МОДУЛЬ 1.СТРУКТУРА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ.

1.1. Комплекс «Станок с чпу».

В общем виде структуру комплекса «станок с ЧПУ» можно представить в виде трех блоков, каждый из которых выполняет свою задачу: управляющая программа (УП), устройство ЧПУ (УЧПУ) и собственно станок (рис. 1.1.1).

Рис. 1.1.1.Функциональная схема управления станком с ЧПУ

Управляющая программа содержит укрупненное кодированное описание всех стадий геометрического и технологиче­ского образования изделия. Главное (с информационной точки зрения) в этом описании то, что оно не допускает дву­смысленных трактований.

В УЧПУ управляющая информация в соответствии с УП транслируется, а за­тем используется в вычислительном цик­ле, результатом которого является фор­мирование оперативных команд в реаль­ном масштабе машинного времени станка.

Станок является основным потребите­лем управляющей информации, исполни­тельной частью, объектом управления, а в конструктивном отношении — несущей конструкцией, на которой смонтированы механизмы с автоматическим управле­нием, приспособленные к приему оперативных команд от УЧПУ. К числу подоб­ных механизмов относятся, прежде всего те, которые непосредственно участвуют в геометрическом формообразовании

-2-

из­делия. Это механизмы координатных по­дач, направления которых различны.

В зависимости от числа координат дви­жения, реализуемых механизмами подачи, складывается та или иная система коор­динат обработки: плоская, пространст­венная трехмерная, пространственная многомерная. Из всех механизмов, меха­низмы подачи требуют в процессе управ­ления наибольшего объема переработки информации и вычисления, поэтому от числа управляемых координат, от слож­ности геометрической координатной за­дачи формообразования во многом зави­сит сложность УЧПУ в целом и исполь­зуемая методика программирования.

Функциональность реальной системы ЧПУ (СЧПУ) определяется степенью реализации целого ряда функций при управлении оборудованием. Крат­кая характеристика этих функций:

Ввод и хранение системного программ­ного обеспечения (СПО). К СПО отно­сят совокупность программ, отражающих алгоритмы функционирования конкрет­ного объекта. В системах, обеспечивающих управление широким классом объектов (в так называемых многоцелевых СЧПУ), при настройке СЧПУ для решения определенного круга задач СПО вводится изготовителем в энергонезависимую память УЧПУ и как правило дается его копия в машинных кодах на случай замены плат при ремонте в памяти которых оно записано. СПО соответствует конкретно к заказываемой системе ЧПУ или универсальным для группы УЧПУ.

В УЧПУ СПО вводится с дискеты, диска или флэш-памяти через канал USB или по каналу связи с ЭВМ верхнего уровня.

Необходимо различать СПО, программы логики, так называемые программы PLC, и управ­ляющие программы (УП): СПО остается не­изменным для данного объекта управле­ния, программы логики разрабатываются программистами при первом вводе станка в эксплуатацию, а УП разрабатываются и изменяются инженерами-программистами или операторами станков с ЧПУ при изготовлении разных деталей на одном и том же объек­те. В многоцелевых СЧПУ память для хранения СПО должна быть энергонеза­висимой, т. е. сохранять информацию при пропадании напряжения питающей сети.

Ввод и хранение УП. Управляющая программа может вводиться в СЧПУ с перфоленты в старых моделях станков, с дискеты, флэш-памяти через USB порт, вручную с пульта управления или по каналам связи с ЭВМ высшего уровня. Память для хранения УП в современных УЧПУ - энергонезависимая.

В современных системах введенная УП после от­ладки и редактирования с использовани­ем УЧПУ может быть выведена на какие-либо внешние устройства: дискету, флэш-память, автоматическое печатающее устройство, в память ЭВМ верхнего уровня. Интерпретация кадра. Управляющая программа состоит из составных час­тей — кадров. Отработка очередного кадра требует проведения

-3-

ряда предвари­тельных процедур, называемых интерпре­тацией кадра. Иначе говоря, система управления должна быть готова к немед­ленной (без перерывов на чтение и рас­познавание кадров) выдаче команд управления в соответствии с командами последующего кадра после исполнения команд, заложенных в кадре текущем.

Интерполяция. СЧПУ должна обеспе­чить с требуемой точностью автомати­ческое получение (расчет) координат промежуточных точек траектории движе­ния элементов управляемого объекта по координатам крайних точек и заданной функции интерполяции.

