Головна > Машинобудування

Види систем програмного керування. Типова структурна схема системи чпу

Машинобудування є основою успішного розвитку всіх галузей народного господарства. Ефективність машинобудівного виробництва та якість продукції, що випускається, значною мірою визначаються рівнем його автоматизації. Головне напрям у автоматизації машинобудівного виробництва, у час грунтується широкому запровадження цифрових обчислювальних пристроїв і машин.

Для управління універсальними верстатами та іншим технологічним обладнанням застосовуються системи числового програмного управління(СЧПУ).

СЧПУ управляють переміщенням робочих органів верстатів та обладнання, їх швидкістю при формоутворенні деталей, настановними переміщеннями, а також послідовністю режимів обробки та допоміжними функціями.

Керуючі програми СЧПУ містять два види інформації, необхідної для автоматичної роботиверстатів (обладнання): геометричну та технологічну. Геометричнаінформація включає дані про форму, розміри елементів деталі та інструменту, а також про їх взаємне становище в просторі.

Технологічнаінформація являє собою вказівки про послідовність введення в роботу інструментів, зміну режимів різання, зміну інструментів, включення подачі охолоджуючої рідини і т.п.

Технологічна інформація використовується для управління та інших програмних пристроях, наприклад у системах циклового програмного управління (СЦПУ). Геометрична інформація в СЦПУ реалізується упорами, що переналагоджуються, розміщеними безпосередньо на верстаті (обладнанні). Переваги СЦПУ в їхній великій універсальності, можливості швидкого переналагодження, коригування програми та включення до складніших комплексних систем автоматизованого виробництва. СЧПУ відносяться до складних багатоконтурних САУ, оскільки одночасно керують декількома незалежними чи пов'язаними параметрами об'єкта (координатами). Відповідно до структури СЧПУ є кілька контурів (каналів) управління. Так, наприклад, у металорізальних верстатахСЧПУ управляє одночасно головним рухом формоутворення, рухом подачі та допоміжними рухами: транспортування, закріплення, відведення та підведення, зміни інструменту тощо.

СЧПУ класифікуються за такими ознаками: структурі та принципу (алгоритму) управління, призначенню, виду приводу, характеру руху приводу, способу завдання програми.

За структурою СЧПУ діляться на розімкнені, замкнуті та комбіновані.

Принцип управління розімкнених СЧПУ заснований на використанні тільки впливу, що задає, закладеного в керуючу програму (принцип жорсткого управління). У замкнутих СЧПУ крім впливу, що задає керуючої програмивикористовується інформація про дійсні значення керованих параметрів, тобто. принцип управління за відхиленням керованого параметра (гнучке управління).

В комбінованихСЧПУ управління основними параметрами (головним рухом та рухом подачі) здійснюється замкнутими контурами управління, що працюють за принципом відхилення, а управління допоміжними параметрами (закріпленням заготовок, підведенням інструменту, зміною інструменту, включенням охолоджуючої рідини тощо) може здійснюватися розімкнутими контурами управління.

В адаптивнихСЧПУ існують додаткові датчики інформації про параметри процесу обробки: силу різання, температуру, знос інструменту і т.д. Ця інформація використовується в СЧПУ для коригування технологічних параметрів, заданих керуючою програмою, залежно від зміни припуску на обробку, твердості та жорсткості заготовок, стану інструменту тощо.

Залежно від призначення обладнання, оснащеного пристроями ЧПУ, системи керування поділяються на позиційні, контурні та універсальні.

В позиційнихсистемах управління програмуються координати (х, у)окремих дискретних точок (рис. 13.4, а),визначальних положення (позицію) інструменту чи заготівлі. Такі системи застосовуються для управління свердлильними та розточувальними верстатами.

Різновидом позиційних систем управління є прямокутнісистеми, що керують переміщенням вздовж відрізків (позначених на рис. 13.4, бцифрами 7... б), паралельних напрямним верстату. Прямокутні системи призначені для послідовного керування однією із двох взаємно-перпендикулярних координат. Такі системи застосовуються на токарних

а Б В

Рис. 13.4. До визначення виду управління в СЛПУ:

а -позиційне; б- Прямокутне; в- контурне

верстатах для керування обробкою деталей типу ступінчастих валиків, а на фрезерних - деталей із прямокутним контуром.

В контурнихСЧПУ здійснюється одночасне взаємопов'язане управління за декількома координатами вздовж відрізків та ділянок кривих, на рис. 13.4, впозначених 1... 6 і r 1 , r 2 ,для отримання деталей із складним профілем. Такі системи застосовуються для керування токарними, фрезерними, електроерозійними верстатами, а також зварювальними машинами.

У багатоопераційних верстатах, призначених для обробки одночасно декількома інструментами складних деталей (типу корпусу), застосовуються універсальні (позиційно-контурні)системи управління.

Залежно від кількості одночасно керованих координат розрізняють СЧПУ з управлінням по одній, двом, трьом, чотирьом, п'яти та більше координатам.

Залежно від виду енергії, що використовується в двигунах приводних пристроїв, розрізняють СЧПУ з електроприводом, електрогідравлічним та електропневматичним приводами.

У СЧПУ в основному застосовуються різні стежачі приводи, побудовані за принципом замкнених систем автоматичного управління. Рідше застосовуються приводи розімкнутого типу з використанням тільки крокових двигунів, що допускають безпосереднє програмне управління значенням переміщення, так і його швидкістю.

У пристроях із слідчим приводом можуть використовуватися двигуни постійного та змінного струму, а також крокові гідравлічні та пневматичні двигуни. Частота обертання двигунів у слідкувальному приводі повинна змінюватися в широкому діапазоні (1000 і більше разів).

У приводах використовуються датчики переміщення, що створюють сигнал зворотного зв'язку, який спрямовується в пристрій ЧПУ, де порівнюється з сигналом впливу, що отримується від керуючої програми. Як датчики переміщення в аналогових пристроях слідкуючого приводу СЧПУ використовуються сельсини, трансформатори, що обертаються, індуктосини, багатооборотні потенціометри. Крім того, в аналогових пристроях слідкуючого приводу СЧПУ застосовуються перетворювачі переміщення код різного типу.

Залежно від структури пристрою ЧПУ всі системи діляться на два основні види: побудовані за принципом цифрової моделі та побудовані за структурою ЕОМ.

У системах, де пристрій ЧПУ побудовано за принципом цифрової моделі,всі операції виконуються відповідними спеціалізованими електронними блоками з певними функціями, причому зв'язки між цими блоками незмінні. Принцип побудови пристрою ЧПУ на основі використання блоків - агрегатів з чітко вираженими функціями називається агрегатним.Функціонує такий пристрій управління за незмінним алгоритмом, при цьому всі блоки працюють паралельно, виконуючи закріплені за ними операції перетворення інформації.

У системах, де пристрій ЧПУ (УЧПУ) побудовано за структурі ЕОМ,блоки мають універсальний характер і зв'язки між ними можуть змінюватися відповідно до заданої програми. Операції управління у разі виконуються послідовно з допомогою центрального арифметичного устройства. У складі УЧПУ є запам'ятовуючі пристрої: оперативне (ОЗУ) та постійне (ПЗУ).

Функціонування ОЗУ і ПЗУ здійснюється за алгоритмом переробки інформації, що надходить у вигляді програми, що управляє, тобто. для цих пристроїв потрібне спеціальне математичне забезпечення. Причому математичне забезпечення може зберігатися в ПЗУ, якщо не потрібна часта зміна алгоритмів роботи, або вводитися через пристрій введення як частина програми, що управляє. Така побудова дозволяє легко коригувати алгоритм роботи пристрою ЧПК та удосконалювати його у міру накопичення статистичної інформації щодо якості виготовлених деталей.

Перспективним є створення пристроїв ЧПУ з урахуванням використання однієї чи кількох мікропроцесорів, побудованих великих інтегральних схемах (ВІС), тобто. використання агрегатного принципу побудови ЧПУ на базі мікропроцесорів, запрограмованих на конкретні завдання. Можна побудувати пристрій ЧПУ і з урахуванням микроЭВМ, доповнивши його мікропроцесором чи контролерами - програмованими логічними пристроями для переробки інформації. Надалі принаймні вдосконалення елементної бази раціональним може бути побудова ЧПУ з урахуванням міні-ЭВМ. Це розширить функціональні можливості СЧПУ та полегшить включення їх у складніші комплексні системи автоматизованого виробництва: автоматичні лінії, ділянки, цехи, системи гнучкого автоматизованого виробництва. Узагальнена функціональна схемаВЧПУ токарного верстата, побудована за принципом розімкнутої системи, показано на рис. 13.5. Тут виконавчі двигуни головного руху (М1), руху подач (М2, МОЗ), допоміжного руху - повороту та подачі револьверної голівки з інструментами (М4, М5) отримують керуючі сигнали від блоку управління приводами (БУП).

Пристрій вводу-виводу (УВВ) сприймає керуючу програму від центральної ЕОМ (при груповому управлінні, коли СЧПУ працює у складі гнучкої виробничої системи) або зчитує її з перфострічки (при автономному управлінні). При цьому керуюча програма, проміжні результати обчислень, необхідні константи зберігаються в пам'яті (ЗУ) і при необхідності використовуються обчислювальним пристроєм (ВУ) для вироблення керуючих впливів на БУП. Останній містить електронні блоки керування кроковими двигунами або підсилювачі сигналів неузгодженості (у пристроях слідкуючого приводу), тиристорні перетворювачі для керування швидкістю головного руху (у даній схемі – швидкістю обертання шпинделя) тощо.

Панель управління (ПУ) має кнопки та клавіатуру для контролю окремих блоків або ручного управління приводом, а також для повного або часткового (при налаштуванні) ручного введення керуючої програми в ЗУ та обробки по ній першої деталі з наступною редакцією програми (в УЧПУ з безпосереднім введенням) програми). Панель керування дозволяє вивести

на індикацію (на дисплей) будь-який кадр програми або іншу інформацію, що переробляється системою, та сигналізувати про появу збоїв у роботі.

У позиційних УЧПУ, які працюють за жорстким алгоритмом, ВП може бути відсутнім. У контурних УЧПУ, побудованих за принципом цифрової моделі, як ВУ використовується інтерполятор,являє собою спеціалізований блок-агрегат, який керує швидкістю обробки одночасно за двома координатами. Інтерполятори можуть бути лінійні, кругові, параболічні.

Лінійні інтерполятори використовують, якщо контур оброблюваної деталі можна у вигляді відрізків прямих, розташованих під будь-якими кутами до осей координат. Криволинійні ділянки апроксимуються у разі відрізками прямих. Лінійно-кругові інтерполятори застосовуються при обробці деталей зі складним контуром, складеним із різних дуг кіл і відрізків прямих. Дуга кола в таких інтерполяторах задається одним кадром програми, а загальний криволінійний контур апроксимується кількома прямими та дугами кіл різного радіусу. Параболічні інтерполятори застосовують при обробці складних деталей (лопаток гребних гвинтів, турбін тощо).

