Особенности обработки на ЧПУ-станках

ЧПУ (числовое программное управление) станком – это управление обработкой детали на станке посредством управляющей программы, в которой все данные хранятся в цифровом виде.

Основной особенностью станков с ЧПУ является то, что программа, содержащая данные о величине, направлении и скорости перемещения рабочих элементов задается в виде определенных символов, записанных на программоносителях. Процедура подготовки программы для ЧПУ-станка отделена от процедуры обработки деталей в пространстве и времени.

Управляющей программой (УП) является совокупность команд, записанных на языке программирования, которая соответствует заданному алгоритму работы станка для осуществления мер по обработке конкретной заготовки. Запись УП производится на программоноситель (перфоленту, магнитные ленту или диск, ЗУ различных типов) и включает кадры, содержащие не менее одной управляющей команды для станка.

Устройство ЧПУ – это устройство, которое выдает управляющее воздействие на органы исполнения станка согласно управляющей программе и информации о состоянии объекта управления.

На ЧПУ-станке для обработки детали новой конфигурации зачастую достаточно установки в УЧПУ новой управляющей программы, содержащей необходимую задающую информацию (ЗИ). Программа считывается посредством устройства ввода программы (УВП), то есть происходит ее преобразование в электросигналы и переход в устройство отработки программ (УОП), и далее посредством устройства управления приводом (УУП) выполняется воздействие на объект регулирования, а именно – станочный привод подач (ПП). Заданное передвижение, к примеру, по X,Y, Z-осям подвижных станочных узлов, которые связаны с приводом подач, контролируется датчиками обратной связи (ДОС). Посредством устройства обратной связи (УОС) происходит поступление информации с датчиков в УОП, где фактическое  перемещение узла подачи сравнивается с заданным программой в целях коррекции произведенных перемещений. Для выполнения дополнительных действий электросигналы поступают с УВП на устройство технологических команд или УТК, воздействующее на элементы исполнения технологических команд (ИЭТК).

Выполняется включение/выключение электродвигателей, электромагнитов, электромагнитных муфт и пр.

Рис. 1. Станок с ЧПУ: а – схема изготовления деталей; б – функциональная схема системы с  ЧПУ-станком

Виды числового программного управления

1. Исходя из технологического признака или характера перемещения исполнительных станочных механизмов (определяется геометрической информацией, находящейся в программе), числовое программное управление подразделяется на позиционное, контурное и комбинированное (см. рисунок 2).

Рис. 2. Виды ЧПУ станками: а, б – позиционное управление, в – контурное управление

Позиционное ЧПУ позволяет перемещать рабочие органы станка в определенные точки, при этом траектории движения не задаются. Такое управление широко используется на сверлильно-расточных станках. При позиционном ЧПУ кроме позиционирования имеет место составление программ для скорости перемещения, что зависит от характера производимых технологических операций, при этом сами перемещения происходят только в направлении, параллельном осям координат и поочередно. Данное управление применяется в токарных, фрезерных, шлифовальных станках, функционирующих по прямоугольному циклу.

В случае контурного ЧПУ движение рабочих органов станков выполняется по определенной траектории и с определенной скоростью в целях получения заданного контура обработки.

Сложные траектории обеспечиваются посредством совместного и взаимосвязанного движения ряда исполнительных органов. Для определения траектории в случае контурного управления применяются алгоритмы круговой, линейной или другой  интерполяции.

Интерполяция представляет  собой автоматическое получение или расчет координат для промежуточных точек траектории движения рабочего станочного органа, исходя из координат крайних точек и функции интерполяции. Выполнение алгоритмов интерполяции обеспечивает  интерполятор – специальное вычислительное устройство, преобразующее записанную на носителе программы или заданную компьютером информацию воздействия управления на электродвигатели приводов подач в целях обеспечения необходимой траектории и скорости перемещения рабочего органа, оснащенного  инструментом, вдоль необходимого контура.

Контурное управление используется на станках фрезерного и токарного типа, ведущих обработку деталей, отличающихся криволинейными поверхностями и сложной конфигурацией.

ЧПУ комбинированное или универсальное является совокупностью позиционного и контурного управления. Управление такого типа существенно расширяет технологические возможности оборудования. Комбинированное  ЧПУ станками используют на многоцелевых фрезерно-расточных станках.

2. Исходя из информационного признака или по количеству потоков информации для управления станком, ЧП управление подразделяется на замкнутое и разомкнутое.

В случае разомкнутого управления существует только один информационный поток, который направляется от УП на РО — рабочий орган. Станки, имеющие такое управление, оснащены ШД М.

В случае замкнутого управления существует два информационных потока: один идет от УП, другой — от ДОС (датчиков обратной связи).

Конструктивно наиболее сложными являются замкнутые системы управления, однако они и функционируют точнее последних, поскольку в них фактическая отработка передвижений сравнивается с заданной,  а также выполняется коррекция УЧПУ по информации датчиков обратной связи. Как правило, все модернизированные ЧПУ-станки оснащены именно таким управлением.

В системах управления замкнутого типа выделяются адаптивные или самонастраивающие системы. Такие системы содержат дополнительные информационные потоки, способные корректировать процедуру обработки в зависимости от реальных условий (колебания припуска, затупление инструмента и пр.).

Рис. 2а. Виды ЧПУ станками: а – разомкнутая, б – замкнутая

 Комплекс «ЧПУ-станок»

Структура комплекса «ЧПУ-станок» в общем случае представляется в виде 3-х блоков, выполняющих свою определенную задачу: управляющей программы (УП), ЧПУ-устройства (УЧПУ) и собственно станка.

УП состоит из укрупненного кодированного описания геометрического и технологического создания деталей на всех стадиях. В ЧПУ-устройствах управляющая информация транслируется в соответствии с УП,  а затем применяется в ходе вычислительного цикла. В результате формируются оперативные команды в настоящем масштабе машинного времени.

Станок – это основной потребитель управляющей информации, а также исполнительная часть, объект управления, и конструктивно – несущая  конструкция, на которой установлены механизмы, имеющие автоматическое управление, приспособленные к восприятию оперативных команд ЧПУ-устройства: приспособления координатных подач, привод главного передвижения с возможностью регулировки, механизмы смены инструментов, зажимные устройства заготовки и пр.

Функции, выполняемые ЧПУ-системой (CЧПУ) в ходе управления оборудованием, приведены на рисунке, где СПО – это системное программное обеспечение, а ПР — промышленный робот.

CЧПУ представляет собой совокупность связанных функционально программных и технических средств, которые являются обеспечением ЧПУ станком.

Ввод УП может выполняться в СЧПУ с пульта управления, перфоленты, посредством каналов связи ЭВМ высшего уровня. Системы ЧПУ высших классов оснащаются управляющей программой, как правило, сразу и полностью, она записывается в оперативной памяти системы. Но в некоторых СЧПУ применяется и метод покадрового ввода программы управления – через поэтапное (покадровое) чтение перфоленты посредством фотосчитывающего устройства системы управления.

В некоторых системах введенную УП после процедуры отладки и редактирования с применением УЧПУ можно вывести на внешние устройства: на перфоратор, графопостроитель, дисплей, на печатающее автоматическое устройство и пр.

Рис. 3. Функциональная схема управления станком с ЧПУ