Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы числового программного управления и программирование обработки. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. В.Ф. УТКИНА
Н.В. ГРИБОВ, О.В. МИЛОВЗОРОВ
СИСТЕМЫ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
И ПРОГРАММИРОВАНИЕ ОБРАБОТКИ
Учебное пособие
Рязань 2022
УДК 621.3
Системы числового программного управления и программирование
обработки: учеб. Пособие / Н.В. Грибов, О.В. Миловзоров: Рязан. гос.
радиотехн. ун-т. Рязань, 2022. 48 с.
Содержит информацию для проведения лекционных и практических
занятий, а также лабораторных работ. Рассмотрены системы числового
программного управления, их производители, структура и программирование
обработки.
Предназначено для студентов направлений подготовки 15.03.04,
изучающих дисциплину «Программное управление станками», специальности
15.05.01 «Проектирование технологических комплексов в машиностроении»,
изучающих дисциплины «Технология обработки и программирования на
станках с ЧПУ», «Металлорежущие станки и станочные комплексы».
Ил. 22. Библиогр.: 4 назв.
Системы числового программного управления, наладка промышленного
оборудования, одновременно управляемые координаты, формат кадра,
коррекция на радиус инструмента, адреса и команды, подготовительная
функция, вспомогательная функция, привод главного движения, вентильные
двигатели, асинхронные двигатели с частотным регулированием
Печатается по решению редакционно-издательского совета Рязанского
государственного радиотехнического университета.
2
© Рязанский государственный
радиотехнический университет
им. В.Ф. Уткина, 2022
1. Системы числового программного управления
В настоящее время большинство оборудования производится с системами
числового программного управления. Следует понимать, что производители
металлорежущих станков и производители систем ЧПУ – это разные компании,
специализирующиеся на продукции своего профиля. Изготовители систем ЧПУ
не производят металлорежущего оборудования или производят лишь его
отдельные типы, а изготовители станков пользуются готовыми системами ЧПУ
или производят свои на базе существующих, главным образом за счет
установки своего программного обеспечения.
Под системой ЧПУ станка понимается совокупность специали-
зированных устройств, методов и средств, необходимых для управления
рабочими органами станка в соответствии с управляющей программой
обработки детали.
В мире нашли распространение следующие производители станочного
оборудования с ЧПУ:
1. Япония: AMADA, MAKINO, Matsuura, Mazak, Okuma, TOYODA и т.д.
2. Германия: BENZINGER, Biegemaster, Bihler, Boschert, CHIRON, DMG MORI,
ELB-Schliff, Handtmann, HEDELIUS, HELLER, INDEX TRAUB, LEIFELD, OPS
INGERSOLL, SPINNER, Starrag, TRUMPF, ZIMMERMAN, ZOLLER и т.д.
3. Италия: ALESAMONTI, Biglia, BOLDRINI, CARETTA TECHNOLOGY,
CEMSA, CO.MA.L, COSTA, EUROMAC, FASPAR, GASPARINI, Giuseppe
Giana, MACRI, Millutensil, PAMA, RIELLO SISTEMI, ROBBI, Salvagnini, Somo,
SPADA, Waterjet Corporation, ZANI.
4. Чехия: Bomar, TAJMAC–ZPS, H.M.Transtech, KOVOSVIT MAS, TOS
VARNSDORF.
5. Швейцария: BalTec, Daetwyler, EWAG, FEINTOOL, FEHLMANN, MIKRON,
OSTERWALDER, REIDEN, SOLO, TORNOS, WILLEMIN-MACODEL,
Reishauer.
6. США: CINCINNATI MASHINES, ABM, HAAS, HURCO, Milltronics, Moore
Tool, Gleason.
7. Китай: SMTCL, DBHH, DMTG, SOLEX.
Несмотря на большое число станкостроительных фирм, используются в
основном системы ЧПУ следующих производителей:
1. Япония: FANUC, MITSUBISHI.
2. Германия: SIEMENS, HEIDENHAIN.
3. Испания: FAGOR.
4. Россия NC (устанавливают на станки отечественного производства).
5. Китай: GSK.
Системы ЧПУ DMG MORI выполнены на базе системы ЧПУ SIEMENS
840D, Okuma - на базе FANUC и т.д.