В УЧПУ, побудованих за принципом структури ЕОМ, як ВУ використовуються мікропроцесори, а також мікро- та міні-ЕОМ. УЧПУ на базі міні-ЕОМ найбільш перспективні при створенні складних комплексних систем автоматичного виробництва, наприклад, технологічних модулів, автоматичних ліній, ділянок, цехів та гнучких виробничих систем.

Технологічний модуль – це автоматизований багатоопераційний верстат та автоматичний маніпулятор, об'єднані загальною САУ.

Технологічний комплекс- це автоматичний виробничий комплекс, що складається з групи верстатів з ЧПУ, автоматичного маніпулятора, транспортних та накопичувальних пристроїв, об'єднаних загальною САУ, що працює від центральної ЕОМ, та забезпечують повну або часткову обробку певного типу деталей

Автоматична лінія - це комплекс автоматизованих робочих машин, розташованих у послідовності виконання технологічних операцій, пов'язаних засобами транспортування та допоміжним обладнанням, об'єднаних загальною САУ, що працює від центральної ЕОМ, та забезпечують повний цикл обробки деталі або групи однотипних деталей

Автоматизована ділянка - це комплекс з кількох автоматизованих верстатів або модулів, об'єднаних за допомогою транспортної системи, та маніпуляторів, вспо-

могутніх пристроїв, єдиної системи групового управління від центральної ЕОМ, що забезпечують комплексне оброблення однотипних деталей з різною послідовністю операцій.

Гнучкі виробничі системи(ДПС) призначені для автоматизованого проектування та виготовлення нових виробів в умовах дрібносерійного багатономенклатурного виробництва.

Переведення ДПС на випуск нових виробів забезпечується програмними засобами без розбудови обладнання вручну. ДПС об'єднує кілька комплексів, у кожному з яких для управління використовується локальна ЕОМ. Для загального управліннякомплексом ДПС використовується сильна головна ЕОМ, а вся структура управління заснована на ієрархічному принципі.

На рис. 13.6 показано структурна схемауправління ГПС, до якої входять такі підсистеми:

САПР конструкції - система автоматичного проектуванняконструкцій нових виробів, що складається з автоматичних робочих місць конструктора (АРМ-К);

САПР технології – система автоматичного проектування технологічних процесіввиготовлення нових виробів, що складається із автоматичних робочих місць технолога (АРМ-Т);

система ОКП - система оперативно-календарного планування, пов'язана через ЕОМ з автоматичною системоюуправління виробництвом (АСУП);

САП - система автоматичної підготовки керуючих програм для верстатів з ЧПК та автоматичних маніпуляторів;

САК - система автоматичного контролю та діагностики, що контролює роботу всіх систем, що входять до ДПС, а також фіксує та класифікує несправності у всіх підсистемах.

Крім того, систему автоматизованого виробництва входять підсистеми 7 ... 7, показані на рис. 13.6.

Клас ЕОМ, що використовуються в кожній системі та підсистемі, залежить від складності виконуваних завдань. У цілому нині управління ДПС є комплекс ЕОМ, що з АСУП.

Промислові роботи

Роботомназивається автоматична машина, яка виконує фізичну роботузамість людини. Область застосування роботів дуже велика. Дослідження космосу та глибин світового океану, сільське господарство, транспорт та промислове виробництво, будівництво - скрізь існує нагальна потреба в подібних автоматах. Роботи можуть замінити людину при роботі в небезпечних для життя та здоров'я умовах, звільнити її від монотонних, стомлюючих, неприємних робіт. Найбільший розвитокв даний час отримали промислові роботи, що є найважливішою складовою комплексної автоматизації виробничих процесів. Від традиційних засобів автоматизації промислові роботи відрізняються універсальністю рухів, що відтворюються, і можливістю швидкої їх переналагодження на нові операції, а також можливістю об'єднання в комплекси разом з технологічним обладнанням.

Роботи в основному застосовуються в машинобудуванні для заміни робітників, зайнятих обслуговуваннямметалорізальних верстатів, пресів, печей та іншого технологічного обладнання, а також для виконання таких основних технологічних операцій, як зварювання, найпростіше складання, транспортування тощо. Застосування промислових роботів дозволяє не тільки комплексно автоматизувати роботу окремих верстатів, але й перейти до автоматизації окремих ділянок, наприклад, механічної обробки, штампування, точкового зварювання шляхом створення робототехнічні комплекси.Такі комплекси є обов'язковою складовоюДПС - систем вищого (досяжного для сучасної техніки) рівня автоматизації виробництва.

Основне завдання, яке виконується промисловими роботами, - маніпуляційні дії у виробничому процесі.

Маніпуляційні дії- це переміщення та орієнтування у просторі предметів (заготівель, готових деталей) та знарядь праці (інструментів). Виходячи з основного завдання промислового робота, його можна визначити як сукупність механічних рук- маніпуляторів та керуючого пристрою. У випадку робот може мати і засоби пересування.

Найбільш прості роботи, основне завдання яких – виконання певних рухів(маніпуляцій), заданих програмою, називаються автоматичними маніпуляторами.Залежно від складності роботи розрізняють автоматичні роботи-маніпулятори трьох видів - трьох поколінь.

Роботи-маніпулятори першого поколінняпрацюють за жорсткою програмою, а їхня взаємодія з навколишнім середовищем обмежена елементарними зворотними зв'язками. Роботи першого покоління може бути відчутними, тобто. мати сенсорні датчики (зокрема, датчики дотику - тактильні, дозволяють регулювати силу стиснення захоплення). Середовище, в якому діють такі роботи, має бути певним чином організовано. Це означає, що всі предмети (заготівлі та готові деталі, інструмент, елементи конструкції, верстатів, обладнання тощо) повинні знаходитися у певних місцях та мати певну орієнтацію у просторі. Ця вимога накладає деякі обмеження застосування роботів-маніпуляторів першого покоління.

Роботи-маніпулятори другого поколінняволодіють елементами адаптації до навколишніх умов і здатні вирішувати складніші завдання. Це відчутні роботи, що мають сенсорні датчики, які дозволяють їм координувати рухи по сигналах про стан, що сприймаються. довкілля. Зокрема, це можуть бути тактильні датчики, що дозволяють змінювати зусилля, що розвивається, локаційні датчики (світлові, ультразвукові, телевізійні, гамма-променеві і т.п.), що дозволяють змінювати траєкторію руху маніпулятора при появі перешкоди, необхідності суміщення деталей, нечітко , і т.п.

Роботи-маніпулятори третього поколінняздатні логічно обробляти що надходить інформацію, тобто. мають штучний інтелект. Ці роботи здатні до навчання та адаптації, можуть вести діалог з людиною-оператором, розпізнавати та аналізувати складні ситуації, Формувати поняття та створювати модель навколишнього середовища, планувати поведінку у вигляді програми дій (з урахуванням попереднього досвіду) і т.д. Осу роботу з такого складному алгоритмуможна лише із застосуванням ЕОМ.

Основу парку у промисловості становлять нині роботи першого покоління як найпростіші, надійні та економічні.

На рис. 13.7 схематично показано пристрій автоматичного робота-маніпулятора, а на рис. 13.8 наведено функціональну схему його управління. Конструктивно такий робот складається з двох основних частин: виконавчої, що включає маніпулятор, або маніпулятори (М) і пристрій пересування (УП), і керуючої, тобто пристрої управління робота (УУ).

Маніпулятор робота має горизонтальну руку 3, яка може переміщатися як у горизонтальному (по осі х), так і вертикальному (по осі т)напрямках щодо стійки 2. При цьому стійка може повертатися на кут навколо вертикальної осі 2 щодо нерухомого підстави 1. На кінці руки закріплений механізм кисті 4, забезпечує додатково два ступені свободи захоплення 5: поворот навколо поздовжньої осі руки на кут р і поворот (хитання) щодо перпендикулярної осі уна кут у. Для фіксації деталі захоплення 5 може автоматично закриватися (рух за стрілкою А).


(прямокутна, циліндрична, сферична, комбінована) для здійснення переносного руху робочого органу (руху власне руки маніпулятора) робоча зона маніпулятора може мати вигляд паралелепіпеда, циліндра, кулі та складніших просторових тіл. Оскільки рука маніпулятора, показаного на рис. 13.7, має один обертальний і два поступальні ступені свободи (рухливості): рух уздовж осей хі уі поворот навколо осі 2 його робоча зона має вигляд циліндра. Рух кисті – поворот навколо осі хі хитання навколо осі ує орієнтуючими. Автоматичні роботи-маніпулятори можуть мати від трьох до семи ступенів рухливості, а пристрій їхнього робочого органу залежить від призначення робота.

У роботах, що виконують вантажно-розвантажувальні операції, транспортування, зміну інструменту, використовують і різні видизахоплень, що забезпечують взяття, орієнтування та утримання об'єкта маніпулювання. У роботах, що виконують технологічні операції, робочим органом може бути пульверизатор, зварювальна головка, гайковерт або інший інструмент.

Принципи дії та конструкції захоплень дуже різноманітні, тому що розміри, форма і фізико-хімічні властивостіОб'єкти маніпулювання можуть змінюватися в широких межах. За способом захоплення та утримання об'єкта маніпулювання захватні пристрої діляться на механічні, вакуумні, електромагнітні та комбіновані.

Виконавчі пристрої маніпулятора наводяться на дію двигунами, кількість яких залежить від кількості ступенів його рухливості. Існують маніпулятори, що мають один двигун на кілька ступенів рухливості, з муфтами для розподілу руху. Вид двигуна приводу залежить від призначення маніпулятора та його параметрів. В даний час приблизно однаково використовуються пневматичні, гідравлічні та електричні двигуни.

Рухливі роботи можуть мати різні пристроїпересування - від давно відомих пристроїв кочення до крокуючих механізмів (педипуляторів), які останнім часом розробляються.

Пристрій управління роботом-маніпулятором може виконуватись у вигляді самостійного (конструктивно відокремленого) блоку або бути вбудованим у корпус виконавчої частини. Зазвичай до складу пристрою управління (див. рис. 13.8) входять: пульт управління (ПУ), що дозволяє проводити введення та контроль завдання; запам'ятовуючий пристрій (ЗП), що зберігає програму роботи; стежить привід механізмів маніпулятора та пристрою пересування; підсилювачі; перетворювачі; джерела живлення; керуючі елементи (реле, контактори, золотники, струменеві трубки, розподільники руху, електромагнітні клапани тощо).

Число датчиків зворотного зв'язку у схемі управління (ДОС1, ДОС2) визначається числом ступенів рухливості маніпулятора та числом координат його переміщення виконавчого устрою. Використовуються вони у слідкувальному приводі контролю переміщення робочого органу маніпулятора й у цілому його виконавчого устрою (ИУ).

Як датчики зворотного зв'язку по переміщенню в роботах-маніпуляторах застосовують потенціометри, сельсини, трансформатори, що обертаються, індуктосини, що кодують перетворювачі і т. п.

В чутливих та адаптивних роботах можуть бути сенсорні датчики для отримання додаткової інформаціїпро фактичну обстановку у зоні дії їх маніпуляторів. Як сенсорні датчики, що входять в систему відчуття, крім тактильних і локаційних в роботах-маніпуляторах можуть використовуватися і будь-які інші датчики: температури, тиску, магнітного поля, кольори та ін. Інформація сенсорних датчиків вводиться в обчислювальний пристрій для коригування дії робота.

