METHOD / Прогаммирование ЧПУ / Программное управление станками

реализует протоколы обмена диалогового режима с оператором. Например, при вводе кадра УП, с ПУ организуется диалог по следующему протоколу:

Диаметр X……

Длина Z……

Шаг резьбы F….

………………….

Сбег резьбы С 3.Организуют вывод информации на дисплей.

4.Обеспечивают связь с ЭВМ высшего ранга.

Следует отметить особенность работы систем ЧПУ. Например, электропривод станка обрабатывает информацию кадра №50 УП, а программа фоновых задач в это время обрабатывает данные кадра №60. Если в кадре №60 допущена ошибка (например, неправильно подсчитаны орты векторов кругового перемещения), то произойдет останов станка, а на дисплее появится стандартное сообщение:

“Ошибка в УП”. Следовательно поиск ошибки необходимо проводить не только в кадре УП, который в данный момент был в работе, но и во всей остальной части программы.

К группе задач, не зависящих от реального времени относятся программа начального запуска системы ЧПУ и test программы. Задача начального запуска сводится к подготовке к работе УЧПУ, суть которой состоит в подготовке внешних устройств, проверке их работоспособности, очистка памяти – ОЗУ и запись в ее определенные области с ПЗУ специальных данных, запуск синхрогенератора – таймера. Механизм взаимодействия программ можно проиллюстрировать следующим примером.

Программа реального времени, (РВ) обеспечивающая работу команды “инструмент №1 поставить в рабочую позицию”, кадра УП №10 заняла 5 мкс – 1/3 такта микроЭВМ (рис.3.2).

Рис. 3.2 Распределение времени работы программ ПрО

Оставшуюся часть такта – 10мкс, ЭВМ занимается фоновой программой (ФП) расчета величин необходимых для кругового перемещения, запрограммированного в кадре УП №15. Расчет не успевает закончится до окончания такта, поэтому промежуточные данные записываются в стек (stec). Приход таймерной отметки, опять вызывает инициализацию программы реального времени в течение 5 мкс. Следующие 5 мкс продолжается расчет фоновой программы с учетом данных, взятых со стека. Оставшуюся часть такта выполняется программа, не зависящая от реального времени – тестирование (test) системы ЧПУ.

- 21 -

3.3 Алгоритм реализации линейного и кругового перемещений

Для реализации данной задачи, при анализе УП фоновой программой ПрО, рассчитываются с заданной точностью приращения по координатным осям δx, δz за такт работы микроЭВМ – время t0. Рассмотрим пример алгоритма расчета для линейного перемещения одного кадра УП, при двух координатном управлении (рис.3.3).

П При известных координатах начальной точки перемещения s. p (X1, Z1) (start point) и конечной e. p. (X2 Z2) (end point), рассчитываются приращения

∆X и ∆Z одного кадра УП по каждому координатному направлению.

Перемещение L с заданной подачей F, за время равное такту to равно

L=F to

Тогда элементарные перемещения δX и δZ за каждый такт t0 равны:

Таким образом за каждый такт работы ЭВМ на блоки ЦАП, поступают электрические импульсы, пропорциональные δX и δZ (постоянные по величине

- 22 -

для линейного перемещения) - как задающие величины управления приводами подач.

Контроль задания за каждый i-тый такт осуществляется путем сравнения значений величин с датчиков обратной связи, поступающих через АЦП, с

расчетными Xi и Zi.

Алгоритм расчета движения по дуге окружности определяет элементарные приращения по каждой координате (δx1 δz1) (δx2 δz2) ….. (рис.3.4) для каждой точки дуги (x1z1) (x2z2)…. Дуга окружности аппроксимируется хордами постоянной длины F t0

Число членов ряда Тейлора определяет точность выполнения дуги радиусом R. Углы β1, β2 .... определяются последовательно, начиная с s.p. (x1z1), (x2z2), .....

