Системы числового программного управления (чпу) современными станками

Современные станки оснащаются сложными системами управления, позволяющими выполнять обработку самых сложных деталей по программам. Эти программы называются управляющими, сокращенно – УП.

Определение: Система ЧПУ – комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих аппаратных и программных средств, обеспечивающих управление станком с ЧПУ в соответствии с заданной программой обработки детали.

Структура системы чпу

Структурная схема системы ЧПУ показана на рисунке 28.

Рисунок 28 – Структура системы управления станком с ЧПУ

Устройство ЧПУ представляет собой специализированный компьютер. Как и обычный компьютер, он имеет процессор, оперативную и постоянную память, материнскую плату, монитор, клавиатуру. Но задача, решаемая им, приводит к необходимости в дополнительных специализированных устройствах, с помощью которых выполняется управление станком. Этими устройствами являются контроллеры.

В соответствии с командами управляющих программ по обработке детали устройство ЧПУ формирует последовательность команд на исполнительные механизмы станка. Такими механизмами являются приводы. Привод главного движения обеспечивает вращение шпинделя. Координатные приводы подач управляют перемещением всех рабочих органов станка. Именно управление этими приводами обеспечивает перемещение режущего инстурмента относительно заготовки и формирование детали.

В процессе перемещения рабочих органов выполняется измерение их текущего положения с помощью фотоэлектрических импульсных датчиков.

Кроме приводов подач и главного движения на станке с ЧПУ имеется множество вспомогательных механизмов. Такие механизмы управляют подачей СОЖ, уборкой стружки, закреплением инструмента и заготовки, сменой инструмента и заготовки, подводом задней бабки токарного станка.

Вспомогательные механизмы управляются с помощью электродвигателей и электромагнитов. Контроль за работой этих механизмов выполняют концевые выключатели. Например, когда автооператор движется к магазину инструментов, чтобы захватить указанный в управляющей программе инструмент, он достигает определенной позиции, в которой установлен концевой выключатель. Выключатель срабатывает, и по этому сигналу движение прекращается.

Помимо этого станок с ЧПУ должен контролировать весь процесс обработки с помощью аварийных датчиков. Например, аварийной ситуацией является открытие заграждения станка в процессе работы. При закрытии заграждения (его оператор станка закрывает вручную после наладки и подготовки станка к работе) срабатывает датчик закрытия заграждения. Если кто-то в процессе работы станка откроет заграждение, датчик это тут же покажет и станок остановится.

Международная классификация систем чпу

1. Система nc (Numerical Control - числовое управление)

Появилась в конце 40-х годов. Сначала управляющая программа заносилась на фотопленку или магнитную ленту. Затем универсальным носителем программы стала перфолента. Все перемещения режущего инструмента относительно заготовки записывались в виде кадров управляющей программы. Каждому кадру соответствовало элементарное перемещение по отрезку прямой. Дуги приходилось разбивать на последовательность отрезков. В процессе работы устройство ЧПУ последовательно, кадр за кадром, выполняло чтение перфоленты, формируя при этом необходимые команды на приводы подач. Само устройство ЧПУ представляло собой аппаратное вычислительное устройство – интерполятор. Это слово происходит от математического термина «интерполяция». В математике интерполяция это определение промежуточных значений некоторой функции по ее отдельным дискретным значениям. В ЧПУ интерполятор, по сути, определял промежуточные точки траектории перемещения инструмента по начальной точке (в ней инструмент находится в начале кадра) и конечной, координаты которой заданы в кадре. В процессе отработки кадра интерполятор выдавал в нужном темпе импульсы в шаговые двигатели приводов подачи, в результате чего инструмент перемещался с заданной подачей. Процесс расчета промежуточных точек траектории и выдачи импульсов в приводы подачи назывался интерполяцией.

В интерполяторе не было ни процессора, ни памяти. Все вычисления выполнялись с помощью счетчиков. Т.е. в счетчик заносилось число дискрет перемещения, на которое должен сместиться инструмент по оси X (Y) в данном кадре управляющей программы. В процессе перемещения шли импульсы с фотоэлектрического импульсного датчика. Каждый импульс уменьшал содержимое счетчика на 1. Когда счетчик обнулялся, перемещение, заданное в кадре, заканчивалось. Одновременно интерполятор мог обработать 1 кадр. Поэтому в процессе обработки происходило последовательное чтение перфоленты с первого до последнего кадра. Для следующей детали партии процесс чтения перфоленты повторялся.

Недостатки систем NC.

1. Самым ненадежным устройством первых систем было устройство чтения перфоленты. Поскольку перфолента состояла из множества кадров, часто возникали сбои, приводящие к браку.

2. По сравнению с современными системами, точность обработки была гораздо ниже. Система не могла учитывать погрешности станка.

3. Системы характеризовались непроизводительным процессом отладки программы. Для того, чтобы исправить ошибку программы, приходилось заново перебивать всю перфоленту.

На смену системам NC пришли системы SNC.