Маніпулятор робота створює основний робочий вплив У хна технологічне обладнання чи об'єкт маніпулювання (заготівлю, деталь, інструмент). Крім того, на технологічне обладнання можуть подаватися керуючі впливи (U 1, U 2)та технологічні команди У 2безпосередньо від блоку управління процесом (БУП) – на блокування роботи обладнання під час робочих рухів маніпулятора, зміну режиму роботи обладнання тощо. У свою чергу, від технологічного обладнання або інших роботів можуть надходити інформаційні та керуючі дії на даний робот (умовно від датчиків ДЗ).

У робототехнічних комплексах і ДПС на робот можуть надходити впливи, що задають G 1від керуючих пристроїв вищого рангу (рівня).

Так, від головної ЕОМ, керуючою роботоюкомплексу або ДПС, можуть надходити нові робочі програми, а також команди, що коригують задану програму або координують дію робота-маніпулятора з діями інших роботів або процесом роботи технологічного обладнання.

В автономному режимі вплив, що задає G 2створюється програмою, що зберігається у ЗУ. У режимі налагодження або навчання вплив, що задає G 3створюється оператором через ПУ. При цьому обчислювальний пристрій робота може бути різного рівня(у роботах з цикловим програмним управліннямВУ взагалі відсутня). Чим універсальніший робот і складніше завдання, що вирішуються за його допомогою, тим вищий рівень ВУ: мікропроцесор, мікро-або міні-ЕОМ. У робототехнічних комплексах та ДПС використовуються ЕОМ середньої та великої потужності, а також комплекси з кількох ЕОМ.

Промислові роботи-маніпулятори класифікуються за такими основними ознаками, що входять до умовного позначення їх типу:

числу маніпуляторів (1М, 2М, ЗМ...);

числу ступенів рухливості з урахуванням пристрою пересування (2; 3 і більше);

типу робочої зони (плоска - Пл, поверхня - Пв, у формі паралелепіпеда - Пр, куляста - Ш, комбінована - ПрЦл, ЦлШ, ПрШ);

вантажопідйомності;

Типу приводів маніпулятора (пневматичний – Пн, гідравлічний – Г, електромеханічний – Е, комбінований – ГПн, ГЕ, ЕПн);

типу системи управління (циклова – Ц, позиційна – П, контурна – К, відчутний робот – О, зі штучним інтелектом – І);

класу точності (0; 1; 2; 3).

Наприклад, робот-маніпулятор з умовним позначенням 1М4Цл-5ЕК1 має один маніпулятор з чотирма ступенями рухливості, робочу зонуциліндричної форми, вантажопідйомність 5 кг, електромеханічний привід, систему управління контурну, перший клас точності (похибка відтворення траєкторії від 0,01 до 0,05 %). Частина інформації, що характеризує робот, вказується словесно (наявність пристрою пересування, роздільний або загальний привід за ступенями рухливості, адаптивне або неадаптивне управління, тип виконання – теплозахисне, вибухобезпечне, нормальне тощо).

На малюнку показано загальну укрупнену структурну схему системи ЧПУ. Вона включає такі основні елементи: будову ЧПУ; приводи подач робочих органів верстата та датчики зворотного зв'язку (ДОС), встановлені за кожною керованою координатою. Пристрій ЧПУ призначений для видачі впливів керуючих робочим органом верстата відповідно до програми управління, що вводиться на перфострічці. Програма управління зчитується послідовно в межах одного кадру із запам'ятовуванням у блоці пам'яті, звідки вона подається до блоків технологічних команд, інтерполяції та швидкостей подач. Блок інтерполяції – спеціалізований обчислювальний пристрій (інтерполятор) – формулює часткову траєкторію руху інструменту між двома або більше заданими у програмі керування точками. Вихідна інформація з цього блоку надходить до блоку управління приводами подач, зазвичай представлена ​​у вигляді послідовності імпульсів по кожній координаті, частота яких визначає швидкість подачі, а число – величину переміщення.

Блок введення та зчитування інформації призначений для введення та зчитування програми управління. Зчитування проводиться послідовно рядок за рядком у межах одного кадру.

Блок пам'яті Оскільки інформація зчитується послідовно, а використовується вся відразу межах кадру, при зчитуванні вона запам'ятовується у блоці пам'яті. Тут проводиться її контроль і формування сигналу при виявленні помилки в перфострічці. Так як обробка інформації йде послідовно по кадрах, а час зчитування інформації одного кадру дорівнює приблизно 0,1 - 0,2 с, виходить розрив передачі інформації, що неприпустимо. Тому застосовують два блоки пам'яті. Поки обробляється інформація одного кадру першого блоку пам'яті, проводиться зчитування другого кадру та її запам'ятовування у другому блоці. Час введення інформації з блоку пам'яті блок інтерполяції мізерно мало. У багатьох системах ЧПУ блок пам'яті може приймати інформацію, минаючи блок введення та зчитування безпосередньо від ЕОМ.



Блок інтерполяції. Це спеціалізований обчислювальний пристрій, який формує часткову траєкторію руху інструменту між двома або більше заданими програмою управління точками. Це найважливіший блок у контурних системах ЧПУ. Основою блоку є інтерполятор, який за заданими програмою керування числовими параметрами ділянки контуру відновлює функцію f(x, y). У інтервалах значень координат Х і У інтерполятор обчислює значення координат проміжних точок цієї функції.

На виходах інтерполятора формується строго синхронізовані у часі керуючі імпульси для переміщення робочого органу верстата за відповідними осями координат.

Застосовують лінійні та лінійно – кругові інтерполятори. Відповідно до цього перші виробляють лінійну інтерполяцію, а другі лінійну та кругову.

Лінійний інтерполятор забезпечує, наприклад, переміщення робочого органу з фрезою діаметром між двома опорними точками прямої лінії з відхиленням від заданого контуру на величину .


У цьому випадку вихідною інформацією для інтерполятора є величини приростів по координатах і час обробки переміщення по прямій , тобто. де S - встановлена ​​швидкість подачі інструменту.

Робота лінійно - кругового інтерполятора може здійснюватися за методом оцінної функції F. Метод полягає в тому, що при виробленні чергового керуючого імпульсу логічна схема проводить оцінку, за якою координатою слід видавати цей імпульс, щоб сумарне переміщення робочого органу верстата максимально наближало його до заданого контуру.


Інтерполируемая пряма (див. рис. а) поділяє площину, в якій вона розташована, на дві області: над прямою, де оцінна функція F>0, і під прямою, де F<0. Все точки, лежащие теоретически заданной линии, имеют F=0.

Траєкторія інтерполяції є певною послідовністю елементарних переміщень вздовж координатних осей від початкової точки з координатами і до кінцевої точки з координатами , .

Якщо проміжна точка траєкторії знаходиться в області F>0, то наступний крок робиться по осі Х. Якщо проміжна точка знаходиться в області F<0, шаг делается по оси Y. Аналогично происходит работа интерполятора при круговой интерполяции (см. рис. б).

Блок керування приводами подачі. З блоку інтерполяції інформація надходить на блок управління приводами подач, який перетворює її на форму, придатну для управління приводами подач. Останнє проводиться так, щоб при надходженні кожного імпульсу робочий орган верстата переміщався на певну величину, що характеризує дискретність системи ЧПК. При надходженні кожного імпульсу керований об'єкт переміщається певну величину, звану ціною імпульсу, яка зазвичай дорівнює 0,01 – 0,02 мм. Залежно від типу приводу (замкнені або розімкнені, фазові або амплітудні), що застосовуються на верстатах, блоки керування суттєво різняться. У замкнутих приводах фазового типу, що використовують датчики зворотного зв'язку у вигляді обертових трансформаторів, що працюють в режимі фазообертачів, блоки управління являють собою перетворювачі імпульсів у фазу змінного струму і фазові дискримінатори, які порівнюють фазу сигналу на виході фазового перетворювача з фазою датчика зворотного зв'язку сигнал помилки на підсилювачі потужності приводу.

Блок швидкостей подач – забезпечує задану швидкість подачі вздовж контуру, а також процеси розгону та гальмування на початку та в кінці ділянок обробки за заданим законом, найчастіше лінійним, іноді експонентним. Крім робочих подач (0,5 – 3000 мм/хв) цей блок забезпечує, як правило, і холостий хід із підвищеною швидкістю (5000 – 20000 мм/хв).

Пульт керування та індикації. Зв'язок оператора із системою ЧПУ проводиться через пульт управління та індикації. За допомогою цього пульта проводиться пуск та зупинка системи ЧПУ, перемикання режиму роботи з автоматичного на ручний і т.д., а також корекція швидкості подачі та розмірів інструментів та зміни початкового положення інструменту за всіма деякими координатами. На цьому пульті знаходяться світлова сигналізація та цифрова індикація.

Блок корекції програми застосовується для зміни запрограмованих параметрів обробки: швидкості подачі та розмірів інструменту (довжини та діаметра).

Блок постійних циклів служить для спрощення процесу програмування при обробці елементів деталі, що повторюються (наприклад, свердління і розточування отворів, нарізання різьблення та ін) застосовують блок постійних циклів. Наприклад, на перфострічці не програмуються такі рухи, як швидке виведення з готового отвору – це закладено у відповідному циклі (G81).

Блок технологічних команд забезпечує управління циклом роботи верстата (його циклової автоматики), що включає пошук і аналіз ріжучого інструменту, перемикання частоти обертання шпинделя, затискач і розтиск робочих органів верстата, що переміщаються, різні блокування.

Блок живлення забезпечує живлення необхідними постійними напругами та струмами всіх блоків ЧПУ від звичайної трифазної мережі. Особливістю цього блоку є наявність стабілізаторів напруги та фільтрів, що захищають електронні схеми ЧПУ від перешкод, що завжди мають місце у промислових силових мережах.

Датчики зворотного зв'язку

ДОС призначені для перетворення лінійних переміщень робочого органу верстата в електричні сигнали, що містять інформацію про напрямок та величину переміщень.

Все різноманіття ДОС можна умовно розділити на кутові (кругові) та лінійні. Кругові ДГЗ зазвичай перетворюють кут повороту ходового гвинта або переміщення робочого органу верстата через рейкову передачу. Перевагою кругових ДОС є їхня незалежність від довжини переміщення робочого органу верстата, зручність установки на верстаті та зручність експлуатації. До недоліків слід віднести принцип непрямого виміру величини переміщення робочого органу, отже похибка виміру.

Тема 1.6. Завдання ЧПУ

Пристрій ЧПУ є керуючим по відношенню до верстата. У той самий час воно є об'єктом управління при взаємодії з навколишнім середовищем, якою виступає оператор, ЕОМ верхнього рівня тощо. Якщо розглядати з цих позицій завдання, які має вирішувати, можна виділити такі задачи:

Геометричне завдання – взаємодія УЧПУ зі верстатом для управління формоутворенням деталі. Розв'язання цього завдання полягає у відображенні геометричної інформації креслення в сукупність таких рухів робочих органів верстата, які матеріалізують креслення у виріб.

Логічна завдання полягає у керуванні дискретної електроавтоматикою, тобто. автоматизацією на верстаті допоміжних операцій (затискач інструменту, зміна інструменту тощо).

