animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / ЧПУ станок / Классификация Устройств Чпу Станка

Классификация Устройств Чпу Станка

В этой статье мы рассмотрим, что из себя представляет классификация устройств чпу станка, как числовое программное управление различается по числу потоков информации, способу реализации и пр.

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

Числовое программное управление станком – это управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме.

По характеру движения исполнительных органов системы ЧПУ классифицируются на:

  • позиционные
  • контурные
  • универсальные
  • синхронные

Позиционное управление ЧПУ станка

При позиционном управлении перемещение рабочих органов станка происходит в заданные точки, причем траектория перемещения не задается. Позиционные устройства ЧПУ обеспечивают автоматическое перемещение рабочего органа станка в координату, заданную программой, без обработки в процессе перемещения рабочего органа. Эти устройства применяют в сверлильно-расточных и других станках. Перемещение инструмента от одной точки (координаты) обработки к другой выполняется на ускоренных ходах. Специфичным, при классификации устройств чпу станков является то, что для этого класса УЧПУ обязательным является требование обеспечения точности только при остановке в заданной координате. Вид траектории при перемещении 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 быстродействия и обеспечения значительных скоростей перемещения при малой дискретности.

Контурное управление ЧПУ станка

Контурное управление характеризуется перемещением органов станка по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура детали. При классификации устройств чпу контурное управление дополнительно подразделяют на:

  • Контурные прямоугольные системы ЧПУ - используют в станках, у которых обработка проводится лишь при движении по одной координате и обрабатываемая поверхность параллельна направляющим данной координаты. В большинстве станков применяют прямоугольные координаты, поэтому такие системы получили название прямоугольных. В этих системах, как и в позиционных, программируются конечные координаты перемещения. Однако в программе задается скорость движения в соответствии с требуемым режимом резания, и перемещение выполняется поочередно по каждой из координатных осей. В этих системах отставание или опережение (рассогласование) по скорости относительно запрограммированного значения непосредственно не вызывает погрешности обработки, так как инструмент продолжает движение по заданной траектории. Возникает лишь нарушение расчетного режима резания и связанное с этим незначительное изменение шероховатости обрабатываемой поверхности и упругих деформаций системы станок - деталь. Прямоугольные системы управления используют 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. Программу движения исполняемых органов по отдельным координатам при контурной и объемной обработках рассчитывают, исходя из заданной формы обрабатываемой поверхности детали и результирующей скорости движения, определяемой режимом резания. Рассогласование привода подач может привести к ошибке обработки контура. Контурные системы являются наиболее сложными как с точки зрения алгоритма работы УЧПУ, так и с точки зрения требований, предъявляемых к приводу подач.
  • Синхронные системы ЧПУ - являются разновидностью контурных систем ЧПУ, применяемые в основном в зубообрабатывающих станках. УЧПУ задает постоянное соотношение скоростей по двум или большему числу координатных осей станка, а формообразование обеспечивается благодаря конфигурации инструмента. Соотношение скоростей движения по осям задается программой и сохраняется на все время обработки заготовки данной детали. В большинстве случаев требуется не только обеспечить определенное соотношение средних скоростей движения по координатам, но и сохранить определенное рассогласование в приводах координат. Одна из координат станка (обычно главный привод) служит задающей и на ней устанавливают измерительный преобразователь (датчик). Такая система входит как составной элемент в УЧПУ токарно-винторезных станков для обеспечения режима нарезания резьбы.

Универсальное управление ЧПУ станка

Универсальное управление, в данной классификации устройств чпу, сочетает в себе принципы позиционного и контурного, позволяет осуществлять позиционирование и движение рабочих органов станка по заданной траектории. Такое управление наиболее эффективно для многооперационных и многоцелевых станков.

По числу потоков информации системы могут быть:

  • Разомкнутые (один поток от ЧПУ к станку). Основное преимущество такой системы – простота.
  • Замкнутые (два потока от ЧПУ к станку) и наоборот (датчики положения скорости). Основное преимущество - более точное перемещение исполнительных органов.
  • Адаптивные (самонастраивающиеся) системы. Представляют собой управление, при котором обеспечивается автоматическое приспосабливание процесса к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям. Они помимо основного потока информации имеют дополнительные, позволяющие корректировать процесс обработки с учетом деформации технологической системы, затупления режущего инструмента, колебания припуска и твердости заготовок и др.

По способу реализации системы ЧПУ укрупненно можно классифицировать следующим образом:

  • системы с аппаратной реализацией алгоритмов управления;
  • системы, построенные на основе микроконтроллеров;
  • системы, построенные на основе ПЭВМ.

В зависимости от уровня использования средств вычислительной техники, классификация систем ЧПУ происходит следующим образом.