Таким образом за каждый такт работы ЭВМ на блоки ЦАП, поступают электрические импульсы, пропорциональные δXi и δZi (переменные по величине для кругового перемещения) - как задающие величины управления приводами. Контролируется задание за каждый i-тый такт путем сравнения значений величин с датчиков обратной связи, поступающих через АЦП, с расчетными Xi и Zi.

X i= X i -1 + δXi Z i = Z i -1 + δZi

- 23 -

3.4Параметры станка

Как уже отмечалось, для быстрого реагирования на конструктивное изменение станков, станкозавод резервирует за собой область в памяти УЧПУ для записи информации характерной для данной модификации оборудования. Однако и в этом случае добиться полной унификации не удается. Некоторые параметры определяются при индивидуальной настройке и указываются в инструкции по эксплуатации станка, для записи в ОЗУ наладчиками завода. ОЗУ УЧПУ удерживает информацию только в течение нескольких дней и при длительном отключении электропитания, ее теряют. Поэтому наличие в памя-ти УЧПУ этих величин, называемых “параметрами станка”, периодически проверяется.

Например, для станка 16K20 с УЧПУ 2Р22

N6Р 318 где Р адресная буква определяющая зону памяти. N7Р 875

N8Р 2240

N9Р 0

Параметры N6 – N9 – max частоты вращение шпинделя с 1 – 4 диапазонов, однако, для данного станка диапазона №4 нет, поэтому данный параметр имеет нулевое значение.

N16Р 1000

N17Р 100

Параметры N16, 17 max и min частота вращения шпинделя при обработке с постоянной скоростью резания, могут устанавливаться при технологической наладке на операцию.

N22Р 1

N23Р 2

N24Р 10

Параметры N22-24, определяющие время для передачи – приема символа с ЭВМ высшего ранга.

N27Р 1

Параметр N27 определяет код номера УЧПУ для связи с ЭВМ высшего ранга. Для станка 16К20 с УЧПУ “Электроника НЦ – 31”.

N2Р 5000

N3Р 6000

N4Р 3000

N5Р 4000

Параметры N2 – N5 определяют скорость быстрого хода, в автоматическом и ручном режимах по осям X и Y.

N21Т 177760

Параметр N21определяет частоту включения смазки направляющих. N105T 15526

Параметр, N10 определяет режим разгона – торможения привода главного движения.

В дальнейшем будет рассмотрен ряд параметров, определяющих технологические особенности станка.

- 24 -

4. Подготовка информации для управляющих программ (УП)

УП представляет собой функциональную зависимость координат опорных точек геометрических перемещений и команд на электроавтоматику станка. Она содержит информацию о последовательности перемещений рабочих органов станка, подготовительных, технологических и вспомогательных действиях.

Программа записывается на программоноситель, перфоленту, магнитную ленту, магнитный диск или кассету ЦПД в кодах Международной системе кодирования информации ISO-7bit (International Standards Organization).

Американский код EIA аналогичный ISO, однако, в нем используется контроль информации на «нечётность». Предприятия, выпускающие системы ЧПУ придерживаются стандарта ISO, однако часто допускают отклонения. Это обусловлено «слабостью» микроЭВМ в реализации многопараметрических технологических команд (например, смена инструментов). Поэтому при составлении программ для конкретной системы ЧПУ необходимо ориентироваться на «Инструкцию пользователя», входящую в комплект документации на программный станок.

Первоначально ISO-7bit разрабатывалась для восьмидорожечной перфоленты, однако в последствии принципы кодирования УП сохранились и для других программоносителей. В таблице 4.1 показано кодирование симво-

лов, где •означает отверстие на перфоленте.

Таблица 4.1

- 25 -

Продолжение таблицы 4.1

- 26 -

Продолжение таблицы 4.1.

Код ISO-7bit определяет символ как семиразрядное двоичное число. Если число отверстий на перфоленте, определяющих биты этого символа нечётное, то УПД (устройство подготовки данных) автоматически дополняет кодировку этого символа отверстием на восьмой дорожке – битом контроля на четность.