Технологічне завдання полягає в управлінні робочим процесом та досягненні необхідної якості обробки деталей з меншими витратами.

Термінальне завдання полягає у взаємодії УЧПУ із навколишнім середовищем.

Геометричне завдання

Сутність геометричної задачі можна визначити таким чином: відобразити геометричну інформацію креслення в сукупність таких формоутворювальних рухів верстата, які матеріалізують креслення в кінцевому виробі. Кожен верстат має свій комплект електроприводів, що розташовані згідно з системою координат. Електроприводи розташовані в такий спосіб, щоб забезпечити обробку деталей відповідного класу, тобто. переміщення інструменту (або заготівлі) вздовж напрямних.

Наприклад, на верстатах токарної групи профіль деталі формується переміщенням інструменту в одній площині, тому верстати даної групи оснащені комплектом з двох приводів, що здійснюють переміщення інструменту вздовж поздовжніх та поперечних напрямних.

Логічне завдання

На сучасних верстатах з ЧПК автоматизовано численні допоміжні операції, які також називають технологічними. До них відносяться: зміна інструменту, затискач/розтиск інструменту, перемикання в коробці подач, управління затискними пристроями, охолодженням, огорожею, мастилом тощо. Всі ці функції виконуються системою циклової електроавтоматики – системою автоматичного управління механізмами та групами механізмів, поведінка яких визначається безліччю дискретних операцій із відносинами слідування та паралелізму. Причому окремі операції ініціюються електричними керуючими сигналами, а умови їхньої зміни формуються під впливом інформаційних сигналів, що надходять з боку об'єкта управління. Всі складні циклічні процеси, що виконуються на верстаті з ЧПК, можна у вигляді циклів автоматики та операцій. Циклом автоматики верстата з ЧПУ називають послідовність дій, що викликаються на ім'я одним із трьох наступних інформаційних слів керуючої програми: «Швидкість головного руху», «Функція інструменту», «Допоміжна функція». Цикл автоматики складається з операцій, причому під операцією можна розуміти будь-яку незалежну дію дискретного механізму, що виконується одним двигуном, що відкривається самостійним керуючим сигналом, що підтверджується або підтверджується при закритті інформаційним сигналом.

Інформаційне слово «Швидкість головного руху» починається з адреси S, за яким слідує комбінація цифр, що визначає у різних випадках або швидкість різання, або частоту обертання шпинделя. Для кодування швидкості головного руху застосовують методи прямого позначення, геометричної та арифметичної прогресій, символьний метод.

Метод прямого позначення найбільш наочний: слово S800 означає, наприклад, цикл, що встановлює частоту обертання 800 хв-1. При кодуванні методом геометричної прогресії частоту обертання позначають умовним кодом 00, .... 98 а справжні значення утворюють геометричну прогресію: 0; 1,12; 1,25; 1,40; ...; 80000.

Інформаційне слово «Функція інструменту» починається з адреси Т, за якою слідують одна або дві групи цифр. У першому випадку слово вказує лише номер виклику, а номер коректора для цього інструменту визначається іншим словом з адресою D. У другому випадку друга група цифр визначає номер коректора довжини, положення або діаметра інструменту. Наприклад, у слові Т1218: Т – адреса, 12 – номер інструменту; 18 – номер коректора.

Інформаційне слово «Допоміжна функція» визначає різноманітні команди циклових механізмів верстата та самого пристрою ЧПУ. Допоміжні функції задають словами з адресою М та умовною двозначною кодовою комбінацією 00, ..., 99. Деякі загальноприйняті допоміжні функції наведені у табл. 1.2. Інші допоміжні функції вводять під час створення конкретного верстата та конкретного пристрою ЧПУ.

Числовим програмним управліннямметалорізальними верстатами називають управління робочими органами верстата при обробці заготовки за керуючою програмою, що є послідовністю команд в алфавітно-цифровому коді (у символьній формі) спеціальною мовою. Принципова відмінність систем ЧПУ від раніше розглянутих систем управління полягає у способі розрахунку послідовності керуючих сигналів та передачі їх робочим органам верстата.

На кресленні технологічна інформація представлена ​​як графічних зображень (контур), чисел (розміри), умовних знаків (шорсткість), тексту тощо. У раніше розглянутих системах управління програма обробки втілюється у фізичних аналогах: копірах, кулачках, колійних упорах, положенні штекерів комутаційної панелі тощо. При експлу атацинКопіри зношуються, що вносить додаткову похибку.

У системах з ЧПУ керуюча програма включає:

Технологічні команди, подібні до команд ПЛК (вибір інструменту, завдання швидкості обертання шпинделя та подачі, включення-вимкнення подачі СОЖ тощо);

Геометричні команди переміщення робочого органу деякою траєкторією, відсутні в ПЛК (завдання координат послідовних положень РО);

Підготовчі команди, що служать для управління самим пристроєм управління та завдання режимів його роботи.

Кожна команда - це сукупність символів та цифр, легко доступна розумінню людини (технолога-програміста пристроїв ЧПУ), що спрощує програмування та зменшує кількість помилок у програмі. Нижче наведено основні терміни, що вживаються під час програмування УЧПУ.

Нульова точка деталі(Нуль деталі) - точка деталі, координати якої прийняті за нульові в системі координат, пов'язаної з деталлю. Від нуля деталі відкладаються розміри поверхонь, що обробляються. Нульова точка верстата(Нуль верстата) - точка в просторі, що має нульові координати в системі координат, пов'язаної зі верстатом (зазвичай збігається з базовою точкою затискного пристосування). Осі координат системи верстата зазвичай паралельні напрямним верстата та осі обертання шпинделя

Рис. 6.4. Приклади розрахункових траєкторій

Центр інструменту -нерухома щодо державки точка інструменту, на яку ведеться розрахунок траєкторії. Для різця це його вершина, для фрези – точка перетину осі фрези з її торцем.

Система координат верстата визначається конструкцією верстата, а у кожної деталі може бути одна або кілька своїх систем координат, які визначаються, виходячи із зручності опису поверхонь, що обробляються. Геометричні команди УП задаються у системі координат деталі та у процесі виконання УП переводять у систему координат верстата.

Вихідна точка(верстата) - точка в системі координат верстата, що використовується як початкова точка роботи УП, що зв'язує нуль верстата та нуль деталі.

Розрахункова траєкторія -траєкторія центру інструменту, яка розраховується за геометрією оброблюваних поверхонь з урахуванням геометрії інструменту. У найпростішому випадку розрахункова траєкторія збігається з контуром деталі (наприклад, при точенні коли центром інструменту є вершина різця). Це може бути еквідистанта (рис. 6.4, а) або складніша крива (рис. 6.4, б).

Опорна геометричнаабо технологічна точка -це точка розрахункової траєкторії, де відбувається зміна закону, що описує траєкторію, або зміна умов обробки.

Нижче наведена найпростіша програма універсальною мовою програмування УЧПУ CLDATA (Catter Location Data - дані про положення ріжучої кромки) для зовнішнього точення циліндричної поверхні та підрізання торця (рис.6.5) з коментарями, складена відповідно до стандарту ISO.

Координати точок траєкторії задаються від нульової точки деталі, якою в прикладі служить точка перетину осі деталі з її правим торцем, вісь Z направлена ​​по осі деталі вправо, вісь X - за радіусом.

Рис. 6.5. Схема точення зовнішньої циліндричної поверхні та підрізання торця на верстаті з ЧПУ

N10 G90 G95 S670 М4 - координати точок траєкторії -абсолютні (G90), завдання частоти обертання шпинделя: встановити частоту обертання (G95) 670 об/хв (S670)), обертання проти годинникової стрілки (М4);

N15 GO X50 Z1.5 T1l M8 - швидке підведення інструменту: позиціонування (GO) інструменту з кодом 11 (Т11) у точку з координатами X = 50 мм (Х50), Z = 1,5 мм (Z1.5), 1, 5 мм – західна ділянка, включити охолодження з кодом 8 (М8);

N20 Gl Z-10 F0.35 - робочий хід - точення: лінійна

інтерполяція (G1) (траєкторія - відрізок прямої) з попередньої точки X = 50 мм, Z = 1,5 мм у точку з тією самою координатою X і координатою Z - -10 мм (Z-10) з осьовою подачею S = 0, 35 мм/про (F0.35);

N25 G95 S837 М4 - завдання частоти обертання шпинделя: встановити частоту обертання (G95) 837 об/хв (S837)), обертання знову проти годинникової стрілки;

N30 Gl X56 F0.3 - підрізка торця вгору на 5+1 мм: лінійна інтерполяція (G1) у точку X = 56 мм, Z = -10 мм (Х56) з радіальною подачею S = 0,3 мм/об (F0. 3);

N35 GO X70 Z30 - швидке відведення інструменту вправо: позиціонування в точку X = 70 мм, Z = 30 мм (Z30);

N40 М02 – кінець програми.

Програма набивається на перфострічці або записується на магнітну стрічку або диск, після чого команди вводяться в УЧПУ, розшифровуються, УЧПУ видає накази робочим органам верстата, чекає на закінчення виконання поточної команди і переходить до наступної. Кожна команда передбачає автоматичне виконання системами управління верстата складних дій, пов'язаних з переміщеннями робочих органів за часом в умовах збурень з боку зовнішнього середовища (коливання напруги живлення, твердості заготівлі, тертя тощо). Команди виконуються послідовно, перехід до наступної команди можливий тільки після завершення виконання поточної.

Кадр керуючої програми -частина УП, що виконується як єдине ціле (підведення інструменту, прохід тощо). Блокабо глава керуючої програми -сукупність кадрів, що виконуються при одному настроюванні технологічної системи (розглянутий вище приклад). Головний кадр керуючої програми- перший після зупинки обробки визначає нові налаштування технологічної системи, необхідні для продовження обробки. Інші кадри блоку (голови) задають послідовне зміна налаштувань, визначених головним кадром.

У ПЗУ УЧПУ поміщені у вигляді підпрограм послідовності сигналів, що управляють, необхідні для виконання верстатом основних дій, пов'язаних з обробкою заготівлі. УЧПУ є інтерпретатором, який розшифровує чергову команду УП та запускає відповідну підпрограму виконання цієї команди (наприклад, підпрограму управління швидким підведенням інструменту в потрібну точку G0), що призводить до спрацьовування реле, муфт, колійних перемикачів тощо. та забезпечує виконання різних технологічних команд (зміна інструменту, перемикання частот обертання шпинделя, переміщення супорта тощо).

Постійний цикл -послідовність команд УП, що часто зустрічається, оформлена у вигляді стандартної підпрограми УЧПУ, яка викликається однією макрокомандою УП (наприклад, підпрограми точення циліндричної поверхні, нарізування різьблення, свердління отворів). Використання циклів спрощує програмування та зменшує довжину УП.

Інтерполятор- блок УЧПУ, відповідальний за обчислення координат проміжних точок траєкторії, що має пройти інструмент між точками, заданими в УП. Інтерполятор має як вихідні дані команду УП переміщення інструменту від початкової до кінцевої точки по контуру у вигляді відрізка прямої, дуги кола тощо, наприклад:

N15 G0 X50 Z1.5 T1l M8 - швидке підведення по прямій;

N20 Gl Z-10 F0.35 – робочий хід по прямій.