3
4
1.1. Отличительные возможности современных систем ЧПУ
Анализ современных систем ЧПУ позволяет выделить следующие
стратегические направления и технологии, где ведется очень активная
разработка:
1. Открытость - предоставление станкостроителю и конечному
пользователю возможности реализовывать собственные технологии и
встраивать прикладное программное обеспечение в систему ЧПУ. Это дает
возможность использовать системы ЧПУ не только для металлорежущих
станков, но и в других областях, например для камер вакуумной сварки
тугоплавких материалов.
2. Многоканальность - возможность параллельно выполнять несколько
управляющих программ на одной системе ЧПУ. Чаще всего эта
функциональность используется для многошпиндельной обработки или для
совместного управления станком и погрузчиком.
3. Высокоскоростная обработка - для системы ЧПУ это означает
короткий такт интерполяции и высокие скорости обработки кадра
управляющей программы.
4. Наноинтерполяция - интерполяция с дискретностью вычислений,
исчисляемой в нанометрах; практически все современные системы ЧПУ
обладают этой функциональностью, но FANUC в качестве маркетингового хода
использует ее как зарезервированную марку.
5. Look-ahead - алгоритм предварительного просмотра кадров
(предосмотра), позволяющий обрабатывать контур с максимально возможной
подачей и заблаговременно снижать скорость в критических ситуациях во
избежание коллизий.
6. Сплайновая интерполяция - реализация алгоритмов кубического
сплайна, Акима-сплайна, NURBS-сплайна, полиномов и других интерполяций в
комбинации с алгоритмом предосмотра кадров (look-ahead).
7. Компрессия кадров - сглаживание контура обработки в управляющих
программах путем конвертирования линейных кадров в NURBS-контуры в
процессе отработки управляющих программ.
8. Удаленное управление - предполагает построение удаленных
терминалов и реализацию функций удаленной диагностики и настройки
системы ЧПУ.
9. Сетевые функции - позволяют интегрировать систему ЧПУ в процесс
управления производством и оборудованием. Ведется учет произведенной
продукции, контролируется время простоя, отслеживаются плановые ремонты
и техобслуживание оборудования.
10. Моделирование процесса обработки - ЗD-моделирование процесса
резания для предварительного просмотра результатов выполнения
управляющих программ, выявления коллизий и сокращения времени
обработки.
11. Диагностические функции - логический анализатор (Logic Analyzer)
входных/выходных сигналов для тестирования электроавтоматики,
5
осциллограф для настройки приводов подач, анализатор частотных диаграмм,
тест окружности (Circle Test) и др.
12. Язык программирования высокого уровня и инструментарий
разработки и отладки управляющих программ на языке высокого уровня. Эту
функциональность применяют при разработке стандартных циклов и
групповых технологий.
13. Приложения цехового программирования - CAD/CAM системы
цехового уровня, позволяющие создавать управляющие программы на самой
системе ЧПУ, в то время как идет обработка другой детали. Они, как правило,
ориентированы на 2,5D обработку.
14. Применение технологии искусственного интеллекта для
адаптивного управления и прогнозирования износа инструмента.
Нельзя забывать также об устоявшейся тенденции к унификации
оборудования путем реализации все большего числа стандартов и протоколов
связи для интеграции в единые системы, такие как ОРС, TCP/IP, SOAP и др.
При этом фирмы стремятся выставить на рынок комплексные технологические
решения «под ключ», а не разрозненные компоненты.
1.2. Основные системы ЧПУ в России
Рассмотрим основных изготовителей ЧПУ более подробно.
1. FANUC – производитель систем ЧПУ № 1 в мире. На его долю
приходится более 60 % мирового рынка. Изготавливает следующие серии:
FANUC 0i, FANUC 31i-B5, FANUC 32i-B, FANUC 30i-B, FANUC 35i-B, FANUC
Power Motion i-A.
Основными плюсами систем компании FANUC являются:
- простой и понятный интерфейс;
- высокая степень функциональности;
- высокоскоростная и высокоточная обработка;
- идеальное соотношение производительность/цена.
Стандартная серия производителя 0i является в настоящее время самой
распространенной системой в мире. Она обеспечивает точность, гарантирует
надежность и бесперебойность работы устройства. FANUC предоставляет
стандартные, универсальные, а также специализированные решения для задач
фрезерования, точения, шлифования, пробивки, лазерной резки, портальных
станков, автоматических линий.
Основные характеристики: максимальное число управляемых осей (серия
30i-B) 96 (72 оси подач и 24 шпинделя), из них на один канал 24, каналов
управления - 15, количество одновременно управляемых осей 24. Наиболее
распространенная серия 0i имеет 12 управляемых осей, из них 9 на канал,
максимум 2 канала, одновременное число управляемых координат 4.
