Автоматизированные станки в основном подразделяют по размерам, роду обрабатываемой заготовки, технологическим возможностям (выполняемым операциям), по точности обработки, принципу действия, по конструкции, числу различных органов (шпинделей) и по типам (см. рис. 1).
Так все автоматизированные станки можно подразделить на вертикальные и горизонтальные, которые, в свою очередь делятся на автоматы и полуавтоматы, одношпиндельные и многошпиндельные и т.д.
Вертикальные станки обычно являются более тяжелыми и мощными, чем горизонтальные и предназначаются для обработки деталей большого диаметра и относительно небольшой длины.
Токарные автоматы и полуавтоматы предназначены для обработки деталей из прутка или штучных заготовок соответственно и позволяют выполнить следующие операции: точение продольное и поперечное, подрезание торцев, центрение отверстий, сверление, растачивание, зенкерование, нарезание наружных и внутренних резьб, накатывание рифлений, фасонную обработку, отрезку деталей, а при оснащении станков спец. приспособлениями - фрезерование шлиц, лысок и другие операции.
Рис.1
Системы управления автоматическими станками
Системы автоматического управления обеспечивают работу станка по заранее заданной программе. Главное отличие автомата от обычного универсального станка состоит в том, что он по точной, заранее составленной программе выполняет определенный повторяющийся цикл работы.
Выбор системы управления во многом зависит от специфики технологического процесса, от конкретных производственных условий, в которых будет эксплуатироваться станок и от требований экономики.
Кроме того, система управления накладывает свои особенности на кинематику и конструкцию станков, систему транспортных и вспомогательных устройств,
так как они неотделимы от системы управления.
Однако любая система управления, независимо от ее технологического назначения, должна отвечать следующему ряду основных требований:
1. высокоточное исполнение команд на перемещение;
2. синхронизация перемещений в различных циклах;
3. высокая надежность работы;
4. мобильность при смене объекта производства;
5. простота конструкции и низкая стоимость;
6. оптимальное регулирование процесса обработки;
7. короткий цикл подготовки программы работы;
8. выполнение большого количества команд (переключение подач и частот вращения шпинделя, поворот резцовой головки, включение и выключение САЖ, смена инструмента и т.д.);
9. управление продолжительными циклами обработки без смены программоносителя.
Системы управления автоматов и полуавтоматов можно различать по следующим признакам: по принципу синхронизации, степени централизации управления, по методу воздействия, числу управляемых координат, виду программоносителя, по наличию или отсутствию обратной связи и т.д.
Централизованные системы управления характеризуются тем, что управление всем технологическим циклом осуществляется с центрального командного устройства (командоаппарата, пульта, распределительного вала, лентопротяжного устройства) независимо от действия и положения ИО. У таких систем управления (СУ) продолжительность рабочего цикла для каждого ИО является, как правило, величиной постоянной. Благодаря простоте схемы управления, надежности в работе удобству обслуживания и наладки централизованные СУ получили наибольшее применение в автоматах и полуавтоматах. К числу недостатков подобных систем можно отнести необходимость иметь дополнительные предохранительные устройства, так как команды с центрального пульта подаются вне зависимости от действия и положения исполнительных и рабочих органов.
Децентрализованные СУ, называемые иногда путевыми, осуществляют управление при помощи датчиков (чаще всего путевых переключателей и конечных выключателей), включаемых движущимися ИО. Эти системы основаны на управлении упорами. Все ИО связанны между собой так, что каждое последующее движение одного может происходить только лишь после окончания движения предыдущего ИО. Преимуществом этой системы управления является отсутствие блокировки, так как команды подаются только лишь после окончания предыдущей операции. Однако датчики расположены в рабочей зоне станков и нередко выходят из строя из-за попадания стружки, пыли, масла и выдают неправильные команды вследствие закорачивания электрических цепей. Кроме того, такие датчики являются еще недостаточно надежными в работе.
Смешанные СУ являются комбинацией первых двух систем. Здесь управление некоторыми элементами цикла осуществляется как в децентрализованной системе, а другими (остальными) от центрального командного, командного устройства. Например, управление всем циклом обработки детали осуществляется централизованно, а контроль выполнения очередных команд - при помощи путевых датчиков.
Наиболее важным и характерным признаком любой системы ПУ является способ задания программы обработки, выбор которого во многом зависит от назначения СУ, от структурной особенности и экономической целесообразности. Любая СУ выполняет строго определенный, заранее намеченный комплекс операций по обработке детали, составленный в виде программы работы автомата. Поэтому СПУ имеет программоноситель, который в той или иной отражает величину, траекторию, скорость и направление перемещения детали и инструмента.
По способу задания программы и виду программирования имеются:
1. системы управления упорами;
2. системы управления копирами;
3. системы управления распределительным валом;
4. СЦПУ (упоры, коммутаторы, штекерное табло);
5. системы ЧПУ (перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и т.д.).
Наиболее высокой надежностью обладает СУ распределительным валом. Она представляет собой характерный пример централизованной разомкнутой СУ без обратной связи, обеспечивающей надежную и точную синхронизацию рабочего цикла любой сложности. Эта СУ получила широкое распространение в автоматах самого широкого распространения.
СУ упорами нашли широкое распространение в современных агрегатных станках и автоматических линиях.
СУ копирами, обладая целым рядом преимуществ (возможность обработки деталей со сложными поверхностями, универсальность и мобильность при наладке, широкая возможность автоматизации станков и т.д.) имеют и недостаток - невозможность работы несколькими инструментами, автоматизация только рабочих ходов и сравнительно высокая трудоемкость изготовления копиров.