Результатом роботи інтерполятора є послідовності керуючих імпульсів для приводу подач, що видаються в потрібні моменти часу, що забезпечують потрібні швидкість і величину переміщення супорту, або потрібні закони X(t), Y{ t), Z(t) зміни координат робочого органу у часі. Саме інтерполятор є задатчиком системи автоматичного управління багатокоординатним приводом подач, що відтворює необхідну траєкторію.

Для забезпечення точності відтворення траєкторії близько 1 мкм (точність датчиків положення і точність позиціонування супорта становлять близько 1 мкм) інтерполятор видає керуючі імпульси кожні 5... 10 мс, що вимагає від нього високої швидкодії.

З метою спрощення алгоритму роботи інтерполятора заданий криволінійний контур формується зазвичай з відрізків прямих ліній або з дуг кіл, причому часто кроки переміщень різними осями координат виконуються не одночасно, а по черзі. Тим не менш, за рахунок високої частоти видачі керуючих впливів та інерційності механічних вузлів приводу відбувається згладжування ламаної траєкторії до плавного криволінійного контуру.

УП складається з розрахунку на деякий стандартний інструмент, реальний інструмент має різні розміри і зношується при роботі. Формування нового варіанта УП кожному інструменту трудомістко, зберігання великої кількості варіантів УП незручно. У верстатах з УЧПУ передбачено можливість корекції: налаштування УЧПУ вручну або командами УП на конкретний інструмент. При виконанні УП кожна команда буде автоматично скоригована для обліку реального вильоту інструменту (шляхом паралельного перенесення) та радіусу ріжучої кромки (розрахунком еквідистанти). На рис. 6.5 показана траєкторія вершини різця, задана в УП, та траєкторія базової точки F різцетримача, зсунута вгору на L x - Виліт різця по осі X і право на L z - Виліт різця по осі Z

Можлива автоматична корекція траєкторії з урахуванням (носа інструменту (корекція вильоту) або корекція подачі при неприпустимому зростанні сил різання, моменту приводу шпинделя, вібраціях (адаптивне управління). У цьому випадку відбувається багаторівнева корекція, що змінюється під час обробки.

Системи ЧПУ ділять на позиційні системи,здійснюють установку робочого органу в заданій точці простору, причому траєкторія переміщення визначається самим УЧПУ, та контурні системи,що забезпечують переміщення робочого органу по заданій в УП траєкторії із заданою контурною швидкістю.

Позиційні системи характерні для операцій свердління, точкового зварювання, відрізки, коли траєкторія значення не має, і рух виконується зазвичай прямою з почерговою або одночасною зміною координат.

Контурні системи ЧПУ використовуються при обробці поверхонь на токарних та фрезерних верстатах, коли потрібна поверхня відтворюється спільним переміщенням інструменту та заготівлі. Контурні системи ЧПУ включають зазвичай функції позиційних систем. Так, розглянута вище УП складена для контурного пристрою управління токарним верстатом (траєкторія переміщення різця під час робочого ходу задається командою G1), проте в УП є типова для позиційних систем команда швидкого підведення робочого органу (СО).

Для жорсткої синхронізації переміщення по координатах та обертання шпинделя в УЧПУ як тактовий задатчик (замість таймера в ЕОМ) можуть використовуватися імпульси від датчика швидкості обертання приводу головного руху. Управління приводами верстата відбувається переважно імпульсами, тому УЧПУ є імпульсним пристроєм, оснащеним УСО з імпульсними входами-виходами.

Бурхливий розвиток електроніки зумовив постійне ускладнення УЧПУ. Найпростішими є системи ЧПУ класу NC (Numeric Control).

Наступним поколінням УЧПУ були системи класу SNC (Stored Numeric Control), побудовані на інтегральних мікросхемах, що мають більшу надійність і можливості та менші габарити, що призвело до зростання потужності команд вхідної мови, спрощення програмування та скорочення розмірів УП. Системи цього класу мали ОЗУ, достатню для запам'ятовування всієї УП; це уможливило одноразове введення УП в ОЗУ та багаторазове її виконання при обробці серії деталей, експлуатаційні характеристики цих систем значно покращилися.

Використання керуючої міні-ЕОМ як УЧПУ замість спеціальних блоків управління призвело до створення систем класу DNC (Direct Numeric Control). З огляду на високу вартість міні-ЕОМ тих часів та її великих габаритів ЕОМ розміщувалася поза зоною обробки та керувала декількома верстатами одночасно.

Використання універсальної ЕОМ як УЧПУ дозволило:

реалізувати алгоритми управління як програм ЕОМ, що зумовило гнучкість системи;

будувати УП із потужних команд із використанням підпрограм-циклів, що спрощує програмування та робить УП короткою;

завантажувати УП із перфострічки, магнітного диска або передавати їх по мережі з архіву.

З появою мікроЕОМ з'явилася можливість розмістити УЧПУ безпосередньо на верстаті стосовно цього конкретного верстата. Системи цього класу називаються CNC (Computer Numeric Control) і мають такі особливості:

використовуються однотипні ЕОМ для управління різноманітними верстатами, що дозволяє уніфікувати УЧПУ, знизити їхню вартість, підвищити надійність та спростити програмування УЧПУ;

алгоритми управління, що враховують специфіку верстата, включені в мікросхему ПЗП, що забезпечує надійність їх зберігання та гнучкість УЧПУ завдяки простоті заміни однієї мікросхеми ПЗП на іншу.

З'єднання за допомогою обчислювальної мережі окремих систем УЧПУ (CNC), що управляють верстатами, роботами, транспортними пристроями і т.д., з ЕОМ, що зберігає архіви УП та взаємопов'язує роботу окремих одиниць обладнання з ЧПУ, привело достворення гнучких виробничих систем. У цих системах центральна ЕОМ синхронізує роботу всіх УЧПУ, що входять до ДПС, контролює справність вузлів, служить пультом оператора, пов'язана по мережі із системами управління вищих рівнів: автоматичними системами управління виробництвом (АСУП), системами автоматичного проектування та ін., що забезпечує безперебійне постачання сировиною, інструментом тощо.

Зростання потужності ЕОМ, що використовуються як УЧПУ класу CNC, призвело до створення систем класу HNC (Handled Numeric Control), оснащених потужним процесором, магнітним диском та якісним дисплеєм, що допускають просте ручне введення та налагодження УП на верстаті з використанням допоміжних інструментів програмування.

Чим потужніший УЧПУ, тим потужніший оператори його вхідної мови (аж до CLDATA), коротший і зрозуміліший УП, у ньому менше помилок, простіше ручне та автоматизоване програмування УЧПУ.

Складання УП обробки складних деталей вимагає високої кваліфікації програміста, а помилки у ній ведуть до поломок дорогого обладнання та травм людей. Тому ручне програмування замінюється на автоматизоване, у якому людина у діалозі із системою автоматизації програмування УЧПУ (САП), встановленої на ЕОМ загального призначення, вирішує технологічні завдання, а САП виконує детальне копітке оформлення команд для УЧПУ.

На рис. 6.6 наведено схему створення та виконання програми для УЧПУ. Геометрія деталі та технологічна інформація задаються або у вигляді операторів опису вихідних даних для САП (зазвичай це один з варіантів загальноприйнятої мови APT), або у діалозі з програмою підготовки даних зображенням геометрії деталі у графічному редакторі та вибором інформації з запропонованих ЕОМ таблиць та меню.

Будь-яка САП являє собою набір програмуючих програм, що включає такі програми, як препроцесор, процесор та постпроцесор.

Препроцесор САП призначений попереднього аналізу вихідних даних. Процесор САП розраховує траєкторію, опорні точки і формує УП зазвичай CLDATA - мовою програмування якогось абстрактного УЧПУ, прийнятого за стандартне. Якщо реальне УЧПУ верстата вимагає УП своєю вхідною мовою, УП перекладається на цю мову в постпроцесорі САП. Далі УП завантажується до УЧПУ та виконується.

Оператори по черзі розшифровуються в пристрої управління (УУ), що видає при необхідності управляючі імпульси на контролери приводу головного руху, закріплення інструменту і т.д. Геометричні команди передаються до інтерполятора, що задає приводу подач необхідні закони зміни координат центру інструменту. Коректор враховує особливості реальної геометрії інструменту, після чого керуючі імпульси надходять на привід подач.

При обробці відповідні датчики контролюють спрацьовування муфт і електроприводів, положення супорта, моменту приводу головного руху, сил різання, рівня вібрацій і т.д.

САП ЧПУ спирається на банки даних (БНД), що містять такі компоненти:

Схеми та налагодження для обробки типових поверхонь (зовнішнє/внутрішнє точення, нарізування різьблення, виконання канавок, свердління, фрезерування паза тощо);

Бібліотеку найпростіших графічних елементів для геометричних зображень (коло, еліпси, прямокутники, отвори, зуби, шестірні тощо);

Технічні характеристики верстатів, пристроїв, інструментів;

Дані до розрахунку режимів обробки; архів раніше розроблених переходів, операцій;

Архів готових УП;

Архів постпроцесорів для різних УЧПУ.

Верстати з УЧПУ, а значить і САП, спеціалізовані:

токарні верстати - 2-координатні у площині XZ;

фрезерні, свердлильні верстати - 2,5-координатні, об'ємні фігури задаються перетином у площині XY та висотою Z; 2,5-координатні верстати - це означає, що одночасно управляються дві координати (Хі У),після чого обробка в площині ХОУ зупиняється і провадиться перестановка по осі Z в нову площину XOY.

свердлильно-розточувальні багатоінструментні обробні центри - 3-координатні.

САП дозволяє змоделювати та зобразити на екрані траєкторію інструменту та процес знімання металу, що зручно для контролю УП. САП припускає корекцію УП вручну на будь-якому етапі підготовки.

Контрольні питання

1. Які форми представлення алгоритму ви знаєте?

2. Яке призначення операційної системи?

3. Якою є мета тестування програми? (Виберіть правильну відповідь):

а) демонстрація працездатності програми замовнику;

б) виявлення помилок та недоробок у програмі в «незручних» умовах;

в) перевірка роботи програми у типових умовах.

4. У чому відмінність ПЛК від керуючої ЕОМ?

5. У чому відмінність ПЛК від пристрою ЧПУ?

Питання до іспиту

1. Математичне забезпечення ЕОМ

2. Алгоритми (блок-схема алгоритму обчислення середнього значення)

3. Операційна система ЕОМ

4. Програми (Програма обчислення середнього значення)

5. Програмовані логічні контролери

6. Системи числового програмного управління

Рис. 6.6. Схема підготовки та виконання керуючої програми верстата з ЧПУ

Існує безліч САП ЧПУ, найпростіші з яких передбачають введення вихідних даних на вхідній мові типу APT, розрахунок траєкторій, генерацію УП на CLDATA та переклад її (якщо потрібно) у вхідну мову УЧПУ. Більш складні САП здатні в діалозі з технологом по кресленню деталі, виконаному одному з стандартних пакетів машинного креслення, сформувати технологічний процес, спроектувати окремі операції із вибором необхідного верстата, пристосування, інструменту, розрахувати послідовність переходів і проходів, розрахувати режими обробки тощо. .

