/
Author: Босинзон М.А.
Tags: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления общая технология машиностроения обработка металлов машиностроение металлорежущие станки
ISBN: 978-5-7695-5184-0
Year: 2008
Text
Федеральный комплект учебнике.
Учебник
Начальное
профессиональное
образование
Металлообработка
М. А. Босинзон
Современные
системы ЧПУ
и их эксплуатация
AC ADEM*A
НАЧАЛЬНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
М.А.БОСИНЗОН
СОВРЕМЕННЫЕ
СИСТЕМЫ ЧПУ
И ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ
УЧЕБНИК
Под редакцией д-ра техн, наук, проф. Б. И. ЧЕРПАКОВА
Допущено
Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебника для образовательных учреждений,
реализующих программы начального профессионального образования
2-е издание, стереотипное
ACADEMA
Москва
Издательский центр «Академия’
2008
УДК 621.7(075.32)
ББК 34.5я722
Б85
Рецензенты:
зам. директора ГОУ СПО Колледж автоматизации и информационных
технологий № 20 г. Москвы А. Л. Гурвиц-,
зав. отделом ОАО «ЭНИМС» Б. В. Родионов
Босинзон М.А.
Б85 Современные системы ЧПУ и их эксплуатация : учеб-
ник для нач. проф. образования / М.А. Босинзон ; под ред.
Б. И.Черпакова. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр
«Академия», 2008. — 192 с.
ISBN 978-5-7695-5184-0
Приведены общие сведения и характеристики современных устройств
ЧПУ, систем управления металлорежущими станками, станочными мо-
дулями, автоматизированными участками и автоматизированными про-
изводствами. Отражена специфика профессии оператора станков с ЧПУ.
Для учащихся учреждений начального профессионального образова-
ния. Может быть полезен станочникам широкого профиля, наладчикам,
мастерам, инженерам-конструкторам, технологам и программистам.
УДК 621.7(075.32)
ББК 34.5я722
Учебное издание
Босинзон Марк Аркадьевич
Современные системы ЧПУ и их эксплуатация
Учебник
2-е издание, стереотипное
Редактор Л.А.Левченкова. Технический редактор Н. И. Горбачева
Компьютерная верстка: С. Ф. Блудова
Корректоры Т. Н. Морозова, С. Ю. Свиридова
Изд. № 102112119. Подписано в печать21.04.2008. Формат 60x90/16. Гарнитура «Таймс».
Печать офсетная. Бумага тип. № 2. Уел. печ. л. 12,0. Тираж 1 500 экз. Заказ № 26414.
Издательский центр «Академия», www.academia-moscow.nj
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.953.Д.004796.07.04 от 20.07.2004.
117342, Москва, ул. Бутлерова, 17-Б, к. 360. Тел./факс: (495) 330-1092, 334-8337.
Отпечатано в полном соответствии с качеством диапозитивов, предоставленных
издательством в ОАО «Саратовский полиграфкомбинат».
410004, г. Саратов, ул. Чернышевского, 59. www.sarpk.ru.
Оригинал-макет данного издания является собственностью'
Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом
без согласия правообладателя запрещается
© Босинзон М.А., 2006
© Образовательно-издательский центр «Академия», 2006
ISBN 978-5-7695-5184-0 © Оформление. Издательский центр «Академия», 2006
ОТ НАУЧНОГО РЕДАКТОРА
Начало промышленного применения станков с числовым про-
граммным управлением (ЧПУ) относится к концу 1950-х гг. На
этом этапе автоматизации производства станки с ЧПУ пришли на
смену копировально-фрезерным станкам при обработке фасон-
ных поверхностей: шаблон заменила магнитная или перфориро-
ванная лента, которая позволила ввести числовой (цифровой)
метод задания программы (информации). Появились микропро-
цессорные средства управления для реализации приема, обработ-
ки и передачи цифровой информации.
Микропроцессорные системы ЧПУ так же, как и вычислитель-
ные машины, характеризуются аппаратными средствами и про-
граммным обеспечением (ПО), в которое входят алгоритм функ-
ционирования и программы, их реализующие. Отличие каждой
группы систем ЧПУ в основном заключается в отличии ПО и
определяет качественные изменения систем. В последние годы на-
метилось сокращение числа аппаратных исполнений устройств
ЧПУ с увеличением модификаций той части ПО, которая опре-
деляется видом технологического оборудования.
Следует отметить ускоренные темпы развития электроники, что
приводит к быстрому моральному старению аппаратных средств.
Увеличение быстродействия микропроцессоров, рост степени их
интеграции позволили создать новые структуры устройства ЧПУ
и на их основе развить ПО для расширения сервисных задач уст-
ройств ЧПУ и технологических функций станка. Можно выделить
три класса структур, охватывающих системы ЧПУ разных поко-
лений:
• однопроцессорные моноблочного исполнения;
• мультипроцессорные блочного и блочно-модульного испол-
нения (с независимыми процессорами);
• локально-распределенные модульного исполнения.
Основными тенденциями развития систем и устройств ЧПУ
являются увеличение вычислительной мощности, а следователь-
но, и повышение универсальности аппаратных средств и ПО без
ориентации на определенный вид оборудования. Различия между
системами ЧПУ отдельных групп станков все более сглаживаются.
Наиболее перспективными являются блочные и блочно-модуль-
ные устройства ЧПУ (мультипроцессоры), позволяющие реали-
3
зовать ряд новых функций управления станками. Наличие отдель-
ного процессора у дисплейного блока сделало возможным введе-
ние программы с графическим отображением на дисплее траек-
тории движения инструмента. Создание процессорных модулей
управления приводами в блочно-модульных системах привело к
расширению числа управляемых координат. Увеличение объемов
памяти позволило организовать хранение информации, необхо-
димой для функционирования в условиях «безлюдной» технологии.
Мультипроцессорные системы позволяют организовать много-
программную обработку, например у обрабатывающих центров,
различными шпинделями. При этом каждый шпиндель перемеща-
ется по своей программе.
Наличие отдельного дисплейного процессора сделало возмож-
ным введение новой управляющей программы во время обработ-
ки по другой программе.
Создание программно-математического обеспечения микропро-
цессорного устройства ЧПУ — весьма трудоемкий и дорогостоя-
щий процесс и выполняется программистом, отладка программы
на станке ведется с участием рабочего-оператора.
Программное обеспечение в значительной степени определяет
уровень системы ЧПУ, объем ПО может варьироваться от 8...
20 Кбайт для простых систем ЧПУ первого класса до 0,5... 1,5 Мбайт
и более для многокоординатных сложных станков.
Создание развитого ПО устройств ЧПУ связано с большими за-
тратами: общая трудоемкость процесса программирования может со-
ставлять сотни человеколет для наиболее сложных станков, напри-
мер станков типа обрабатывающий центр (ОЦ). Поэтому построение
ПО выполняется по блочно-модульному принципу с максимальной
независимостью модулей и обеспечением их универсальности с пер-
спективой применимости к станкам разных видов и другому техно-
логическому оборудованию. С этой точки зрения ПО устройств ЧПУ
можно разделить на две большие группы, к первой отнести систем-
ное (базовое) ПО, общее для разных видов оборудования, а ко вто-
рой — групповое (технологическое) ПО, ориентированное на опре-
деленную группу станков, и функциональное, относящееся к конк-
ретному станку. При этом следует отметить, что ПО, которым пользу-
ется оператор станка, является лишь малой долей общего программ-
но-математического обеспечения.
Применение станков с ЧПУ позволяет получать значительный
экономический эффект и высвобождать большое число оборудо-
вания с ручным управлением. Эффективность станков с ЧПУ, по
отечественным и зарубежным данным, характеризуется ростом
производительности; числом заменяемых универсальных станков
с ручным управлением; сокращением сроков подготовки произ-
водства и технологической оснастки; уменьшением брака; обес-
печением взаимозаменяемости деталей; сокращением или полной
4
ликвидацией разметочных и слесарно-подгоночных работ; обес-
печением существенного уменьшения трудоемкости изготовления
и повышения производительности труда.
Опыт использования станков с ЧПУ показал, что эффектив-
ность их применения особо возрастает при требуемом повышении
точности, усложнении условий обработки, при необходимости в
процессе обработки взаимного перемещения детали и инструмен-
та в пяти-шести координатах, при многоинструментальной мно-
гооперационной обработке деталей с одного установа и т. п.
Важными составляющими эффективности использования стан-
ков с ЧПУ явились значительное уменьшение доли тяжелого руч-
ного труда рабочих, сокращение потребности в квалифицирован-
ных станочниках-универсалах, изменение состава работников ме-
таллообрабатывающих цехов. В этой связи можно выделить следу-
ющие основные направления научной организации труда при вне-
дрении станков с ЧПУ: привлечение специалистов к непосред-
ственному процессу изготовления деталей; организация много-
станочного обслуживания; комплексная автоматизация изготов-
ления деталей при мелко- и среднесерийном производстве с осу-
ществлением управления работой в цехе от ЭВМ.
На основе создания управляемых от ЭВМ автоматизированных
производственных систем (АПС) из станков с ЧПУ и транспорт-
ных систем решается проблема обеспечения круглосуточного ис-
пользования оборудования. При этом открываются возможности
обеспечения работы производственного персонала на стадии под-
готовки функционирования АПС, главным образом, в первую,
наиболее продуктивную, смену. При такой организации труда во
вторую и третью смены может работать только многочисленный
штат дежурных.
Практически во всех отраслях машиностроения в последние годы
применение станков с ЧПУ стало одним из главных направлений
при решении задач автоматизации обработки металлов резанием.
В эксплуатации оборудования с ЧПУ заняты операторы и на-
ладчики, мастера, инженеры-конструкторы (механики, электри-
ки, гидравлики, расчетчики), инженеры-технологи и програм-
мисты. Эффективность работы этих специалистов, правильность
принимаемых ими решений в значительной степени зависят от
уровня их знаний в области создания устройств ЧПУ и эксплуата-
ции оборудования с ЧПУ. Настоящая книга рассчитана на то, чтобы
оказать содействие в систематизации знаний по этой теме.
Доктор технических наук,
профессор Б. И. ЧЕРПАКОВ
Памяти Бориса Ильича Черпакова
посвящается
ВВЕДЕНИЕ
Современные тенденции развития машиностроительного обо-
рудования и в первую очередь объектов металлообрабатывающей
промышленности характеризуются повышением уровня автома-
тизации и внедрением качественно новых конструкций станков
с ЧПУ. Современные достижения в области электроники, появ-
ление новых видов интегрированных микропроцессорных сис-
тем позволяют создавать эффективные системы управления и вы-
сокоточное оборудование на их базе. На предприятиях, функци-
онирующих в новых экономических условиях, когда требуется
создание высококачественной конкурентоспособной продукции,
все в большей степени используются станки с ЧПУ, так как на
станках с программным управлением возможна оптимальная
обработка геометрически сложных деталей в условиях среднесе-
рийного, мелкосерийного и единичного производства. Постоян-
ное совершенствование систем ЧПУ, неуклонное повышение их
надежности и снижение себестоимости делает перспективным
применение систем ЧПУ также и в условиях крупносерийного
переналаживаемого производства. Современный этап развития
машиностроения ознаменован широкой модернизацией ранее
выпущенных станков с ручным управлением путем их оснаще-
ния системами ЧПУ.
В настоящее время весьма востребованными являются профес-
сии оператора станков с ЧПУ и станочника широкого профиля.
Если в условиях ручного управления станком сложную деталь мог
обработать только рабочий высшего разряда, затратив много вре-
мени на подготовительные операции и подбор приспособлений,
то в настоящее время при условии использования автоматизиро-
ванных систем стало возможным изготовление широкой номенк-
латуры самых сложных изделий оператором с начальным профес-
сиональным образованием на станке с ЧПУ за минимальное вре-
мя при активном контроле точности и качества обработки.
Рассмотренные в данной книге оборудование, системы ЧПУ,
комплектующие являются наиболее применяемыми в настоящее
время в российской промышленности, поэтому учащиеся смогут
достаточно быстро освоить методы и средства обслуживания стан-
ков, с которыми они столкнутся в условиях производства при
работе на разных предприятиях, в ремонтных мастерских и др.
6
Конструкции устройств ЧПУ, систем управления высокого
уровня постоянно развиваются и совершенствуются. Появляется
новая элементная база, расширяются технологические возможно-
сти, повышаются степень автоматизации, производительность и
точность обработки. Поэтому в пособии приводятся сведения о
перспективах развития систем управления и новых требованиях к
профессии оператора станков с ЧПУ.
Рассмотрим термины и понятия о ЧПУ.
Металлообрабатывающим оборудованием с программным уп-
равлением называют любые виды станков для обработки металлов
резанием, например токарные, фрезерные, сверлильные, шли-
фовальные, расточные, многоцелевые, элекгроэрозионные и т.п.,
а также другие виды оборудования для обработки металлов (лис-
тогибочные машины, дыропробивные прессы и др.), осуществля-
ющие по заданной программе автоматическую обработку заготовок.
Управляющая программа (УП) — совокупность команд на язы-
ке программирования, соответствующая алгоритму функциони-
рования станка по обработке конкретной заготовки.
Числовое программное управление станков — управление обра-
боткой заготовки на станке по УП, в которой данные об обработ-
ке заданы в цифровом коде.
Программоноситель — носитель геометрических и технологи-
ческих данных, на котором записана УП. В качестве носителя дан-
ных применяются бумажная или пластиковая перфолента, маг-
нитная лента, магнитные диски, запоминающие устройства раз-
ных видов и типов.
Геометрическая информация — информация, описывающая
форму, размеры элементов детали и инструмента, их взаимное
расположение на столе станка.
Технологическая информация — информация, описывающая
технологические характеристики детали и условия ее обработки.
Кадр УП — составляющая часть программы, вводимая и отра-
батываемая как единое целое и содержащая не менее одной ко-
манды.
Покадровая работа — функционирование устройства ЧПУ, при
котором отработка каждого кадра УП происходит после воздей-
ствия оператора.
Работа устройства ЧПУ с ручным вводом данных — функцио-
нирование устройства ЧПУ, при котором набор данных, ограни-
ченный форматом кадра, выполняется вручную оператором на
пульте станка.
Работа устройства ЧПУ с ручным управлением — функцио-
нирование устройства ЧПУ, при котором оператор управляет стан-
ком с пульта без использования числовых данных.
Зеркальная обработка — функционирование устройства ЧПУ,
при котором рабочие органы перемещаются по траектории, пред-
ставляющей собой зеркальное отображение траектории, записан-
ной в УП.
Ввод УП — ввод данных в память устройства ЧПУ с програм-
моносителя от ЭВМ верхнего ранга или с пульта оператора.
Групповое ЧПУстанками — числовое управление группой стан-
ков от ЭВМ, имеющей общую память для хранения программ,
распределяемых по запросам от станков.
Пулевая точка станка — точка на узле станка, принятая за
начало отсчета системы координат станка.
Координата — величина, определяющая положение точки в
пространстве по отношению к заданной базе или началу отсчета.
Исходная точка станка — точка на узле станка, определенная
относительно нулевой точки станка и используемая для начала
работы по УП.
Фиксированная точка станка — точка, определенная относи-
тельно нулевой точки станка и используемая для определения
положения рабочего органа.
Точка начала обработки — точка, определяющая начало обра-
ботки конкретной Заготовки.
Плавающий нуль — возможность перемещения посредством уст-
ройства ЧПУ начала отсчета перемещения рабочего органа в лю-
бое положение относительно нулевой точки.
Дискретность задания перемещения — минимальное переме-
щение рабочего органа (линейное или на угол поворота), которое
может быть задано в УП.
Дискретность отработки перемещения — минимальное пере-
мещение или минимальный угол поворота рабочего органа, кон-
тролируемые в процессе управления.
Максимальное программируемое перемещение — наибольшее
перемещение рабочего органа, которое может быть задано в од-
ном кадре УП.
Контурная скорость — результирующая скорость подачи рабо-
чего органа, направление которой совпадает с направлением ка-
сательной в каждой точке заданного контура обработки.
Коррекция положения инструмента — изменение с пульта уп-
равления запрограммированных координат рабочего органа станка.
Коррекция скорости подачи — изменение с пульта оператора
запрограммированного значения скорости подачи.
Коррекция скорости главного движения — изменение с пульта
оператора запрограммированной частоты вращения главного при-
вода.
Отказ устройства ЧПУ — событие, заключающееся в нару-
шении работоспособности устройства ЧПУ.
Сбой устройства ЧПУ — событие, заключающееся в кратко-
временном самоустраняющемся нарушении работоспособности
устройства ЧПУ.
8
Индикатируемый сбой устройства ЧПУ — сбой, фиксирую-
щийся на пульте в момент его возникновения, приводящий к ос-
танову станка, т.е. к прекращению обработки детали, информа-
ция о котором высвечивается на пульте оператора.
