9. Общие сведения. Числовая система программного управления (чпу).

Автоматизация технологического процесса механической обработки имеет место в условиях крупносерийного и массового производства, где применяются станки-автоматы, заменившие универсальные и специализированные станки. Автоматы управляются при помощи механических устройств, которые в условиях мелкосерийного и единичного производства нерентабельны ввиду их сложной переналадки. Возникла необходимость в средствах автоматизации, которые позволяли бы производить частую переналадку станков при обработке деталей малых партий или отдельных деталей. Эта задача решается применением станков с электронными систе­мами управления, которые называют станками с программным управле­нием.

Основным преимуществом таких станков является возможность их переналадки при переходе на обработку новой детали в весьма короткое время, при централизованной подготовке технологических программ. Про­грамма позволяет проектировать системы дистанционного управления станками и создавать при этом легкопереналаживаемые автоматические линии и участки комплексной обработки деталей. Если программа автома­тического действия станка не имеет непосредственной связи с его структу­рой, кинематикой и конструкцией, или выражена в абстрактной форме при помощи кода (под которым понимается система символов, обусловливаю­щая определенные действия, выраженные в виде цифр, букв, их комбина­ций и т. д.), то такая система является принципиально отличной от приме­няемой на станках-автоматах и обладает большими потенциальными возможностями и эксплуатационными удобствами.

В качестве программоносителей служат перфокарты, перфоленты, магнит­ные ленты, а также штырьковые барабаны или панели, магазины переключа­телей и др. В обобщенном виде система программного управления представлена блок-схемой на рис. 34ниже. Она имеет следующие элементы.

Рис. 34. Блок-схема ПУ

1. ВП —ввод программы. Назначение элемента - считывать с программоносителя закодированные управляющие сигналы в виде электрических, магнитных, световых или других физических воздействий. Он включает в себя считывающее и транс­портирующее программоно­ситель устройства, которые в зависимости от принятого метода записи программы различают по способу считывания: контакт­ные и бесконтактные, непрерывные и периодического действия, последо­вательные и параллельные.

2. БУ—блок управления. Его назначение — преобразовывать соответст­вующие физические воздействия в электрические командные импульсы или потенциалы. Он также выполняет функции сопоставления задания с инфор­мацией датчика перемещений, расшифровывает введенную информацию и др. ЭлементБУявляется обобщающим понятием различных устройств программного управления: дешифратора, интерполятора, счетчика и др. в зависимости от принятой схемы реализации командных воздействий. Эти устройства предназначены для переработки управляющей информа­ции и выполнения отдельных функций автоматического управления на ос­нове использования электронных приборов.

3. У— усилитель. В случае необходимости он поднимает полученный электрический потенциал до необходимого уровня, обеспечивающего на­дежное управляющее воздействие.

4. ИО -исполнительный орган. Реализует командные импульсы путем подключения рабочего органа станка к источнику движения или выполне­ния других функций автоматического управления. ЭлементИОобобщает различные сервомеханизмы, которыми обычно в станках являются контак­торы, электромагниты, электромагнитные муфты, шаговые двигатели, зо­лотники и т. д.

5. РО —рабочий орган. Фактически реализует командные воздействия, являясь целевым управляемым органом станка.

6. ДП —датчик перемещений (рис.35). Его назначение —регистрировать факти­ческое перемещение рабочего органа станка. НаличиеДПопределяет зам­кнутую систему программного управления, в отличие от более простой, открытой системы программного управления, у которой отсутствует этот элемент. Он обобщает различные системы путевого контроля, приме­няемые в замкнутых системах ЧПУ

в

Рис.35. Схема индуктивного датчика

качестве устройств обратной связи.

В эти системы входят датчики, измеряющие величины фактического пере­мещения рабочего органа или положения управляемого объекта, и при­боры формирования необходимого выходного сигнала.

Абсолютные датчики отражают непрерывное или дискретное изменение физического параметра контролируемого перемещения. Эти датчики могут быть со шкалой или без нее. Примером абсолютного датчика является ре­охорд, движок которого связан с рабочим органом.