Недостатком ЧПУ FANUC (по сравнению с SIEMENS и HEIDENHAIN)
являются ограниченные возможности оператора по программированию со
стойки ЧПУ. Однако здесь прослеживается подход японских
производственников - оператор должен работать со станком, а не писать
6
программы. Программы и технологии разрабатывают инженеры и
отрабатывают их на компьютере.
Особенности системы:
1. Система управления с функциями искусственного интеллекта.
Сочетание новейшей технологии в области систем цифрового управления
сервоприводом шпинделя HRV и функции виртуального предварительного
прогона цикла обработки позволяет снизить ошибку запаздывания
сервопривода и обеспечивает максимально точное управление траекторией
режущего инструмента.
2. Modeler Control II. Управление разгоном и торможением происходит
посредством предварительного считывания 40 блоков данных в режиме
контурного управления и 180 блоков в режиме наноконтурного управления, что
обеспечивает высокоскоростную прецизионную обработку.
3. Система компенсации ударных и вибрационных возмущений.
Автоматическое управление подачей при обработке углов с целью компенсации
ударных возмущений.
4. «Умная» прецизионная система контурного и наноконтурного
управления. При управлении разгоном и торможением с использованием RISC-
карты предварительно считывается до 600 блоков программных данных. Этим
обеспечивается высокоскоростная прецизионная обработка за счет
высокостабильной скорости подачи даже для программ обработки, состоящих
из сверхмелких линейных сегментов. Для получения деталей с высокой
степенью чистоты обработки, при которой финишная обработка практически не
требуется, программу контурной обработки можно дополнить функцией
наноинтерполяции.
5. «Умная» система компенсации температурной деформации по оси Z.
Поправка на температурную деформацию шпинделя и оси Z осуществляется
посредством контроля этого параметра и оценки величины изменения по оси Z
(уровень точности поправки зависит от конкретных рабочих условий).
6. Система автоматического учета износа инструментов (контроля
состояния инструментов) с использованием элементов искусственного
интеллекта.
7. Система регулирования жизненного цикла инструментов следит за
длительностью и частотой эксплуатации и автоматически заменяет их в случае
превышения эксплуатационных параметров. Встроенная система учета износа
инструментов определяет фактическую нагрузку на сверло через нагрузку
сервопривода шпинделя, что позволяет оптимизировать срок службы
инструментов.
2. SIEMENS – второй производитель ЧПУ по распространению на
территории России. Выпускает серии SINUMERIK 802S, SINUMERIK 828D,
SINUMERIK 810D, SINUMERIK 840D. Самой мощной системой является
SINUMERIK 840D, при помощи которой можно управлять максимум 64 осями.
При максимальном использовании поддерживается до 10 каналов на каждую
группу режимов работы и максимум 12 осей/шпинделей на каждый канал.
Каждый канал может иметь свою собственную группу режимов работы.
7
Во всем мире SINUMERIK 840D применяется для токарной обработки,
сверления, фрезерования, шлифования, лазерной обработки, порезки,
перфорации, изготовления оснастки и инструмента, как система управления
прессами, для высокоскоростного раскроя материалов, обработки древесины и
стекла, транспортировки, складских задач.
Преимуществами систем ЧПУ SIEMENS являются:
- универсальность;
- простой и понятный процесс управления;
- высокий уровень безопасности;
- комфортная работа операторов;
- расширенная функциональность.
Особенности системы:
1. Утилита пуско-наладки для начального этапа работы.
2. Motion Control Information System - для оптимальной интеграции станков
в систему электронной обработки данных - предназначена для координации
планирования, размещения, исполнения, сокращения подготовительно-
заключительного времени, сокращения простоев, упрощения анализа
неполадок.
3. Сплайн-интерполяция, компрессия кадров.
4. Расширение открытой архитектуры.
5. Shop Mill, Shop Turn - системы поддержки цехового программирования.
6. Симуляция процесса обработки на станке.
3. HEIDENHAIN – универсальная система ЧПУ 3-х, 4-х и 5-осевых
токарных, фрезерных, горизонтально расточных станков и обрабатывающих
центров. Выпускаются серии HEIDENHAIN iTNC 320, HEIDENHAIN iTNC
530, HEIDENHAIN iTNC 640. Наибольшее количество управляемых осей - 13,
одновременно управляемых - 5 (HEIDENHAIN iTNC 530).
