Соломонцев Ю.М. Теория автоматического управления

средств — это неявный язык, при работе же информативных систем — явный язык, называемый языком программирования. Он дает программисту возможность обращения к машине для назначения необходимых операций по обработке данных и обеспечивает рациональное использование ее ресурсов. Язык программировав ния непосредственно зависит oi совершенства машины. При современном уровне развития электронной технологии речь может идти об использовании в диалоге с машиной не слишком богатого языка, сравнимого с человеческим. Для более полного удовлетворения потребностей наряду с языками, относительно общего характера применяютпроблемно-ориентированные языки, т. е. языки специализированные и поэтому вполне доступные специалистам в области автоматики. Язык ПК также проблемно-ориентирован- ный.

ПК европейских и американских производителей различаются типом используемых языков. До появления ПК в США задачи логического управления решались с применением релейно-кон- тактной аппаратуры, а позднее, когда это стало экономически оправданным, — с помощью мини-ЭВМ. В Европе же до применения программируемой логики получила развитие промежуточная технология — бесконтактная логика. Этим и объясняется тот факт, что в первом случае в настоящее время применяютрелейный язык, а во втором — утвердилась практика составления булевых уравнений.

Релейный язык. Опыт работы с релейными схемами привел к созданию языка программирования ПК, основное достоинство которого состоит в том, что он понятен программисту, который только начинает знакомиться с программируемой логикой.

Релейные схемы состоят из пяти компонентов (табл. 4.14): переменная и ее дополнение, начало и конец ветвления параллель-

ной цепи и символ присвоения результата.

Логическая функция (И; ИЛИ} создается последовательным соединением компонентов и соответствует понятию «команда». Однако чтобы релейный язык был более совершенным, ПК создают таким образом, чтобы была возможность программировать непосредственно более полное логическое уравнение. Элементом программирования на релейных языках является цепь.

Цепь — это совокупность элементов релейных схем, в том числе хотя бы одного символа присвоения, представляющая собой последовательность команд, выполняемых ПК.

Конструкция цепи должна отвечать жестким требованиям, поскольку она должна быть переведена с помощью устройства программирования (транслятора) в последовательность выполняемых команд. Формат цепи может быть фиксированным или переменным. В первом случае цепь должна состоять из определенного числа компонентов. Символ присваивания позволяет идентифицировать строку программы и назначить промежуточную переменную или соответствующий выход. Логические компоненты уравнения уп-

•ного формата состоит в сокращении числа промежуточных переменных. В данном случае мы имеем дело с цепью, состоящей из булевых операторов или соответствующих переменных, а символ присвоения эквивалентен знаку равенства.

4.9. ЧИСЛОВОЕ ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТАНКАМИ И СИСТЕМЫ ЧПУ

На основе достижений кибернетики, электроники, вычислительной техники и приборостроения были разработаны принципиально новые системы программного управления — системы ЧПУ, широко используемые в станкостроении. Эти системы называют числовыми потому, что величина каждого хода исполнительного органа станка задается с помощью числа. Каждой единице информациисоответствует дискретное перемещение исполнительного органа на определенную величину, называемую разрешающей способностью системы ЧПУ или ценой импульса. В определенных пределах исполнительный орган можно переместить на любую величину, кратную разрешающей способности. Число импульсов, которое можно подать на вход привода, чтобы осуществить требуемое перемещение L, N = Llq, где ц — цена импульса. Число N, записанное в определенной системе кодирования на носителе информации (перфоленте, магнитной ленте и др.), является программой, определяющей величину размерной информации.

Под ЧПУ станком понимают управление (по программе, заданной в алфавитно-цифровомкоде) движением исполнительных органов станка, скоростью их перемещения, последовательностью цикла обработки, режимом резания и различными вспомогательными функциями.

Система ЧПУ — это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для реализации ЧПУ станком. Устройство ЧПУ (УЧПУ) — часть системы ЧПУ, предназначенная для выдачи управляющих воздействий исполнительным органом станка в соответствии с управляющей программой (УП).

Глруктурная схема системы ЧПУ представлена на рис. 4.21, а.

батывается управляющая программа УП. Наладчики устанавливают на станок приспособления, режущие инструменты согласно документации, разработанной в СТП.

Установку заготовки и снятие готовой детали осуществляет оператор или автоматический загрузчик. Считывающее устройство СУ считывает информацию с программоносителя. Информа^

УП

Технология

обработки

детали,

режимы

резания

—I Наладка

Д

ДВ

Рис. 4.21. Структурная схема системы ЧПУ (а) и целевого механизма (б)

ция поступает в УЧПУ, которое выдает управляющие команды на целевые механизмы ЦМ станка, осуществляющие основные и вспомогательные движения цикла обработки. Датчики обратной связи ДОС на основе информации (фактические положения и скорость перемещения исполнительных узлов, фактический размер обрабатываемой поверхности, тепловые и силовые параметры технологической системы и др.) контролируют величину перемещения ЦМ. Станок содержит несколько ЦМ, имеющих (рис. 4.21,6)

салазки, суппорт, шпиндель и т. д.), выполняющий координатные

со станком (в одном или двух шкафах) или непосредственно на станке (в подвесных или стационарных пультах управления). Двигатели приводов подач станков с ЧПУ, имеющие специальную конструкцию и работающие с конкретными УЧПУ, являются составной частью системы ЧПУ.