Системы ЧПУ типа Numerical Control

Системы типа NC - числовое программное управление, осуществляющее адресование команд, расчет некоторых 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).

Системы ЧПУ типа Memory NC или Stored NC

Системы типа MNC или SNC - агрегатно-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. Преимуществом системы типа MNC, по сравнению с системой типа NC, является высокая надежность в работе, т. к. необходимость в использовании сложного фотосчитывающего устройства для каждого кадра программы не требуется.

Системы ЧПУ типа Hand NC

Системы типа HNC - с ручным заданием управляющей программы на пульте управления. Преимущество таких систем по сравнению с системами типа MNC - отсутствие необходимости подготовки УП (управляющей программы) технологом-программистов.

Системы ЧПУ типа Computer NC

Системы типа CNC - системы управления со встроенными одной или несколькими микроЭВМ (микропроцессорами) и с программной реализацией алгоритмов, которые записываются в постоянное запоминающее устройство при изготовлении устройства ЧПУ. Системы типа CNC имеют возможность формировать типовые циклы обработки применительно к различным технологическим задачам. Программно-математическое обеспечение для реализации этой возможности хранится в постоянно перепрограммируемом запоминающем устройстве. Системы CNC позволяют программировать логику работы электроавтоматики силового оборудования станка.

Система ЧПУ Direct Numerical Control

Система DNC – система, управляющая 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 организации согласованной работы технологических объектов, включенных в комплекс, например в ГПС (гибкие производственные системы).

Система ЧПУ Personal Computer NC

Система PCNC – системы управления, появившиеся в последнее время и построенные на основе персонального компьютера в индустриальном исполнении, основное отличие 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 станкам путем коррекции соответствующего программного обеспечения. Все это позволяет легко модернизировать устаревшие системы ЧПУ NC, MNC, SNC, HNC, CNC, DNC до PCNC, что в ряде случаев успешно выполняется (при условии удовлетворительных точностных характеристик модернизируемого оборудования).

Пошаговая система ЧПУ STEP-NC

STEP-NC это разрабатываемая в последнее время система ЧПУ. Построена на основе систем PCNC, ее основная идея – исключить участие человека в подготовке к процессу обработки. В состав программного обеспечения такой системы обязательно входят пакеты CAD, CAPP, CAM. Функционирование осуществляется по шагам:

система CAD обеспечивает автоматизацию разработки чертежа обрабатываемой детали и подготовку геометрической и технологической информаций к передаче в CAPP и системы САМ.

система CAPP определяет технологию обработки заготовки детали на оборудовании (устанавливает способы обработки, назначает режимы, устанавливается режущий и вспомогательный инструменты, устанавливает последовательность и состав переходов обработки).

система CАМ осуществляет по результатам предыдущих шагов расчет траектории перемещений инструмента, определение последовательности событий управления приводами и электроавтоматикой станка. Обычно результатом работы системы CAM является управляющая программа (УП), которая в дальнейшем отрабатывается оборудованием (это позволяет легко модернизировать существующие системы DNC и PCNC до STEP- NC), однако в настоящее время выполняется проектирование систем САМ, непосредственно управляющих СЧПУ станком без формирования УП.

Это лишь поверхностный обзор классификации устройств чпу, однако он уже способен дать представление об общей картине этой области.

ЧПУ станков в период СССР

Устройство ЧПУ обеспечивает управление движениями подач исполнительных органов станка и такими действиями, как изменение частоты вращения шпинделя, смена режущих инструментов, коррекция положения и размера инструмента, закрепление подвижных узлов, перемещение приспособлений-спутников с заготовками, включение подачи СОЖ и др. Эти действия необходимы для выполнения основных движений обработки резанием, выполнения всего технологического цикла. Сигналы, поступающие к исполнительным органам для управления движениями подач, называют основными командами, а сигналы управления технологическим циклом - технологическими командами.

Комплекс устройств ЧПУ и исполнительных устройств, обеспечивающих выполнение заданной программы обработки, принято называть системой числового управления (СЧУ). Обрабатывающие центры с ЧПУ прошлых лет имели позиционную (координатную), контурную (непрерывную) или универсальную (позиционно-контурную) СЧУ. В большинстве обрабатывающих центров применяли контурные или универсальные СЧУ. Несмотря на то, что такие СЧУ много сложнее и дороже позиционной, их применение значительно увеличивало технологические возможности станка.

Устройство ЧПУ представлял собой сложный комплекс электронных систем, производящих переработку информации, поступающей от программоносителя и исполнительных органов станка (последнее - в системах с обратной связью), вырабатывающих основные и технологические команды, Наладка и обслуживание такого комплекса требуют специальных знаний и выполняются персоналом соответствующей квалификации. Поэтому рассмотрим только общие принципы построения управляющего устройства.