Неиндикатируемый сбой устройства ЧПУ — сбой, не обнару-
живаемый на пульте в момент его возникновения.
Станочная система ЧПУ — комплекс узлов и агрегатов, взаи-
модействующих между собой.
Типовой элемент замены устройства ЧПУ (ТЭЗ УЧПУ) — ти-
повая минимальная составляющая часть устройства ЧПУ, кото-
рая при потере работоспособности может быть заменена анало-
гичной. Каждое устройство ЧПУ выдает управляющее воздействие
на исполнительные органы в соответствии с УП и информацией
о положении управляемого объекта.
Классификацию систем ЧПУ, применяемых в отечественном
машиностроении, проводят по виду рабочих движений. Различа-
ют позиционные и контурные устройства ЧПУ.
Позиционные устройства ЧПУ — устройства, в которых рабо-
чие органы могут перемещаться в заданные точки, а траектория
перемещения от точки до точки задается только прямолинейным
движением. Позиционные устройства ЧПУ составляют группу уст-
ройств, имеющих один общий признак — позиционирование, т.е.
обеспечение точности останова перемещаемых рабочих органов в
точке с заданными координатами. Скорость перемещения в пози-
ционных устройствах не программируется и обусловлена только
динамикой приводов станка. Позиционными устройствами ЧПУ
оснащают сверлильные, координатно-расточные, токарные, фре-
зерные, шлифовальные и другие станки, работающие по прямо-
угольному циклу.
Контурные прямоугольные (коллинеарные) устройства ЧПУ—
устройства, которые обеспечивают движение по одной координа-
те. Так как в большинстве станков применяют прямоугольную
систему координат, такие устройства получили название прямо-
угольных. В этих устройствах, так же, как и в позиционных, про-
граммируются конечные координаты перемещения, однако в УП
задается скорость движения рабочего органа в соответствии с за-
данным режимом резания, и перемещение выполняется пооче-
редно по каждой из координатных осей. Прямоугольные устрой-
ства ЧПУ применяют в станках фрезерной, токарной и шлифо-
вальной групп.
Контурные (непрерывные) устройства ЧПУ — устройства, обес-
печивающие перемещение рабочих органов из данной точки про-
странства по траектории, форма и конечные координаты которой
заданы в УП. Контурными устройствами ЧПУ оснащают станки
фрезерной и токарной групп, осуществляющих формообразова-
ние деталей сложной формы.
Устройства адаптивного (самоприспосабливающегося) управ-
ления ЧПУ — устройства, в которых обеспечивается автоматичес-
кое приспособление процесса обработки к изменяющимся усло-
виям обработки по определенным критериям (скорость резания,
подача, сила резания). Самоприспосабливающиеся устройства ЧПУ
имеют систему контроля и регулирования, позволяющую осуще-
ствлять защиту от перегрузок двигателей главного движения и
приводов подач, что обеспечивает высокое качество обработки и
защищает станочную систему от поломок. Адаптивными устрой-
ствами ЧПУ оснащают фрезерные, расточные и многоцелевые
станки.
Оперативная система управления (ОСУ) — устройство ЧПУ
на базе микроЭВМ с подготовкой УП у станка в режиме диалога
оператора с устройством ЧПУ. Оператор с помощью клавиатуры
пульта устройства ЧПУ вводит данные с чертежа детали в про-
грамму управления. Оперативными устройствами ЧПУ оснащают
токарные и фрезерные станки.
Другим признаком, по которому устройства ЧПУ могут быть
классифицированы, является число потоков информации, цир-
кулирующих в системе станок—устройство ЧПУ.
Система с разомкнутым контуром — устройство ЧПУ, в ко-
тором имеется только один поток информации. В таких системах
отсутствуют измерительные устройства (датчики обратной связи),
контролирующие перемещение рабочих органов. Точность воспро-
изведения движения рабочих органов с такой системой невысока
и определяется точностью отработки команд двигателем привода
подач и точностью кинематической цепи, передающей движение
рабочему органу.
Система с замкнутым контуром — устройство ЧПУ, в кото-
ром существуют два потока информации: один вводится в устрой-
ство управления через вводное устройство от программоносите-
ля, а другой — в устройство ЧПУ от датчиков обратной связи,
определяющих действительное положение рабочих органов. При
наличии рассогласования между этими потоками устройство уп-
равления воздействует на приводы подач, последние перемещают
рабочие органы в нужном направлении, изменяя рассогласование
до величины, близкой к нулю.
Различают устройства ЧПУ с постоянной (класс NC) и пере-
менной (класс CNC) структурой.
Устройство ЧПУ класса NC основано на принципе вычисли-
тельного устройства, где все операции, составляющие алгоритм
работы, выполняются параллельно с помощью отдельных цепей
или устройств, реализующих ту или иную функцию (агрегатно-
блочное построение). Эти устройства называют также устройства-
ми ЧПУ с жесткой структурой. Базовые модели таких устройств
(Н22 и НЗЗ) содержат микроэлектронику и при их использова-
10
нии вмешательство оператора в процесс обработки весьма огра-
ничено.
Устройство ЧПУ класса CNC (с переменной структурой) со-
ответствует структуре управляющей ЭВМ, включающей в себя
вычислительное устройство (процессор), блоки памяти и блоки
ввода-вывода информации. При этом объем функций, характер
проводимых операций и их последовательность определяются про-
граммами функционирования, которые введены в блок памяти.
Устройства класса CNC расширяют функциональные возмож-
ности программного управления. При этом появляются функции,
которые раньше не могли быть реализованы: хранение УП и ее
редактирование на рабочем месте, расширение возможности ин-
дикации на дисплее, диалоговое общение с оператором, широ-
кие возможности коррекции, в том числе и погрешностей стан-
ка, система диагностики неисправностей, возможность измене-
ния программным способом функций системы управления при ее
эксплуатации, реализация функций электроавтоматики и др.
ГЛАВА 1
СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
СТАНКАМИ И СТАНОЧНЫМИ СИСТЕМАМИ
1.1. Этапы создания и совершенствования систем
программного управления и их роль в автоматизации
и повышении технического уровня металлорежущего
оборудования
Под управлением станками и станочными комплексами приня-
то понимать совокупность воздействий на их механизмы, обеспе-
чивающих выполнение этими механизмами технологического цик-
ла обработки, а под системой управления — устройство, реализу-
ющее эти воздействия. Применительно к отдельным станкам раз-
личают два вида управления — ручное и автоматическое.
Ручное управление основывается на том, что решения об ис-
пользовании тех или иных элементов рабочего цикла принимает
человек — оператор станка. Оператор на основании принятых ре-
шений включает соответствующие механизмы станка и задает па-
раметры их работы.
При ручном управлении используют разные устройства — ме-
ханические, гидравлические, пневматические, электрические,
электронные и комбинированные.
Операции ручного управления осуществляются как в неавто-
матических универсальных и специализированных станках разно-
го назначения, так и в автоматических станках.
В автоматических станках ручное управление используется для
реализации наладочных режимов и специальных элементов рабо-
чего цикла.
В современных станках ручное управление часто сочетается с
цифровой индикацией информации, поступающей от датчиков
положения исполнительных органов.
Автоматическое управление заключается в том, что решения
об исполнении элементов рабочего цикла принимает система уп-
равления без участия оператора. Она же выдает команды на вклю-
чение и выключение механизмов станка и управляет его рабо-
той.
По функциональному назначению автоматическое управление
можно разделить следующим образом:
1) управление неизменными повторяющимися циклами обра-
ботки (например, управление агрегатными станками, выполняю-
12
щими фрезерные, сверлильные, расточные и резьбонарезные опе-
рации путем осуществления циклов движения многошпиндель-
ных силовых головок);
2) управление изменяемыми автоматическими циклами, ко-
торые задают в виде индивидуальных для каждого цикла матери-
альных моделей-аналогов (копиров, наборов кулачков, системы
упоров и т.д.). Примером циклового управления станков являют-
ся системы управления копировальных токарных и фрезерных стан-
ков, многошпиндельные токарные автоматы и др.;
3) ЧПУ, при котором программу задают в виде записанного
на том или ином носителе массива информации. Управляющая
информация для систем ЧПУ является дискретной, и ее обра-
ботка в процессе управления осуществляется цифровыми мето-
дами.
На машиностроительных предприятиях эксплуатируются стан-
ки с системами программного управления разных годов выпуска,
т. е. с системами управления разных поколений. Знание этапов раз-
вития устройств управления позволяет принимать правильное ре-
шение по организации эксплуатации и модернизации оборудова-
ния.
Разнообразие систем программного управления объясняется,
главным образом, их быстрым моральным старением, обуслов-
ленным бурным развитием электроники. Об основных этапах со-
здания и совершенствования средств вычислительной техники
можно судить по данным табл. 1.1.
Создание систем программного управления явилось своеоб-
разным переломным моментом, ознаменовав начало качествен-
но нового этапа развития станкостроения. Сочетание высокой
производительности, присущей специальным станкам, с гибкос-
тью производства, свойственной универсальному оборудованию,
сделало станки с ЧПУ главным средством автоматизации произ-
водства.
Следует выделить следующие преимущества станков с ЧПУ в
сравнении со станками с ручным управлением:
• производительность станка повышается в 1,5—2,5 раза;
• гибкость производства, оснащенного универсальным обору-
дованием, сочетается с точностью и производительностью стан-
ка-автомата;
• снижается потребность в высококвалифицированных рабо-
чих-станочниках;
• автоматизируется этап подготовки производства;
• появляется возможность автоматического контроля и диагно-
стики оборудования и процесса обработки;
• детали, изготовленные по одной программе, являются взаи-
мозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в про-
цессе сборки;
13
Таблица 1.1
Поколения ЭВМ и их основные характеристики
Характеристика Поколения ЭВМ
Первое (1949-1958) Второе (1959-1963) Третье (1964-1976) Четвертое (1977—...
Элементная база ЭВМ Электронные лампы, реле Транзисторы, пара- метроны ИС, БИС СБИС
Производительность ЦП, операций/с ДоЗ-105 ДоЗ-106 ДоЗ-107 Более 3-107
Тип ОП Триггеры, ФС Миниатюрные ФС Полупроводниковая на БИС Полупроводниковая на СБИС
Объем ОП До 64 Кбайт До 512 Кбайт До 16 Мбайт Более 16 Мбайт
Характерные типы ЭВМ — Малые, средние, большие, специаль- ные Большие, средние, мини- и микроЭВМ СуперЭВМ, ПК, специальные, общие, сети ЭВМ
Типичные модели ЭВМ EDSAC, ENIAC, БЭСМ RCA-502, IBM 7090, БЭСМ-6 IBM 360, ЕС-ЭВМ, СМ-ЭВМ IBM РС/ХТ/АТ
Характерное про- граммное обеспе- чение Коды, автокоды, ассемблеры Языки программиро- вания, диспетчеры, АСУ, АСУТП ППП, СУБД, САПРы БЗ, ЭС, системы параллельного про- граммирования
Примечание. ЦП — центральный процессор; ОП — оперативная память; ФС — ферритовые сердечники; ИС — интегральные
схемы; БИС — большие интегральные схемы; СБИС — специализированные большие интегральные схемы; ПК — программируе-
мый контроллер; ППП — промышленные программы программирования; СУБД — система управления базами данных; САПР —
системы автоматизированного проектирования изделий; БЗ — база знаний; ЭС — электронная система.
• сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление
новых деталей благодаря более простой и универсальной техноло-
гической оснастке;
• снижается продолжительность цикла изготовления деталей.
Важным достоинством станков в ЧПУ является возможность
их встройки в централизованные системы управления производ-
ством. В современных условиях эффективного использо
Tin
ния ин-
формационных технологий обеспечивается возможность непосред-
ственного прямого управления станков с ЧПУ из диспетчерского
центра. Система ЧПУ кроме функций непосредственного управ-
ления технологическим процессом может выполнять задачи сбора
и обработки информации о числе и качестве обработанных дета-
лей, времени простоя и технического обслуживания станка.
Возможность создания станков с ЧПУ была обусловлена раз-
витием электроники и вычислительной техники. Промышленное
освоение полупроводниковых элементов, а затем интегральных
схем позволило разработать устройства высокой надежности и
малых габаритных размеров. В начале 1960-х гг. появились первые
универсальные транзисторные ЭВМ и были созданы устройства
ЧПУ на полупроводниковых элементах, а в течение 1970-х гг. на-
чинают осваиваться интегральные элементы, причем степень их
интеграции непрерывно растет, появились ЧПУ на элементах сред-
ней и затем большой степени интеграции.
Применение универсальных ЭВМ для расчета программ по-
зволило повысить эффективность станков с ЧПУ и улучшить орга-
низацию технологического процесса. Задание программ в число-
вом виде вызвало изменение всего процесса организации произ-
водства, способов подготовки и передачи информации о техноло-
гии и геометрии обрабатываемой детали.
Можно выделить четыре главных этапа развития станков с ЧПУ.
Первый — начало промышленного выпуска станков с ЧПУ.
В этот период используются устройства программного управления
на дискретной полупроводниковой технике и применяются методы
ручной подготовки управляющих программ. На заводах создаются
бюро по подготовке программ. Первые промышленные образцы
отечественных станков с ЧПУ были созданы в ЭНИМСе1 в 1956—
1957 гг. С 1959 г. начинается серийный выпуск станков с ЧПУ.
Второй — широкое внедрение станков с ЧПУ в промышлен-
ность. В этот период применяются устройства ЧПУ на интеграль-
ных элементах. Осваиваются системы подготовки управляющих
программ с автоматическим расчетом траектории движения (фор-
мообразования) на ЭВМ по данным чертежа. Расширяются ти-
паж станков с ЧПУ и области их применения.
1 Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих
станков.
15
Третий — системы ЧПУ выполняются на элементах средней
(СИС), а затем большой (БИС) степени интеграции, микропро-
цессорах и на базе микроЭВМ. Расширяется номенклатура много-
целевых (многооперационных) станков с инструментальными
магазинами и автоматической сменой инструмента. Появляются
станочные модули, оснащенные устройствами с автоматической
загрузкой заготовок и выгрузкой готовых деталей. Станки объеди-
няются в участки, управляемые от ЭВМ. Разрабатываются систе-
мы автоматической подготовки программ обработки.
Четвертый — создание гибких производственных модулей
(ГПМ) и гибких производственных систем (ГПС) на основе вклю-
чения станочных роботизированных модулей в общую схему авто-
матизированного управления. Появились полностью автоматизи-
рованные цеха и заводы, увеличился объем математического обес-
печения систем ЧПУ, появились многоуровневые системы управ-
ления, созданы автоматизированные системы управления произ-
водством (АСУП), а также системы автоматизированного проек-
тирования изделий (САПР), изготовляемых на этом производстве.
Системы ЧПУ первого поколения имели элементную
базу на дискретных полупроводниковых элементах (транзисторах).
Ввод программы в этих системах осуществлялся на магнитной ленте
в унитарном коде или в фазовом виде. Моделями устройств ЧПУ
первого поколения являются ПРС1-58, ПРС-ЗК, К-4МИ. В тоже
время в устройствах ЧПУ первого поколения К2П-67, КЗП-68,
УМС-2 ввод программы осуществлялся уже на пятидорожечной
перфоленте (код БЦК-5).
Системы ЧПУ второго поколения имели элементную
базу малой (серия 155) и средней (серия 176) степени интегра-
ции, с помощью которых осуществлялась схемная реализация ал-
горитмов управления. К моделям устройств ЧПУ второго поколе-
ния можно отнести Н22, НЗЗ, Н55, П-33, «Размер 2». В устрой-
ствах ЧПУ второго поколения Н22, НЗЗ ввод программы осуще-
ствлялся на восьмидорожечной перфоленте (код ISO 7).
Системы ЧПУ третьего поколения создавались на базе
микроЭВМ («Электроника-60», «Электроника НЦ-03» и др.), БИС
(серия 589 и др.). Эти системы ЧПУ имели расширенные техноло-
гические возможности, осуществлялась программная реализация
алгоритмов управления. К моделям устройств ЧПУ третьего поко-
ления можно отнести 15МП, «Размер 4М», 2С42, 2С85, 2У32,
2МЧЗ, «Электронику НЦ-31». В устройствах ЧПУ третьего поко-
ления ввод программы осуществлялся как на перфоленте, так и с
помощью клавиатуры. Системы ЧПУ начинают оснащаться дисп-
лейно-диалоговыми системами задания УП с графическим отобра-
жением детали на экране. Появляются оперативные системы ЧПУ,
на которых программирование простых деталей может осуществля-
ться непосредственно на станке с использованием типовых циклов.
16
Для систем ЧПУ четвертого поколения характерно
блочное мультипроцессорное исполнение. В качестве элементной
базы используются специальные БИС и микроЭВМ. Программи-
рование технологических функций и диалоговых режимов осуще-
ствляется на языках высокого уровня. К моделям устройств ЧПУ
четвертого поколения можно отнести «Электронику МС2101»,
ЗС100, ЗС200. В устройствах ЧПУ четвертого поколения ввод про-
граммы осуществлялся электронной кассетой или кассетой на
цифровых магнитных доменах.