Цикловые СПУ в отличие от СЧПУ более просты по структуре построения, конструкции и схеме их узлов. Они имеют меньшую стоимость, меньшую сложность освоения, достаточно высокую надежность работы, простоту устранения возникающих неисправностей, но и менее широкие возможности, чем СЧПУ.
Системы ЧПУ более сложны, чем ЦСПУ, более универсальны, обладают высокой гибкостью и переналаживаемостью оборудования на обработку новой детали, но и менее надежны. Несмотря на высокую пока еще их стоимость и сложность в обслуживании они находят все большее и большее применение, особенно при обработке сложных корпусных и дорогостоящих деталей.
Выбор той или иной СУ оказывает существенное влияние на все технико - экономические показатели автоматов и полуавтоматов: их производительность, надежность в работе и экономическую эффективность.
Производительность рабочих машин - это величина, обратная длительности рабочего цикла и суммарных внецикловых потерь. Учитывая только собственные внецикловые потери, получим;
. (1)
Здесь: tp - время рабочих ходов цикла;
tx - время холостых ходов;
åCi - потери по инструменту;
te - потери по оборудованию;
tпер - потери по переналадке;
Qпер - время затрачиваемое на переналадку станка при переходе на обработку другой детали;
а - размер партии обрабатываемых деталей. (1 < a < ¥).
Применение различных СУ в значительной степени зависит от потерь на холостые хода рабочего цикла tx и длительность переналадки станка Qпер.
По принципу осуществления холостых ходов все автоматы и полуавтоматы можно разделить на три группы.
В автоматах первой группы величина потерь холостых ходов пропорциональна изменению величины рабочих ходов. По этому принципу построены СУ почти всех неметаллорежущих станков с распределительным валом (РВ) - пищевых, текстильных, электровакуумных и др., а также металлорежущих для несложных работ. К этой же группе относятся станки с ПУ с управлением от магнитной ленты при постоянной скорости ее протягивания. При этом цикловая производительность Qц пропорциональна технологической К, т.е.
, где (2)
h1 - коэффициент производительности. h1=const.
.
b1 – угол хх. (без учета совмещений **)
.
В автоматах второй группы СУ построена таким образом, что изменение величины рабочих ходов и технологической производительности не влияет на длительность холостых ходов, которые остаются постоянными. К автоматам этой группы относятся, например, гидрокопировальные станки, где длительность зажима деталей, быстрого подвода и отвода суппортов и других холостых ходов не зависит от изменения режимов и длительности обработки. К этой группе относятся и токарные многошпиндельные автоматы, автоматические линии из агрегатных станков с системой управления упорами и др. Их общим признаком является условие:
txх = const.
Цикловая производительность автоматов второй группы выражается формулой
=К×hII. (3)
Автоматы третьей группы (промежуточной) сочетают характерные признаки автоматов первой и второй групп. Их СУ строятся таким образом, что при изменении длительности рабочих ходов одна часть холостых ходов меняется пропорционально, а остальная - остается неизменной. Следовательно, для автоматов данной группы характерны оба признака: h1=const; txII = const.
По этому принципу построены, например, многие автоматы в электровакуумном машиностроении, которые кроме основного распределительного вала, вращающегося с постоянной скоростью, имеют и периодически включающийся быстровращающийся вал, от кулачка которого происходит поворот карусели.
В автоматах третьей группы длительность рабочего цикла
T=tP+txI+txII, (4)
где 
— холостые ходы, совершаемые по группе 1 (зависящие от изменения tp).
— холостые ходы, совершаемые по группе 2 (независимые от изменения tp).
. (5)
Здесь: h1 - коэффициент производительности без учета холостых ходов группы 2;
—коэффициент производительности без учета холостых ходов группы 1;
Это дает возможность сравнивать величину цикловой производительности при различных вариантах построения систем управления и выбирать для каждого конкретного случая самые оптимальные варианты (рис. ). Из графика видно, что кривая производительности автоматов третьей группы занимает промежуточное значение между кривыми автоматов первой и второй групп, так как в диапазоне изменения технологической производительности от К1 до К2 она обеспечивает большую производительность, чем автоматы первой и второй групп. Вне этих пределов автоматы промежуточной группы менее производительны, чем автоматы группы 2 (К3<К2) и группы 1 (К3<К1). Из этого же графика виден диапазон использования автоматов первой и второй групп.
На основе анализа конструкций и динамического исследования большего числа целевых механизмов металлорежущих автоматов и полуавтоматов можно сделать следующие выводы:
1. если К>10 шт./мин., автоматы должны строится по схеме группы 1.
2. если К<1 шт./мин., автоматы должны строится по схеме группы 2.
3. если К=0.5 ... 10 шт./мин., автоматы должны строится по схеме группы 3.
Иными словами, для мелких и легких работ следует создавать автоматы первой группы; для мелких и средних работ, требующих сложной последовательной обработки, - автоматы III группы; для средних и тяжелых работ - автоматы и
полуавтоматы II структурной группы.
Вторым параметром, определяющим выбор той или иной СУ при создании автомата, является длительность переналадки на обработку других деталей. При массовом и крупносерийном производстве (N®¥) потери на переналадку равны или близки к нулю (tпер®0), поэтому выбор системы управления определяется максимальной величиной цикловой производительности. Однако в условиях серийного и мелкосерийного производства важнейшим определяющим фактором становится мобильность СУ, быстрота их переналадки. При плохой мобильности фактическая производительность автоматов в условиях серийного производства оказывается во много раз ниже производительности их в массовом производстве.
Именно малая длительность переналадки обусловила широкое применение СПУ как наиболее мобильных, в то время, как для массового стабильного производства основой автоматизации по прежнему остаются СУ с распределительным валом и кулачками. N - размер партии обрабатываемых деталей между переналадками.