Застосування САП, створених за участю та на основі досвіду кваліфікованих технологів-програмістів, значно спрощує програмування УЧПУ та підвищує якість програм, що створює передумови для широкого застосування обладнання з ЧПК.

СИСТЕМИ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАМНОГО УПРАВЛІННЯ ВЕРСТАТАМИ

Структура систем ЧПУ

У загальному вигляді структуру комплексу «Верстат з ЧПУ» можна представити у вигляді трьох блоків, кожен з яких виконує своє завдання: керуюча програма (УП), пристрій ЧПУ (УЧПУ) та власне верстат (рис.1.1).

Рис. 1.1. Функціональна схема управління верстатом із ЧПУ

^ КОМПЛЕКС «ВЕРСТАТ З ЧПУ»

Усі блоки комплексу працюють взаємопов'язано у єдиній структурі. Керуюча програмамістить укрупнений кодований опис всіх стадій геометричного та технологічного утворення виробу. Цей опис не повинен допускати двозначних трактувань. У пристрої ЧПУ управляюча інформація відповідно до УП транслюється, а потім використовується у обчислювальному циклі. Результатом є формування оперативних команд у реальному масштабі машинного часу верстата.

Верстатє основним споживачем керуючої інформації, виконавчою частиною, об'єктом управління, а в конструктивному відношенні - конструкцією, що несе, на якій змонтовані механізми з автоматичним управлінням, пристосовані до прийому оперативних команд від УЧПУ. До таких механізмів ставляться, передусім, ті, які безпосередньо беруть участь у геометричному формоутворенні вироби. Залежно від кількості координат рухів, що задаються механізмами подачі, складається система координат обробки. Система координат може бути плоскою, просторовою тривимірною, просторовою багатовимірною. p align="justify"> Функціональність реальної системи ЧПУ (СЧПУ) визначається ступенем реалізації цілого ряду функцій при управлінні обладнанням. Розглянемо коротку характеристику цих функций.

^ Введення та зберігання системного програмного забезпечення(СПО). До СПО відносять сукупність програм, що відбивають алгоритми функціонування конкретного об'єкта. У УЧПУ нижчих класів СПО закладено конструктивно і може бути змінено, і УЧПУ може керувати лише даним об'єктом (наприклад, тільки верстатами токарної групи з двома координатами). У багатоцільових системах, що забезпечують керування широким класом об'єктів, при налаштуванні СЧПУ для вирішення певного кола завдань СПО вводиться ззовні. Це необхідно, оскільки у різних об'єктів існують відмінності в алгоритмах формоутворення за кількістю координат управління, швидкостей та прискорень руху інструменту. Різноманітність типів приводів та складу технологічних команд об'єктів веде до відмінностей у кількості та характері сигналів обміну.

У автономних багатоцільових пристроях управління СПО вводиться з перфострічки, з дискети, з компакт-диска (CD), а автоматизованих пристроях (у складі АСУ ТП, ГАП,) - каналом зв'язку з ЕОМ верхнього рівня. Природно, що СПО зберігається у пам'яті системи до того часу, поки змінюється об'єкт управління. При заміні об'єкта управління (наприклад, замість токарного верстата до СЧПУ підключається промисловий робот) необхідне введення в СЧПУ нових програм (СПО), які б визначили алгоритми функціонування цього нового об'єкта.

Необхідно розрізняти СПО і керуючі програми: СПО залишається незмінним даного об'єкта управління, а УП змінюються під час виготовлення різних деталей одному й тому об'єкті. У багатоцільових СЧПУ пам'ять для зберігання СПО має бути незалежною, тобто. зберігати інформацію при зникненні напруги мережі живлення.

^ Введення та зберігання УП.Керуюча програма може вводитися в СЧПУ з пульта управління, з дискети або каналами зв'язку з ЕОМ вищого рівня. Пам'ять для зберігання УП, що зазвичай представляється в коді ISO, має бути енергонезалежною. У СЧПУ вищих класів УП зазвичай запроваджується відразу й цілком і запам'ятовується у оперативної пам'яті системи. Потужні комп'ютерні УЧПУ дозволяють записувати та зберігати велику кількість УП у пам'яті своєї ЕОМ.

^ Інтерпретація кадру.Керуюча програма складається з складових частин – кадрів. Відпрацювання чергового кадру вимагає проведення низки попередніх процедур, які називають інтерпретацією кадру. Для безперервності контурного керування процедури інтерпретації i 1-го кадру повинні бути реалізовані під час управління об'єктом i-му кадру. Інакше кажучи, система управління повинна бути готова до негайної (без перерв на читання та розпізнавання кадрів) видачі команд управління відповідно до команд наступного кадру після виконання команд, закладених у поточному кадрі.

Інтерполяція.СЧПУ повинна забезпечити з необхідною точністю автоматичне одержання (розрахунок) координат проміжних точок траєкторії руху елементів керованого об'єкта за координатами крайніх точок та заданою функцією інтерполяції.

^ Управління приводами подач.Складність керування залежить від типу приводу. У випадку завдання зводиться до організації цифрових позиційних стежать систем кожної координати. На вхід такої системи надходять коди (код), які відповідають результатам інтерполяції. Цим кодам має відповідати положення по координаті (лінійне або кутове) об'єкта, що переміщається. Визначення дійсного положення об'єкта, що переміщається, і повідомлення про нього в систему управління здійснюються датчиками зворотного зв'язку. Крім керування в режимі руху по заданій траєкторії необхідна організація і деяких допоміжних режимів: узгодження системи керування приводами зі справжнім положенням датчиків зворотного зв'язку, встановлення системи приводів у фіксований нуль верстата, контроль виходу за допустимі значення координат, автоматичний вихід приводів у режим гальмування за певними законами та ін.

^ Управління приводом головного руху.Управління передбачає включення та відключення приводу, стабілізацію швидкості, а в деяких випадках – управління кутом повороту як додатковою координатою.

^ Логічне управління.Це управління технологічними вузлами дискретної дії, вхідні сигнали яких проводять операції типу "включити", "вимкнути", а вихідні фіксують стани "ввімкнено", "відключено". Останнім часом з'явилися УЧПУ найвищого рівня, що мають властивості нестандартної логіки, свого роду високим інтелектуальним рівнем.

^ Коригування на розміри інструменту.Корекція УП на довжину інструменту зводиться до паралельного перенесення координат, тобто. зміщення. Врахування фактичного радіусу інструменту зводиться до формування такої траєкторії, яка є еквідистантною запрограмованою. У ряді УЧПУ високого рівня можлива корекція та облік в УП до 15 різних параметрів інструменту.

^ Реалізація циклів.Виділення повторюваних (стандартних) ділянок програми, які називають циклами, є ефективним методом скорочення УП. Так звані фіксовані цикли характерні для певних технологічних операцій (свердління, зенкерування, розточування, нарізування різьблення тощо) та зустрічаються при виготовленні багатьох виробів. Під час розробки УП фіксовані цикли вказуються у програмі, які відпрацювання ведеться відповідно до певної підпрограмою, закладеної на згадку СЧПУ системою програмного забезпечення чи конструктивної схемою. У УЧПУ високого рівня пам'яті управляючої ЕОМ може зберігатися, отже, може бути оперативно використано до 500 стандартних циклів і підпрограм.

Програмні технологічні цикли відповідають ділянкам даної оброблюваної деталі, що повторюються. Ці цикли у певних СЧПУ також можуть бути виділені та занесені до оперативної пам'яті СЧПУ, а при повтореннях відповідно до команд УП реалізовуватися з викликом їх з оперативної пам'яті.

^ Зміна інструменту.Ця функція й у багатоінструментальних і багатоцільових верстатів. Завдання зміни інструменту у випадку має дві фази: пошук гнізда магазину з необхідним інструментом і заміну відпрацьованого інструменту на новий. У ГАП зі складом інструментів є складні системи автоматичного постачання (заміни) інструментів магазинів верстатів.

^ Корекція похибок механічних та вимірювальнихпристроїв. Будь-який конкретний агрегат механообробки (тобто об'єкт управління) можна атестувати за допомогою засобів досить високого класу точності. Результати такої атестації у вигляді таблиць похибок (внутрішньокрокова помилка, накопичена помилка, люфти, температурні похибки) заносяться на згадку про СЧПУ. Працюючи системи поточні показання датчиків агрегатів коригуються даними з таблиць похибок. Системи високого рівня мають убудовані контрольно-вимірювальні комплекси, що контролюють основні параметри верстата у так званому фоновому режимі. Результати контролю відразу ж застосовуються щодо необхідних корекцій.

^ Адаптивне управління обробкою.Для здійснення такого управління необхідна інформація виходить від спеціально встановлених датчиків, за допомогою яких вимірюють момент опору різання або складові сил різання, потужність приводу головного руху, вібрацію, температуру, зношування інструменту та ін. Найчастіше адаптація здійснюється зміною контурної швидкості або швидкості приводу головного руху .

^ Накопичення статистичної інформації.До статистичної інформації відносяться фіксація поточного часу та часу роботи системи та її окремих вузлів, визначення коефіцієнта завантаження обладнання, облік виготовленої продукції, фіксація її окремих параметрів тощо.

^ Автоматичний вбудований контроль.Організація такого контролю у зоні обробки особливо актуальна для ГАП. Безперервний контроль за розмірами оброблюваного виробу - одне з основних завдань підвищення якостей обробки.

^ Додаткові функції.До додаткових функцій можна віднести такі: обмін інформацією з ЕОМ верхнього рівня, узгоджене управління обладнанням технологічного модуля, управління елементами автоматичної транспортно-складської системи, управління зовнішніми пристроями, зв'язок з оператором, технічну діагностику технологічного обладнання та самої системи ЧПК, оптимізацію окремих режимів та циклів технологічного процесу та ін.

^ ІНФОРМАЦІЙНА СТРУКТУРА СЧПУ ВЕРСТАТАМИ

До СЧПУ відносять засоби, що беруть участь у виробленні за заданою програмою керуючих впливів на виконавчі органи верстата та інші механізми, засоби внесення та керуючий вплив зовнішніх та адаптивних поправок, а також засоби діагностики та контролю працездатності СЧПУ та верстата під час виготовлення деталі. СЧПУ верстатом має включати: технічні засоби; програмне забезпечення (для програмованих СЧПУ); експлуатаційну документацію

До технічних засобів СЧПУ відносяться: обчислювально-логічна частина (включаючи запам'ятовуючі пристрої різного типу для систем, що програмуються); засоби формування впливів на виконавчі органи верстата (приводи подач та головного руху, виконавчі апарати електроавтоматики та ін.); засоби зв'язку з джерелами інформації про стан керованого об'єкта (вимірювальними перетворювачами різних видів, пристроями контролю, адаптації, діагностики та ін.); засоби, що забезпечують взаємодію Космосу з зовнішніми системами і периферійними пристроями (канали зв'язку з ЕОМ вищого рангу та ін). Технічні кошти,що входять до складу СЧПУ, зазвичай конструктивно оформляються у вигляді автономного пристрою- УЧПУ.