Системы ЧПУ пятого поколения создаются на базе про-
мышленных персональных компьютеров. В этих системах ЧПУ ре-
ализуются все современные достижения, свойственные персональ-
ным компьютерам, включая языки программирования; программ-
но-математическое обеспечение; системы ввода, хранения и об-
мена информации; возможность структурного изменения; возмож-
ность выполнения функций самонастройки и адаптации и др.
Станки с ЧПУ подразделяются на следующие группы:
• станки токарной группы;
• станки сверлильно-фрезерно-расточной группы;
• станки шлифовальной группы;
• станки зубообрабатывающей группы;
• станки электрофизической группы;
• многоцелевые станки, ОЦ:
с ручной сменой инструмента;
с автоматической сменой инструмента в револьверной головке;
с автоматической сменой инструмента в магазине.
Станки могут оснащаться разными системами ЧПУ. В зависи-
мости от конфигурации системы управления обозначения метал-
лорежущих станков могут быть следующие: Ф1 — станки с циф-
ровой индикацией, в том числе с предварительным набором ко-
ординат; Ф2 — станки с позиционными прямоугольными систе-
мами управления координат; ФЗ — станки с контурными прямо-
линейными и криволинейными системами управления коорди-
нат; Ф4 — станки с универсальными системами управления коор-
динат для позиционно-контурной обработки.
Для характеристики станков с ЧПУ используют следующие
показатели:
• класс точности: Н — станок нормальной точности, П — по-
вышенной, В — высокой, А — особо высокой, С — сверхвысокой
точности (мастер-станок);
• технологические операции, выполняемые на станке: фрезе-
рование, шлифование и т.п.;
• основные параметры станка:
для патронных станков — наибольший диаметр устанав-
ливаемого изделия над станиной, наибольший диаметр обра-
батываемого изделия над станиной;
17
для центровых и патронных станков — наибольший диа-
метр обрабатываемого изделия над суппортом;
для прутково-токарных станков — наибольший диаметр об-
рабатываемого прутка;
для расточно-фрезерных станков — габаритные размеры
(длина, ширина) рабочей поверхности стола, диаметр рабо-
чей поверхности круглого поворотного стола;
для сверлильных станков — наибольший условный диа-
метр сверления, диаметр выдвигаемого шпинделя и т.д.;
• величины перемещений рабочих органов станка — суппорта
по двум координатам, стола по двум координатам, шпиндельного
узла по линейной и угловой координатам и т.д.;
• величина дискретности (цена деления) — минимальное за-
дание перемещения по программе (шаг);
• точность и повторяемость позиционирования по управляе-
мым координатам;
• привод главного движения — тип, номинальное и макси-
мальное значения мощности, пределы скоростей вращения шпин-
деля (ступенчатое или бесступенчатое), число рабочих скоростей,
число автоматически переключаемых скоростей;
• привод подачи станка — координата, тип, номинальный и
максимальный моменты, пределы скоростей рабочих подач и число
скоростей рабочих подач, скорость быстрого перемещения;
• число инструментов — в резцедержателе, револьверной го-
ловке, инструментальном магазине;
• вид смены инструмента — автоматический, ручной;
• габаритные размеры станка и его масса.
На базе станков с ЧПУ созданы следующие станочные модули
и станочные комплексы, предназначенные для автоматизирован-
ной обработки деталей (в скобках приведены общепринятые меж-
дународные обозначения систем):
ГПМ (FMM) — гибкий производственный модуль — единица
технологического оборудования с системой автоматической за-
грузки/выгрузки деталей, локальным накопителем, транспорте-
ром деталей и инструмента;
ГАЛ — гибкая автоматическая линия — система, включающая
в себя несколько ГПМ, с общими управлением от ЭВМ, транс-
портной системой и складом заготовок. ЭВМ выполняет функции
хранения и передачи к устройству ЧПУ станков управляющих про-
грамм, а также осуществляет текущее диспетчирование и опера-
тивное планирование;
ГПС (FMS) — гибкая производственная система — комплекс
технологического оборудования и системы управления от ЭВМ,
обладающий свойством автоматизированной переналадки;
ГАЦ (FMF) — гибкий автоматизированный цех — система,
включающая в себя несколько ГАЛ и ГПМ с общими транспорт-
18
Таблица 1.2
Области применения автоматизированного оборудования с ЧПУ
Вид оборудования Число деталей в партии Число партий деталей в год
Станок с ЧПУ Менее 100 Более 500
ГПМ От 25 до 500 От 40 до 800
ГАЛ От200 до 2000 От 4 до 100
ГАЦ От 1000 до 15000 От 2 до 10
АЗ Более 2 000 Менее 2
ной системой, складом, многоуровневой (иерархической) систе-
мой управления от ЭВМ;
АЗ — автоматический завод — система, состоящая из ГАЦ, в
том числе цеха автоматической сборки и упаковки готовой про-
дукции. Центральная ЭВМ осуществляет управление всеми под-
разделениями завода и долгосрочное планирование.
В табл. 1.2 приведены рекомендуемые области рационального
применения разных видов автоматизированного оборудования с
ЧПУ для обработки корпусных деталей.
1.2. Классификация и основные виды систем
программного управления
По технологическому назначению и функциональным возмож-
ностям системы ЧПУ можно подразделить на следующие группы:
• позиционные, в которых задаются координаты только конеч-
ных точек положения исполнительных органов после выполнения
ими тех или иных элементов рабочего цикла;
• контурные, или непрерывные, которые управляют движением
исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;
• универсальные (комбинированное), в которых осуществля-
ется программирование перемещений при позиционировании,
движения исполнительных органов по траектории, а также смены
инструментов и загрузка-выгрузка заготовок.
Примером применения систем ЧПУ первой группы являются
сверлильные, расточные, координатно-расточные станки. При-
мером второй группы служат системы ЧПУ токарных, фрезер-
ных и шлифовальных станков. К третьей группе относятся систе-
мы ЧПУ многоцелевых токарных и расточно-фрезерных станков
типа ОЦ.
19
1.3. Структуры и каналы связи систем
программного управления. Языки программирования,
протоколы обмена
Микропроцессорные средства управления. Микропроцессор
(МП) — это программно-управляемое устройство, предназначен-
ное для обработки цифровой информации, представленной в дво-
ичной форме, и управления процессом этой обработки, реализо-
ванное на одной или нескольких больших интегральных схемах
(БИС). Другими словами, МП — это стандартное универсальное
устройство, позволяющее реализовать прием, обработку и пере-
дачу цифровой информации.
Микропроцессорная система (МПС) — это совокупность взаи-
мосвязанных устройств, включающая в себя один или несколько
МП, память — запоминающее устройство (ЗУ), устройства вво-
да-вывода (УВВ) и ряд других устройств, предназначенных для
выполнения некоторых четко определенных функций.
Микроконтроллер (МК) — устройство, выполняющее функ-
ции логического анализа (сложные последовательности логичес-
ких операций) и управления, реализуемое на одной или несколь-
ких БИС. Данное микропроцессорное устройство, в отличие от
МП рассчитанное для узкоспециализированного применения, за
счет сокращения функций по выполнению арифметических опе-
раций позволяет уменьшить его аппаратную сложность и развить
функции логического управления.
Микропроцессорный комплект интегральных схем (МПК ИС) —
это совокупность микропроцессорных БИС (базовый МПК) и
других ИС, однотипных по конструктивному, технологическому
исполнению, для которых обеспечена функциональная, структур-
ная, информационная и энергетическая совместимость при ис-
пользовании в МПС.
Микропроцессорную систему, используемую для управления
электроприводами и технологическими комплексами, часто на-
зывают управляющей вычислительной машиной (УВМ). Структу-
ра и взаимосвязь основных средств микропроцессорной техники в
рамках микропроцессорных УВМ показана на рис. 1.1.
Микропроцессор включает в себя арифметико-логическое уст-
ройство (АЛУ), устройство управления (УУ) и блок регистров
(БРГ), в который входят регистры, аккумулятор адреса, флаго-
вые состояния, программный счетчик общего назначения и т.д.
Арифметико-логическое устройство предназначено для выполне-
ния арифметических и логических операций с данными, пред-
ставленными в двоичной форме, АЛУ и УУ составляют централь-
ное процессорное устройство (ЦПУ).
Помимо МП (одного или нескольких) МПС включает в себя
оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устрой-
20
УВМ
Рис. 1.1. Структура микропроцессорной управляющей вычислительной
машины
ства, УВВ и ряд других устройств. Особый класс устройств в соста-
ве УВМ составляют устройства связи с объектом (УСО).
Взаимодействие частей УВМ осуществляется посредством шин:
адресной (ША), данных (ШД), и управления (ШУ), связываю-
щих в единую систему компоненты МПС, а также шин измере-
ния, контроля и управления, которые совместно с соответствую-
щими УСО или с устройствами связи с процессом обеспечивают
непосредственное взаимодействие МПС с управляемым объектом
или процессом.
Шина адреса — набор однонаправленных сигнальных линий,
по которым от ЦПУ к памяти или устройствам ввода-вывода пе-
редаются коды адреса.
Шина данных — набор двунаправленных сигнальных линий, по
которым передаются данные между ЦПУ и памятью либо устрой-
ствами ввода-вывода.
Шина управления — набор сигнальных линий, которые исполь-
зуются для синхронизации работы ЦПУ и других элементов ком-
пьютерной системы.
Конструктивно МПС могут быть подготовлены для работы с
человеком-оператором, т.е. иметь клавиатуру, дисплей и другие
необходимые компоненты, в этом случае ее называют микроЭВМ.
Возможно также предназначение МПС для агрегатирования, т. е.
для работы в конструктивно и функционально едином комплексе
аппаратуры.
Микропроцессор — это управляющее устройство с гибким ал-
горитмом работы^ который программно закладывается в память
процессора. Заложенная в ЗУ программа может быть изменена или
21
полностью заменена для выполнения других функций управле-
ния, т. е. МП является универсальным устройством.
Возможность программирования определяет широту использо-
вания МП для решения разных задач управления. Последователь-
ность команд, обеспечивающих реализацию требуемого алгорит-
ма управления, образует программу. Команды, заложенные в про-
грамму, выполняются МП в пошаговом режиме в записанной по-
следовательности. Каждая команда программы содержит информа-
цию о том, что нужно делать с исходными данными (операндами)
и по какому адресу поместить результат операции. Первая часть
команды содержит код операции (КОП) (например, сложение,
логическое сравнение и др.). Вторая часть команды — адресная —
содержит адреса расположения операндов, с которыми прово-
дится данная операция и адрес регистра или ячейки памяти, куда
должен быть помещен результат. Бывают и безадресные команды.
Команды, адреса и операнды МП выражаются многоразрядными
двоичными кодами. Современные МП, предназначенные для уп-
равления электроприводами, оперируют с 16-разрядными словами
(количеством информации, обрабатываемой за цикл работы МП).
Составленные на языках программирования низкого (язык ас-
семблера и др.) или высокого (Бейсик, Си, Паскаль и др.) уров-
ня программы далее переводятся (транслируются) с помощью
специальных кросс-программ в систему машинных кодов, кото-
рыми оперирует МП.
Память ОЗУ и ПЗУ в составе МПС служит для размещения
данных, программы и результатов обработки данных. Для расши-
рения возможностей МПС могут использоваться и внешние запо-
минающие устройства (ВЗУ).
Устройства ввода-вывода информации служат для взаимодей-
ствия МПС с оператором и управляемым объектом. К УВВ отно-
сятся пульты управления и программирования, дисплеи и другие
внешние устройства, а также БИС параллельного и последова-
тельного интерфейсов.
Устройства связи УСО обеспечивают связь МПС с внешними
для МПС устройствами: датчиками, несущими информацию, под-
лежащую обработке в МП, и устройствами управления силовой
частью электропривода. Поскольку некоторые датчики и устрой-
ства управления могут быть аналоговыми, возникает задача пере-
вода аналоговой информации в цифровую и' обратно. Эта опера-
ция осуществляется аналого-цифровыми АЦП и цифроаналого-
выми ЦАП преобразователями, входящими в состав УСО.
Интерфейсное устройство (ИУ) — это совокупность аппарат-
ных средств и программ, обеспечивающих управления передачей
информации между МП, памятью ЗУ и внешними устройствами.
По назначению МПС можно разделить на универсальные и спе-
циализированные. Универсальные МПС используют стандартные язы-
22
ки программирования, имеют широкий набор периферийных уст-
ройств и могут использоваться для выполнения разнообразных за-
дач управления и вычислительных операций, в частности реализа-
ции требуемых передаточных функций операционных регуляторов.
Специализированными называют МПС, ориентированные на
выполнение конкретных задач управления. Наиболее широко ис-
пользуемые специализированные МПС — это программируемые
контроллеры и микроконтроллеры.
Они имеют ту же структуру, что и универсальные МПС, но за
счет сокращения объема выполнения арифметических операций,
увеличения числа УВВ и УСО аналогового и дискретного типа эти
МПС более приспособлены для управления технологическими
процессами. Программируемые контроллеры имеют, как прави-
ло, объектно-ориентированные более простые в использовании
языки программирования. В настоящее время выпускается и ис-
пользуется большое число типов программируемых контроллеров:
Деконт, MCS-196/296 и др. Упрощенная структурная схема
управления станком с ЧПУ приведена на рис. 1.2. В качестве при-
мера показано устройство ЧПУ трехкоординатного вертикально-
го сверлильно-расточного станка с револьверной головкой. Устрой-
Рис. 1.2. Упрощенная структурная схема управления станком с ЧПУ:
1 — устройство ЧПУ; 2 — блок ручного управления и сигнализации; 3 — блок
считывания информации; 4 — блок технологических команд; 5 — блок управле-
ния приводами продольной и вертикальной подачи и приводом шпинделя; б —
блок управления приводом поперечной подачи; 7 — кодовый преобразователь;
8 — кабель управления технологическими командами; 9— силовой блок релейных
команд; 10 — кабель передачи команд на электрооборудование станка; 11 —
кабель связи с приводами продольной и вертикальной подачи, а также с приводом
шпинделя; 12 — кабель связи с двигателем поперечной подачи; 13 — двигатель
поперечной подачи; —— движение ленты; — движение стола при подаче
23
ство 1 ЧПУ состоит из следующих основных узлов: блока 2 ручно-
го управления и сигнализации, блока 3 считывания информации,
кодового преобразователя 7, блока 4 технологических команд,
блока 5 управления приводами продольной и вертикальной пода-
чи, а также приводом шпинделя; блока 6 управления приводом
поперечной подачи, кабеля 8 управления технологическими ко-
мандами, силового блока 9 релейных (дискретных) команд, ка-
белей передачи команд на электрооборудование станка 10, связи
с приводами продольной и вертикальной подачи, а также с при-
водом шпинделя 11, связи с двигателем поперечной подачи 12.
Станок с ЧПУ работает следующим образом:
• заданная программа, в которой отражены геометрические
размеры обрабатываемой детали и технологические команды, счи-
тывается с программоносителя (перфолента, магнитная лента,
дискета, CD, жесткий диск и т.п.) блоком 5;
• данная информация обрабатывается кодовым преобразовате-
лем 7 и переносится на блоки 5, 6 управления приводами и на
блок 4 технологических команд;
• блоки управления приводами через кабели связи 11, 12 пере-
дают управляющие команды на приводы, обеспечивая перемеще-
ние узлов станка по продольной, поперечной и вертикальной
координатам (осям) в соответствии с заданной программой, а
также нужную частоту вращения шпинделя;
• от блока технологических команд 4 через кабель 8 сигналы
поступают в блок релейных команд 9, на выходе которого (кабель
10) формируются дискретные команды требуемых параметров
(ток, напряжение) управления электроавтоматикой станка;
• за ходом обработки может наблюдать оператор посредством
блока 2;
• с помощью этого же блока оператор может осуществлять руч-
ное управление процессом и при необходимости вводить соответ-
ствующие коррекции.
Рассмотрим подробнее цикл работы данного станка для свер-
ления отверстия в заготовке в соответствии с программой, подго-
товленной на основании чертежа детали и технологической под-
готовки программы. Исходными данными в программе для цикла
сверления являются:
• продольная и поперечная координаты центра отверстия, ко-
торое необходимо просверлить (в программе координаты станка
привязаны к геометрическим параметрам детали с учетом коор-
динат крепления детали на столе станка);
• начальная и конечная вертикальная координата сверления (в
программе вертикальная координата станка с учетом расположе-
ния вершины сверла в револьверной головке и особенностей креп-
ления детали на столе привязана к геометрическим параметрам
детали);
24
• скорость вертикальной подачи при сверлении (рассчитывает-
ся с учетом технологии);
• скорость вращения шпинделя с закрепленным в нем сверлом;
• позиция револьверной головки (номер шпинделя, в котором
закреплено требуемое сверло).
