Системы ЧПУ

Внедрение в технологические процессы вычислительной тех­ники позволило экономически эффективно осуществить идею числового программного управления технологическим оборудо­ванием, которая нашла широкое применение в первую очередь в управлении станками.

Числовое программное управление это управление обработкой заготовки на станке или роботом по управляющей программе (УП), заданной в цифровой форме. Станки с устройствами числового программного управления (УЧПУ) превратились сегодня в важ­нейший вид высокоэффективного металлорежущего оборудова­ния. Этому способствовала не только высокая степень автоматиза­ции обработки, но и возможность быстрой переналадки их на об­работку любой детали в пределах технологических возможностей станка.

Управляющая программа включает в себя геометрическую технологическую информацию. Геометрическая информация содержит данные о траектории движения инструмента и ее параметрах. Большинство траекторий, воспроизводимых УЧПУ, представляют собой прямые и дуги окружностей, поэтому прямая и дуга окружности – это основные элементы траектории, задава­емые в управляющей программе. Более сложные, аналитически неописываемые кривые обычно аппроксимируются отрезками пря­мых и дугами окружностей.

Технологическая информация в УП включает в себя данные о технологических режимах станка и режущем инструменте, а так­же функциях дискретно-логического управления вспомогательны­ми системами станка.

Любое устройство ЧПУ имеет четыре основных функции: циф­ровое управление; обработку УП; связь с оператором; диагности­рование УЧПУ, тестирование программного обеспечения и аппа­ратных средств УЧПУ.

На рисунке 8.3 отображено содержание этих функций.

Рисунок 8.3

Группа функций цифрового управления определяет преобра­зование УП в сигналы управления исполнительными механизма­ми станка. Функция расчета траектории включает в себя: интер­претацию текста УП, коррекцию траектории движения с учетом геометрических параметров реального инструмента, расчет опти­мальных режимов разгона и торможения. Функция воспроизведе­ния траектории обеспечивает управление приводами осей геомет­рии станка и отслеживание правильности воспроизведения тра­ектории. Для реализации заданной траектории необходимо в режиме реального времени вычислять координаты промежуточных точек траектории. Этот процесс называют интерполяцией. Функ­ция воспроизведения траектории включает в себя реализацию зам­кнутого контура регулирования положения осей станка. Функция управления электроавтоматикой (ЭА) также осуществляется в ре­жиме реального времени и обеспечивает выполнение технологи­ческих команд управляющей программы.

Другую группу функций составляют функции обработки УП, которые зависят от способа ее подготовки.

Различают следующие способы подготовки:

аналитический, предполагающий введение программы на язы­ке технолога. Этот способ наиболее распространен при програм­мировании станков с ЧПУ;

непосредственное обучение, при котором координаты точек по всем осям заносятся в память после вывода всех исполнитель­ных механизмов в заданную точку. Этот способ используется, как правило, в промышленных роботах;

полуаналитический, при котором координаты опорных точек записываются в память УЧПУ, а участки кривых между ними аппроксимируются элементарными кривыми. Этот способ исполь­зуется в контурных УЧПУ роботами (когда траектория задается пространственной кривой).

Современные УЧПУ имеют развитые инструментальные среды для интерактивного создания, коррекции и моделирования вы­полнения УП.

Следующая группа функций отвечает за взаимодействие опе­ратора с УЧПУ. Традиционно ввод команд оператора в УЧПУ производится при помощи функциональной клавиатуры. Однако функциональные возможности современных УЧПУ значительно расширились, поэтому наряду со стандартной функциональной клавиатурой широко используются так называемые программные клавиши (SoftKey), назначение которых изменяется в зависимос­ти от режима УЧПУ. Текущее назначение программных клавиш отображается на экране панели оператора. На экране также ото­бражаются: текущее состояние и режим работы устройства, сооб­щения оператору, координаты текущего положения инструмента в различных системах координат, текущие технологические режимы, текст текущей управляющей программы и др.

Существует также группа функций диагностирования аппа­ратных средств, системного программного обеспечения, проте­кания технологических процессов, а также правильности вводн­ых УП. Чем точнее указано место неисправности, тем меньше время восстановления работоспособности системы.

Для диагностирования в УЧПУ используются различные программно-аппа­ратные средства (датчики положения, программные счетчики и пр.).

В зависимости от выполняемого задания УЧПУ работает в различных режимах. Можно выделить несколько основных режимов работы, которые соответствуют функциям УЧПУ:

режим наладки станка. В этом режиме оператор имеет возмож­ность управлять перемещениями станка вручную при помощи кла­виатуры или специальных задающих устройств. Этот режим ис­пользуется при установке и базировании заготовки на станке;

режим выхода в исходное состояние. Большинство станков ос­нащено инкрементальными датчиками положения осей. Следова­тельно, после включения УЧПУ абсолютные координаты осей стан­ка неизвестны. Режим выхода в исходное состояние позволяет осу­ществить поиск ноль-меток измерительных датчиков и опреде­лить положение осей станка в его системе координат;

режим ввода и вывода информации по каналам связи. Он ис­пользуется при подготовке УП и связи с внешними устройствами и модулями УЧПУ;

режим выполнения УП. Этот режим соответствует функции циф­рового управления, а также включает в себя контроль состояния оборудования и работы программного обеспечения. При сбоях в работе УЧПУ должно связываться с оператором и сообщать об ошибке через интерфейс оператора. При выполнении этого зада­ния одновременно выполняется несколько задач – интерпретация, интерполяция и др. Дискретно-логическое управление, основан­ное на логическом анализе поступающей с датчиков информации и соответствующей реакции на события, предусматривает также адаптацию управления к возмущениям, возникающим во время ра­боты.

Изготовление продукции на станках с ЧПУ во многом основы­вается на проверенных практикой надежных типовых технологи­ческих решениях, применяющихся на универсальном оборудова­нии, обслуживаемом рабочим-станочником. Эти решения закла­дываются в основу технологических УП для станков с ЧПУ.

Рекомендуемая литература

1. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. – М.: Изд. центр «Академия», 2004. – С. 257-264, 514-528.

2. Лебедев А.М., Орлова Р.Т., Пальцев А.В. Следящие электроприводы станков с ЧПУ. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 223 с.