ексцентриковим механізмом затиску

Лещата з ексцентриковим механізмом затиску можуть бути із двома, або однією рухливими губками.

Ці лещата призначені для легких і середніх робіт. У порівнянні із гвинтовими лещатами вони є швидкодіючими. Хід, губок, що затискає, дорівнює величині ексцентриситету ексцентрика. В цих лещатах губки можуть змінюватись і на призматичні для закріплення циліндричних деталей.

Крім стандартних застосовуються різні лещата оригінальних конструкцій. У курсовому проекті розробляється також оригінальний спеціальний пристрій для обробки заданої деталі “Валик”.

3.4Модель верстата з ЧПК як тренажер на базі аналогових обчислювальних машин

У навчальному процесі вивчення обладнання верстатів ЧПК дає змогу учневі використовувати набуті знання на практиці.

Проектування системи практичної підготовки учнів ведеться на підставі моделі особистого потенціалу, а також з урахуванням специфіки праці і умов виробництва. На уроках виробничого навчання основними компонентами підготовки робочих є практичні уміння і навички.

Виробниче навчання - це не тільки навчальний процес, але у значній мірі і виробничий процес. Свою навчальну діяльність учні реалізують у вигляді дидактично організованого трудового процесу, що існує у відповідній галузі.

Виробниче навчання відбувається паралельно з теоретичним. Це забезпечує учням більш усвідомлене оволодіння практичними уміннями та навичками.

Учні при цьому не тільки оволодівають основами професійної майстерності, але й одночасно беруть участь у продуктивній праці і виступають у деякій мірі як творці матеріальних цінностей.

Відомо, що до основних показників, які визначають рівень професійної майстерності робітників, відносяться:

* якість виконання робіт;

* забезпечення у процесі праці відповідних технічних вимог;

* одержання у праці сталих позитивних результатів;

* забезпечення необхідної продуктивності праці;

* прагнення до засвоєння високопродуктивної техніки і технології, прогресивних форм організації праці;

* виробнича самостійність: уміння вибрати найбільш раціональні методи виконання робіт самостійно розібратися в виробничих обставинах;

* уміння виконувати раціональний самоконтроль хода і наслідків роботи;

* культура праці: навички планування своєї діяльності, забезпечення технологічної дисципліни на кожному робочому місці, додержання правил техніки безпеки тощо.

Виробниче навчання - це сполучення навчального і виробничого процесу. Розглянемо деякі найважливіші визначення:

Виробничий процес - це сукупність дій людей і знарядь праці, необхідних для виготовлення і ремонту продукції. Виробничий процес охоплює усі стадії виготовлення продукції: від одержання заготовок до упаковки і відправлення замовнику її у готовому вигляді.