Последовательность отработки программы для данного цикла
следующая:
• начальное состояние — стол и вертикальная координата не-
подвижны и находятся в исходной (нулевой) позиции, шпинде-
ли неподвижны;
• 1-я операция — перемещение стола по продольной и попе-
речной координатам с целью совмещения оси будущего отвер-
стия с осью сверла (шпинделя) — осуществляется через блоки
управления приводами;
• 2-я операция — поворот револьверной головки в нужную
позицию (сверло, которое будет производить сверление, распо-
лагается вертикально вниз) — осуществляется через блок релей-
ных команд;
• 3-я операция — разгон шпинделя до требуемой скорости вра-
щения;
• 4-я операция — быстрый подвод шпинделя с требуемым свер-
лом (револьверная головка — шпиндель с закрепленным в нем
сверлом перемещается вниз со скоростью быстрых перемешений
из нулевой точки в точку начала сверления — как правило, точка
начала сверления находится в нескольких миллиметрах (до 10 мм)
выше плоскости заготовки;
• 5-я операция (основная часть) — сверление отверстия на
нужную глубину — револьверная головка (шпиндель с закреплен-
ным в нем сверлом) перемещается вниз с рабочей скоростью из
точки начала сверления до точки конца сверления, обеспечивая
нужную глубину отверстия;
• 6-я операция — быстрый отвод револьверной головки в ис-
ходное (нулевое) положение;
• 7-я операция — остановка вращения шпинделя;
• 8-я операция — быстрый отвод стола по продольной и попе-
речной координатам в исходное (нулевое) положение.
Устройство ЧПУ со схемной реализацией алгоритмов работы.
Система управления станком выполняет комплекс арифметиче-
ских и логических операций в определенной последовательности,
называемой алгоритмом работы устройства ЧПУ. Устройство ЧПУ
со схемной реализацией алгоритмов работы обеспечивает алго-
ритм работы путем специального построения функциональных уз-
лов и блоков. Функции, выполняемые устройством ЧПУ, можно
разделить на основные (управление приводами станка в соответ-
ствии с заданной программой) и дополнительные (функции, рас-
ширяющие технологические возможности, — корректировка по-
25
Рис. 1.3. Структурная схема устройства ЧПУ со схемной реализацией
алгоритмов работы:
ПУ — пульт управления; ПСУ — переносная система управления; ПФ — пер-
фолента или другой вид программоносителя; БВК — блок ввода коррекции;
БЦИ — блок цифровой индикации; БКЭ — блок коррекции эквидистанты; БЗС —
блок задания скорости; БУА — блок управления автоматикой; СП — считыва-
тель программ; БВП — блок ввода программ; ИНТ — интерполятор; БУП —
блок управления приводами; G — управление главным приводом (шпинделем);
Дх, Ду. Дг — двигатели приводов подач соответственно по координатным осям
X, Y, Z; ТГ — тахогенератор (датчик обратной связи по скорости); ИП — измери-
тельный преобразователь (датчик обратной связи по пути); Дш — двигатель шпин-
деля (связь станка с устройством ЧПУ показана только для привода по оси Y);
---•- — электрические команды; шшш — последовательные импульсы
ложения инструмента, ручное изменение скорости подачи и т.п.).
На рис. 1.3 приведена структурная схема устройства ЧПУ со схем-
ной реализацией алгоритмов работы. Примером такой системы ЧПУ
может служить система НЗЗ.
Считыватель программы (СП) — блок, в котором находится
программоноситель (перфолента, магнитная лента, дискета, CD,
жесткий диск и т.п.) с управляющей программой. Считыватель
СП считывает программу в пределах одного кадра и преобразует
ее в электрические сигналы, которые передаются в блок ввода
программ (БВП). Последний принимает от СП очередной кадр,
расшифровывает его и передает этот кадр в блок буферной памя-
ти (ББП). В ББП для каждого элемента информации, записанной
под соответствующим адресом в управляющей программе, име-
ются элементы памяти. Блок ББП в контурных системах ЧПУ не-
обходим, чтобы не прерывать обработку детали во время ввода в
интерполятор следующего кадра. Время ввода информации от ББП
26
в интерполятор ничтожно мало (определяется быстродействием
электронных схем и практически не ощущается приводами пода-
чи). Если же следующий кадр программы вводить в интерполятор
непосредственно от СП, то в период такого ввода (0,05...0,1 с)
приводы подачи остановятся (или их движение замедлится), т.е.
это приведет к образованию дефектов на поверхности детали (поя-
вятся «зарезы»). Для коррекции траекторий перемещения инстру-
мента служит блок коррекции эквидистанты (БКЭ).
Алгоритмы управления — последовательность выполнения ло-
гических операций, необходимых для совершения некоторых дей-
ствий или для решения задачи. Алгоритм может иметь словесное
описание, наряду с этим он может быть формализован в виде
структурной схемы. Степень детализации поставленной задачи
определяет вид схемы алгоритма. Алгоритмы управления микро-
процессорных систем ЧПУ делятся на следующие группы: сис-
темные; технологические; функциональные.
Системные алгоритмы определяют работу микроЭВМ и ее вза-
имодействие с электронными узлами устройства ЧПУ (памятью,
дисплеем и т.д.) и аппаратными средствами ввода-вывода. Про-
граммное обеспечение (ПО) этих алгоритмов разрабатывается
изготовителем микроЭВМ и хранится в ПЗУ. К системному ПО
относится также машинная рабочая программа, которую воспри-
нимает микроЭВМ.
Технологические алгоритмы разрабатываются применительно к
определенной группе станков (токарных, сверлильных и т. п.). Ал-
горитмы функционального ПО также хранятся в ПЗУ.
Функциональные алгоритмы предназначены для управления кон-
кретным станком с учетом определенной области его примене-
ния (алгоритмы программируемой электроавтоматики, техноло-
гические циклы и т.д.). Программы технологических алгоритмов
хранятся в ППЗУ. Они разрабатываются на заводе—изготовителе
станка или на заводе—изготовителе устройства ЧПУ по заказу с
завода—изготовителя станка. Для программирования функциональ-
ных алгоритмов используется функциональное ПО.
Программы обработки деталей, которые являются внешними
по отношению к алгоритмам управления, разрабатываются по-
требителем, эксплуатирующим станок с-ЧПУ. Программы запи-
сываются на программоносителе или вводятся с клавиатуры уст-
ройства ЧПУ. При групповом управлении станками и подключе-
нии устройства ЧПУ станка к шине внешней связи программа
может загружаться от центральной ЭВМ. Содержание программы
определяется типом обрабатываемой детали, ее геометрическими
размерами, видом обработки и т. п.
Для работы станка с ЧПУ существенное значение имеет алго-
ритм интерполяции. Под интерполяцией понимают выдачу инфор-
мации о траектории движений инструмента и детали в интервале
27
между координатами опорных точек, заданных УП. Если траекто-
рия движения между опорными точками задана прямой, то вы-
полняется линейная интерполяция. Если траектория движения
задана окружностью с определенным радиусом, то выполняется
круговая интерполяция. В современных системах ЧПУ могут реа-
лизовываться и другие виды интерполяции, т.е. траектория дви-
жения между двумя опорными точками может описываться лю-
быми аналитическими функциями.
Интерполяцию выполняют с помощью ПО. Интерполятор об-
рабатывает программу последовательно отдельными участками
(кадрами).
Языки программирования. Программа может быть записана раз-
ными способами. Возможна запись команд непосредственно на
машинном языке — в двоичном коде в виде единиц и нулей —
единственный язык, который «понимает» вычислительная машина
(компьютер). Это трудоемкий способ составления программы, он
применяется только при составлении малых по объему программ.
Более удобно использование языков программирования. Язык
низкого уровня (язык ассемблера) представляет собой средство
непосредственного общения с МП с помощью команд, представ-
ленных в условных мнемокодах. Воспринимая эти команды, МП в
своей работе, по-прежнему, оперирует с двоичными числами.
Разработанные языки для ЭВМ имеют разные возможности для
потребителя и разную сложность построения. Наиболее простой
машинный язык, образуемый набором команд конкретной ЭВМ,
реализуется с помощью микропрограмм самой ЭВМ. В ЭВМ ста-
рого поколения машинный язык реализовывался схемотехничес-
ки (на аппаратном уровне).
Системе команд конкретной ЭВМ соответствует набор двоич-
но-кодированных символов и символический язык, состоящий
из сокращенных названий машинных команд (аббревиатур — мне-
моник) для облегчения работы пользователя. Эти сокращения
называют мнемокодами. Программа, записанная в мнемокодах,
называется программой на языке ассемблера. Затем перед перене-
сением информации в память машины программа переводится в
двоичные коды, т.е. становится программой в машинном, или в
объектовом, коде. Перевод в двоичный код выполняется автома-
тически программой-ассемблером. Команды компьютера опреде-
ляют тип выполняемой операции с использованием группы сим-
волов (кода операции) в виде чисел, букв или слов.
Кодирование необходимо для составления УП, нанесения ее
на программоноситель и правильного прочтения УП системой
управления станком. Требования, предъявляемые к коду следую-
щие: максимальная краткость записи, легкость прочтения опера-
тором, минимальная вероятность ошибки при автоматическом счи-
тывании записи. Способ представления (записи) чисел с помо-
28
щыо цифровых знаков называется системой счисления. В ЭВМ при-
меняются десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцате-
ричная системы счисления.
В десятичной системе счисления используются десять цифр-
символов (знаков): 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9, которые могут служить
в качестве разрядов для физического представления числа любой
величины.
В двоичной системе счисления используют только два символа
(два возможных значения разряда) — 0 и 1 (это так называемый
двоичный разряд — бит), которыми представляют целые и дроб-
ные части числа.
В восьмеричной системе, которая состоит из восьми возмож-
ных цифр (0; 1; 2; 3; 4; 5; 6 и 7), каждый разряд восьмеричного
числа может иметь значения от 0 до 7, т.е. как только разряд дос-
тигнет 7, он переходит в 0 на очередной счет, а следующий по
величине разряд увеличится на единицу.
Шестнадцатеричная система счисления имеет 16 возможных
символов: цифры от 0 до 9 и буквы А, В, С, D, Е и F, эквивалент-
ные десятичным значениям от 10 до 15.
Для записи чисел в конкретной системе счисления использу-
ется некоторый набор цифр Zt. Таким образом, используя в каче-
стве основания для построения системы счисления любое целое
положительное число, которое больше единицы (2; 10; 8; 16),
можно записать любое число ZB в следующем виде:
ZB = ZiBn-' + ZjBn-2 + ZkBn-*+ ... + ZnBn~n,
глс. Zi j ki . „ — целые однозначные коэффициенты, зависящие от
величины конкретного числа, 0 < Zijk n< В - 1; В — основание
системы счисления, В > 1; п — разряд числа.
В десятичной системе счисления основание равно 10 (В = 10).
Десятичная система — это позиционная система, в которой зна-
чение разряда зависит от его положения в числе. Всякое число в
этой системе является суммой произведений цифр каждого раз-
ряда (0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9) на его позиционную величину, т.е.
на его «вес», выражаемый степенью 10я-1, где п — разряд числа.
Например, в числе 341 = 3• 102+4-10* + 1 • 10° цифра «3» представ-
ляет собой три сотни (старший значащий разряд); цифра «4» —
десятки и цифра «1» — единицы (младший значащий разряд).
В числе 341,79 = 3-102+ 4-10* + 1 • 10°+ 7-10~’ + 9-10-2 присут-
ствует десятичная запятая и младший значащий разряд соответ-
ствует цифре «9».
При реализации цифровых систем десятичная система счисле-
ния не применяется — очень сложно спроектировать электронное
оборудование таким образом, чтобы оно работало с десятью раз-
ными уровнями напряжения (каждый представлял бы один деся-
тичный символ от 0 до 9). В то же время очень легко спроектиро-
29
вать простую и точную электронную систему, которая бы работа-
ла с двумя уровнями напряжения.
По этой причине почти каждая цифровая система использует
двоичную (по основанию 2) систему счисления в качестве базо-
вой системы счисления для всех операций. Часто в сочетании с
двоичной применяются и другие системы счисления.
Таким образом в двоичной системе счисления основание равно
двум (В= 2). Двоичная система, так же, как и десятичная, является
позиционной, но каждый двоичный разряд имеет свой «вес», вы-
раженный степенями 2"-1. Для представления больших двоичных
чисел используют три или четыре системы счисления одновременно.
Например, используя данные табл. 1.3, десятичные числа можно
изобразить в виде эквивалентных четырехразрядных двоичных чисел.
Использование двоично-десятичного кода (используется в опе-
рациях ввода-вывода данных) предусматривает представление де-
сятичного числа разбитым на регистры, а цифры в каждом регист-
ре представляются в двоичном коде. Основой этой системы являет-
ся десятичная запись числа, в которой каждую ее цифру (от 0 до 9)
представляют четырехразрядной двоичной тетрадой. Например,
десятичное число 369,02 в двоично-десятичном коде имеет вид
369,02^^
| ООП I ОНО 110011! I 00001 0010|.
Для общего представления машинные команды можно разбить
на пять основных классов в соответствии со своими функциями.
1. Команды пересылки содержимого регистров. По этим коман-
дам устройство управления вырабатывает управляющие импуль-
сы, обусловливающие пересылку информации из регистра в ре-
гистр или в ячейку памяти. Как правило, в таких командах указы-
ваются адреса регистра-отправителя и регистра-получателя. Од-
ним из регистров может быть ячейка памяти или регистр интер-
фейса ввода-вывода.
2. Арифметические и логические команды. По этим командам
машина выполняет такие операции, как сложение, вычитание,
логическое сложение или умножение, образование дополнитель-
ного кода, сравнение и т. п. Действия выполняются над операнда-
ми, находящимися в накапливающем сумматоре и в некотором
указанном регистре или же в ячейке памяти. Команды этого типа
либо выполняют действия над операндами, либо изменяют их.
3. Команды пуска, условного или безусловного перехода. По
этим командам изменяется или прекращается процесс последо-
вательного увеличения содержимого счетчика команд путем про-
пуска следующей команды или выборки некоторой другой ко-
манды, расположенной по указанному адресу. Переход может быть
условным и безусловным.
30
Таблица 1.3
Представление десятичных чисел в двоичной системе счисления
Десятичное в-. = 2 Расчет эквивалентного
ЧИСЛО 23 21 2* 2° десятичного числа
0 0 0 0 0 0-8 + 0-4 + 0-2+0-1 =0
1 0 0 0 1 0-8 + 0-4 + 0-2 + 1 • 1 = 1
2 0 0 1 0 0'8 +0-4+1-2+0-1 = 2
3 0 0 1 1 0-8 +0-4+1-2 + 1 • 1 = 3
4 0 1 0 0 0-8+1-4 + 0-2+0-1 =4
5 0 1 0 1 0-8+1-4 + 0-2 + 1 • 1 = 5
6 0 1 1 0 0-8+ 1-4+ 1-2 + 01 =6
7 0 1 1 1 0-8 + 1-4+1-2 + 1-1 =7
8 1 0 0 0 1'8 + 0'4 + 0'2+0-1 =8
9 1 0 0 1 1-8+ 0-4 + 0-2 + 1 • 1 = 9
4. Команды, изменяющие режим работы машины. По этим ко-
мандам машина переходит в режим останова, ожидания или пре-
кращения работы. Как правило, такие команды не требуют опе-
ранда, т.е. для такой операции не требуется указание регистра,
адреса и т. п.
5. Команды проверки состояния. Для оценки информации, со-
держащейся в накапливающем сумматоре, можно провести опе-
рацию вывода, однако часто необходимо знать только лишь со-
стояние накапливающего сумматора (равно нулю, положительно
или отрицательно его содержание и т. п.). Такие признаки необхо-
димы для работы команд условного перехода и пропуска.
При вводе оператором задания в ЭВМ на выполнение опреде-
ленной задачи существует расхождение между языком оператора
и языком ЭВМ. ЭВМ оперирует битами и данными регистров, а
человек для изъяснения использует речевые возможности языка
или условные математические обозначения. Условное представле-
ние принципа работы ЭВМ сводится к тому, что работа любой,
даже самой сложной современной цифровой ЭВМ сводится к
многочисленным операциям только с двумя символами 0 и 1 в
разных регистрах, но выполняются эти операции ЭВМ крайне
быстро. Это противоречие преодолевается с помощью искусствен-
ного мнемонического языка, позволяющего употреблять некото-
рое количество сокращенных слов, предложений иди формул, ко-
31
торые закодированы в ЭВМ, и она эти коды может воспринимать.
Ввод УП и корректирование УП в современных системах ЧПУ
практически идентично работе пользователя на стандартном пер-
сональном компьютере. Программы управления станками с ЧПУ
содержат интерпретаторы, позволяющие воспринимать информа-
цию входного языка.