Все данные, необходимые для обработки заготовки на станке, УЧПУ получают от УП, которая содержит два вида информации — геометрическую и технологическую. Геометрическая информация содержит координаты опорных точек траектории движения инструмента, а технологическая — данные о скорости, подаче, номере режущего инструмента и т. д. УП записывают на програм-

моносителе. В оперативных системах ЧПУ программа может вводиться (с помощью клавиш) непосредственно на станке.

Наиболее распространенными программоносителями являются восьмидорожковые перфоленты шириной 25,4 мм. Транспортная дорожка, составленная из отверстий, служит для перемещения ленты (с помощью барабана) в считывающем устройстве. Рабочие отверстия, несущие информацию, пробивают на специальном устройстве, называемом перфоратором. Информацию на перфоленту наносят кадрами, каждый из которых является составной частью УП, содержащей не менее одной команды. В кадре можно

I [истепа подготовки и хранения \програпм управления станком

Рис. 4,22 Структурные схемы системы с ЧПУ:

а — при задании УП в декодированной виде; б — при задании УП в кодированной виде: « — при управлении от ЭВМ

В настоящее время все чаще для управления станком или группой станков с ЧПУ применяют малые ЭВМ (рис. 4.22, в).

Интерполятор, входящий в систему ЧПУ, выполняет следующие функции: на основе численных параметров участка обрабатываемого контура (координат начальной и конечной точек прямой, радиуса дуги и т. д.), заданных УП, рассчитывает (с определенной дискретностью) координаты промежуточных точек этого участка контура; вырабатывает управляющие электрические импульсы, последовательность которых соответствует перемещению (с требуемой скоростью) исполнительного органа станка по траектории, проходящей через эти точки.

В системах ЧПУ в основном применяют линейные и линейнокруговые интерполяторы; первые обеспечивают перемещение инструмента между соседними опорными точками по прямым линиям, расположенным под любым углом, а вторые — как по прямым линиям, так и по дугам окружностей.

Важнейшей технической характеристикой системы ЧПУ является ее разрешающая способность или дискретность, под которой понимают минимально возможную величину перемещения (линейного и углового) исполнительного органа станка, соответствующую одному управляющему импульсу, т. е. контролируемую в процессе управления. Большинство современных систем ЧПУ имеют дискретность 0,01 мм/импульс. Осваивают производство систем с дискретностью 0,001 мм/импульс.

Системы ЧПУ классифицируют по следующим признакам: по уровню технических возможностей; по техническому назначению; по числу потоков информации (незамкнутые, замкнутые, самоприспособляющиеся или адаптивные); по принципу задания программы (в декодированном виде, в кодированном виде, т. е. в абсолютных координатах или в приращениях, от ЭВМ); по типу привода (ступенчатый, регулируемый, следящий, дискретный); по числу одновременно управляемых координат.

По уровню технических возможностей международной классификации системы ЧПУ делят на следующие классы: NC — системы с покадровым чтением перфоленты на протяжении цикла обработки каждой заготовки; SNC — системы с однократным чтением всей перфоленты перед обработкой партии одинаковых заготовок; CNC — системы со встроенной малой ЭВМ (компьютером, микро-

Разомкнутые системы характеризуются наличием одного по-

систем используют шаговые двигатели. Крутящий момент, развиваемый шаговым двигателем, недостаточен для привода механизма подачи. Поэтому указанный двигатель применяют в качестве задающего устройства, сигналы которого усиливаются различными способами, например с помощью гидроусилителя моментов (аксиально-поршневого гидродвигателя), вал которого связан с ходовым винтом привода подач. В разомкнутой системе нет датчика обратной связи, и поэтому отсутствует информация о действительном положении исполнительных органов станка.

Замкнутые системы ЧПУ характеризуются двумя потоками информации: от считывающего устройства и от датчика обратной связи по пути. В этих системах рассогласование между заданными и действительными перемещениями исполнительных органов устраняется благодаря наличию обратной связи.

Адаптивные системы ЧПУ характеризуются тремя потоками информации: от считывающего устройства; от датчика обратной связи по пути; от датчиков, установленных на станке и контролирующих процесс обработки по таким параметрам, как износ режущего инструмента, изменение сил резания и трения, колебания припуска и твердости материала заготовки и др. Такие системы позволяют корректировать программу обработки с учетом реальных условий резания.

4.10. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТАНКОВ С ЧПУ

Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений, заданных УП, а также сохранять эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки, автоматизацию загрузки и выгрузки деталей, автоматическое и дистанционное управление сменой инструмента, возможность встраивания в общую автоматизированную систему управления. Высокая точность обработки определяется точностью изготовления и жесткостью станка. В конструкциях станков с ЧПУ используют короткие кинематические цепи, что повышает статическую и динамическую жесткость станков. Для всех исполнительных органов применяют автономные приводы с минимальновозможным числом механических передач. Эти приводы должны иметь высокое быстродействие. Точность станков с ЧПУ повышается в результате устранения зазоров в передаточных механизмах приводов, уменьшения потерь на трение в направляющих механизмах, повышения виброустойчивости, снижения тепловых деформаций.

По технологическим признакам и возможностям станки с ЧПУ (рис. 4.23) классифицируют практически так же, как универ-