Классификация устройств чпу станков

Термины и определения основных понятий в области числового программного управления металлообрабатывающим оборудованием устанавливает ГОСТ 20523-80.

 

 

 

Рис. 1.2. Основные требования к конструкции станка с ЧПУ

 

Числовое программное управление станком - управление обра- боткой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме.

По характеру движения исполнительных органов системы ЧПУ классифицируются следующим образом: позиционные, контурные, универсальные, синхронные [25].

При позиционном управлении перемещение рабочих органов станка происходит в заданные точки, причем траектория перемеще- ния не задается. Позиционные устройства ЧПУ обеспечивают авто- матическое перемещение рабочего органа станка в координату, за- данную программой, без обработки в процессе перемещения рабочего органа. Эти устройства применяют в сверлильно-расточных и других станках. Перемещение инструмента от одной точки (координаты) об- работки к другой выполняется на ускоренных ходах. Специфичным для этого класса УЧПУ является требование обеспечения точности только при остановке в заданной координате. Вид траектории при пе- ремещении из одной координаты в другую не задается. Однако время перемещения должно быть минимальным. Учитывая значительный

процент холостых ходов в станках с позиционными системами ЧПУ, к приводу подач предъявляются требования высокого быстродейст- вия и обеспечения значительных скоростей перемещения при малой дискретности.

Контурное управление характеризуется перемещением органов станка по заданной траектории и с заданной скоростью для получе- ния необходимого контура детали. Контурное управление подразде- ляется на контурные прямоугольные системы ЧПУ, контурные кри- волинейные системы ЧПУ и синхронные системы ЧПУ.

Контурные прямоугольные системы ЧПУ используют в станках, у которых обработка проводится лишь при движении по одной коорди- нате и обрабатываемая поверхность параллельна направляющим дан- ной координаты. В большинстве станков применяют прямоугольные координаты, поэтому такие системы получили название прямоуголь- ных. В этих системах, как и в позиционных, программируются ко- нечные координаты перемещения. Однако в программе задается ско- рость движения в соответствии с требуемым режимом резания, и пе- ремещение выполняется поочередно по каждой из координатных осей. В этих системах отставание или опережение (рассогласование) по скорости относительно запрограммированного значения непосред- ственно не вызывает погрешности обработки, так как инструмент продолжает движение по заданной траектории. Возникает лишь на- рушение расчетного режима резания и связанное с этим изменение шероховатости обрабатываемой поверхности и упругих деформаций системы станок - деталь. Прямоугольные системы управления ис- пользуют в станках фрезерной, токарной и шлифовальной групп.

Контурные криволинейные системы ЧПУ применяют в станках многих групп. Они обеспечивают формообразование при обработке в результате одновременного согласованного движения по нескольким управляемым координатам. В общем случае число координат может быть больше трех. Программу движения привода, подач по отдель- ным координатам при контурной и объемной обработках рассчиты- вают, исходя из заданной формы обрабатываемой поверхности дета- ли и результирующей скорости движения, определяемой режимом резания. Рассогласование привода подач может привести к ошибке обработки контура. Контурные системы являются наиболее сложны- ми как с точки зрения алгоритма работы УЧПУ, так и с точки зрения требований, предъявляемых к приводу подач.

Разновидностью контурных систем ЧПУ являются синхронные (или синфазные) системы, применяемые в основном в зубообрабаты- вающих станках. УЧПУ задает постоянное соотношение скоростей по двум или большему числу координатных осей станка, а формообра- зование обеспечивается благодаря конфигурации инструмента. Соот- ношение скоростей движения по осям задается программой и сохра- няется на все время обработки заготовки данной детали. В большин- стве случаев требуется не только обеспечить определенное соотно- шение средних скоростей движения по координатам, но и сохранить определенное рассогласование (синфазность) в приводах координат. Одна из координат станка (обычно главный привод) служит задаю- щей и на ней устанавливают измерительный преобразователь (дат- чик). Синфазная система входит как составной элемент в УЧПУ то- карно-винторезных станков для обеспечения режима нарезания резь- бы.

Универсальное управление сочетает в себе принципы позицион- ного и контурного, позволяет осуществлять позиционирование и движение рабочих органов станка по заданной траектории. Такое управление наиболее эффективно для многооперационных и много- целевых станков.

По числу потоков информации системы могут быть [25]:

– Разомкнутые (один поток от ЧПУ к станку). Основное пре- имущество такой системы – простота.

– Замкнутые (два потока от ЧПУ к станку) и наоборот (датчики положения скорости). Основное преимущество - более точное пере- мещение исполнительных органов.

– Адаптивные (самонастраивающиеся) системы. Представляют собой управление, при котором обеспечивается автоматическое при- спосабливание процесса к изменяющимся условиям обработки по оп- ределенным критериям. Они помимо основного потока информации имеют дополнительные, позволяющие корректировать процесс обра- ботки с учетом деформации системы СПИД, затупления режущего инструмента, колебания припуска и твердости заготовок и др.

