4.3. Задачи счпу

Рис.7

1. Ввод управляющей программы.

В системах NC реализуется покадровый ввод УП, когда во время отработки i-го кадра с перфоленты читается i + 1 кадр. Этот режим экономит память, но усложняет алгоритмы ввода, требуется минимальное время реализации. Для CNC систем более характерен ввод УП в память, тогда время ввода не является критическим, например для задач интерполяции.

2. Покадровая распаковка.

Решается ряд задач:

• распределение информации кадра по адресам памяти, которые соответствуют первой букве слова;

• выполняется анализ подготовительных функций по адресу G и настройка СЧПУ на определенные алгоритмы;

• анализ вспомогательной функции М и формирование кодов для управления электроавтоматикой;

• учет корректирующих изменений;

• расчет исходных данных для интерполяции.

3. Блок стандартных циклов.

По стандарту ISO имеется около 10 стандартных технологических циклов для выполнения простых, но часто используемых переходов – изготовление отверстий, резьб, элементов в отверстиях (G80 - 89).

4. Коррекция УП.

Коррекция обычно выполняется с пульта оператора. Коррекция скорости должна выполняться плавно, без скачков, с определенной величиной ускорения.

При коррекции радиуса инструмента необходимо предусматривать вход на эквидистантную кривую (G41, G42) и выход с нее (G40). Эти участки должны назначаться вне зоны обработки.

5. Интерполяция.

Одной из основных задач ЧПУ является обеспечение движения инструмента относительно детали по заданной траектории. Для большинства систем траектория аппроксимируется отрезками прямых и дуг окружностей. Каждый участок траектории определен координатами начальной и конечной точек, и видом заданной линии траектории.

Для линейной интерполяции (прямолинейный участок) в кадре указывается вид интерполяции (G01) и координата конечной точки. Значение начальной точки известно из предыдущего кадра.

Для круговой интерполяции (участок – дуга окружности) определяется вид интерполяции и направление движения (G02 – круговая по часовой стрелке, G03 - круговая против часовой стрелки), а также координаты центра дуги и конечной точки.

Расчет промежуточных значений координат точек на траектории по известным крайним точкам и характеру траектории называется интерполяцией.

Используются два подхода для расчета промежуточных значений. В первом случае перемещения по траектории выполняются при постоянном значении единичного перемещения (дискрета), а характер траектории определяется переменной частотой подачи единичных импульсов по разным координатам.

Во втором варианте постоянным является квант времени, а величина перемещения переменна и зависит от рассогласования между фактическим и необходимым положением.

Алгоритмы первой группы сейчас применяют редко для приводов с шаговыми двигателями, которые почти не используют в современных станках. Однако данный метод весьма прост в реализации и эффективно иллюстрирует операцию интерполяции.

Рассмотрим далее метод оценочной функции (рис.8.) для линейной интерполяции по алгоритму первой группы.

Оценочная функция F выбирается так, чтобы в верхней полуплоскости F>0, в нижней – F<0. Из уравнений прямой:

Рис. 8.

Используем рекуррентные выражения для вычисления очередного значения F через ее предыдущую величину.

Если выполняется шаг по координате , то:

Аналогично по координате :

Преобразование основано на том, что значения _i, _i даны количеством дискрет, поэтому дискрет.

Из рис. 8. и полученных выражений ясно, если F>0, то требуется перемещение по , если F<0, то перемещение по .

Интерполяция по оценочной функции не требует больших вычислений, используются быстрые операции сложения и вычитания.

В современных системах чаще используются алгоритмы второй группы с постоянной частотой отработки дискретных перемещений разной величины, которые определяются методом цифрового интегрирования значения скорости и пути на каждом шаге интерполяции.

6. Управление приводами.

В станках с ЧПУ широко используются двигатели постоянного тока, как для приводов главного движения, так и в приводах подач. Основным их достоинством является возможность глубокого регулирования скорости (от 1 до 10000) путем изменения напряжения на якоре.

На рис.9. представлена обобщенная структурная схема следящего электропривода.

Рис.9

Формирователь сигналов управления (ФСУ) на входе имеет главную переменную  ‑ величину рассогласования между заданием  и действительным положением рабочего органа (РО) ‑ . Устройство управления приводом включает в себя вычитатель для обратной связи по скорости, усилитель и вырабатывает сигналы для управления преобразователем.

Преобразователь, используя напряжение сети, формирует напряжение питания двигателем Д. Выполняется преобразователь на базе управляемых силовых тиристоров или транзисторов.

Современные двигатели подач это высокомоментные двигатели постоянного тока, обычно с встроенным тахогенератором и датчиком положения (ДП). Для высокоточных станков датчики положения желательно располагать непосредственно на рабочем органе, чтобы исключить погрешности передачи от двигателя к РО.

От качества датчика положения (ДП) (точность, надежность, компактность) существенно зависят характеристики следящих приводов. В качестве ДП в системах ЧПУ используют различные преобразователи:

• вращающиеся трансформаторы;

• индуктосины;

• фотоэлектрические растровые преобразователи.

Различны и выходные сигналы – растровые преобразователи позволяют определить положение РО числом дискрет, трансформаторы и индуктосины определяют положение или амплитудой сигнала (используется редко), или фазовым сдвигом между напряжением питания и выхода.

На рис.10. показана схема размещения обмоток индуктосина. Они наносятся фотохимическим способом с шагом 2 мм, запитывается напряжением 10 Кгц (V₁;V₂).

Рис.10.

Для датчиков с фазовым сдвигом

;

,

где k – коэффициент трансформации, p =1 – для линейного индуктосина.

7. Электроавтоматика станка.

Исполнительные устройства станка разнообразны:

• гидро- и пневмодвигатели, работающие по упорам;

• нерегулируемые двигатели;

• переключатели скоростей;

• устройства поиска и смены инструмента;

• индикаторные лампы;

• устройства аварийного отключения.

Для реализации логического управления используются дискретные датчики: кнопки, тумблеры, конечные выключатели, датчики наличия смазки, давления воздуха.

Реализация управляющих сигналов электроавтоматики чаще всего обеспечивается с помощью релейно-контактных схем.

8.Ввод и хранение системного программного обеспечения (ПО).

Для ЧПУ CNC однократно или после аварий, ремонтов вводится системное ПО. Для хранения ПО используется или энергонезависимая память, или обеспечивается подпитка полупроводниковой памяти с помощью аккумулятора.

9. Управление дополнительными устройствами (роботы, накопители, контрольно - измерительные датчики).

10. Адаптивное управление. Возможно для CNC систем, но используется редко.

11. Диагностика. Позволяет определить характер и место отказа или сбоя.

12. Связь оператора с СЧПУ. Реализуется с помощью пульта управления, и устройства отображения информации о текущем состоянии процесса.