Функциональные особенности систем ЧПУ разных поколений

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ГЛАВА 1.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Системы числового программного управления (СЧПУ) представляют собой наиболее динамично развивающуюся группу систем автоматического управления технологическим оборудованием, которая приобрела в настоящее время доминирующее значение и вытесняет другие типы систем управления в машиностроении. Особенностью этого вида управления оборудованием является задание программы обработки детали в виде набора чисел, определяющих как контур детали, так и траектории движений исполнительных органов станка, выбор режущих инструментов и режимов обработки, а также порядка функционирования самой системы ЧПУ.

Управление любым технологическим объектом включает в себя следующие компоненты:

1. Сбор первичной информации об управляемом объекте – сведения об изделии, оборудовании и приемах обработки, записанные в управляющей программе.

2. Сбор вторичной информации об управляемом объекте – сведения, полученные во время управления.

3. Обработку полученной информации – выполнение необходимых расчетов, анализ данных, проверка условий.

4. Выводы и принятие необходимых решений.

5. Формирование управляющих воздействий.

Система ЧПУ как вычислительная машина специализированного назначения наиболее полно и эффективно реализует указанные компоненты автоматического управления и придает технологическому оборудованию гибкость. За счет наличия в ее составе программируемых микроконтроллеров обеспечивается управление различными технологическими объектами, несмотря на разнообразие решаемых задач управления, и физической сущности параметров объектов управления.

1.1 Основные понятия и определения ЧПУ

Управляющая программа (УП) – совокупность команд на машинно-ориентированном языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования оборудования для изготовления конкретного изделия.

Числовое программное управление (ЧПУ) оборудованием – управление изготовлением изделия по УП, в которой показатели заданы в цифровой форме.

Устройство числового программного управления (УЧПУ) – устройство, выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы оборудования с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта.

Система числового программного управления (СЧПУ) – совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное управление оборудованием.

Кадр управляющей программы – составная часть УП, вводимая и обрабатываемая как единое целое и содержащая не менее одной команды.

Главный кадр управляющей программы – кадр УП, содержащий все данные, необходимые для возобновления процесса изготовления изделия после его перерыва (обозначается специальным символом.)

Слово управляющей программы – составная часть кадра УП, содержащая данные о параметрах процесса обработки заготовки и (или) другие сведения о выполнении управления.

Номер кадра управляющей программы – слово в начале кадра, устанавливающее последовательность кадров в УП.

Адрес кадра управляющей программы – часть слова УП, определяющая назначение следующих за ним данных, содержащихся в этом слове.

Формат кадра управляющей программы – условная запись структуры и расположения слов в кадре УП с максимальным числом слов.

Абсолютный размер – линейный или угловой размер, задаваемый в УП и указывающий положение точки относительно принятого нуля отсчета.

Размер в приращении – линейный или угловой размер, задаваемый в УП и указывающий положение точки относительно координат точки предыдущего положения рабочего органа оборудования.

Нулевая точка станка – точка, принятая за начало отсчета в системе координат станка.

Нулевая точка заготовки – точка на заготовке, относительно которой заданы размеры заготовки.

Плавающий нуль – свойство СЧПУ (УЧПУ) помещать начало отсчета перемещения рабочих органов в любое положение относительно нулевой точки станка.

Точка начала обработки – точка, определяющая начало обработки конкретной заготовки.

Дискретность задания перемещения – минимальное перемещение или угол поворота рабочих органов станка, задаваемые в УП.

Дискретность отработки перемещения – минимальное перемещение или угол поворота рабочих органов станка, контролируемые в процессе управления.

Коррекция инструмента – изменение с пульта управления запрограммированных координат рабочих органов станка.

Значение коррекции положения инструмента – расстояние по оси координат оборудования, на которое следует дополнительно сместить инструмент.

Значение коррекции длины инструмента – расстояние вдоль оси вращающегося инструмента, на которое следует дополнительно сместить инструмент.

Значение коррекции радиуса инструмента – расстояние по нормали к заданному контуру перемещения фрезы, на которое следует дополнительно переместить центр инструмента.

Центр инструмента – неподвижная относительно державки точка инструмента, по которой ведется расчет траектории его движения.

Максимальное программируемое перемещение – наибольшее перемещение рабочих органов станка, которое может быть задано в кадре УП.

Геометрическая информация – информация о форме, размерах элементов заготовки и инструмента и их взаимном положении в пространстве.

Технологическая информация – информация о технологических характеристиках заготовки и условиях ее изготовления.

Процессор – программа первичной переработки информации в системе автоматизированного программирования, формирующая данные об изготовлении изделия независимо от типа оборудования.

Пост-процессор – согласующая программа системы автоматизированного программирования, учитывающая особенности оборудования и формирующая кадры УП.

