Общие представления о системах ЧПУ и управляющих программах

При современном развитии техники и технологии идет непрерывный процесс совершенствования как самой продукции, так и средств ее производства. Появляются новые системы автоматизированного проектирования (САПР) и модернизируются старые, максимально упрощая путь от идеи до готового изделия. Симбиоз новейших средств проектирования и внедрение новых систем производства на базе станков с ЧПУ дает качественный результат, цель которого – создать максимально качественную продукцию в кратчайшие сроки [6].

Числовое программное управление (ЧПУ) станка – это управление обработкой заготовки на станке по специальной (управляющей) программе, в которой данные об обработке заданы в цифровом коде [3]. Числовое программное управление обеспечивает необходимые движения рабочих органов станка, цикл обработки детали, режимы резания, вспомогательные функции и т. д.

Система числового программного управления (СЧПУ) – это совокупность функционально взаимосвязанных технических и программных методов и средств, обеспечивающих числовое программное управление станком [3].

По числу потоков информации СЧПУ делятся на замкнутые и разомкнутые.

Системыс замкнутым контуром работают на основе совместного использования задающей информации и информации обратной связи, содержащей данные о действительном положение рабочих органов станка, скорости перемещения и т. д. [3]. Точность этих систем высокая, но надежность ниже по сравнению с разомкнутыми.

В системах с разомкнутым контуром используется один поток информации, где отсутствует контроль за выполнением заданной программы и обратная связь [3]. В этих системах перемещение рабочих органов осуществляются с помощью мерных элементов приводов, например, шаговых двигателей; отсюда и точность этих систем определяется точностью используемых приводов.

Устройство числового программного управления (УЧПУ) станками – это часть системы ЧПУ, выполненная как единое целое с ней и выдающая управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта [3].

Различают позиционные и контурные УЧПУ.

При позиционном управлении рабочие органы станка перемещаются в заданные точки [3] без задания траектории движения (рис. 1.1). Применяются на сверлильных, расточных, координатно-расточных станках с ЧПУ.

Рис. 1.1. Позиционные системы ЧПУ

При контурном управлении рабочие органы станка перемещаются с заданной скоростью по заданной траектории [3] (эквидистанте) (рис. 1.2). Применяются на токарных, фрезерных, шлифовальных станках с ЧПУ.

Рис. 1.2. Контурная система ЧПУ

Управляющая программа (УП) – это совокупность команд на языке программирования, соответствующая алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки.

Сущность ЧПУ рассмотрим на примере шаговой импульсной системы (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Сущность ЧПУ на примере шаговой импульсной системы

В устройстве управления станком считывается исходная информация (управляющая программа), представленная на программоносителе или поступающая непосредственно от ЭВМ. Далее УП через считывающее устройство поступает на устройство ЧПУ (УЧПУ), преобразуется в сигналы, управляющие исполнительными (рабочими) органами станка (приводами).

Управление исполнительными органами станка осуществляется с помощью выдаваемых УЧПУ импульсов на приводы станка. Приводы станка подразделяются на приводы подачи и главного движения. Приводы подачи определяют положение инструмента или заготовки в рабочем пространстве станка [2, 4], в то время как привод главного движения обеспечивает заданную в УП скорость резания.

Одним из параметров точности станка с ЧПУ является дискретность перемещения рабочих органов станка по той или иной координате.

Дискретность перемещения – это минимальное перемещение или минимальный угол поворота рабочего органа станка за один импульс электрического тока, выдаваемого УЧПУ.

Например, при необходимости переместиться на 30 мм при дискрете станка 0,01 мм, на привод необходимо подать 30/0,01 = 3000 импульсов электрического тока.

Расстояние, которое должен пройти рабочий орган станка, определяется количеством импульсов, подаваемых на привод, в то время как частота вращения (подача) определяется частотой подачи импульсов (числом импульсов в единицу времени).

Программирование обработки на станках с ЧПУ осуществляется на языке, который обычно называют языком ISO-7bit или языком G- и M-кодов. Язык G и М кодов основывается на положениях Международной организации по стандартизации (ISO) и Ассоциации электронной промышленности (EIA) [3].

Производители систем ЧПУ придерживаются этих стандартов для описания основных функций, но допускают вольности и отступления от правил, когда речь заходит о специальных возможностях своих систем [3].

Японские системы ЧПУ FANUC (FANUC CORPORATION) были одними из первых, адаптированных под работу с G- и М-кодами и использующими этот стандарт наиболее полно. В настоящее время стойки FANUC являются наиболее распространенными как за рубежом, так и в России. Системы ЧПУ других известных производителей, например SINUMERIK (SIEMENS) и HEIDENHAIN, также имеют возможности по работе с G-
и М-кодами, однако некоторые специфические коды могут отличаться. О разнице в программировании специфических функций можно узнать из документации к конкретной системе ЧПУ [3].

В соответствии с международной классификацией все системы ЧПУ по уровню технических возможностей делятся на устройства ЧПУ с постоянной (класс NC) и переменной (класс CNC) структурой [5].

Устройство ЧПУ классаNC (Numerical Control) основано на принципе вычислительного устройства, где все операции, составляющие алгоритм работы, выполняются параллельно с помощью отдельных цепей или устройств, реализующих ту или иную функцию (агрегатно-блочное построение). Эти устройства называют также устройствами ЧПУ с жесткой структурой. Базовые модели таких устройств содержат микроэлектронику, и при их использовании вмешательство оператора в процесс обработки весьма ограничено [5].

Устройство ЧПУ классаCNC (Computer Numerical Control) соответствует структуре управляющей ЭВМ, включающей в себя вычислительное устройство (процессор), блоки памяти и блоки ввода-вывода информации. При этом объем функций, характер проводимых операций и их последовательность определяются программами функционирования, которые введены в блок памяти. Системы класса CNC позволяют достаточно просто в режиме диалога при отладке программ осуществлять редактирование с ручным вводом информации и с выводом ее на дисплей, а также получать откорректированную и отработанную программу на перфоленте [5].

Существуют также системы ЧПУ следующих классов [5]:

SNC (Stored Numerical Control)– системы ЧПУ с однократным чтением всей УП перед обработкой партии одинаковых заготовок; лишены недостатков систем класса NC [5].

DNC (Direct Numerical Control) – системы прямого числового управления группами станков от одной ЭВМ; применяются для комплексно-автоматизированных производств (например, гибких производственных систем). В таких производствах управление работой участков, состоящих из станков с ЧПУ, транспортно-складирующих, загрузочных средств, осуществляется от центральной вычислительной машины. При этом каждый станок имеет свои системы ЧПУ классов NC, SNC, CNC. Нормальным для такого участка является режим работы, при котором управляющие команды на УЧПУ всех видов оборудования подаются непосредственно от ЭВМ, минуя считывающие устройства. Это приводит к повышению надежности работы каждой единицы оборудования и всего участка в целом. Одновременно автоматизируется процесс подготовки УП с помощью ЭВМ. Вместе с тем в условиях временного выхода из строя центральной вычислительной машины такой участок сохраняет работоспособность, поскольку каждый вид оборудования может работать автономно от своей системы ЧПУ [5].

HNC (Handled Numerical Control) – оперативные системы ЧПУ с ручным набором программ из достаточно большого числа кадров и ее исправлением с помощью пульта УЧПУ. После отладки программа фиксируется до окончания обработки партии одинаковых заготовок. Системы класса HNC обеспечивают как позиционное, так и контурное управление станками [5].