В универсальных ЭВМ для связи с операционной системой ис-
пользуются промежуточные директивные языки.
Еще большие возможности для программирования представ-
ляют языки программирования высокого уровня: Бейсик, Форт-
ран, Алгол и др., а также специализированные объектно-ориенти-
рованные языки. Данные языки имеют сложную структуру. К наи-
более распространенным языкам программирования в области ПО
можно отнести языки высокого уровня Ада, Си и Паскаль.
Помимо стандартных вышеперечисленных языков в ПО исполь-
зуются и специальные языки программирования.
Макроязык пользователя — данный встроенный язык програм-
мирования дает возможность легко и быстро разрабатывать новые
циклы пользователя, измерительные циклы для датчика касания,
диалоговые УП, а также модифицировать имеющиеся стандарт-
ные циклы. Программы на макроязыке пользователя могут состав-
ляться в фоновом режиме, параллельно с отработкой УП. Эта осо-
бенность позволяет организовать дополнительные информацион-
ные окна, режимы контроля и протоколирования процессов об-
работки.
Язык электроавтоматики — язык программирования, основан-
ный на использовании логических уравнений булевой алгебры с
широким набором функций. Средства отладки, интегрированные
в современные системы ПО, дают возможность максимально удоб-
но выполнить комплекс работ, начиная от составления програм-
мы электроавтоматики и заканчивая настройкой приводов и пус-
ком станка. Режим динамической циклограммы сигналов элект-
роавтоматики станка, который можно отображать на экране дис-
плея, ускоряет разработку и отладку программы сопряжения уст-
ройства ЧПУ с конкретным станком.
Международная система кодирования информации ISO 7 дает
рекомендации по применению латинских букв и символов для
кодирования информации в ПО (табл. 1.4). Система координат стан-
ка (рис. 1.4) также стандартизована.
Для ОЦ, ГПМ и ГПС требуется использование языков высокого
уровня, в которых возможно программирование параллельных, од-
новременно проходящих технологических процессов. Например, в
ГПМ одновременно могут происходить: обработка детали, подго-
товка следующего инструмента (подача его из инструментального
магазина), выгрузка палеты с изготовленной деталью, подача сле-
дующей палеты с заготовкой и т. п. Примером специализированно-
32
Таблица 1.4
Кодирование информации в программном обеспечении
в соответствии с ISO 7
Функция ПО Символ (код) ,
Признак направления вперед (по часовой стрелке) +
Признак направления назад (против часовой стрелки) -
Поворот вокруг оси X А
Поворот вокруг оси Y В
Поворот вокруг оси Z С
Поворот вокруг специальной оси D
Вторичная подача Е
Подача F
Условие перемещения исполнительного устройства G
Кратность отработки Н
Координата X центра дуги или круговой интерполяции I
Координата Y центра дуги или круговой интерполяции J
Координата Z центра дуги или круговой интерполяции К
Информация о подпрограмме L
Вспомогательные технологические команды М
Номер блока информации, фразы, кадра N
Не используется О
Третичное или ускоренное перемещение параллельно оси X Р
Третичное или ускоренное перемещение параллельно оси Y Q
Третичное или ускоренное перемещение параллельно оси Z R
Частота (скорость) вращения шпинделя S
Номер инструмента и номер его коррекции Т
Вторичное перемещение параллельно оси X и
2 Босиизон
33
Окончание табл. 1.4
Функция ПО Символ (код)
Вторичное перемещение параллельно оси Y V
Вторичное перемещение параллельно оси Z W
Перемещение параллельно оси X X
Перемещение параллельно оси У У
Перемещение параллельно оси Z Z
го языка, разработанного для управления станками с ЧПУ, моду-
лями и группами станков, может служить язык высокого уровня
«Ярус-2». Данный язык позволяет программировать параллельные
асинхронные процессы дискретной электроавтоматики, происхо-
дящие в оборудовании в реальном времени. Описание некоторого
процесса обозначается как «Пункт» и составляет блок алгоритма.
Некоторые блоки алгоритма могут выполняться параллельно.
В структуре «Пункта» содержатся две группы условных предло-
жений. Первая группа, называемая блокировками «Пункта»,
имеет вид ЕСЛИ (условие)-ТО (список действий). Отдельные пред-
ложения этой группы вычисляются последовательно одно за дру-
гим, как только на «Пункт» передается управление. Условие явля-
ется логическим выражением или сравнением арифметических пе-
ременных и выражений. Вторая группа условных предложений
относится к описанию «Пункт с ситуациями» (СИТ}. Каждый фраг-
мент описания начинается с метки СИТ,, за которой следует спи-
сок условных предложений вида ЕСЛИ (условие)-ТО (список дей-
ствий). Если фрагмент начинается с метки СИТ), то следует спи-
сок условных предложений вида ИНАЧЕ (список действий).
В каждый текущий момент вре-
мени проверяется одно условие, и
«Пункт» переходит в соответствую-
щее положение СИТ, указанное в
предложении. В списках действий ис-
пользуются операторы присваива-
ния, а также управляющие опера-
торы НАЧАТЬ (список «Пунктов»),
ПРОДОЛЖИТЬ (список «Пунктов»).
Временные операторы В ТЕЧЕНИЕ
Рис. 1.4. Расположение осей координат
в станках с ЧПУ в соответствии с ISO 7
34
(мс, с, мин) и ЧЕРЕЗ служат для установления выдержек време-
ни и позволяют организовать диагностирование объектов.
Начальным документом для программирования на языке
«Ярус-2» могут служить аналогии релейных схем управления
электроавтоматикой, циклограммы, алгоритмы, графы состояний
и переходов и др.
Макроязыки пользователя находятся на уровне языка ассемб-
лера. Обычно языки такого уровня располагают следующими воз-
можностями: изменение параметров, организация условных и без-
условных переходов, доступ к входным и выходным цифровым
регистрам системы управления, возможность формирования лю-
бых пользовательских сообщений на экране дисплея, автомати-
ческий доступ к любым таблицам коррекций с возможностью
внесения любых исправлений, свободным использованием тай-
меров.
Приведем пример специализированного языка высокого уров-
ня для управления сборочным роботом. Математическое описа-
ние системы управления роботом включает в себя программу языка
движения (манипулирования), программу взаимодействия с ра-
бочим пространством, программу-генератор траектории движе-
ния и систему управления движением. В базе данных хранятся па-
раметры рабочего пространства и процедур движения. Каждый
объект модели движений робота имеет свои имя, координаты,
точку захвата, направление отхода и другие необходимые пара-
метры. Программа-генератор вычисляет (интерполирует) геомет-
рические параметры траектории движения для ее отслеживания.
Система управления движением осуществляет замыкание контуров
следящих приводов, воспроизводящих движение по траектории.
В приведенном далее фрагменте синтаксического описания
языка используются следующие правила грамматики: в квадрат-
ных скобках обозначена необязательная часть, а в фигурных —
повторяющаяся часть, остальные символы являются служебными.
Фрагмент имеет следующий вид:
спрограмма? —> (PROGRAM <идентификатор программы> <тело
программы?)
сгело программы? —> {соператор?}...
соператор объявления? -»(DECLARE <переменная? <тип дан-
ных?)
<тип данных? -» SCALAR / VECTOR / ROTATION /
COORDINATES I TRANS
соператор присвоения? -> (SETQ спеременная? свыражение?)
сусловный оператор? —> (IF сусловие? THEN <ветвь? [ELSE
<ветвь>])
соператор параллельной обработки? -> (PARALLEL {спро-
цесс?}...)
спроцесс? -> ({соператор?}...)
35
соператор оповещения события о сигнале> -» (SIGNAL <со-
бытие>)
соператор ожидания события сигнала? —> (WAIT <событие>)
соператор выдержки времени> —> (PAUSE свыражение>)
соператор соединения обьектов> —> (AFFIX скоординаты> ско-
ординаты> [сотношение> [свыражение]])
соператор разъединения объектов> —> (UNFIX скоординаты>
скоординаты>)
соператор построения модели рабочего пространства> —>
(ASSEPT симя> сспособ пополнения> сначало отсчета>)
соператор движения> —> (MOVE скоординаты> спункт назна-
чения> {сусловие движения?}...)
сусловие движения? —> (VIA сусловие?) / (WITH сусловие?) /
спроверка условия?
(VIA сусловие?) -> (VIA {скоординаты?} ... [(VELOCITY свы-
ражение?)] [(DURATION свыражение?)]
(WITH сусловие?) -> (WITH APPROACH свыражение?) /
(WITH DEPARTURE свыражение?) (WITH FORCE снаправ-
ление? свыражение?) -» (WITH TORQUE снаправление? свыра-
жение?) / (WITH DURATION свыражение?)
соператор разжима? —> (OPEN скисть? свыражение?)
соператор зажима? —> (CLOSE скисть? свыражение?)
соператор центрирования? —> (CENTER срука?)
соператор останова? -> (STOP срука?)
спроверка условия? -> (ON [сметка?] сусловие? ({соператор
условия?}...))
соператор активации? —> (ENABLE сметка?)
соператор дезактивации? —> (DESABLE сметка?)
Создание управляющих программ. Одним из главных производ-
ственных этапов при использовании оборудования с ЧПУ являет-
ся создание УП. Подготовка УП для обработки детали на станке с
ЧПУ означает создание в закодированном виде комплекса команд,
которые могут быть автоматически считаны и выполнены систе-
мой управления и самим станком. Наладчик и оператор станков с
ЧПУ должны хорошо знать процесс подготовки УП, легко читать
программу с помощью соответствующих дисплейных и других
информационных устройств и уметь при необходимости коррек-
тировать программу. Наладчик и оператор станков с ЧПУ должны
уметь определить причины брака при изготовлении детали и при-
чины поломки инструмента, которые могут возникнуть в резуль-
тате ошибок в самой УП или из-за сбоев и отказов устройства
ЧПУ, электрических, гидравлических и механических узлов.
При программировании решающее значение имеет сбор и си-
стематизация исходной информации, на основании которой бу-
дет составлена УП. Чертеж будущей детали является источником
геометрической информации, т.е. информации о размерах эле-
36
ментов детали (координаты, диаметр и глубина отверстий, ради-
ус скругления корпуса и т. п.). Далее с использованием технологи-
ческих норм и рекомендаций формируется технологическая ин-
формация отдельно для каждого технологического перехода (вид
инструмента, скорость вращения инструмента, величина подачи
и т. п.). На основе геометрической и технологической информа-
ции по каждому переходу составляется УП.
При подготовке УП рассматриваются технологические опера-
ции, определяется последовательность переходов и наиболее ра-
циональный режим их выполнения, обеспечивающий получение
детали заданных размеров за минимальное машинное время. Ос-
новные методы подготовки УП приведены на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Методы подготовки управляющих программ:
1 — исходные данные по геометрическим параметрам детали; 2 — технология
обработки; 3 — инструмент и приспособления; 4 — расчет программы на кла-
вишных аппаратах; 5 — перфорирование ленты с УП; 6 — запись программы
расчета на ЭВМ; 7— подготовка перфокарты (перфоленты) с УП; 8— ЭВМ; 9 —
программа процессора; 10 — программа постпроцессора для конкретного стан-
ка; 11 — УП; 12 — устройство ЧПУ с заданием программы на перфоленте; 13 —
станок; 14 — магнитная мини-кассета (или блок электронной памяти) с УП; 15 —
устройство записи УП на магнитную мини-кассету (или блок электронной
памяти);/ — ручное программирование; // — машинное программирование с
помошью ЭВМ; III — запись УП на программоноситель в виде мини-кассеты
или электронной памяти; IV — машинное программирование у станка, осна-
щенного микропроцессорным устройством ЧПУ
37
При ручном программировании (в настоящее время применяет-
ся достаточно редко) сбор и упорядочение программы осуществ-
ляется технологом-программистом, который на основании данных
чертежа детали, используя технологические справочники и инст-
рукции, самостоятельно определяет последовательность техноло-
гических переходов, выбирает инструмент и режимы обработки.
В машинном программировании предусмотрены кодирование ин-
формации, определение перемещений инструмента, выбор режи-
мов резания и оптимальной последовательности выполнения пере-
ходов в автоматическом режиме с помощью ЭВМ. В настоящее время
разработано специализированное программно-математическое обес-
печение (ПМО), позволяющее осуществлять машинное програм-
мирование на стандартных персональных компьютерах. Машинное
программирование у станка предусматривает наличие оперативной
системы ЧПУ. В этом случае программирование осуществляет не-
посредственно оператор станка с клавиатуры устройства ЧПУ в
режиме диалога. При машинном программировании у станка мно-
гие вопросы назначения режимов резания решаются системой,
использующей типовые технологические циклы, хранящиеся в па-
мяти устройства ЧПУ. При данном виде программирования на эк-
ране дисплея устройства ЧПУ высвечивается последовательность
вопросов, на которые должен ответить оператор нажатием опреде-
ленных буквенных или цифровых клавиш. Наряду с вопросами на
дисплее могут высвечиваться несколько возможных, рекомендуе-
мых вариантов ПО, а также вариантов действий, из которых опе-
ратор должен выбрать оптимальный.
Управляющие программы можно составлять вручную или ге-
нерировать с помощью любой из существующих систем CAD/CAM.
Для автоматизированной разработки УП для металлообраба-
тывающего оборудования с ЧПУ российская фирма «СОЛВЕР»
(SOLVER) предлагает использовать программный комплекс
PartMaker. Наряду с подготовкой УП для традиционной группы
металлообрабатывающих станков (токарных, фрезерных и элект-
роэрозионных) это современное и эффективное ПО позволяет
разрабатывать программы для наиболее современного универсаль-
ного оборудования, в том числе для станков-автоматов продоль-
ного точения, многоцелевых токарно-фрезерных ОЦ.
Модульная структура PartMaker обеспечивает возможность по
мере необходимости дополнительно оснащать программный ком-
плекс предприятия новыми модулями. В ПО входят пять основных
модулей, позволяющих разрабатывать УП:
• для станков-автоматов продольного точения — SwissCam;
• токарно-фрезерных станков — Turn-Mill;
• токарных станков — Turn;
• фрезерных станков — Mill;
• электроэрозионных станков — Ware EDM.
38
Интерфейс пользователя. В программе PartMaker есть свой встро-
енный графический редактор для создания математических моде-
лей обрабатываемых деталей с помощью графических примити-
вов (точек, линий, дуг, фасок и т.п.). Интерфейс пользователя
разработан таким образом, чтобы максимально облегчить и уско-
рить процесс создания геометрических параметров моделей. Это-
му способствуют стандартные команды Windows: «Копировать»,
«Вырезать», «Вставить» и т.д. Предусмотрена возможность выпол-
нения таких корректирующих операций, как «Сдвиг» и «Поворот
изображения». Удобный интерфейс пользователя обеспечивает:
• визуальное программирование, графические и текстовые под-
сказки для упрощения и ускорения процессов разработки УП;
• возможность разработки УП технологом, а не программис-
том;
• визуализация обработки на всех этапах разработки (как от-
дельных технологических переходов, так и всей программы в це-
лом);
• трехмерная имитация процессов обработки на экране компь-
ютера с динамической демонстрацией удаления материала;
• поворот, масштабирование и изменение точки и панорамы
наблюдения;
• выбор стратегии обработки пользователем;
• представление заготовки в режимах полупрозрачности и раз-
реза для контроля процессов обработки внутренних полостей или
закрытых зон;
• контроль выполнения специфических операций обработки
(вращение заготовки вокруг инструмента, перемещение прутка
внутри направляющей люнетной втулки, одновременная работа
нескольких инструментов, передача детали в противошпиндель
для автоматов продольного точения и т.п.);
• использование базы данных обработки, позволяющей накап-
ливать производственный опыт.
Разработка управляющих программ для механической обработ-
ки. Программирование механической обработки в PartMaker вклю-
чает в себя следующие возможности:
• двухкоординатное фрезерование с трехкоординатным пози-
ционированием инструмента;
• обработка карманов с любым числом выступов с учетом по-
путного или встречного фрезерования;
• контурное фрезерование;
• четырехкоординатное фрезерование как непрерывное, так и
с индексным поворотом детали;
• фрезерование в системах линейных, цилиндрических или по-
лярных координат;
• гравирование вогнутых и выпуклых изображений и надписей
на плоскостях и поверхностях вращения;
39
• черновая и чистовая токарные обработки по внешнему и внут-
реннему диаметру;
• контурная токарная обработка канавочным инструментом с
компенсацией ширины резца при расчете траектории движения
инструмента;
• сверление отверстий по циклам пользователя, включая опе-
рации центрирования, растачивания, развертывания, фрезерова-
ния отверстий, создания фасок и нарезания резьбы метчиком;
• точение канавок любой формы;
• нарезание резьбы любого профиля;
• программирование работы устройства подачи пруткового ма-
териала;
• программирование передачи детали из шпинделя в противо-
шпиндель;
• программирование выдвижения детали из шпинделя зажим-
ным устройством или противошпинделем;
• программирование передачи детали из шпинделя или проти-
вошпинделя в зажимное устройство, расположенное в револьвер-
ной головке;
• программирование операций перехвата детали для обработки
длинных деталей за счет выдвижения их через противошпиндель
и т.д.