Циклические датчики отражают повторяющееся периодическое измене­ние физического параметра в пределах ограниченного участка пути. При­мером может служить индуктивный датчик, схема которого приведена на рис.35. В показанном симметричном положении сердечника 2 относи­тельно выступа линейки 1тока в диагонали мостовой схемы (2—3) нет, и стрелка прибора4будет стоять на нуле. При смещении сердечника в диагонали возникает ток, пропорциональ­ный расстоянию между линиями симмет­рии; стрелка прибора4покажет его зна­чение.

Различают следующие виды програм­много управления:

ПУ— программное управление — управление станком по детерминиро­ванной программе;

ЦПУ— цикловое программное управление — управление циклами перемеще­ний или режимами об работки по программе с заданием величин па­раметров на путевых переключателях или других измерительных преобра­зователях;

НС(ЧПУ)— числовое программное управление (Numerical control) - управле­ние обработкой на станке по программе, заданной в буквенно-цифровом коде;

HNC— разновидность устройства ЧПУ (Hand NC) с ручным заданием программы с пульта устройства (на клавишах, переключателях и т. п.);

SNC— разновидность устройства ЧПУ (Speicher NC, Memory NQ), имеющая память для хранения всей управляющей программы;

CNC— автономное управление станком с ЧПУ (Computer numerical co­ntrol), содержащее ЭВМ или процессор;

DNC— управление группой станков от общей ЭВМ (Direct numerical control), осуществляющей хранение программ и распределение их по за­просам от устройств управления станков (у станков могут быть устано­влены устройства типовNC, SNC, CNC).

Все многообразие структур устройств ЧПУ можно подразделить на две большие группы. К первой группе относятся устройства с постоянной структурой, в которых осуществляется ввод кодированной программы на перфоленте или декодированной программы на магнитной ленте («Контур-2ПТ», Н22, «Контур-ЗП», «Размер-2М» и др.). Нашли также примене­ние простые позиционные устройства ЧПУ с заданием программы, разме­щенные непосредственно у станка на штеккерных панелях. Созданы устройства с ручным вводом программы в электронную память с клавиа­туры пульта (класса HNC).

Ко второй группе относятся устройства с переменной структурой. Их основные алгоритмы работы задаются программно и могут изменяться для различных применений. Эти устройства строятся на основе микроЭВМ либо микропроцессоров (класса CNC). В устройствах классовCNCи SNCможно формировать нестандартные циклы обработки, что существенно упрощает подготовку и редактирование программы.

По виду движений исполнительных механизмов станка устройства ЧПУ подразделяются на позиционные, контурные (прямоугольные и кри­волинейные), комбинированные.

Позиционные устройства ЧПУ применяют для станков сверлильно-расточной группы. При позиционировании рабочий орган станка (например, координатный стол с деталью) перемещается в новую точку обработки.

В позиционных устройствах применяются абсолютные и неабсолютные датчики положения. В первом случае программа задается в абсолютных координатах, а работа заключается в сравнении показаний датчиков с координатами, задаваемыми программой. При этом применяется число­вая индикация действительного положения рабочих органов. Такие устрой­ства, работающие со ступенчатым или регулируемым приводом, назы­ваются устройствами сравнения; к ним относятся «Координата 0-68», «Координата Р-69», «Размер 2М». Во втором случае программа задается в абсолютных координатах (здесь возможна числовая индикация положе­ния инструмента) или в приращениях.

Контурные прямоугольные устройства предназначены для обработки деталей с прямоугольными контурами (например, ступенчатых валов) на станках токарной и фрезерной групп. Траектория движения инструмента, задаваемая такими устройствами, состоит только из отрезков прямых, па­раллельных осям координат. Рабочие подачи осуществляются по всем координатам. При этом одновременно работает всегда одна координата при общем числе управляемых координат до пяти. Контурные криволинейные устройства применяют в станках многих групп. Они обеспечивают формообразование при обработке за счет одно­временного согласованного движения по нескольким управляемым коор­динатам (более трех). Программа движения привода подач по отдельным координатам при контурной и объемной обработке рассчитывается исходя из заданной формы обрабатываемой детали и результирующей скорости движения, определяемой режимом резания.