Различие модификации устройств ЧПУ принято в СССР обозначать условным сочетанием букв и цифр, имеющих следующее значение. Первый знак - тип СЧУ: П - позиционная; H - контурная; У - универсальная. Второй знак - число координат, управляемых по программе. Третий знак - число одновременно управляемых координат. Четвертый знак - тип привода подачи: 1 - шаговый; 2 - следящий (для систем управления с обратной связью).

Таким образом, устройство У521 предназначено для станков с контурно-позиционной СЧУ, позволяет совершать перемещения по пяти координатам (например, вдоль трех осей прямоугольной системы координат и вокруг двух из этих осей) с одновременным управлением двумя перемещениями, оснащено шаговыми двигателями.

В конце обозначения устройства ЧПУ может быть еще одна буква. Так, в обозначении H33-2М буква М означает «модернизированное». Применяют и другие обозначения управляющих устройств, например: «Размер 2». Так назвали позиционную СЧУ типа П422.

Существуют и комплектные СЧУ, например, система «Размер 2М1300» включает устройство ЧПУ «Размер 4», станцию управления «Сигнал», комплект электроприводов типа «Кедр». Устройство «Размер 4» позволяет вводить программу с перфоленты или непосредственно от ЭВМ, обеспечивает одновременное управление движениями исполнительных органов по пяти координатам, т.е. относится к группе устройств У552.

Рассмотрим состав и назначение элементов контурного устройства ЧПУ, характерного для обрабатывающих центров советского времени.

Перфоленту с записанной на ней программой помещают в фотосчитывающее устройство. Здесь каждый кадр программы преобразуется в совокупность электрических сигналов, поступающих в устройство ввода программы, а оттуда в блок оперативной памяти. В этом блоке информация последовательно (по кадрам программы) накапливается для того, чтобы по соответствующей команде поступить к исполнительному органу во все время его движения. Блок коррекции предназначен для внесения поправок в траекторию движения. Поправки нужны для того, чтобы компенсировать изменение размера режущего инструмента, вызванного его изнашиванием, или заменой износившегося инструмента новым; учесть отжатие инструмента и др.

Важнейший элемент устройства ЧПУ - интерполятор. Числа, соответствующие заданным перемещениям, поступают в интерполятор, который преобразует их в соответствующие количества командных импульсов, подаваемых исполнительным органам станка. Каждый импульс соответствует определенному перемещению (например, 0,01 мм), а частота подачи импульсов задает скорость движения исполнительного органа. Если с помощью интерполятора управлять движением Исполнительного органа по двум координатам одновременно, можно получать разные, в том числе криволинейные, траектории перемещения. Интерполяторы контурных СЧУ обеспечивают линейно-круговую интерполяцию, т.е. возможность обработки криволинейных поверхностей, образованных дугами разных радиусов. Скорость работы интерполятора, а следовательно, и скорость подачи изменяются с помощью блока задания скорости. Специальный блок служит для преобразования поступающих от программы технологических команд.

Через устройства связи со станком преобразованные команды управления исполнительными органами и технологические команды распределяются по исполнительным органам.

Работа СЧУ - движения по координатам, положения режущих инструментов, порядок работы и др. - фиксируется на табло или специальном экране с помощью блока цифровой индикации, что облегчает наладку и обслуживание станка.

Устройства ЧПУ обрабатывающими центрами обычно обеспечивают возможность выбора двух основных режимов работы: автоматического - по программе и с преднабором - при наладке станка, когда все команды подаются (набираются) наладчиком или оператором с пульта ЧПУ.

На рис. 1 показан пульт управления устройства H55-2. Программоноситель - перфолента протягивается через фотосчитывающее устройство 1. Имеющийся в нем осветитель засвечивает через пробитые в перфоленте отверстия фотодиоды, формирующие сигналы, следующие затем в устройство ввода программы. Для включения в работу всего устройства ЧПУ служит панель 5. Пульт оператора 9 имеет переключатель режимов работы 8: основных - автоматического и с преднабором и дополнительных - «поиск кадра» (для контроля заданных перемещений на ускоренных ходах), «выход в исходное положение» и др. В режиме преднабора работой станка управляют кнопки 2 и 7. Переключатель з управляет коррекцией скорости подачи. Кнопки 4 и 10 используют для выбора адреса, направления и величины перемещения по осям координат. Кнопки служат для включения технологических команд, значение которых набирают с помощью декадного переключателя 2. На панели 6 индикации фиксируются светящимися цифрами величины перемещений, номер работающего инструмента, номер кадра.

Панель пульта коррекции 11 имеет комплекты семи- и шестидекадных переключателей и кнопки включения. С помощью пульта вводится коррекция на размер инструмента, частоту вращения шпинделя, длину вылета и положение режущих инструментов и др.

Рис. 1. Органы управления устройства H55-2