Для кода ЕIА (Америка, Япония) восьмая дорожка является контрольной по нечётности числа отверстий.

- 27 -

В УП программируется перемещение, определенные координатными осями X, Y, Z, или вращением вокруг них, соответственно А, В, С (например, вращение стола станка). Латинские буквы U, V, W определяют функции вторичного перемещения, параллельно осям соответственно X, Y и Z.

Рис. 4.1 Координатная ось W вторичного перемещения.

Например, на рис.4.1 показана колонна расточного станка, в которой перемещение пиноли фрезерного шпинделя 2 в корпусе шпиндельной бабки 1 – перемещение по оси Z. Перемещение расточного шпинделя 3, телескопически выдвигающегося из фрезерного, - перемещение по оси W. В системе 2Р22 (разработка Томского института систем управления) программирование движений в относительной системе отсчёта определено буквами U (поперечная ось) и W (продольная ось), что, строго говоря, является отклонением от стандарта ISO. G – определяют вспомогательные функции, а М – технологические.

4.2 Структура управляющей программы

Каждая УП должна начинаться символом % - «начало программы». УП представляет собой последовательность пронумерованных предложений, называемых кадрами. Номер кадра – это метка, по которой можно найти требуемый кадр, с целью отредактировать его или начать УП с этого кадра. При построении УП в кадрах записывается только та информация, которая изменяется по отношению к предыдущей части программы.

Кадр состоит из слов. Каждое слово имеет адрес (одну из букв латинского алфавита) и десятичное число. Десятичное число записывается в слове в соответствии с форматом слова. В современных системах числа, как правило, записываются с десятичной точкой, однако уточнить формат числа необходимо по инструкции пользователя на конкретный станок (есть системы УЧПУ, где формат слова определяется параметром, записанном в ОЗУ УЧПУ). В конце кадра записывается символ LF (перевод каретки). Например:

N10 G90 X10,2 Z-100 (LF)

В кадре №10 определено перемещение в абсолютной системе отсчета (G90), в точку с координатами (10.2, -100). Символ LF можно увидеть только на перфоленте, на дисплее он невидим. Не проставляется он и на листинге УП. Слова в кадрах УП можно проставлять в любой последовательности, УЧПУ отработает вначале команды технологических функций S, F, T, M а затем подготовительных G, с выполнением размерным перемещений.

- 28 -

4.3 Контроль УП по модулю.

Как уже отмечалось ранее, код ISO-7bit предполагает при кодировании символов, четное число отверстий на перфоленте. Если рассматривать код символа как двоичное число то по стандарту ISO, в нем должно быть четное число единиц.

Это свойство гарантирует проверку от единичной ошибки (потеря одного бита или один бит лишний). Поэтому в некоторых системах применяется более надежный вид контроля - контроль по модулю.

Устройство подготовки данных (УПД) при записи кадров УП, автоматически подсчитывает контрольные суммы для каждого кадра и делит их на 10, определяя остаток - дополнение (mod) до числа кратного 10. Это дополнение будет контрольным числом (0....9) для кадра и запишется УПД автоматически после символа «конец кадра» (LF). УЧПУ при считывании кадров УП, также подсчитывает дополнение для каждого кадра и сравнивает их с дополнениями на программоносителе. Не совпадение этих величин, вызывает сообщение о ошибке на программоносителе.

Контрольная сумма равна сумме числовых кодов всех символов, включая символ «конца кадра» (LF). Код символа - это двоичное число, например код

- 29 -

Продолжение таблицы 4.2

4.4 Подготовительные функции G

Внимание: Командные функции УП приводятся не для конкретней модели УЧПУ, а являются их обобщенными формами для разработки программ в курсовом и дипломном проектировании.

Функции с адресом G, называемые подготовительными, определяют режим и условия работы станка с ЧПУ. Они кодируются от G00 до G99. Основные из них сведены в таблицу 4.3.

- 30 -