Диагностика управляющих программ. Система диагностики УП
в PartMaker обеспечивает выявление ошибок программирования
на этапе разработки программы, а не во время отладки програм-
мы на станке, что позволяет сберечь дорогостоящее оборудова-
ние, технологическую оснастку и инструмент от поломок. Диаг-
ностика на этапе разработки программы исключает возможность
столкновения инструмента с заготовкой, оснасткой или с рабо-
чими механизмами станка.
Во время диагностики происходит останов демонстрации об-
работки с указанием места, в котором произошла условная ава-
рия, и отображением названия вызвавшего ее процесса. Таким
образом, условные аварии происходят на экране монитора ком-
пьютера, предотвращая реальные аварии на станке.
Оптимизация управляющих программ. Повышения эффектив-
ности используемого оборудования, сокращения времени произ-
водственных циклов, повышения точности обработки, улучше-
ния качества обработанных поверхностей, уменьшения износа
станков и режущего инструмента достигают оптимизацией УП.
К методам оптимизации УП следует отнести:
• автоматическое формирование таблиц, содержащих план об-
работки с указанием всех ее параметров, названия процессов,
пиктограммы с типом обработки и ориентации инструмента, ин-
струмент и его размещение, скорости вращения привода главного
движения (шпинделя) и подачи, повторяющиеся циклы, тип ох-
40
лаждения, машинное время, необходимое для отработки техно-
логических переходов;
• возможность изменения пользователем очередности процес-
сов обработки путем их перемещения по таблице;
• отображение информации о числе инструментов, находящихся
одновременно на шпинделе и противошпинделе;
• задание групп синхронизации операций обработки, автома-
тическая расстановка кодов синхронизации и ожидания;
• оптимизация производственных процессов благодаря исполь-
зованию базы данных, в которой аккумулируются уникальные
знания наиболее опытных специалистов по применяемому инст-
рументу, скоростям подач и резания, повторяющимся процессам.
Это позволяет менее квалифицированному персоналу активно
применять опыт более квалифицированных специалистов.
Загрузка управляющих программ. Программный комплекс
PartMaker обеспечивает генерацию УП в G-кодах в полном соот-
ветствии с требованиями к конкретной системе ЧПУ, используе-
мой на станке. Данный комплекс обеспечивает разработку новых
постпроцессоров или использование модификаций постпроцес-
соров из предлагаемой библиотеки. Список доступных операций
обработки позволяет осуществить программирование даже специ-
алисту, незнакомому с особенностями оборудования. Управляющие
программы для станков-автоматов продольного точения содержат
специализированные машинные коды синхронизации и ожидания.
Взаимодействие с системами CAD/CAM. В PartMaker возмо-
жен импорт двухмерных моделей в формате DXF и трехмерных
моделей из систем CAD/CAM, включая Pro/ENGINEER,
AutoCAD, SolidWorks, Unigraphics и др. При необходимости, им-
портированные модели могут быть доработаны технологом, после
чего возвращены обратно в систему CAD.
Протоколы обмена. Системы ЧПУ и другие системы управле-
ния разного уровня, а также отдельные блоки (модули) систем
ЧПУ соединяются между собой системой шин. По системе шин в
станке с ЧПУ и в комплексе станков с ЧПУ происходит обмен
потоками информации по стандартным протоколам обмена. Наи-
более распространены следующие современные стандартные про-
токолы обмена информацией: Sercos, InterBus, ProfiBus DP, CAN-
Bus, Ethemet-TCP/IP, Novell. В некоторых системах применяются
протоколы обмена стандартов RS.
1.4. Системы циклового программного управления
и программируемые контроллеры
В устройствах циклового управления в числовом виде програм-
ма содержит информацию только о цикле и режимах обработки, а
41
величину перемещения рабочих органов задают настройкой упо-
ров. Цикловые системы отличаются от числовых сравнительно
простой структурой, но имеют меньшие технологические возмож-
ности. Станки с цикловым программным управлением (ЦПУ)
целесообразно применять для обработки деталей несложных гео-
метрических форм при значительной длительности обработки
партии деталей в крупносерийном производстве. Блоки циклово-
го управления могут входить в состав системы ЧПУ, например
для задания циклов смены инструмента. Цикловое программное
управление применяется также в копировальных станках. При этом
геометрические размеры обработки задаются копиром, а режимы
работы и ускоренные подвод/отвод определяются цикловым уп-
равлением.
Программируемый контроллер (ПК) — устройство, осуществ-
ляющее управление электроавтоматикой с помощью определен-
ных алгоритмов, реализованных программой, хранящейся в па-
мяти устройства. Программируемый контроллер (командоаппарат)
может либо применяться автономно в системе ЦПУ, либо вхо-
дить в состав общей системы управления (например, системы уп-
равления ГПМ), а также применяться для управления оборудова-
нием автоматических линий, складов ГПС и др.
Структурная схема ПК приведена на рис. 1.6. Модули ввода (вход-
ные модули) формируют сигналы, поступающие от разных пери-
ферийных устройств (конечных выключателей, электрических
аппаратов, тепловых реле и т. п.). Данные сигналы имеют оптрон-
ную развязку. Сигналы, поступающие на вход, имеют, как прави-
ло, два уровня «О» и «1». Модули вывода (выходные модули) по-
дают сигналы на управляемые исполнительные устройства элект-
роавтоматики станка (контакторы, пускатели, электромагниты,
сигнальные лампы, электромагнитные муфты и т.д.). При выход-
Рис. 1.6. Структурная схема программируемого контроллера:
1 — процессор; 2 — таймер и счетчики; 3 — перепрограммируемая память; 4 —
оперативная память (ОЗУ); 5 — общая шина связи блоков; 6 — блок связи с
устройством ЧПУ или ЭВМ; 7 — блок подключения пульта для программирова-
ния; 8 — модули ввода; 9— коммутатор ввода-вывода; 10— модули вывода; 11 —
пульт программирования с клавиатурой и дисплеем
42
ном сигнале «1» соответствующее устройство получает команду
на включение, а при выходном сигнале «О» — на выключение.
В соответствии с параметрами управляемых устройств модули вы-
вода имеют силовые (транзисторные) электронные ключи, рас-
считанные на соответствующую силу тока (постоянного DC или
переменного АС) и обеспечивающие подачу на исполнительное
устройство необходимого по величине электрического напряжения.
Процессор с памятью решает логические задачи управления
модулями вывода на основании информации, поступающей на
модули ввода, и алгоритмов управления, введенных в память. Тай-
меры настраивают на обеспечение выдержек времени в соответ-
ствии с циклами работы ПК. Счетчики также решают задачи реа-
лизации цикла работы ПК.
Ввод программы в память процессора и ее отладка выполняют-
ся с помощью специального переносного пульта, временно под-
ключаемого к ПК. Этим пультом, представляющим собой устрой-
ство записи программы, можно поочередно обслуживать насколько
ПК. В процессе записи программы на дисплее пульта отображает-
ся текущее состояние управляемого объекта в релейных символах
или условных обозначениях. Ввод программы может также осуще-
ствляться через блок связи с устройством ЧПУ или ЭВМ.
Всю программу, хранящуюся в памяти, можно разбить на две
части: основную, представляющую собой алгоритм управления
объектом, и служебную, обеспечивающую обмен информацией
между ПК и управляемым объектом. Обмен информацией между
ПК и управляемым объектом состоит в опросе входов (получение
информации из управляемого объекта) и переключения выходов
(выдача управляющего воздействия в управляемый объект). В со-
ответствии с этим служебная часть программы состоит из двух
этапов: опроса входов и переключения выходов.
Программируемый логический контроллер (ПЛК) — это мик-
ропроцессорная система, предназначенная для реализации алго-
ритмов логического управления. Контроллер предназначен для
замены релейно-контактных схем, собранных на дискретных ком-
понентах — реле, счетчиках, таймерах, элементах жесткой логи-
ки. Принципиальное отличие ПЛК от релейных схем заключается
в том, что все его функции реализованы .программно. На одном
ПЛК можно реализовать схему, эквивалентную тысячам элемен-
тов жесткой логики, при этом надежность работы схемы не зави-
сит от ее сложности. Программировать ПЛК можно на пяти язы-
ках стандарта IEC 1131.3:
• релейно-контактных схем (Ladder Diagram);
• функциональных блоковых диаграмм (Functional Block
Diagram);
• последовательных функциональных схем (Sequential Function
Chart);
43
• структурированного текста (Structured Text);
• ассемблер (Instruction List).
Для тех, кто привык к релейно-контактным схемам, будет удоб-
но работать с созданным на их основе языком Ladder Diagram.
В то же время те, кому понятней электронные схемы, могут вос-
пользоваться языком функциональных блоковых диаграмм
(Functional Block Diagram). Опытные программисты могут исполь-
зовать возможности всех пяти языков.
Современный ПЛК может обрабатывать дискретные и анало-
говые сигналы, управлять клапанами, шаговыми двигателями,
сервоприводами, преобразователями частоты, осуществлять регу-
лирование (PID-регулятор).
Высокие эксплуатационные характеристики делают целесооб-
разным применение ПЛК везде, где требуется логическая обра-
ботка сигналов от датчиков. Применение ПЛК обеспечивает вы-
сокую надежность работы оборудования; простое обслуживание
устройств управления; ускоренные монтаж и наладка оборудова-
ния; быстрое обновление алгоритмов управления (в том числе и
на работающем оборудовании).
Кроме прямых выгод от применения ПЛК, обусловленных низ-
кой ценой и высокой надежностью, есть и косвенные: появляется
возможность реализовать дополнительные функции, не усложняя
и не увеличивая стоимости готовой продукции, которые помогут
полнее реализовать возможности оборудования.
Быстрое развитие микроэлектроники позволяет ожидать даль-
нейшего снижения цен и улучшения характеристик ПЛК, что
является дополнительным стимулом к их применению. Большой
ассортимент ПЛК дает возможность находить оптимальное реше-
ние как для несложных задач, так и для комплексной автоматиза-
ции производства.
1.5. Системы числового программного управления
Универсальные системы ЧПУ предоставляют пользователю и
оператору большие возможности. Они могут быть приспособлены
путем программирования к широкому классу объектов, в том числе
к разным станкам; обеспечивают при этом все виды интерполя-
ции — линейную, круговую, параболическую и др., а также подго-
товку и отладку управляющей программы непосредственно у станка
в диалоговом режиме. Управляющая программа может храниться в
памяти и считываться из нее в процессе обработки, что в ряде
случаев позволяет обойтись без предварительного ввода програм-
мы путем ее считывания с программоносителя. Системы ЧПУ
имеют широкие возможности по редактированию программы, дают
возможность автоматической коррекции (из памяти) без исполь-
44
зования корректоров пульта. Следует отметить наличие специаль-
ных программ диагностики для проверки работы узлов с целью
выявления источников неисправности, а также возможность со-
хранения в памяти информации о систематических погрешностях
кинематических цепей и исключения или компенсации этих по-
грешностей при воспроизведении заданного профиля; возможность
введения в систему ограничений на зону обработки во избежание
брака или поломки станка; возврат в любую точку, в которой был
прерван процесс обработки. Универсальные системы ЧПУ рабо-
тают в линейных и полярных координатах, обеспечивая преобра-
зование координатных осей, например при использовании на го-
ризонтально-фрезерных станках программ, составленных для вер-
тикально-фрезерных станков. Наконец, следует отметить легкость
объединения систем в разветвленные комплексы со многими уров-
нями управления.
Таким образом, современные устройства ЧПУ обеспечивают
разные режимы работы (табл. 1.5).
Таблица 1.5
Режимы работы и операции, выполняемые устройствами ЧПУ
Режим Выполняемая операция
Ввод информации Ввод рабочей и управляющей программ с внеш- него программоносителя вручную или по каналу связи; синтаксический и грамматический анализы информации; вывод ошибок на устройство инди- кации; размещение программ в памяти
Автоматический Обработка контура детали по программе; автома- тическое регулирование скоростей приводов; ускоренная отработка программ; накопление эксплуатационной информации (число обработан- ных деталей, время обработки детали, время простоя станка и др.)
Ручной Настройка станка, отладка программ; отработка перемещений со скоростью, выбираемой на пульте; выбор и отработка кадра, его запоминание и хранение; формирование управляющей про- граммы из отдельных кадров; индикация кадров управляющей программы; ввод коррекций; диагностика (в некоторых случаях самодиагнос- тика проводится в автоматическом режиме)
Редактирование Поиск нужного кадра и вывод информации на устройство индикации; коррекция содержимо- го кадра; замена, вставка, изъятие кадров управ- ляющей программы; коррекция погрешностей кинематических цепей
45
Окончание табл. 1.5
Режим Выполняемая операция
Вывод информации Вывод рабочей или управляющей программы в ка- нал связи с внешними устройствами — на печать, на программоноситель (дискету, CD и т.п.), во внешнюю память, в центральную ЭВМ и др.
Вычислительный Расчет требуемых величин по формулам; форми- рование управляющих программ по обобщенным входным данным
Основным режимом работы устройства ЧПУ является авто-
матический. В процессе автоматической отработки управляющей
программы решается широкий круг задач разного уровня слож-
ности: опрос кнопок пульта оператора; распределение и выдача
данных для индикации на пульте оператора; вычисление текуще-
го положения по координатам и выдача информации на пульт
оператора; расчет циклов обработки; расчет смещения эквидис-
танты; введение коррекции; компенсация погрешностей; опрос
датчиков электроавтоматики; опрос сигналов готовности устройств
ввода-вывода; интерполяция; расчет скорости; расчет режимов
разгона-торможения; опрос датчиков обратной связи; выдача уп-
равляющих воздействий на технологическое оборудование; ана-
лиз текущего времени; контроль времени отработки управляю-
щей программы; анализ выполнения программы, содержащейся
в данном кадре; подготовка исходной информации для отработки
следующего кадра.
Для решения задач, связанных с математическим обеспечением
и реализацией рабочих и вспомогательных режимов, в память сис-
темы ЧПУ должны быть введены три вида информации: 1) базовый
комплект данных; 2) дополнительные программы и данные, вклю-
чаемые в потребительский комплект; 3) управляющая информация.
1.6. Системы программного управления высокого
уровня
Системы группового управления станочными комплексами пред-
ставляют собой устройства, одновременно управляющие несколь-
кими станками с ЧПУ. В таких системах главная функция цент-
ральной ЭВМ или центрального вычислительного комплекса —
это наблюдение (мониторинг) за каждым станком группы и снаб-
жение его необходимой информацией. Основное содержание этой
информации представляют УП, поэтому одной из важнейших
функций систем группового управления является формирование
46
и ведение библиотеки УП. Наличие в системе группового управ-
ления библиотеки УП позволяет осуществлять их редактирование,
поддерживать в актуальном состоянии, выполнять автоматичес-
кий поиск и выдачу в соответствии с ходом производственного
процесса, что обеспечивает возможность обработки широкой но-
менклатуры деталей.
Библиотеки УП содержат тексты программ для станков с ЧПУ
либо в виде, непосредственно пригодном для отработки станком,
либо в сжатом (заархивированном) виде. Массив каталога биб-
лиотеки УП содержит имена программ (совпадают с шифрами
деталеопераций), сведения об их размещении в памяти, коды стан-
ков, для которых они разработаны, а также текстовые поясне-
ния, необходимые персоналу для поиска и использования про-
грамм. Обычно библиотека УП организуется по многоуровневому
принципу. Например, она может подразделяться на архив, храня-
щий весь наработанный фонд УП, и на оперативный фонд, в
который выносятся программы на ограниченную номенклатуру
деталей, запланированную на обработку в текущий временной
интервал. Архив может содержаться во внешней памяти на гибких
дисках, а оперативный фонд — на жестких.
Библиотека УП пополняется текстами, полученными с помо-
щью средств автоматизированной подготовки УП и их редактиро-
вания, входящих в состав системы; с помощью системных средств
редактирования текстов, входящих в состав операционной систе-
мы ЭВМ группового управления; с помощью системы автомати-
зированной подготовки УП, функционирующей в составе инфор-
мационно-вычислительного центра предприятия или технологи-
ческого бюро; через канал связи от верхних уровней АСУ; руч-
ным способом с привлечением технологов-программистов; непо-
средственно у станков с помощью оперативных систем управле-
ния или пультов оператора.
Для формирования и ведения библиотеки УП создаются спе-
циальные программные комплексы — командные файлы. Такой
командный файл обеспечивает выполнение следующих функций:
• ввод текстов УП через терминальные устройства и размеще-
ние их в виде соответствующих файлов;
• формирование при вводе текстов УП дополнительной ин-
формации и ее размещение;
• поиск файлов УП;
• выборку и ввод запрошенной информации из библиотеки УП
на монитор или печать в виде документа установленной формы;
• внесение изменения в любое место каталога УП и в файлы
дополнительной информации;
• удаление ставших ненужными версий файлов.