Системы ЧПУ фирмы HEIDENHAIN - это системы управления,
ориентированные на работу в цехе, с помощью которых можно простым,
доступным способом программировать стандартные типы обработки в диалоге
открытым текстом непосредственно на станке.
Особенности системы:
1. Expanded look-ahead - функция предпросмотра с буфером до 1024 кадров
- своевременно распознает изменения в направлении движения инструмента
для последующей коррекции разгона и торможения.
2. AFC (Advanced Feed Control) - адаптивное управление подачей -
регулирует контурную скорость перемещения по траектории в зависимости от
используемого процента мощности шпинделя.
3. Drive Diag, TNCopt - утилиты для диагностики составных элементов
приводов и инициализации цифровых контуров регулирования.
4. PLC design NT, Phyton OEM - инструментарий разработки и функция
высокоуровневого объектно-ориентированного языка управляющих программ
электроавтоматики.
5. Cycle Design - инструментарий разработки станочных циклов.
8
6. Tele Service - инструментарий для удаленной диагностики, контроля и
управления системой ЧПУ.
7. TNC remo Plus - утилита передачи данных между ЧПУ и ПК,
реализующая в том числе и режим Live Screen - передачу содержимого экрана.
8. Remo Tool SDK - комплект средств разработки, содержащий СОМ-
компоненты и ActiveX управляющие элементы для доступа к ядру системы
ЧПУ HEIDENHAIN.
9. Virtual TNC - компонент управления виртуальными станками,
используемый для моделирования работы станков.
10. Инструментарий измерения и анализа сигналов, в который входят: 6канальный осциллограф, логический анализатор, тест окружности.
11. DCM (Dynamic Collision Monitoring) - ЗD-функция мониторинга
столкновения и выявления ошибок при отработке управляющей программы на
станке.
4. MITSUBISHI – система ЧПУ, предназначенная для управления и
качественной работы токарного и фрезерного оборудования, однако в нашей
стране в основном используется для группы электроэрозионных станков.
Системы ЧПУ производятся в виде девяти серий: M700V; M70V; С70; 60S;
Е60/Е68; C6/С64; М700; М70; M720. Они отличаются по характеристикам,
функциональности и стоимости. Каждая серия используется для определенных
работ и имеет свои особенности управления: в зависимости от конкретной
модификации она реализует до 4 каналов управления и использует до 16
управляемых осей, восемь из которых одновременно управляемые.
Особенности системы:
1. Complete Nano Control - дискретность выполняемых интерполяционных
расчетов составляет 1 нм.
2. SSS-control (Super Smooth Surface) - управление качеством и
обеспечение постоянства обработки независимо от геометрии формы и
скорости резания. Применяются алгоритмы: оптимизации разгона и
торможения, компенсации люфта и неравномерности ходового винта,
сплайновой интерполяции (кубический сплайн и NURBS), автоматического
распознавания углов.
3. OMR-control (Optimum Machine Response) - на основе модели данная
функция осуществляет: коррекцию ошибок, связанных с деформацией
координаты; синхронизацию движения сервопривода и шпинделя за счет учета
сетевой задержки команд; минимизацию влияния вибраций.
4. 5 Axis Machining Control - функция предотвращения столкновений в
процессе обработки - учитывает модель станка, относительное положение
детали и траекторию движения инструмента. В случае выявления опасности
столкновения привод останавливается, а в трехмерной модели подсвечивается
место коллизии.
5. Machining time calculation - расчет времени цикла без запуска станка.
6. MS Configurator - программный продукт для настройки приводов ЧПУ,
позволяющий настраивать сервоприводы в автоматическом режиме. Он строит
body-диаграмму, делает настройку петли замыкания по скорости и ускорению,
9
настройку фильтра резонансных частот, строит тест окружности и
осциллограмму сигналов сервоприводов.
7. А/С Configurator - инструментарий настройки машинных параметров
системы ЧПУ, параметров инструментов и глобальных переменных.
8. NC-Designer - пакет для создания экранов пользовательского
интерфейса.
9. NC-Monitor - удаленный терминал на PC, позволяющий управлять
системой ЧПУ через Ethernet.
10. NC-Explorer - для соединения системы ЧПУ через Ethernet и передачи
технологических программ.
11. Factory Automation Solution - решение для интеграции в сетях и в сетях
цехового уровня, а также в MES (Manufacturing Execution System - Система
планирования производства) и ERP (Enterprise Resource Planning System Система планирования ресурсов предприятия) системах.