По способу реализации системы ЧПУ укрупненно можно клас- сифицировать следующим образом: системы с аппаратной реализа- цией алгоритмов управления; системы, построенные на основе мик- роконтроллеров; системы, построенные на основе ПЭВМ.

В зависимости от уровня использования средств вычислитель- ной техники системы ЧПУ классифицируются следующим образом.

1. Системы типа NC (Numerical Control) - числовое программ- ное управление, осуществляющее адресование команд, расчет неко- торых элементов геометрии детали, интерполяцию промежуточных точек по опорным, реализацию типовых циклов по жестко заданным алгоритмам, реализованным аппаратным способом. Информация в систему ЧПУ типа NC вводится с управляющей программы кадрами (порциями).

2. Системы типа MNC (Memory NC) или SNC (Stored NC) - агре- гатно-блочные системы ЧПУ типа NC, оснащенные дополнительным блоком оперативной памяти, позволяющим хранить информацию об управляющей программе. Программа в устройство ЧПУ вводится сразу, проверяется, а затем выдается для обработки кадрами. Пре- имуществом системы типа MNC по сравнению с системой типа NC является высокая надежность в работе, т. к. необходимость в исполь- зовании сложного фотосчитывающего устройства для каждого кадра программы не требуется.

3. Системы типа HNC (Hand NC) - с ручным заданием управ- ляющей программы на пульте управления. Преимущество таких сис- тем по сравнению с системами типа MNC - отсутствие необходимо- сти со стороны оператора в использовании услуг технолога - про- граммиста.

4. Системы типа CNC (Computer NC) - системы управления со встроенными одной или несколькими микроЭВМ (микропроцессора- ми) и с программной реализацией алгоритмов, которые записываются в постоянное запоминающее устройство при изготовлении устройст- ва ЧПУ. Системы типа CNC имеют возможность формировать типо- вые циклы обработки применительно к различным технологическим задачам. Программно-математическое обеспечение для реализации этой возможности хранится в постоянно перепрограммируемом за- поминающем устройстве. Системы CNC позволяют программировать логику работы электроавтоматики силового оборудования станка.

5. Система DNC (Direct Numerical Control) – система, управ- ляющая группой станков от одной ЭВМ, имеющая общую память для хранения программ, распределяемых по запросам от станков. Такие УЧПУ являются устройствами высшего ранга и служат для организа-

ции согласованной работы технологических объектов, включенных в комплекс, например в ГПС.

6. Система PCNC (Personal Computer NC) – системы управле- ния, появившиеся в последнее время и построенные на основе персо- нального компьютера в индустриальном исполнении, основное отли- чие которых заключается в ударо- и виброзащищенном исполнении, а также в наличии специальной интерфейсной платы, обеспечивающей сопряжение ПЭВМ с приводами, датчиками, электроавтоматикой станка. Такое построение позволяет удешевить систему ЧПУ, легко ее адаптировать к различным по функциональному назначению стан- кам путем коррекции соответствующих текстовых файлов программ- ного обеспечения. Все это позволяет легко модернизировать уста- ревшие системы ЧПУ NC, MNC, SNC, HNC, CNC, DNC до PCNC, что в ряде случаев успешно и выполняется (при условии удовлетвори- тельных точностных характеристик модернизируемого оборудова- ния).

7. STEP NC CNC (пошаговая система управления), разрабаты- ваемая в последнее время система ЧПУ. Построена на основе систем PCNC, основная идея – исключить участие человека в подготовке к процессу обработки. В состав программного обеспечения такой сис- темы обязательно входят пакеты CAD, CAPP, CAM. Функционирова- ние осуществляется по шагам:

Шаг 1: выполняет система CAD. Обеспечивает автоматизацию разработки чертежа обрабатываемой детали и подготовку геометри- ческой и технологической информаций к передаче в CAPP и системы САМ.

Шаг 2: система CAPP – определяет технологию обработки заго- товки детали на оборудовании (устанавливает способы обработки, назначает режимы, устанавливается режущий и вспомогательный ин- струменты, устанавливает последовательнось и состав переходов об- работки).

Шаг 3: система CАМ –осуществляет по результатам предыду- щих шагов расчет траектории перемещений инструмента, определе- ние моментов и последовательность событий управления приводами и электроавтоматикой станка. Обычно результатом работы системы CAM является управляющая программа (УП), которая в дальнейшем отрабатывается оборудованием (это позволяет легко модернизиро- вать существующие системы DNC и PCNC до STEP NC CNC), однако

в настоящее время выполняется проектирование систем САМ, непо- средственно управляющих станком без формирования УП.

Многие системы с микропроцессорным и компьютерным управлени- ем выполняют самодиагностирование. В случае обнаружения ошибки соответствующее сообщение высвечивается на экране УЧПУ. Это облегчает задачу наладчика. Однако наряду с новыми компьютерны- ми УЧПУ в промышленности эксплуатируется значительное количе- ство систем первой группы со схемной реализацией алгоритмов.