Сущность числового программного управления

Числовое программное управление – это автоматическое управление станком при помощи компьютера, встроенного в станок. Управление осуществляется по управляющей программе. До появления системы ЧПУ управление станком осуществлялось вручную или механически (кулачковые автоматы). Первоначально станки с ЧПУ строились на базе универсальных станков путём добавления в конструкцию элементов, позволяющих выполнять определённые операции по командам от программного устройства. Например, в коробку подач станка устанавливались дополнительные электромагнитные муфты, позволявшие в нужный момент подключать соответствующий механизм перемещения рабочего органа станка. Команды на включения той или иной муфты поступали от управляющей программы. На универсальный токарно-винторезный станок навешивались дополнительные привода перемещения суппорта по двум направлениям, управление которыми так же задавалось программой.

В последующем такие станки стали проектироваться с учётом специфики работы с программным управлением. В настоящее время в силу интеграции операций, выполняемых на одном рабочем месте, выделены три основные группы металлорежущих станков:

1) для обработки тел вращения – самая многочисленная группа (станки токарной группы);

2) для обработки корпусных деталей (фрезерные, сверлильные станки и многоцелевые станки или обрабатывающие центры);

3) для специальных видов обработки ( лазерной и электроэрозионной обработки, зуборезные, шлифовальные и для специальных методов обработки).

Перемещениями рабочих органов современного станка с ЧПУ руководит компьютер, который читает управляющую программу и выдает команды соответствующим двигателям. Двигатели перемещают исполнительные органы станка (рабочий стол, колонну со шпинделем). В результате производится механическая обработка детали. Датчики, установленные на направляющих, посылают информацию о фактической позиции исполнительного органа в компьютер (обратная связь). Через обратную связь компьютер перемещает исполнительный орган с необходимой точностью и скоростью.

По своей конструкции и внешнему виду станки с ЧПУ похожи на универсальные станки. Единственное внешнее отличие заключается в наличии у станка с ЧПУ стойки ЧПУ (устройства числового программного управления (УЧПУ).

В общем виде привод рабочего органа станка с ЧПУ выглядит следующим образом (рис. 2.1.)

Рис. 2.1. Структура привода рабочего органа станка с ЧПУ

Система ЧПУ – это устройство, в которое вводится управляющая программа, происходит считывание программы и её математическая обработка.

Контроллер – устройство формирования команд исполнительным органам для отработки в реальном масштабе времени. Он представляет собой специальный микрокомпьютер, предназначенный для преобразования команд управляющей программы в сигналы управления рабочими органами станка. Современные микроконтроллеры помимо простых логических операций способны выполнять цифровую обработку сигналов, управление приводами, регулирование скоростей и т.д. Контроллер управляет двигателем по сигналам датчиков обратной связи.

Для преобразования вращательного движения двигателя или ходового винта в поступательное перемещение рабочего органа станка (стола) используется шариков-винтовая или ролико-винтовая передача.

Современные станки с ЧПУ отличаются высокой точностью воспроизведения и дают возможность значительно автоматизировать процесс изготовления деталей. Станки с ЧПУ широко используются в сфере промышленного производства. Типы станков с ЧПУ многочисленны. Сюда входят фрезеры, лазерные резаки, граверы, станки для электроэрозионной резки, токарные станки и т.д.

Современные станки с ЧПУ используют цифровые модели объектов, созданных в CAD/CAM-системах. В начале в CAD-системе создается двухмерная или трехмерная цифровая модель изделия. Затем в CAM-системе создается технологическая модель обработки и управляющая программа для ее реализации.

После загрузки кода управляющей программы в станок, оператор выполняет тест (верификацию) на отсутствие в коде ошибок. Ошибки в управляющей программе могут вызвать поломку инструмента или станка. Как только отладка завершена, станок может быть запущен на выполнение операции обработки детали.