Интерполяция – расчет координат промежуточных точек траектории движения центра инструмента в плоскости или в пространстве.

Опорная точка – точка расчетной траектории, в которой изменяете и закон, описывающий траекторию, или условия протекания процесса обработки.

Расчетная траектория – теоретическая аппроксимированная относительная траектория движения центра инструмента.

Точность позиционирования – величина поля рассеивания отклонений положения центра инструмента, заданных при отработке геометрического перехода (положения рабочих органов оборудования относительно оси вращения или базовой торцовой поверхности шпинделя), рассчитанная для всего диапазона задаваемых размеров.

Управляемая координата – ось системы координат, относительное перемещение центра инструмента вдоль которой осуществляется с помощью одного исполнительного органа системы управления.

Эквидистанта – линия, равноотстоящая от линии контура заготовки.

Классификация систем ЧПУ

Системы ЧПУ классифицируют по следующим признакам.

1. По принципу реализации алгоритма управления:

– с жесткой структурой реализации алгоритма управления (схемно-аппаратная), т.е. СЧПУ, в которых жестко определено функциональное назначение каждого узла или блока его структурой;

– с гибкой структурой реализации алгоритма управления (программное), блоки которых могут работать по любому программному или микропрограммному алгоритму, задаваемому программой управления;

– со смешанной структурой, некоторые блоки которых работают по жесткой структуре, а некоторые – по программному алгоритму, где программа их действия записывается специальными командами группы G-функций в основной программе управления.

2. По виду управления движениями:

– позиционные, предназначены для управления позиционированием рабочих органов оборудования; они ориентированы на управление сверлильными и расточными станками, кузнечно-прессовым оборудованием, промышленными роботами с позиционными движениями;

– контурные, предназначены для управления движениями рабочих органов оборудования по определенной траектории и с заданными скоростями; они ориентированы на управление токарными, фрезерными, шлифовальными, гравировальными станками;

– универсальные, предназначены для управления позиционированием и движениями рабочих органов оборудования по определенной траектории с заданными скоростями; они ориентированы на управление многоцелевыми станками, роботизированными технологическими комплексами (РТК) и другими сложными технологическими объектами.

3. По принципу задания УП и ее хранению, типу программоносителей и способу обработки информации:

– типа NC (Numerical Control) – устройства, в которых в качестве программоносителя используется перфолента; УЧПУ имеет только оперативную память для запоминания двух кадров: рабочего и буферного; отработка УП в данных устройствах происходит в естественной форме, где на прерываниях можно ввести корректирующую информацию (оперативная память необходима для совмещения времени считывания с отработкой);

– типа HNC (Hand Numerical Control) – устройства, в которых УП и параметры загружаются вручную с клавиатуры панели управления; УЧПУ называют оперативными, так как они позволяют оперативно вводить, просматривать и редактировать УП, а также работать в диалоговом режиме;

– типа SNC (Speicher Numerical Control) – устройства с наличием оперативной и архивной памяти, в которые могут загружаться рабочая и другие УП и отрабатываться с вызовом в рабочую память;

– типа CNC (Computer Numerical Control) – устройства, созданные на базе микроЭВМ; имеют специализированные интерфейсные устройства для связи с оборудованием и с другими периферийными устройствами (микропроцессор УЧПУ может быть универсальным или проблемно-ориентированным на обработку информации управления конкретными объектами);

– типа DNC (Direct Numerical Control) – устройство на базе миниЭВМ или микропроцессорного комплекса с оснащением ЭВМ специализированными модулями; представляет собой устройство управления высшего уровня, обеспечивающее управление и организацию работ автоматизированного участка, где в каждом отдельном технологическом объекте присутствует УЧПУ ранее перечисленных разновидностей; такие УЧПУ согласовывают совместную работу отдельных объектов, организуют приоритеты запросов и отработки информации, анализируют состояние и организуют прерывания при отсутствии готовности и в аварийных обстановках.

4. По типу вводимой коррекции и способу ее организации в УП:

– с коррекцией режимов обработки, положения инструмента и положения рабочих органов оборудования (коррекция положения инструмента действует только на адресуемый инструмент, а коррекция положения рабочих органов – на все движения в управляющей программе);

– с коррекцией режимов обработки, положения инструмента, положения рабочих органов оборудования, а также с коррекцией радиуса фрезы и автоматическим расчетом эквидистанты;

– с использованием корректирующих программ и программ редактирования (обращение к корректирующей программе из основной УП реализуется как обращение к подпрограмме).

