Для управляющих программ

В общем виде структуру комплекса «станок с ЧПУ» можно представить в виде трех блоков, каждый из которых выполняет свою задачу: управляющая программа (УП), устройство ЧПУ (УЧПУ) и собственно станок (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Функциональная схема управления станком с ЧПУ

Управляющая программа содержит укрупненное кодированное описание всех стадий геометрического и технологиче­ского образования изделия. Главное (с информационной точки зрения) в этом описании то, что оно не допускает двусмысленных трактовок.

В УЧПУ управляющая информация в соответствии с УП транслируется, а за­тем используется в вычислительном цик­ле, результатом которого является формирование оперативны команд а реаль­ном масштабе машинного времени станка.

Станок является основным потребите­лем управляющей информации, исполнительной частью, объектом управления, а в конструктивном отношении несущей конструкцией, на которой смонтированы механизмы с автоматическим управле­нием, приспособленные к приему оперативных команд от УЧПУ.

К числу подоб­ных механизмов относятся, прежде всего, те, которые непосредственно участвуют в геометрическом формообразовании из­делия. Это механизмы координатных по­дач, направления которых различны. В зависимости от числа координат дви­жения, задаваемых механизмами подачи, складывается та или иная система коор­динат обработки: плоская, пространст­венная трехмерная, пространственная многомерная. Из всех механизмов меха­низмы подачи требуют в процессе управ­ления наибольшего объема переработки информации и вычисления, поэтому от числа управляемых координат, от слож­ности геометрической координатной за­дачи формообразования во многом зави­сит сложность УЧПУ в целом и исполь­зуемая методика программирования.

Функциональность реальной системы ЧПУ (СЧПУ) определяется степенью реализации целого ряда функций при управлении оборудованием. Дадим крат­кую характеристику этих функций.

Ввод и хранение системного программ­ного обеспечения (СПО). К СПО отно­сят совокупность программ, отражающих алгоритмы функционирования конкрет­ного объекта. В УЧПУ низших классов СПО заложено конструктивно и не может быть изменено, и УЧПУ может управлять лишь данным (типовым) объектом (на­пример, только станками токарной груп­пы с двумя координатами). В системах, обеспечивающих управление широким классом объектов (в так называемых многоцелевых СЧПУ), при настройке СЧПУ для решения определенного круга задач СПО вводится извне. Это необхо­димо, поскольку у разных объектов су­ществуют различия в алгоритмах формо­образования по числу координат управ­ления, скоростям и ускорениям движения инструмента. Разнообразие типов приво­дов и состава технологических команд объектов ведет к различиям в количестве и характере сигналов обмена.

В автономных многоцелевых устройст­вах управления СПО вводится с перфо­ленты, в автоматизированных устройст­вах (в составе АСУ ТП и ГАП) — по каналу связи с ЭВМ верхнего уровня. Естественно, что СПО хранится в памяти системы до тех пор, пока не меняется объект управления. При замене объекта управления (например, вместо токарного станка к СЧПУ подключается промыш­ленный робот) необходим ввод в СЧПУ новых программ (СПО), которые опреде­лили бы алгоритмы функционирования этого нового объекта.

Необходимо различать СПО и управ­ляющие программы: СПО остается не­изменным для данного объекта управле­ния, а УП изменяются при изготовлении разных деталей на одном и том же объек­те. В многоцелевых СЧПУ память для хранения СПО должна быть энергонеза­висимой, т. е. сохранять информацию при пропадании напряжения питающей сети.

Ввод и хранение УП. Управляющая программа может вводиться в СЧПУ с перфоленты, с пульта управления или по каналам связи с ЭВМ высшего уровня. Память для хранения УП, которая обыч­но представляется в коде ИСО, должна быть энергонезависимой. В СЧПУ выс­ших классов УП обычно вводится сразу и целиком и запоминается в оперативной памяти системы. Однако в ряде СЧПУ используется также метод покадрового ввода УП — путем поэтапного (покадро­вого) чтения перфоленты фотосчитывающим устройством системы управления.

В ряде систем введенная УП после от­ладки и редактирования с использовани­ем УЧПУ может быть выведена на какие-либо внешние устройства: перфоратор, автоматическое печатающее устройство, графопостроитель, дисплей, накопитель на магнитных дисках и т. д.

Интерпретация кадра. Управляющая программа состоит из составных час­тей — кадров. Отработка очередного кадра требует проведения ряда предвари­тельных процедур, называемых интерпре­тацией кадра. Для непрерывности кон­турного управления процедуры интерпре­тации i+1-го кадра должны быть реа­лизованы во время управления объектом по i-му кадру. Иначе говоря, система управления должна быть готова к немед­ленной (без перерывов на чтение и рас­познавание кадров) выдаче команд управления в соответствии с командами последующего кадра после исполнения команд, заложенных в кадре текущем.