Основними класифікаційними ознаками СЧПУ є рівень складності керованого обладнання та кількість осей, пов'язаних вирішенням єдиного інтерполяційного завдання у часі. За цією ознакою СЧПУ верстатами поділяють на наступні групи:


  • СЧПУ із прямокутним формоутворенням по одній осі координат;

  • СЧПУ з контурним формоутворенням при обмеженому складі функцій за двома або трьома осями координат (інформаційними каналами);

  • СЧПУ з розширеними функціональними можливостями для оснащення багатоцільових верстатів та верстатів зі складним об'ємним формоутворенням по чотирьох-п'яти осях координат (інформаційних каналів);

  • СЧПУ з розширеними функціональними можливостями, включаючи спеціальні завдання управління, для оснащення важких та унікальних верстатів та верстатних модулів по 10-12 осях координат (інформаційним каналам).

Складність структури СЧПУ визначається за інформаційними ознаками та оцінюється числом та характером інформаційних каналів, що використовуються під час роботи системи. У зв'язку з тим, що інформаційне призначення пристроїв та їх елементів, що входять до СЧПУ, по-різному їх відносять до різних ієрархічних рангів. Зазвичай СЧПУ верстатами має дво- або трирангову структуру, забезпечуючи при цьому виходи на вищі ранги для роботи як компоненти ДПС, автоматизованих ліній, ділянок та інших виробничих комплексів.

При структурно-інформаційному аналізі СЧПУ прийнято певний розподіл рівнів та інформаційних каналів.

Рівень 0-го рангу – це сукупність таких факторів, як температура, якість матеріалів, дані контрольно-вимірювальної апаратури та ін.

Рівень 1-го рангу - це перетворювачі, що формують інформацію про канали:

За становищем виконавчих органів верстата,

За технологічними та розмірними параметрами, що характеризують стан технологічної системи;


  • за параметрами збурень, що вносяться до технологічної системи;

  • за точністю деталі, що обробляється на верстаті;

  • із заміни пристосувань, інструменту та готовності верстата;

  • по спостереженню за правильним ходом процесу різання та реєстрації виникаючих неполадок, а також вироблення способів їх усунення.

Рівень 2-го рангу - це сукупність виконавчих регульованих приводів та виконавчих механізмів верстата:

основних,здійснюють програмне переміщення виконавчих органів,

допоміжних,виконують різноманітні технологічні команди, у тому числі за допомогою робота

додаткових,призначених для підналагоджувальних та коригувальних переміщень.

Рівень 3-го рангу – рівень технічних засобів СЧПУ.

Рівні 4-го та більш високих рангів виходять за межі СЧПУ та верстата. До рівня 4-го рангу належить, наприклад, зовнішня ЕОМ.

У найбільш загальному випадку СЧПУ металорізальними верстатами мають трирангову структуру.

Класифікація пристроїв ЧПУ

До УЧПУ сходяться всі нитки керування автоматичними механізмами верстата. Конструктивно УЧПУ виконано як автономний електронний агрегат, що має пристрій уведення УП, обчислювальну частину, електричний канал зв'язку з автоматичними механізмами верстата.

Зовнішній вигляд УЧПУ багато в чому визначений панеллю керування, з якою здійснюється вибір одного з наступних режимів керування верстатом: ручний, налагодження, напівавтоматичний, автоматичний; проводиться виправлення програми в період її налагодження, вводиться корекція, ведеться контроль за виконанням команд та спостереження за правильною роботою верстата та самого пристрою ЧПУ та ін. ознаками ухваленої системи програмного управління, класом СЧПУ.

Відповідно до міжнародної класифікації всі УЧПУ за рівнем технічних можливостей поділяються на такі основні класи: NC (Numerical Control); SNC (Stored Numerical Control); CNC (Computer Numerical Control); DNC (Direct Numerical Control); HNC (Handled Numerical Control); VNC (Voise Numerical Control).

Структурно-інформаційний аналіз цих систем досить складний, хоча дозволяє виділити у них наявність певних функціональних елементів та інформаційних каналів. Класифікація для реальних УЧПУ також є умовною, оскільки реалізація функцій ЧПУ може бути такою, що реальний варіант системи управління є синтезом окремих ознак систем різних класів. Особливо це стосується УЧПУ з ознаками класу DNC, які реалізуються як системи класів DNC-NC, DNC-SNC, DNC-CNCта ін до УЧПУ класу CNC, які реалізуються як системи VNC, CNC-HNCта ін.

СИСТЕМИ КЛАСІВ NCІ SNC

Верстати, оснащені УЧПУ класів NCі SNC, Нині ще є у практиці підприємств, але випуск систем цих класів вже припинено. Це найпростіші системи управління з обмеженою кількістю інформаційних каналів. У складі цих систем відсутня оперативна ЕОМ, і весь потік інформації зазвичай замикається лише на рівні 3-го рангу. Зовнішньою ознакою УЧПУ класів NCі SNCє спосіб зчитування та відпрацювання УП.

^ Системи класу NC.

У системах класу NCприйнято покадрове читання перфострічки протягом циклу обробки кожної заготовки. Системи класу NCпрацюють у наступному режимі. Після включення верстата та УЧПУ читаються перший та другий кадри програми. Як тільки закінчується їхнє читання, верстат починає виконувати команди першого кадру. У цей час інформація другого кадру програми знаходиться в пристрої УЧПУ, що запам'ятовує. Після виконання першого кадру верстат починає відпрацьовувати другий кадр, який для цього виводиться із пристрою. У процесі відпрацювання верстатом другого кадру система читає третій кадр програми, який вводиться в звільнений від інформації другого кадру пристрій, що запам'ятовує, і т.д.

Основним недоліком розглянутого режиму роботи є те, що для обробки кожної наступної заготівлі з партії системі ЧПУ доводиться знову читати всі кадри перфострічки, в процесі такого читання нерідко виникають збої через недостатньо надійну роботу пристроїв УЧПУ. В результаті, окремі деталі з партії можуть виявитися бракованими. Крім того, при такому режимі роботи перфострічка швидко зношується і забруднюється, що ще більше збільшує ймовірність збоїв читання. Зрештою, якщо у кадрі записані дії, які верстат виконує дуже швидко, то УЧПУ за цей час може не встигнути прочитати наступний кадр, що також веде до збоїв.

В даний час УЧПУ класу ^ NCне випускаються.
Системи класу SNC.

Ці системи зберігають усі властивості систем класу NC, але від них збільшеним обсягом пам'яті. Системи класу SNCдозволяють прочитати всі кадри програми і розмістити інформацію в пристрої великої ємності. Перфострічка читається лише один раз перед обробкою усієї партії однакових деталей і тому мало зношується. Всі заготовки обробляються по сигналах із пристрою, що різко зменшує ймовірність збоїв, а, отже, і брак деталей. В даний час УЧПУ класу SNCне випускаються. Проте схема цих систем є дуже показовою і визначає істота програмного управління. При роботі верстата, керованого системою NC або SNC, кодована програма вводиться на перфострічці. Крім того, окремі команди можуть бути введені з пульта керування УЧПУ або з панелі керування верстатом. Інформація з перфострічки через блоки введення та декодування надходить у пам'ять. Працюючи верстата в автоматичному режимі команди програми, оброблені інтерполятором, через блоки управління надходять до приводів. Швидкість приводів регулюється за даними системи зворотного зв'язку, а переміщення для приводів подач - за даними дорожніх датчиків переміщення ПД
СИСТЕМИ КЛАСІВ CNC, DNC, HNC

Розвиток обчислювальної техніки, зменшення габаритів її елементів, розширення функціональних можливостей дозволило створити УЧПУ на базі ЕОМ, встановивши потужну обчислювальну техніку прямо до верстата у виробничі цехи. Нові системі поєднали функції управління верстатом і вирішення багатьох завдань підготовки УП.

^ Системи класу CNC

Основу УЧПУ класу CNCскладають:


  • комп'ютер, запрограмований виконання функцій числового програмного управління,

  • блоки зв'язку з координатними приводами, блоки видачі технологічних команд необхідної логічної послідовності,

  • системні органи управління та індикації,

  • канали обміну даними із центральної ЕОМ верхнього рівня.

У системах класу CNCможливо в період експлуатації змінювати та коригувати як УП обробки деталі, так і програми функціонування самої системи з метою максимального обліку особливостей даного верстата. Кожна з функцій забезпечується своїм комплексом підпрограм. Підпрограми пов'язуються загальною координуючою програмою-диспетчером, що здійснює гнучку взаємодію всіх блоків системи.

Програмний комплекс системи управління можна побудувати за модульним принципом. Основні модулі такої системи:


  • програма управління завантаженням УП, включаючи підпрограми введення та розшифровки кадру;

  • програма управління верстатом, що включає підпрограму управління координатними переміщеннями та підпрограму виконання технологічних команд.

Програма управління координатними переміщеннями складається з блоків інтерполяції, завдання швидкості, управління швидким ходом, а ці блоки, у свою чергу, включають такі модулі:


  • програму підготовки даних;

  • організуючу програму-диспетчер;

  • драйвери – стандартні оператори для роботи із зовнішніми пристроями.

У запам'ятовуючий пристрій системи CNCУП може бути введена повністю не лише з дискети або каналу зовнішнього зв'язку, але й окремими кадрами - вручну з пульта УЧПУ. У кадрах програми можуть записуватися не тільки команди на завдання окремих рухів робочих органів, а й команди, що задають цілі групи рухів, які називаються постійними циклами, які зберігаються в пристрої СПУ. Ряд систем має бібліотеку типових програм, вбудовану САП тощо. Це призводить до різкого зменшення кількості кадрів УП, до скорочення термінів її підготовки та підвищення надійності роботи верстата.

Системи класу ^ CNCдозволяють досить просто виконувати в режимі діалогу доопрацювання та налагодження УП та їх редагування, використовуючи ручне введення інформації та виведення її на дисплей, а також отримати відредаговану та відпрацьовану програму на магнітному диску (дискеті) тощо. У процесі роботи допускаються різні види корекцій.

Переваги систем класу CNC:

низька вартість,

малі габарити,

висока надійність,

багато УЧПУ цього класу мають математичне забезпечення, за допомогою якого можна враховувати та автоматично коригувати постійні похибки верстата і цим впливати на сукупність причин, що визначають точність обробки,

використання систем контролю та діагностики підвищує надійність та працездатність верстатів з УЧПУ класу ^ CNC.

Деякі УЧПУ класу CNCмають спеціальні тест-програми для перевірки працездатності всіх структурних елементів системи. Ці тест-програми відпрацьовуються при кожному включенні пристрою, і у разі справності всіх елементів виникає сигнал готовності до роботи. У процесі роботи верстата та УЧПУ тест-програми частинами відпрацьовуються у так званому фоновому режимі, не заважаючи відпрацюванню основного УП. У разі появи несправності на табло світлової індикації виникає код, потім за допомогою коду по таблиці визначаються місце і причина несправності. Крім того, система визначає помилки, пов'язані з неправильною експлуатацією пристрою або з перевищенням параметрів теплового режиму, що дозволяє знайти напругу для живлення та інші параметри.

Невід'ємною частиною УЧПУ класу CNCє велика вбудована пам'ять, яка може бути використана як архів УП.