5. По типу применяемых приводов и измерительных систем:

– СЧПУ, в которых блок управления приводами ориентирован на управление ступенчатым приводом (асинхронным двигателем); предусмотрено управление разгоном – торможением в точках позиционирования; такие УЧПУ применяют только для управления позиционированием;

– СЧПУ, в которых блок управления приводами ориентирован на управление шаговым приводом; приводом обеспечивается бесступенчатое регулирование скорости, а дискретная обработка шагами реализует любую траекторию движения методом линейно-круговой интерполяции; контроль за движением в измерительной системе отсутствует, однако применяется измерительная система для контроля движения рабочих органов в исходное состояние;

– СЧПУ с блоком управления, ориентированным на управление следящим приводом и тиристорным преобразователем, а также управление измерительной системой, которая выполняет непрерывное измерение положения рабочих органов и сравнение сигнала управления с сигналом УП (сигнал измерения преобразуется в числовой код).

СЧПУ третьего поколения.

Третье поколение систем ЧПУ, так называемых систем NC (Numerical control), построенных по принципу цифровой модели, возникло благодаря переходу вычислительной техники на микросхемы малой и средней интеграции. В этих системах управляющая программа представляется в кодированном виде на перфоленте. Для них характерна ориентация отдельных структурных единиц на решение соответствующих задач – интерполяции, ввода УП, управления контурной скоростью, что позволяет расширить функции управления станком, например, вводить с помощью панели управления некоторые виды коррекции. К таким СЧПУ относятся системы Н22-1М, Н33-1М, Н55-1М, «Луч», «Курс», «Модуль 2Т», «Размер».

Общим недостатком указанных систем является жесткость их структуры. Хранение управляющей программы на перфоленте и ее покадровый ввод приводит к необходимости использовать фотосчитывающее устройство при изготовлении детали, что снижает надежность процесса обработки.

СЧПУ четвертого поколения.

Системы ЧПУ четвертого поколения (системы типа CNC) были построены на базе универсальных миниЭВМ, при этом объем функций, характер проводимых операций и их последовательность определялся не специальными схемами, как в системах класса NC, а программами функционирования, которые вводились в виде программ с перфоленты в память системы. Особенностью таких систем управления является их структура, соответствующая структуре управляющей ЭВМ, включающая вычислительное устройство (микропроцессор), блоки памяти и ввода-вывода информации. Основной объем функций управления в виде программ содержится в постоянном запоминающем устройстве СЧПУ, но при этом имеются функциональные участки, обеспечивающие возможность свободного программирования, т.е. доступа оператора к содержимому памяти системы управления и возможности его изменения в режиме диалога. Это относится к хранению и редактированию управляющих программ, реализации цикловой логики станка, вводу различных коррекций и постоянных параметров, формированию типовых циклов обработки и т. п.

К четвертому поколению систем ЧПУ относятся системы типов 2Р22, 2У22, 2У85, 2М42, 2С42, 2С85, НЦ-31, НЦ80-31, «Размер-4». Эти системы имеют достаточно широкие технологические возможности по коррекции погрешностей станка, компенсации тепловых деформаций, а также диагностированию состояния станка и системы ЧПУ.

СЧПУ пятого поколения.

В настоящее время для управления механообработкой используются современные СЧПУ пятого поколения типа PCNC (Personal Computer Numerical Control). Эти системы построены на базе компьютера, работающего в режиме реального времени, имеют широкие вычислительные и технологические возможности и соответствуют международным стандартам в области компьютерной совместимости для работы в операционных системах Windows 98/NT/XP и Linux.

К числу ключевых особенностей нового поколения систем относятся:

1. Хранение в памяти СЧПУ банка данных УП объемом до 1 Гб с возможностью их оперативной загрузки и выгрузки по локальной сети управления (каналу RS-232) в любой последовательности.

2. Реализация специальных видов интерполяции (винтовая, цилиндрическая, полярная) и параметрического программирования.

3. Одновременное управление несколькими станками (суммарное количество управляемых координат достигает 32).

4. Возможность диагностирования состояния системы ЧПУ с удаленного персонального компьютера.

5. Моделирование траектории движения инструмента при отключенном станке.

К числу таких систем относятся отечественные СЧПУ NC-201, NC-220, Маяк-600 и зарубежные Andronic2000, Fagor 8070, Fanuc 18i, Fanuc 0i Mate, PA8000, Sinumerik 840D.

С каждым годом возрастают объемы памяти СЧПУ и их быстродействие, что позволяет увеличивать число управляемых координат, реализовывать функции адаптивного управления, обеспечивать подключение систем к локальной вычислительной сети. Следует отметить, что моральное старение СЧПУ наступает быстрее, чем моральное старение оборудования. Практически СЧПУ претерпевают существенные изменения каждые 5 лет, в то время как конструкции станков за это время лишь незначительно модифицируются, и сроки их морального старения в 2–3 раза больше. Поэтому границы рассмотренных поколений в целом в значительной мере условны, так как каждое последующее поколение содержит некоторые элементы предыдущего, поскольку основные направления развития программного управления станками в большинстве случаев развивались во времени параллельно.