Комбинированные устройства ЧПУ, отвечающие всем требованиям позици­онных и контурных устройств, применяют в основном для управления многоцелевыми станками.

Цикловые устройства содержат в цифровом виде только информацию о цикле и режимах обработки, а величина перемещения рабочих органов задается настройкой упоров, воздействующих на путевые переключатели.

В обозначении моделей станков с программным управлением в конце шифра ставится буква Фи после нее цифра. Например, 243ВФ4. Имеют­ся следующие разновидности систем управления для станков: 1) с числовым позиционным про­граммным управлением (индексФ2); 2) с непрерывным программным управлением (индексФЗ); 3) обрабатывающие центры с числовым позицион­ным программным управлением (индексФ4); 4) обрабатывающие центры с числовым непрерывным программным управлением (индексФ5). Указанные разновидности станков с ПУ могут оснащаться устройствами цифровой индикации, а также цифровой индикацией с предварительным набором координат (ин­дексФ1).

Разрабатываются самонастраивающиеся (адаптивные) системы программно­го управления. В открытой системе имеется только один поток информации - от элемента «ввод программы» к рабочему органу; в зам­кнутой системе, кроме того, имеется дополнительная корректирующая ин­формация по линии обратной связи о фактическом перемещении рабочего органа. В идеальном случае желательно также иметь информацию о фак­торах случайного характера, связанных с конкретным состоянием режуще­го инструмента, отклонениях физических свойств заготовки от заданных, температурных колебаний в процессе резания, а также о различных силовых и других воздействиях на систему СПИД. Система программного управления, в которой, помимо основного, имеется ряд дополнительных потоков информации, позволяющих корректировать процесс обработки с учетом маловероятных воздействий, называется самонастраивающейся.

Точность обработки на станках с программным управлением зависит от назначения и конструкции станка, а также от вида встроенной системы. Обычно регламентируется цена командного импульса или, в общем слу­чае, дискретность программирования. Для токарных станков она находит­ся в пределах 5—50 мкм (нижнее значение относится к поперечной подаче); для сверлильно-расточных станков по соблюдению координатных расстоя­ний — в пределах 2—8 мкм (нижнее значение относится к координатно-расточным станкам) и по соблюдению глубины ступенчатой обработ­ки—200—250 мкм; для фрезерных станков по любой координате—в пределах 20-25 мкм.

Обозначение осей координат станков

Обозначение осей координат и направлений движений рабочих органов станка регламентированы ГОСТ 23597-79. За основу принято перемещение инструмента относительно системы координат неподвижной заготовки, представляющую собой правую прямоугольную систему (X, Y, Z), оси которой параллельны прямолинейным направляющим станка, и три вращательных движения вокруг этих осей (соответственноА, В, С). Ось Zвсегда совмещена с осью вращения шпинделя с заготовкой (на токарных станках) или с инструментом (в сверлильных или фрезерных станках), осьХ– всегда горизонтальна. Положительное направление перемещений по осямX, Y, Z, А, В, С определяется по правилу правой руки (см.рис.36). Положительное направление движения рабочего органа станка соответствует отводу инструмента от заготовки, а положительное направление вращения – вращение по часовой стрелке, если смотреть вдоль положительного направления осейX, Y, Z.

Направления движений рабочих органов станка, несущих инструмент, обозначаются без штриха (X, Y, Z), заготовку – со штрихом (X ^, Y ^, Z ^ )(см.рис.36).

Если на станке имеются перемещения дополнительно к основным осям X, Y,Z,то вторичные перемещения обозначаются буквамиU, V, W,вторичные вращения –D,E. Третичные перемещения - буквамиP, Q, R.

Рис.36. Система координат станков с ЧПУ.

а) – правая прямоугольная система координат;б) – правило правой руки для определения положительных направлений осей координат