Интерполяция. СЧПУ должна обеспе­чить с требуемой точностью автомати­ческое получение (расчет) координат промежуточных точек траектории движе­ния элементов управляемого объекта по координатам крайних точек и заданной функции интерполяции.

Управление приводами подач. Слож­ность управления зависит от типа при­вода. В общем случае задача сводится к организации цифровых позиционных следящих систем для каждой координаты. На вход такой системы поступают коды (код), соответствующие результатам ин­терполяции. Этим кодам должно отвечать положение по координате (линейное или угловое) перемещающегося объекта. Оп­ределение действительного положения перемещающегося объекта и сообщение о нем в систему управления осуществля­ются датчиками обратной связи. Кроме управления в режиме движения по задан­ной траектории необходима организация и некоторых вспомогательных режимов: согласование системы управления при­водами с истинным положением датчиков обратной связи, установка системы при­водов в фиксированный нуль станка, контроль выхода за допустимые значения координат, автоматический выход приво­дов в режим торможения по определен­ным законам и др.

Управление приводом главного дви­жения. Управление предусматривает включение и отключение привода, стаби­лизацию скорости, а в некоторых слу­чаях — управление углом поворота как дополнительной координатой.

Логическое управление. Это управле­ние технологическими узлами дискретно­го действия, входные сигналы которых производят операции типа «включить», «отключить», а выходные фиксируют состояния «включено», «отключено».

Коррекция на размеры инструмента. Коррекция УП на длину инструмента сводится к параллельному переносу ко­ординат, т.е. смещению. Учет фактиче­ского радиуса инструмента сводится к формированию траектории, эквидистант­ной запрограммированной.

Реализация циклов. Выделение повто­ряющихся (стандартных) участков про­граммы, называемых циклами, является эффективным методом сокращения УП. Так называемые фиксированные циклы характерны для определенных технологи­ческих операций (сверления, зенкерования, растачивания, нарезания резьбы и т.п.) и встречаются при изготовлении многих изделий.

При разработке УП фиксированные циклы указываются в программе, а их отработка ведется в соответствии с определенной подпрограммой, заложен­ной в память СЧПУ системой про­граммного обеспечения или конструктив­ной схемой.

Программные технологические циклы соответствуют повторяющимся участкам данной обрабатываемой детали. Эти циклы в определенных СЧПУ также мо­гут быть выделены и занесены в опера­тивную память СЧПУ, а при повторениях в соответствии с командами УП реализовываться с вызовом их из оперативной памяти.

Смена инструмента. Эта функция ха­рактерна для многоинструментальных и многоцелевых станков. Задача смены инструмента в общем случае имеет две фазы: поиск гнезда магазина с требуе­мым инструментом и замену отработав­шего инструмента на новый.

Коррекция погрешностей механиче­ских и измерительных устройств. Любой конкретный агрегат механообработки (т.е. объект управления) можно аттесто­вать с помощью измерительных средств достаточно высокого класса точности. Результаты такой аттестации в виде таблиц погрешностей (внутришаговая ошибка, накопленная ошибка, люфты, температурные погрешности) заносятся в память СЧПУ. При работе системы текущие показания датчиков агрегатов корректируются данными из таблиц по­грешностей.

Адаптивное управление механообра­боткой. Для осуществления такого управ­ления необходимая информация получа­ется от специально установленных датчи­ков, с помощью которых измеряют момент сопротивления резанию или составляю­щие сил резания, мощность привода главного движения, вибрацию, темпера­туру, износ инструмента и др. Чаще всего адаптация осуществляется изменением контурной скорости или скорости привода главного движения.

Накопление статистической информа­ции. К статистической информации от­носятся фиксация текущего времени и времени работы системы и ее отдельных узлов, определение коэффициента загруз­ки оборудования, учет изготовленной продукции, фиксация ее отдельных пара­метров и т.д.

Автоматический встроенный контроль. Организация такого контроля в зоне обработки особенно актуальна для ГАП. Непрерывный контроль по формируемым размерам обрабатываемого изделия — одна из основных задач повышения ка­чества механообработки.

Дополнительные функции. К дополни­тельным функциям можно отнести сле­дующие: обмен информацией с ЭВМ верхнего уровня, согласованное управле­ние оборудованием технологического мо­дуля, управление элементами автома­тической транспортно-складской систе­мы, управление внешними устройствами, связь с оператором, техническую диаг­ностику технологического оборудования и самой системы ЧПУ, оптимизацию от­дельных режимов и циклов технологи­ческого процесса и др.