Наряду с формированием командного файла системы группо-
вого управления необходимо создать файл, устанавливающий со-
47
ответствие между УП и обрабатывающим инструментом. Данный
файл является картой соответствия инструмента обрабатывающим
программам, которая содержит шифр УП, тип станка, обозначе-
ние инструмента, его название и характеристику, а также разме-
щение его (номер гнезда) в инструментальном магазине и допол-
нительную информацию. Программное обеспечение системы груп-
пового управления содержит ряд сервисных программ, а также
функции редактирования. В результате осуществления мониторинга
(наблюдения) за станками, входящими в группу, система груп-
пового управления формирует информацию, содержащую следу-
ющие данные:
• производительность всей группы и отдельных станков;
• число заготовок на локальных накопителях и транспортных
устройствах;
• фонд времени работы и простоев;
• длительность циклов работы оборудования;
• диагностика отказов с фиксированием простоев и их причин;
• время, затраченное на наладку;
• объем годной продукции и брака, учет годных деталей по
группам качества, учет брака по видам дефектов;
• техническое состояние оборудования, фиксация отклонения
параметров от норм.
Программное обеспечение обмена информацией между цент-
ральной ЭВМ группового управления и устройством ЧПУ решает
две основные задачи:
• принятие и реализация решений по поиску и выдаче опреде-
ленной УП;
• автоматизация процедуры передачи УП и других сообщений
из ЭВМ и устройств ЧПУ по каналам связи.
Системы организационно-технологического управления призва-
ны решать задачи гибкого автоматизированного управления (ГАУ).
Современная структура гибкого производства предполагает вклю-
чение в его состав станков с ЧПУ и автоматизированных транс-
портно-складских систем, погрузочно-разгрузочных устройств,
устройств хранения и доставки инструмента, а также узлы, авто-
матизирующие вспомогательные операции (контроль изготовлен-
ных деталей, мойку, сушку и т.п.). В задачу системы управления
входит выдача команд на доставку нужной детали к нужному станку
и в нужное время и обеспечение операций управляющими про-
граммами и соответствующим инструментом.
Подготовку заказов, заданий, расписаний и других указаний
по ведению и обеспечению производственного цикла, направлен-
ных на исполнение в ближайшем или более удаленном будущем,
принято относить к организационно-технологическому управле-
нию ГАУ. На автоматизированном участке должно быть организо-
вано выполнение следующих функций:
48
• учет наличия заготовок, заказ и поставка заготовок и их раз-
мещение в накопительной системе;
• учет наличия УП, заказ и разработка УП и сопроводительной
информации и размещение их в памяти ЭВМ;
• учет наличия инструмента, его состояния и заказ на комп-
лектацию, сборку, заточку, регулировку и другие виды подготов-
ки инструмента;
• составление расписания последовательности движений дета-
лей или комплекта деталей между складом и станками;
• учет наличия оснастки, заказ подготовки оснастки;
• организация получения деталей с выносных операций (опе-
раций, выполняемых вне ГАУ);
• формирование последовательности выдачи УП к агрегатам на
рабочих местах;
• формирование последовательности доставки комплектов ин-
струментов и оснастки к рабочим местам;
• организация выгрузки готовых деталей из накопительной си-
стемы и отправки их с участка с необходимой сопроводительной
документацией.
Автоматизированная система технологической подготовки про-
изводства (АСТПП) — система, основанная на стандартах ЕСТПП
(Единая система технологической подготовки производства), в
которой значительная часть всего объема инженерных работ вы-
полняется автоматизированно на ЭВМ. На вход системы поступа-
ет конструкторская документация, а выходной информацией
являются программы для нормального функционирования про-
изводства. При этом обеспечивается освоение новых изделий в за-
данные сроки и в необходимом количестве. Функциональная схе-
ма АСТПП приведена на рис. 1.7.
АСТПП работает на основе следующих данных: конструктор-
ская документация на изделие; его технологичность; производ-
ственные программы вновь осваиваемого изделия: сроки техноло-
гической подготовки производства; спецификация изделия; све-
дения о возможностях подразделений технологической службы
завода. Основными задачами, решаемыми АСТПП, являются клас-
сификация и группирование деталей; расчет возможностей под-
разделений технологической службы; расчет сетевых графиков под-
готовки производства и их оптимизация; планирование и учет
работы функциональных подсистем АСТПП и подразделений тех-
нологической службы. Система АСТПП может функционировать
в автоматизированном программном режиме и в режиме участия
контрольно-диспетчерских служб.
Средствами АСТПП предусматривается работа с тремя видами
документации: входной, выходной и справочно-нормативной. Ос-
новными документами на входе системы являются рабочие черте-
жи обрабатываемых изделий, спецификации изделий, а также до-
49
кументация, содержащая сведения о ранее выпускаемых изделиях.
При обработке данной информации формируется массив входной
информации. В справочно-нормативную документацию входят чер-
тежи оснастки, нормали, стандарты, документация на ранее спро-
ектированные технологические процессы, приспособления, ин-
струмент и т.д. Эта информация составляет массив информацион-
но-поискового блока и образует архив данных. Выходная доку-
ментация системы подразделяется на графическую (операцион-
ные чертежи, сборочные чертежи, чертежи приспособлений,
штампов, инструментальных наладок и др.) и текстовую (управ-
ляющие программы, технологические карты, сводные технологи-
ческие спецификации). Выходные документы АСТПП могут быть
выполнены как в электронном, так и в бумажном виде, т.е. при
необходимости документация выводится на бумаге.
Открытые системы управления предназначены для автомати-
зации сложных технологических процессов. На основании конк-
ретных технологических задач создаваемого производства возможна
компоновка самых разных видов оборудования с ЧПУ. В этом слу-
чае структуры управления обеспечивают свободное наращивание
узлов управления путем подключения к внешней шине дополни-
тельных процессоров, блоков памяти, специальных блоков. Глав-
ным условием свободного наращивания являются единообразие и
сопрягаемость интерфейсов, стандартное исполнение каналов свя-
зи, единообразие протоколов обмена информацией. Структурный
анализ создаваемого производства позволяет определить, для ка-
Рис. 1.7. Функциональная схема автоматизированной системы техноло-
гической подготовки производства
50
a
Рис. 1.8. Комплексная гибкая производственная система:
а — структурная схема системы управления ГПС с внешней шиной; б — компо-
новка ГПС: 1, 2 — станочные модули; 3 — моечная станция; 4 — контрольно-
измерительная машина; 5 — накопитель палет; 6 — пульт оператора-диспетчера
ГПС; 7 — накопитель инструментальных наладок; 8 — поворотный стол с допол-
нительным инструментом; — информационные каналы
ких элементов участка требуется автономное управление, а для
каких — централизованное. На рис. 1.8, а представлена структур-
ная схема системы управления ГПС с внешней шиной, на рис.
1.8, б показана компоновка ГПС. Участок состоит из пульта 6
оператора-диспетчера, накопителя 7 инструментальных наладок,
двух станочных модулей 1, 2 (ГПМ), моечной станции 3, конт-
рольно-измерительной машины 4, накопителя палет 5. Каждый
из ГПМ состоит из ОЦ с системами загрузки-выгрузки палет и
загрузки-выгрузки инструментальных наладок. В данной ГПС еди-
ная транспортная система обеспечивает подачу из накопителя палет
51
с закрепленными на них заготовками к ОЦ для последующей об-
работки деталей. Затем та же транспортная система доставляет
палету с обработанной деталью на моечную машину и далее на
контрольно-измерительную машину. Палета с обработанной, очи-
щенной и измеренной деталью поступает в накопитель палет. По
мере изнашивания инструмента, а также в случае его поломки
выполняется замена инструмента. Новый инструмент поступает
из накопителя инструментальных наладок.
1.7. Конструкция и компоненты систем программного
управления
1.7.1. Требования по обеспечению устойчивости
систем управления к внешним воздействиям
Степень защиты оборудования в соответствии со стандартами
обозначается латинскими буквами IP и двумя цифрами. Первая
цифра характеризует степень защиты персонала от соприкоснове-
ния с движущимися и токоведущими частями, находящимися
внутри оболочки, а также степень защиты встроенного в оболоч-
ку оборудования от попадания твердых тел, в частности:
О — отсутствие защиты;
1 — защита от случайного соприкосновения большого участ-
ка человеческого тела с движущимися и токоведущими частями,
находящимися внутри оболочки (отсутствует защита от предна-
меренного доступа к этим частям); защита оборудования от по-
падания крупных твердых посторонних тел диаметром более
52,5 мм;
2 — защита от возможности соприкосновения пальцев с дви-
жущимися и токоведущими частями, находящимися внутри обо-
лочки; защита оборудования от попадания твердых посторонних
тел среднего размера диаметром не менее 12,5 мм;
3 — защита от соприкосновения инструмента, проволоки или
других подобных предметов, толщина которых превышает 2,5 мм,
с движущимися и токоведущими частями, находящимися внутри
оболочки; защита оборудования от попадания мелких твердых по-
сторонних тел диаметром не менее 2,5 мм;
4 — защита от соприкосновения инструмента, проволоки или
других подобных предметов, толщина которых превышает 1 мм, с
движущимися и токоведущими частями, находящимися внутри
оболочки; защита оборудования от попадания мелких твердых по-
сторонних тел диаметром не менее 1 мм;
5 — полная защита персонала от соприкосновения с движущи-
мися и токоведущими частями, находящимися внутри оболочки;
защита оборудования от недопустимых отложений пыли;
52
6 — полная защита персонала от соприкосновения с движущи-
мися и токоведущими частями, находящимися внутри оболочки;
полная защита оборудования от попадания пыли.
Вторая цифра характеризует степень защиты электрического
оборудования, расположенного внутри оболочки, от проникно-
вения воды, а именно:
О — защита отсутствует;
1 — защита от капель сконденсировавшейся воды. Капли скон-
денсировавшейся воды, вертикально падающие на оболочку, не
должны оказывать вредного воздействия на оборудование, поме-
щенное в оболочку;
2 — защита от капель воды. Капли сконденсировавшейся воды,
падающие на оболочку, наклоненную под углом не более 15° к
вертикали, не должны оказывать вредного воздействия на обору-
дование, помещенное в оболочку;
3 — защита от дождя. Капли дождя, падающие на оболочку,
наклоненную под углом не более 60° к вертикали, не должны
оказывать вредного воздействия на оборудование, помещенное в
оболочку;
4 — защита от брызг. Брызги воды любого направления, попа-
дающие на оболочку, не должны оказывать воздействия на обору-
дование, помещенное в оболочку;
5 — защита от водяных струй. Вода, выбрасываемая через нако-
нечник на оболочку в любом направлении, не должна оказывать
вредного воздействия на оборудование, помещенное в оболочку.
С учетом перечисленных категорий степеней защиты оборудо-
вания в станкостроении наиболее широко применяется электро-
оборудование со следующими степенями защиты:
• полупроводниковые силовые преобразователи, аппараты элек-
троавтоматики и электроники — IP00 (открытое исполнение),
предназначенные для размещения в электрических шкафах;
• электрические шкафы для цеховых условий — IP23 (IP33)
(защищенное исполнение) с фильтрами для очистки охлаждаю-
щего воздуха;
• то же, для условий с повышенным содержанием пыли (абра-
зивной пыли) и влаги — IP44 (IP54) (закрытое исполнение);
• электродвигатели (в том числе с принудительной вентиляцией)
и измерительные датчики, встроенные в конструкции станков вне
зоны образования пыли и влаги — IP23 (IP33) (защищенное ис-
полнение) с фильтрами для очистки охлаждающего воздуха;
• электродвигатели и измерительные датчики, встроенные в
конструкции станков в зоне образования пыли и влаги — IP44
(IP54) (закрытое исполнение);
• электродвигатели и измерительные датчики, встроенные в
конструкции станков в зоне образования повышенного содержа-
ния пыли и влаги — IP65 (герметичное исполнение);
53
• модули и блоки, включая пульты оператора систем ЧПУ и
ЦПУ (в закрытом исполнении). В некоторых случаях применяются
системы управления в герметичном исполнении.
Для обеспечения работоспособности систем управления в за-
висимости от температуры окружающей среды имеются два ис-
полнения станочных систем электрооборудования: нормальное (04)
и тропическое (Т). Нормальной считается температура окружаю-
щего воздуха от +5 до +45 °C при максимальной относительной
влажности воздуха 80% в закрытых стационарных помещениях.
Тропическое исполнение допускает температуру окружающего воз-
духа до +55 °C.
Для обеспечения работоспособности систем управления в за-
висимости от внешних механических воздействий блоки систем
ЧПУ и ЦПУ, встраиваемые в отдельно стоящие электрические
шкафы, должны допускать вибрацию с частотой 1...35 Гц при
ускорении 4,9 м/с2 (исполнение Ml). Пульты управления, блоки,
электродвигатели, датчики и другие виды электрооборудования,
устанавливаемые непосредственно на станке, должны допускать
вибрацию с частотой 1 ...60 Гц при ускорении 9,81 м/с2 (исполне-
ние М8).
Системы управления должны быть снабжены средствами защи-
ты, сигнализации и/или индикации рабочих и аварийных режи-
мов. Системы управления должны быть термически и динамически
устойчивы при всех аварийных режимах в течение времени срабаты-
вания установленных в них защитных аппаратов. Системы управ-
ления должны быть оснащены защитой от многих негативных
факторов, в числе которых короткие замыкания; перегрев блоков
и комплектующих; перенапряжения; прекращение вентиляции для
охлаждения (в системах с принудительной вентиляцией); неисп-
равности в цепях обратных связей; исчезновение или недопусти-
мые повышение/понижение напряжения питающей сети; несоот-
ветствие заданного и фактического технологических режимов.
Системы управления должны иметь систему диагностики, по-
зволяющую определить место возникновения неисправности в
системе на уровне функциональных частей в случае срабатывания
устройств защиты. Системы управления должны обеспечивать ре-
ализацию всех своих технических характеристик при подключе-
нии к питающей электрической сети, отвечающей определенным
требованиям, а именно:
• системы ЧПУ и ЦПУ рассчитаны на работу от трехфазной
промышленной сети переменного тока с линейным напряжением
380 В (возможны варианты исполнения для работы от сети с ли-
нейным напряжением 220, 440, 500 В) и частотой 50 Гц (возмож-
но исполнение для работы от сети с частотой 60 Гц);
• сеть должна иметь возможности заземления и зануления элек-
трооборудования.
54
• системы ЧПУ и ЦПУ должны обеспечивать работу при от-
клонениях напряжения питающей сети от номинального значе-
ния от +10 до -15 % и отклонениях частоты питающей сети на
±2%.
1.7.2. Агрегаты и блоки систем ЧПУ
Появление микропроцессоров и микроЭВМ, создание элект-
ронных элементов с высокой степенью интеграции — основные
движущие факторы качественного совершенствования систем ЧПУ.
Особенностью современных систем ЧПУ является высокая сте-
пень унификации их аппаратной части для разных групп станков,
что привело к резкому уменьшению числа модификаций устройств.
На базе унифицированной аппаратной части (в большинстве слу-
чаев унифицированная система ЧПУ создается на базе промыш-
ленного персонального компьютера) технология обработки на
конкретном станке решается на программном уровне. Системы
ЧПУ, построенные на базе микроЭВМ, имеют модульную струк-
туру и позволяют увеличивать число управляемых координат на-
ращиванием модулей.
Структурная схема микропроцессорной системы ЧПУ приве-
дена на рис. 1.9. Технологическое ПО заносится в ОЗУ (оператив-
ное запоминающее устройство). Вычислительную часть системы
образуют блоки Ш, П2 (процессоры), ОЗУ, АМТ (адаптер маги-
Рис. 1.9. Структурная схема системы ЧПУ на базе микроЭВМ:
АМТ — адаптер магистрали; КЭ — контроллер электроавтоматики станка; КИ —
контроллер импульсных, преобразований сигналов; КП — контроллер преобра-
зований управляющих кодов в команды перемещения по координатам; ПУ —
пульт управления
55
страли). Блоки ПУ (пульт управления), КЭ (контроллер электро-
автоматики станка), КИ (контроллер импульсных преобразова-
ний сигналов датчиков перемещений по координатам в код) и
КП (контроллер преобразований управляющих кодов в команды
перемещения по координатам) реализуют связь со станком. В со-
став системы ЧПУ может входить также ОЗУ-ВП (блок внешней
памяти), подключаемый через разъем.