Управление приводами подач. В общем случае задача сводится к организации цифровых позиционных следящих систем для каждой координаты. Оно может быть аналоговым(+/- 10в), частотно-импульсным и цифровым. На вход следящей системы поступают коды, соответствующие результатам ин­терполяции. Оп­ределение действительного положения перемещающегося объекта и сообщение о нем в систему управления осуществля­ются датчиками обратной связи (ДОС). Кроме управления в режиме движения по заданной траектории необходима организация и некоторых вспомогательных режимов: установка системы при­водов в абсолютный нуль станка, контроль выхода за допустимые значения координат, автоматический выход приводов режим торможения по определенным законам и др.

Управление приводом главного дви­жения. Управление предусматривает включение и отключение главного привода, стабилизацию скорости, а в некоторых станках управление угловой ориентацией шпинделя, например, в станках с автоматической сменой инструмента.

Логическое управление(.PLC) Это управле­ние технологическими узлами дискретного действия, выходные сигналы которых производят операции типа «включить», отключить», например, охлаждение, а входные фиксируют состояния «включено», «отключено», все вспомогательные движения узлов и механизмов.

Коррекция на размеры инструмента. Коррекция УП на длину инструмента сводится к параллельному переносу координат. т. е. смещению. Учет фактиче­ского радиуса инструмента сводится к формированию траектории, запрограммированной эквидистантой.

Реализация циклов. Выделение повторяющихся (стандартных) участков программы, называемых циклами, является эффективным методом сокращения УП. Так называемые фиксированные циклы характерны для определенных технологи­ческих операций (сверления, зенкерования, растачивания, нарезания резьбы и т. п.) и встречаются при изготовлении многих изделий.

При разработке УП фиксированные циклы указываются в программе, а их отработка ведется в соответствии с определенной подпрограммой, заложен­ной в память СЧПУ системой про­граммного обеспечения или конструктив­ной схемой.

-4-

Программные технологические циклы соответствуют повторяющимся участкам данной обрабатываемой детали. Эти циклы в современных СЧПУ являются частью СПО и занесены в энергонезависимую память СЧПУ.

Смена инструмента. Эта функция ха­рактерна для многоинструментальных и многоцелевых станков. Задача смены инструмента в общем случае имеет две фазы: поиск гнезда магазина с требуе­мым инструментом, угловая ориентация шпинделя и замену отработав­шего инструмента на новый. Эта функция реализуется путем программирования РLC интерфейса (логики) при первом вводе станка в эксплуатацию инженерами программистами.

Коррекция погрешностей механиче­ских и измерительных устройств. Любой конкретный агрегат механообработки (т. е. объект управления) можно аттесто­вать с помощью измерительных средств достаточно высокого класса точности. Результаты такой аттестации в виде таблиц погрешностей (внутришаговая ошибка, накопленная ошибка, люфты, температурные погрешности) заносятся в память СЧПУ. При работе системы текущие показания датчиков агрегатов корректируются данными из таблиц по­грешностей. Эта функция в современных СЧПУ являются частью СПО и занесена в энергонезависимую память СЧПУ. Может выполняется специалистами при вводе в эксплуатацию при необходимости.

Адаптивное управление механообра­боткой. Для осуществления такого управ­ления необходимая информация, получается, от специально установленных датчи­ков, с помощью которых измеряют момент сопротивления резанию или составляю­щие сил резания, мощность привода главного движения, вибрацию, темпера­туру, износ инструмента и др. Чаще всего адаптация осуществляется изменением контурной скорости или скорости привода главного движения. Как правило, эти функции СЧПУ имеются при специальном заказе.

Накопление статистической информа­ции. К статистической информации относятся, фиксация текущего времени и времени работы системы и ее отдельных узлов, определение коэффициента загруз­ки оборудования, учет изготовленной продукции, фиксация ее отдельных пара­метров и т. д.

Дополнительные функции. К дополни­тельным функциям можно отнести сле­дующие: обмен информацией с ЭВМ верхнего уровня, согласованное управле­ние оборудованием технологического мо­дуля, управление элементами автома­тической транспортно-складской систе­мы, управление внешними устройствами, связь с оператором, техническую диаг­ностику технологического оборудования и самой системы ЧПУ, оптимизацию от­дельных режимов и циклов технологи­ческого процесса и др.

-5-