Пристрої числового програмного керування
Всі блоки комплексу працюють взаємопов'язано в єдиній структурі. Керуюча програма містить укрупненное кодоване опис всіх стадій геометричного і технологічної освіти вироби. У УЧПУ керуюча інформація відповідно до УП транслюється, а потім використовується в обчислювальному циклі, результатом якого є формування оперативних команд в реальному масштабі машинного часу верстата.
Верстат є основним споживачем інформації, що управляє, виконавчої частиною, об'єктом управління, а в конструктивному відношенні - несучою конструкцією, на якій змонтовані механізми з автоматичним управлінням, пристосовані до прийому оперативних команд від УЧПУ, яке є основним елементом в загальній системі управління обладнанням. Функціональність реальної системи ЧПУ (СЧПУ) визначається ступенем реалізації цілого ряду функцій при управлінні:
- Введення і зберігання системного програмного забезпечення (ВПЗ)
- Введення, зберігання УП та реалізацію вихідної інформації
- інтерпретація кадру
- інтерполяція
- Управління приводами подач
- Управління приводом головного руху
- логічне управління
- Корекція на розміри
- Реалізація циклів
- зміна інструменту
- Корекція похибок механічних і вимірювальних пристроїв
- Адаптивне управління обробкою
- Накопичення статистичної інформації
- Автоматичний вбудований контроль
- Додаткові функції: обмін інформацією з ПК верхнього рівня, оптимізацію окремих режимів і циклів технологічного процесу, узгоджене управління обладнанням технологічного модуля, управління елементами автоматичної транспортно-складської системи, управління зовнішніми пристроями, зв'язок з оператором, технічну діагностику технологічного устаткування і самої системи ЧПУ та ін .
До УЧПУ сходяться всі нитки управління автоматичними механізмами верстата. Конструктивно УЧПУ виконано як автономний електронний агрегат, який має пристрій введення УП, обчислювальну частина, електричний канал зв'язку з автоматичними механізмами верстата.
Відповідно до міжнародної класифікації все УЧПУ за рівнем технічних можливостей діляться на наступні основні класи:
NC (Numerical Control); SNC (Stored Numerical Control); CNC (Computer Numerical Control); DNC (Direct Numerical Control); HNC (Handled Numerical Control); VNC (Voise Numerical Control), NEURO- Fuzzy (Нейро-фаззі) системи управління.
Всі сучасні УЧПУ мають клас не нижче СNС, тобто мають в основі пристрою потужний ПК з усіма його можливостями.
УЧПУ класів CNC, DNC, HNC відносяться до пристроїв зі змінною структурою. Основні алгоритми роботи цих пристроїв задаються програмно (або апаратно-програмно) і можуть змінюватися для різних умов, що дозволяє зменшити число модифікацій УЧПУ, прискорити їх освоєння, в тому числі УЧПУ з самоподнастраівающіміся алгоритмами. УЧПУ цих класів мають структуру ПК і володіють характерними ознаками обчислювальної машини.
Для роботи УЧПУ має бути відповідним чином запрограмовано. Для цього подібні системи мають спеціальне ПМО, що представляє собою комплекс алгоритмів переробки інформації, що надходить у вигляді УП. Математичне забезпечення може вводитися в систему через пристрій введення, як і основна УП. Тоді система ЧПУ відноситься до класу вільно програмованих. В інших випадках математичне забезпечення закладається в постійну пам'ять системи на стадії її виготовлення. Однак, у всіх випадках існують можливості для зміни, доповнення, збагачення цього математичного забезпечення, в силу чого подібні УЧПУ мають велику гнучкість і здатність до функціонального нарощування.
УЧПУ можуть бути як складовою частиною обладнання, що постачається, так і пристроєм, що використовується при модернізації вже наявних в експлуатації верстатів. Моделей УЧПУ досить багато, ці пристрої виробляються як вітчизняними, так і зарубіжними фірмами. Від рівня моделі, від ряду її характеристик залежать багато технологічних характеристики керованого даної УЧПУ обладнання. У загальному випадку виділяють у УЧПУ наступні дані:
Вибір УЧПУ і оцінка його характеристик визначається цілою низкою чинників - типом і призначенням верстата, характером і видом виконуваних робіт, точносних характеристиками прийнятого верстата, видом виробництва, можливостями підприємства і т.д. і т.п. Але в даний час в характеристиках УЧПУ часто виділяють два моменти: можливості використовувати УЧПУ для управління високошвидкісної обробкою (ВСО) та відповідно високошвидкісним обладнанням і прийнята схема підготовки керуючих програм.
Основний принцип ВСО: малий перетин зрізу, що знімається з високою швидкістю різання, і, відповідно, високі частоти обертання шпинделя і висока хвилинна подача.
Для досягнення необхідної точності обробки, особливо фінішної, потрібні часті проходи інструменту з невеликим кроком. Зазначене призводить до того, що програмовані траєкторії інструменту є складними багатоточковими і представляються в керуючих програмах великою кількістю кадрів. Особливо це помітно при програмуванні обробки складно контурних тривимірних виробів, коли керуюча програма повинна нерозривно пов'язувати узгоджені переміщення елементів верстата по 3-м, 4-м і навіть по 5-ти координатах при кроці в 0,01. 0,02 мм. Вимоги нерозривності в подачі керуючих сигналів від системи ЧПУ до приводів, які забезпечують до того ж великі швидкості робочих подач, призводить до того, що дані від УЧПУ у високошвидкісних верстатів до приводів повинні передаватися з великими швидкостями і в значно більших обсягах, ніж при звичайній обробці на звичайних верстатах з ЧПУ.
Оскільки у існуючих СЧПУ можуть бути встановлені обмеження по швидкості обробки (передачі) кадру керуючої програми і передачі сигналу управління до приводу, то при ВСО можливі обмеження по подачі, тобто УЧПУ може безперервно управляти приводами лише до певної швидкості їх переміщення. Максимальну подачу, яку здатна забезпечити конкретна система ЧПУ, можна визначити за формулою: Fmax = (Довжина переміщення в кадрі) / (Час обробки кадру) * 60. З наведеного відносини слід, що при переміщеннях 0,01 мм і часу обробки кадру 2 мс максимальна подача обмежена значенням 0,3 м / хв.
Таким чином, при організації ВСО, при визначенні УЧПУ обраного верстата повинні враховуватися три фактори, пов'язані з системою управління верстатом:
- для забезпечення безперервного руху інструменту потрібні у УЧПУ високі швидкості обробки даних (не менше 200 блоків в хвилину);
- система ЧПУ повинна переглядати дані як мінімум на 150. 200 блоків вперед з тим, щоб обчислювати зміни величини подачі при підході інструменту до гострих кутах (або іншим подібним перешкодам) і відході від них;
- для підвищення якості поверхні і зниження навантажень на інструмент необхідно, щоб закон зміни величини подачі мав плавний колоколообразний вид, так як причиною зниження якісних характеристик процесу є занадто різкі прискорення при рухах по траєкторіях з кутами.