Дуже важливим засобом оптимізації зв'язку процесорного УЧПУ та верстата є введення на згадку параметрів або констант верстата. За допомогою цих констант можуть бути автоматично враховані обмеження на зону обробки, задані вимоги до динаміки конкретних приводів, сформовані фазові траєкторії розгонів та гальмування, враховані конкретні особливості коробок швидкостей, приводів подач, компенсовані систематичні похибки цих передач та ін.

Реальне уявлення УЧПУ класу CNC високого рівня передбачає наявність двох пультів - панель оператора та верстатний пульт, суміщення блоків ЧПУ з програмованим контролером, роздільного типу системи керування приводами подач та шпинделя. Система відрізняється простим програмуванням та користувальницьким комфортом, забезпечує всі види функцій сучасного УЧПУ, посилену систем корекції з компенсації люфту, помилок вимірювальної системи, помилок ходу гвинта, помилок УП, має набір стандартних циклів для програмування, універсальний інтерфейс тощо.

^ Системи класу DNC

Системами класу DNCможна управляти безпосередньо з приводів від центральної ЕОМ, минаючи зчитуючий пристрій верстата. Однак наявність ЕОМ не означає, що потреба в УЧПУ у верстатів повністю відпадає. В одному з найпоширеніших варіантів систем DNCкожен вид обладнання на ділянці зберігає свої УЧПУ класів NC, SNC, CNC. Нормальним для такої ділянки є режим роботи з управлінням від ЕОМ, але в умовах тимчасового виходу з ладу ЕОМ така ділянка зберігає працездатність, оскільки кожен вид обладнання може працювати за допомогою дискети, підготовленої наперед на випадок аварійної ситуації.

У функції DNCвходить управління та іншим обладнанням автоматизованої ділянки, наприклад автоматизованим складом, транспортною системою та промисловими роботами, а також вирішення деяких організаційно-економічних завдань планування та диспетчування роботи ділянки. Складовою частиною програмно-математичного забезпечення DNCможливо спеціалізована система автоматизації підготовки УП. Редагування УП в DNCможливо на зовнішньої ЕОМ, де ведеться автоматизована підготовка УП, на ЕОМ, керуючої групою верстатів, і ЕОМ, вбудованої в УЧПУ конкретного верстата. У всіх випадках підготовлені та відредаговані УП для обладнання ділянки зберігаються в пам'яті ЕОМ керуючої групою верстатів, звідки вони передаються на верстати каналами зв'язку.

^ Системи класу НNC

Оперативні УЧПУ класу HNCдозволяють ручне введення програм в електронну пам'ять ЕОМ УЧПУ безпосередньо з її пульта. Програма, що складається з досить великої кількості кадрів, легко набирається та виправляється за допомогою клавіш або перемикачів на пульті УЧПУ. Після налагодження вона фіксується до закінчення обробки партії однакових заготовок. Спочатку УЧПУ класу HNC, Маючи спрощену схему, у ряді випадків не мали можливості внесення корекцій, буферної пам'яттю та іншими елементами.

Сучасні УЧПУ класу ^ HNCпобудовані на базі найкращих УЧПУ класу CNCлише формально відрізняючись від останніх відсутністю пристроїв для введення УП з перфострічок. Але УЧПУ класу HNCмають вхідний пристрій підключення зовнішніх пристроїв. Найновіші моделі УЧПУ класу HNCмають підвищений обсяг пам'яті вбудованої мікроЕОМ. Подібні пристрої дозволяють вести програмування з пульта УЧПУ в режимі діалогу та при використанні великого архіву стандартних підпрограм, що зберігаються в пам'яті вбудованої мікроЕОМ. Ці підпрограми по команді з пульта викликаються на екран дисплея, на екрані висвічуються як схема обробки, і текст із переліком необхідних даних для введення в УЧПУ за вибраною підпрограмою.

УЧПУ класів CNC, DNC, HNC забезпечують також автоматичний вибір інструменту з наявного в магазині верстата, визначають режими обробки вибраним інструментом для деталей з різних матеріалів, знаходять оптимальну послідовність операцій і т.д. -або спеціальних попередніх робіт технологічного характеру Це, звичайно, накладає підвищені вимоги на професійну підготовленість оператора верстата з ЧПК. Ряд УЧПУ класу, що розглядається, дозволяють вести програмування паралельно з роботою верстата за раніше відпрацьованою і що зберігається в пам'яті УЧПУ програмі, що виключає простої верстатів.

УЧПУ класів CNC, DNC, HNCвідносяться до пристроїв із змінною структурою. Основні алгоритми роботи цих пристроїв задаються програмно і можуть змінюватися для різних умов, що дозволяє зменшити кількість модифікацій УЧПУ, прискорити їх освоєння, у тому числі УЧПУ з алгоритмами, що самопідналагоджуються. УЧПУ цих класів мають структуру ЕОМ і мають характерні ознаки обчислювальної машини. Для роботи УЧПУ має бути запрограмовано відповідним чином. Для цього подібні системи мають спеціальне програмно-математичне забезпечення, що є комплексом алгоритмів переробки інформації, що надходить у вигляді УП. Математичне забезпечення може вводитись у систему через пристрій введення, як і основна УП. Тоді система ЧПУ належить до класу вільно програмованих. В інших випадках математичне забезпечення закладається у постійну пам'ять системи на стадії її виготовлення. Однак у всіх випадках існують можливості для зміни, доповнення, збагачення цього математичного забезпечення, тому подібні УЧПУ мають велику гнучкість і здатність до функціонального нарощування.

Можливості сучасних УЧПУ класів CNC, DNC, HNCбезмежні та визначені лише можливостями використаних у них ЕОМ.

Системи класу VNC

УЧПУ класу VNC дозволяють вводити інформацію безпосередньо голосом. Прийнята інформація перетворюється на УП і потім у вигляді графіки та тексту відображається на дисплеї, чим забезпечується візуальний контроль введених даних, їх коригування та відпрацювання. Особливо активно мовленнєве введення інформації впроваджується у робототехніку; У системах управління роботами використовують два методи перетворення мовних сигналів у команди: "синтез за правилами" або "синтез за зразками".

У першому випадку мовленнєве введення реалізується тільки за наявності пульта оператора правил, що зберігаються в пам'яті. Тут важко отримати високу якість через обмежену ємність пам'яті та складність програм складання мовних повідомлень. Система містить пристрій для зберігання кодів тексту повідомлень, перетворювач тексту і синтезатор. Перетворювач тексту переводить звукові сигнали тексту фонетичні символи і здійснює синтаксичний аналіз. Отримані символи використовуються як кодові знаки для організації програми керування.

При методі «синтез за зразками» в основі синтезатора лежить лінійна модель мовлення на базі генераторів основного струму, лінійного фільтра та моделі вивчення. Це розширює обсяг команд мовного введення.

Проте УЧПУ класу VNCпоки що не набули поширення в промисловості, але, ймовірно, в найближчому майбутньому будуть представлені широко як найбільш досконалі конструкції, що забезпечують сервісні можливості найвищого рівня.

^ NEURO-FUZZY (HEЙPO-ФАЗЗІ) СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ

Початок робіт з комп'ютерними нейронними мережами належить до 40-х років, проте лише сучасні комп'ютерні технології відкрили шлях до їхнього комерційного використання. В даний час над створенням нейронних мереж різного призначення працює безліч фірм, але поки що деякі зуміли здійснити впровадження NEURO-FUZZYсистем управління у практику виробництва. На загальне переконання цим системам належить майбутнє.

Комп'ютерні нейронні мережі - це спеціальний тип комп'ютерів, що тією чи іншою мірою імітують розумові процеси мозку. У цих комп'ютерах даним організуються подібно до нейронів мозку в мережі з багаторівневими зв'язками. Ці системи досить легко вирішують як звичайні типові завдання, але головним чином несподівано що у процесі обробки не стандартні, не типові завдання, вирішення яких вимагає стандартної логіки, тобто. певного інтелекту. Нейронні мережі вирішують завдання, які звичайному швидкодіючий комп'ютер абсолютно не під силу.

^ Нейро-фаззі ЧПУ-генератори W(фірма SODICK Co.Ltd., Японія) - перша у світі промислова система управління зі штучним інтелектом на основі комп'ютерної нейронної мережі. Система використовується для управління електороерозійними координатно-прошивковими верстатами. У нейро-фаззи крім комп'ютерної нейронної мережі входить також система фазі-управління або управління нечіткими множинами з використанням експертної фази-логіки.

Система забезпечує повністю автоматизоване керування електроерозійною обробкою, забезпечуючи оптимальні її умови та режими. Програмування обробки ведеться в діалозі оператор - УЧПУ, у якому оператор лише відповідає графічно ілюстровані та інтуїтивно зрозумілі питання машини (рис. 1.2).

Для завдання вихідних даних не потрібно таблиць режимів та інструкцій, оператор вводить мінімум даних, і система сама автоматично розраховує режими та умови роботи верстата. При цьому від позиціонування до кінця обробки не потрібні коди ЧПУ, а також особливий досвід роботи на даному обладнанні.

Рис. 1.2. Блок-схема Нейро-фаззі ЧПУ-генератора W
Фаззи-контроль режимів та ходу обробки з миттєвою реакцією на будь-які відхилення оптимізує процес до максимуму продуктивності та ефективності. Система нейронавчання автоматично коригує результати і досягає необхідної якості та продуктивності. Досвід самонавчання застосовується системою у подальших обробках, оскільки система запам'ятовує те, що вона робить. Система не вимагає тривалого часу для освоєння, на верстатах з такими системами навіть недосвідчений оператор працює швидше та ефективніше, ніж кваліфікований на верстаті зі звичайними системами ЧПУ.

ЗАДАЧІ УПРАВЛІННЯ

Програмовані контролери

Контролер – це спеціалізований апарат, дооснащений терміналом як персонального комп'ютера. Зростання потужності та рівня сервісу персонального комп'ютера дозволяє об'єднати термінал, програматор та власне контролер у рамках єдиної комп'ютерної системи з додатковим модулем введення-виводу сигналів електроавтоматики.

Існує прообраз, який називають системою ^ РСС (Personal Computer Controller- Персональний програмований контролер). Розвиток РССйде у наступних напрямках:


  • використання однокомп'ютерного варіанта із системою Windows;

  • збільшення числа функцій інтерфейсу оператора за рахунок багаторежимного керування та застосування вбудованих інструментальних систем програмування;

  • підтримка у реальному часі динамічних графічних моделей керованого об'єкта;

  • застосування візуального програмування електроавтоматики (наприклад, за типом графічної мови HighGraphфірми Siemens).

Основне завдання контролера полягає в одночасному виконанні декількох команд та паралельній обробці зовнішніх сигналів. Кожен процес контролера, який потребує виділення окремого потоку, виконується в рамках основного процесу. Процесорний час, що виділяється операційною системою основним процесором, має бути розділено між потоками. Процесорний час виділяється потоками окремими квантами. У кожному кванті може реалізовуватись лише один потік. Всі потоки поділені на групи за пріоритетами – чим менше час реакції на зовнішню дію, тим вищий пріоритет потік

Рекомендуємо також

Loading...Loading...