12. NAVI MILL, NAVI LATHE - инструментарий создания фрезерных и
токарных управляющих программ на программной РС-станции.
13. GX Developer - инструментарий создания и отладки PLC-программ,
позволяющий работать как с реальной системой, так и с эмулятором.
5. FAGOR – производит следующие серии систем ЧПУ: FAGOR 8037,
FAGOR 8055, FAGOR 8060, ЧПУ FAGOR 8065, FAGOR 8070. СЧПУ
поддерживает до 28 интерполируемых осей и до четырех шпинделей с
возможностью одновременной 4-канальной обработки. Система
устанавливается преимущественно на металлообрабатывающие станки и
комплексы.
Особенности системы:
1. Теледиагностика - функция удаленной диагностики, выполняется с
помощью прикладных приложений для профилактического обслуживания
оборудования.
Открытость - позволяет полностью настраивать и адаптировать
пользовательский интерфейс под технологический процесс.
2. Сплайн-интерполятор, в том числе Акима (Spline, ASPLINE).
3. Язык программирования высокого уровня.
4. Специальные алгоритмы для высокоскоростной обработки оптимизируют обработку для получения максимальной скорости, обеспечивают
гладкий контур и наилучшую чистоту обработки.
5. Solid graphics simulation - система трехмерной симуляции управляющей
программы.
6. Execution time estimation - оценка времени обработки для оптимизации;
7. Full customizable interface - функция, позволяющая настраивать
пользовательский интерфейс под конкретные технологические задачи.
8. Cycle Editor - редактор стандартных циклов.
9. Инструментарий настройки и запуска в эксплуатацию: функции
осциллоскопа, body-программы, тест окружности, логический анализатор.
6. БАЛТ-СИСТЕМ – российский производитель линейки ЧПУ,
выпускающий ряд моделей.
10
NC-400 – новейшее устройство ЧПУ 400-й серии представляет собой
распределенную систему УЧПУ для решения любых задач как для
станкостроения, так и для автоматизации нового производства.
NC-310 - заложенный принцип открытой архитектуры позволяет
применять устройство ЧПУ к сложным объектам управления. Устройство
имеет возможность создания виртуального станочного пульта посредством
функционально-программируемых кнопок (как в УЧПУ NC-210).
NC-301 – высокотехнологичное малогабаритное устройство ЧПУ для
комплексных высокопроизводительных решений по управлению различными
типами станков до 4-х осей.
NC-302 – высокотехнологичное устройство ЧПУ для комплексных
высокопроизводительных решений по управлению станками раскройной и
токарно-фрезерной группы.
NC-201M – высокотехнологичное устройство ЧПУ с использованием
современных компьютерных технологий для комплексных и
высокопроизводительных решений управления станками токарной и фрезерной
групп.
NC-202 - это устройство ЧПУ в сочетании с низкой ценой позволяет
эффективно его использовать. Является дальнейшим развитием аппаратных и
программных средств.
NC-210 - это устройство ЧПУ позволяет эффективно использовать его для
управления токарными, фрезерными, лазерными, газоплазменными и другим
типами станков.
NC-220 - это устройство ЧПУ позволяет эффективно использовать его для
управления токарными, фрезерными, лазерными, газоплазменными и другим
типами станков, укомплектованными цифровыми и шаговыми приводами.
NC-110 - широко применяется для управления сложным станочным
оборудованием. Устройство отличается уникальным сочетанием
многофункциональности, надежности и возможностью управления пятью
координатами одновременно. Устройство имеет открытую архитектуру, что
позволяет удовлетворять растущие требования потребителей путем
встраивания дополнительных аппаратных и программных модулей. Эти
качества позволяют эффективно применять устройство для управления
различным оборудованием: обрабатывающими центрами, высокоскоростными
станками, многосуппортными станками и гибкими производственными
системами по 16 осям, из которых 5 одновременно управляемые.
Все современные системы ЧПУ имеют следующие стандартные функции:
- графическую симуляцию управляющей программы;
- различные встроенные циклы токарной и фрезерной обработки;
- набор измерительных циклов для измерения инструмента и
обрабатываемой детали;
- функцию контроля ресурса инструмента по времени или по пробегу;
- функцию «Защищенные области».
Предпочтения станкостроителей в выборе производителей систем ЧПУ
зависят от множества факторов, таких как сложившиеся отношения между
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]