Все функциональные модули в структурной схеме системы ЧПУ
взаимодействуют между собой посредством общей шины — маги-
страли МНЦ. На построенный по принципу общей шины МНЦ
могут одновременно взаимодействовать несколько модулей, под-
ключенных к магистрали. Взаимодействия, осуществляемые мо-
дулями по МНЦ, бывают двух видов: передача управления и об-
мен информацией. В свою очередь обмен информацией подразде-
ляется на ЧТ (чтение по адресу), ЗП (запись по адресу), ЧТМ
(чтение по адресу с последующей записью по этому адресу).
Все подключенные к МНЦ модули делятся на ведущие и ведо-
мые. Ведущие модули (Ш, П2, АМТ, КЭ, КИ, ПУ) в процессе
работы требуют обмена информацией с другими ведомыми моду-
лями или прерывают работу других модулей. Ведомые модули (ОЗУ,
ОЗУ-ВП, КП) участвуют в обмене информацией только после
адресного вызова, поступившего от ведущего модуля. Запросы на
обмен информацией по МНЦ возникают от ведущих модулей асин-
хронно и независимо.
Кроме магистрали МНЦ имеется дополнительный канал, по
которому связаны только модули АМТ, КЭ, КИ, КП, ПУ. Если
МНЦ представить в виде кольцевой магистрали, то дополнитель-
ный канал является радиальной магистралью. Модуль АМТ пре-
образует сигналы на МНЦ и управляет обменами с модулями КЭ,
КИ, КП, ПУ, используя радиальный принцип управления. Этот
дополнительный канал управления увеличивает функциональную
гибкость устройства ЧПУ и позволяет сократить аппаратную часть
ряда модулей.
Процессоры Ш, П2 совместно выполняют программу работы
устройства ЧПУ, представляющую собой определенную последо-
вательность команд и хранящуюся в памяти системы. Каждый про-
цессор содержит в своем составе ПЗУ и ОЗУ. Содержимое ОЗУ
может изменяться в процессе выполнения программы, в ПЗУ хра-
нится неизменная часть программы (содержимое ПЗУ не изменя-
ется в процессе выполнения программы). Процессоры конструи-
руются на основе специальных интегральных схем, которые обес-
печивают малые габаритные размеры модулей при их больших фун-
кциональных возможностях. Модуль АМТ реализует функцию пре-
образования магистрали МНЦ в радиальный канал управления
модулями КЭ, КИ, КП, ПУ. Помимо этого модуль АМТ выпол-
няет функцию временного отсчета программнотзадаваемых ин-
56
тервалов времени (дискретность задания интервала в устройстве
ЧПУ «Электроника НЦ-31» равна 0,1 мс). Задание на отработку
интервала времени может поступать в АМТ от процессора. По окон-
чании отработки заданного интервала времени АМТ сообщает об
этом процессорам, вызывая их прерывание.
При необходимости обмена информацией с пультом операто-
ра или с одним из контроллеров (КЭ, КИ, КП) инициатор обме-
на запрашивает разрешение на использование общей магистрали
МНЦ, и после разрешения генерирует адрес ведомого устройства.
Модуль АМТ преобразует этот адрес в радиальное воздействие на
вызываемый в обмене ведомый модуль. По окончании обмена
информацией магистраль МНЦ освобождается.
При необходимости программирования таймера (находится в
модуле АМТ) на отработку временного интервала инициатор та-
кого задания через магистраль МНЦ по адресу таймера выдает
код значения временного интервала. Этот код записывается в тай-
мер, и с момента этой записи начинается отсчет заданного вре-
менного интервала в реальном времени с дискретностью программ-
но-задаваемых интервалов времени (например, 0,1 мс). Можно
запретить прерывание процессоров от таймера по истечении за-
данного временного интервала, что обеспечивается адресной
записью определенной информации в регистр памяти таймера.
Модуль КЭ обеспечивает необходимое электрическое согласо-
вание сигналов между системой ЧПУ и электроавтоматикой стан-
ка. Кроме того, модуль КЭ сигнализирует процессору Ш об изме-
нении состояния электроавтоматики станка, в результате чего
происходит прерывание процессора Ш при изменении любого из
сигнализаторов электроавтоматики. Обеспечена возможность ад-
ресного запрета прерывания процессора Ш по любому из сигна-
лизаторов электроавтоматики станка. Модуль КЭ связан со стан-
ком выходными линиями, обеспечивающими включение-выклю-
чение реле электроавтоматики. Состояния включено-выключено
по каждой из этих линий определяются состоянием регистра. Во
время работы устройства ЧПУ любой из процессоров может запи-
сать на этот регистр необходимую информацию.
Между станком и модулем КЭ имеются входные линии, каж-
дая из которых определяет состояние таких сигнализаторов электро-
автоматики, как концевые выключатели, аварийные выключате-
ли и др. Часть этих входных линий может использоваться для орга-
низации прерываний. Все входные и выходные линии КЭ гальва-
нически развязаны (например, с помощью оптронов) с электри-
ческими цепями станка.
Модуль КИ выполняет следующие функции: электрически пре-
образует сигналы между устройством ЧПУ и фотоэлектричес-
кими импульсными преобразователями (линейными или круго-
выми датчиками) перемещений, расположенными на станке. Дан-
57
ная функция заключается в преобразовании унитарного кода им-
пульсного датчика в двоичный код посредством двоичного счет-
чика. Сигналы счетчика воспринимаются (читаются) процессорами.
По окончании чтения счетчик обнуляется. На модуль КИ могут
поступать унитарные коды линейных и круговых датчиков, разме-
щенных на координатах станка, в том числе на шпинделе, а также
сигналы от маховичка. Показания счетчика, связанного с датчиком
шпинделя, обеспечивают следующие функции: расчет фактической
частоты вращения шпинделя; измерение угла поворота шпинделя
для режимов ориентации шпинделя, режима программирования
оборотной подачи, режима нарезания резьбы. Показания счетчика,
связанного с датчиком перемещений по координатам, определяют
относительные перемещения инструмента и заготовки при обработ-
ке на станке. Показания счетчика, связанного с датчиком махо-
вичка, определяют относительное линейное перемещение рабо-
чего органа по координатам, задаваемое оператором вручную.
Модуль КП, обеспечивающий управление электроприводами
перемещения по координатам, преобразует код скорости перемеще-
ния в пропорциональный этому коду аналоговый сигнал. Аналоговый
сигнал изменяется в диапазоне от -10 до +10 В. Нулевой код соот-
ветствует отсутствию движения по соответствующей координате.
Пульт управления ПУ обеспечивает взаимодействие оператора
с устройством ЧПУ. На панели ПУ располагаются элементы ин-
дикации скорости по координатам, номер вводимого или выво-
димого кадра программы, параметры кадра, параметры состоя-
ния устройства ЧПУ и другая информация о ходе технологичес-
кого процесса. На ПУ имеются кнопки управления режимом ра-
боты, оперативного управления при вводе-выводе программы и
отработке программы по шагам или в автоматическом режиме.
Модуль ОЗУ ВП выполняет следующие функции: ввод-вывод в
устройство ЧПУ отлаженной программы обработки детали при
необходимости использования этой программы для других стан-
ков с таким же устройством ЧПУ.
Следует указать, что по данной структурной схеме выполнены
модели устройств ЧПУ на базе микроЭВМ, в том числе «Элект-
роника НЦ-31», «Электроника НЦ80-31», 2С85, 2С42, 2Р22 и др.
1.7.3. Электроприводы систем управления
Основные понятия. Электропривод — это техническая система,
предназначенная для приведения в движение рабочих органов
машины и целенаправленного управления рабочими процессами,
состоящая из электродвигательного, передаточного, преобразо-
вательного и информационно-управляющего устройств (ГОСТ
50369—92). В станках с ЧПУ электроприводы (в некоторых станках
используются гидро- и пневмопроводы) обеспечивают переме-
58
щение рабочих органов станка с целью оптимальной реализации
технологического процесса. По технологическому назначению элек-
троприводы станков с ЧПУ подразделяются на приводы главного
движения, подачи и вспомогательных перемещений.
Главное движение — это основное перемещение инструментов
или заготовки на станке, обеспечивающее резание металла. Глав-
ному движению соответствует вращение шпинделя с закреплен-
ной в патроне шпинделя заготовкой в токарных станках; враще-
ние шпинделя с закрепленным в его патроне инструментом (фре-
за, сверло, шлифовальный круг и т.п.) в фрезерных, сверлиль-
ных, расточно-фрезерных, шлифовальных и других станках.
Основной силовой параметр электроприводов главного движе-
ния — номинальная мощность Рном — мощность электродвигате-
ля, длительно допустимая при номинальной скорости.
Движение подачи — движение, обеспечивающее взаимное рас-
положение режущей кромки инструмента и заготовки в каждый
момент времени. Движение подачи обеспечивает формообразова-
ние детали. Движению подачи соответствует перемещение по ко-
ординатам (осям) резцовой головки в токарных станках; переме-
щение по координатам (осям) стола с закрепленной на нем заго-
товкой, а также перемещение шпиндельной бабки по вертикаль-
ной координате (оси) в фрезерных, сверлильных, расточно-фре-
зерных, шлифовальных и других станках. Основной силовой пара-
метр электроприводов механизмов подачи — длительный момент
Л/д — крутящий момент электродвигателя, длительно допусти-
мый при скоростях от 0 до 0,25 лтах.
Вспомогательное движение — движение механизмов и узлов,
не участвующих непосредственно в процессе резания и формооб-
разования детали, но обеспечивающих дополнительные функции
работы оборудования. Вспомогательному движению соответствует
перемещение инструментального магазина в режиме автоматичес-
кой смены инструмента; работа манипулятора по автоматической
загрузке-выгрузке заготовок, деталей и т. п.
К основным элементам электропривода станка с ЧПУ относят
электродвигательное и преобразовательное устройства.
Электродвигательное устройство — это электрический двига-
тель, преобразующий электрическую энергию в механическую,
т. е. являющийся электромеханическим преобразователем энергии.
Двигатели могут различаться по виду создаваемого ими движе-
ния: вращательного, линейного, шагового, вибрационного и др.
Большинство используемых электродвигателей составляют маши-
ны вращательного движения. Для передачи движения от электро-
двигателя к рабочему органу станка служит механическое переда-
точное устройство (рис. 1.10, а): редуктор, трансмиссия, ремен-
ная передача, канатная передача, кривошипно-шатунный меха-
низм, передача винт—гайка и др.
59
Передаточный механизм характеризуется коэффициентом пе-
редачи — отношением скорости на входе к скорости на выходе
механизма. В некоторых конструкциях современных станков с ЧПУ
применяются мехатронные приводы — приводы прямого действия,
Рис. 1.10. Станочные
а — механические передаточные устройства: 1 — редуктор; 2 — зубчато-реечная
низм; 5 — ременная передача; 6 — винтовая передача; 7 — шарико-винтовая
кривошипа; 1Ш — длина шатуна; совх, совых, со — частота вращения на входе и
двигатель; г — структура автоматизированной
60
когда электродвигатель непосредственно интегрирован (встроен)
в конкретный станочный узел. Примером мехатронных станочных
приводов могут служить мотор-шпиндель (рис. 1.10, б), линейный
двигатель (рис. 1.10, в) и т.п. При применении мехатронных приво-
г
приводы:
передача; 3 — барабанно-канатная передача; 4 — кривошипно-шатунный меха-
передача; v — скорость направленного движения; G — вес груза; RK — радиус
выходе редуктора и зубчато-реечной передачи; б — мотор-шпиндель; в — линейный
электромеханической системы
61
дов механическое передаточное устройство, как правило, отсут-
ствует.
Преобразовательное устройство — устройство, преобразующее
электрическую энергию. Эти устройства применяются в регулиру-
емом электроприводе для целенаправленного и экономичного
изменения параметров движения электропривода: скорости, раз-
виваемого момента и др. Поскольку электроприводы получают
электрическую энергию от промышленной электрической сети
трехфазного переменного тока напряжением 380 В и частотой 50 Гц,
для питания двигателей (например, для двигателей постоянного
тока) и для их регулирования необходимо преобразование элект-
рической энергии, поступающей из сети, в электрическую энер-
гию того вида, который необходим данному электродвигателю.
К электрическим преобразовательным устройствам относятся уп-
равляемые выпрямители, преобразователи частоты и др.
Электрическое преобразовательное устройство обычно пред-
ставляет собой преобразователь, выполненный на силовых полу-
проводниковых приборах: неуправляемых (диоды) и управляемых
(тиристоры, запираемые тиристоры, транзисторы, биполярные
транзисторы с изолированным входом — IGBT и др.).
Электродвигательное, передаточное и преобразовательное уст-
ройства образуют силовой канал электропривода, содержащий
электрическую (сеть, преобразователь электрической энергии,
электродвигатель) и механическую (подвижный элемент, напри-
мер ротор и вал электродвигателя, механическая передача, рабо-
чий орган машины) части.
Важнейшей функцией электропривода является управление
преобразованной механической энергией, т. е. управление техно-
логическим процессом. Его реализует входящее в состав электро-
привода информационно-управляющее устройство. Общая струк-
тура автоматизированной электромеханической системы показа-
на на рис. 1.10, г. Штриховой линией выделены элементы систе-
мы, входящие в состав электропривода и образующие силовой и
информационный каналы электропривода.
Информационно-управляющее устройство состоит из аппаратов
управления и защиты, осуществляющих включение, пуск, останов
электропривода и защиту от аварийных и аномальных режимов ра-
боты, а также из электронных и микропроцессорных устройств
управления и датчиков технологических, механических и электри-
ческих параметров, характеризующих работу электропривода. Со-
вокупность информационных и управляющих устройств образует
информационный канал электропривода, предназначенный для уп-
равления параметрами (координатами) электропривода в соответст-
вии с требованиями технологического процесса. Важной функцией
системы управления является также осуществление технологиче-
ского процесса с минимальными затратами электрической энергии.
62
С точки зрения отработки технологических функций электропри-
воды подразделяются на регулируемые, позиционные, следящие.
Регулируемый электропривод обеспечивает выполнение сле-
дующих функций:
• установка требуемой скорости в пределах заданного диапазона;
• стабилизация установленного значения скорости с заданной
точностью при возмущающих воздействиях, например изменении
нагрузки на валу двигателя;
• регулирование момента, развиваемого двигателем в двигатель-
ном и тормозном режимах, и ускорения (замедления) привода;
• регулирование динамических характеристик — формирова-
ние требуемого характера изменения скорости во времени п = f(t)
с заданной точностью.
Диапазон регулирования скорости определяется как отноше-
ние максимальной скорости к минимальной: D = лтах/лтш.
Для механизмов подачи D = 10 000, для механизмов главного
движения D =1 000. Для механизмов главного движения важным
является также диапазон регулирования скорости при постоян-
стве мощности: DP = Лтах/«ном- Для современных станков с ЧПУ
DP= 4... 10. В этих отношениях лтах — наибольшая допустимая, а
лт!п — наименьшая допустимая частота вращения вала двигателя,
мин-1, при которой сохраняются параметры электропривода,
а также обеспечиваются требуемые статические характеристики;
Лном — частота вращения для электропривода постоянного тока,
мин-1, при питании якоря номинальным напряжением и цепи
возбуждения двигателя номинальным током при номинальном
моменте нагрузки или частота вращения для электропривода пере-
менного тока при питании обмоток статора номинальным напря-
жением как по величине линейного напряжения, так и по частоте
питающего напряжения при номинальном моменте нагрузки.
Динамические характеристики электроприводов станков. Элек-
троприводы имеют возможность настройки регуляторов для получе-
ния следующих динамических характеристик при отработке управ-
ляющего воздействия (пуск, торможение, реверс, переход с одной
скорости на другую): апериодический процесс; колебательный
процесс с перерегулированием по скорости не более 20 %; S-образ-
ный процесс с малым ускорением в начале (при трогании) и в
конце (при останове) переходного процесса при линейном ха-
рактере изменения скорости на большей части динамического
процесса.
Электроприводы главного движения должны обеспечивать время
возврата скорости не более 1 с при ступенчатом изменении на-
грузки от силы тока холостого хода до номинального значения
силы тока для частоты вращения не ниже номинальной. При этом
величина максимального динамического снижения скорости долж-
на быть не более 20 %.
63
Полоса пропускания частот замкнутого контура регулирования
частоты вращения при отсутствии дополнительного момента инер-
ции на валу двигателя и амплитуде управляющего сигнала не более
0,1 В должна быть не менее 20 Гц для электропривода главного дви-
жения, не менее 30 Гц для тиристорных электроприводов подачи и
не менее 100 Гц для транзисторных электроприводов подачи.
Полосой пропускания частот замкнутого контура считается
диапазон частот, в котором сдвиг по фазе первых гармоник сиг-
налов обратной связи по частоте вращения и управляющего сиг-
нала не превышает 90 эл. град, или в котором снижение амплитуды
выходного сигнала не более 3 дБ. Экспериментально полоса про-
пускания частот замкнутого контура определяется следующим об-
разом: на вход системы подается синусоидальный управляющий
разночастотный сигнал с амплитудой 0,1 В. Полосой пропуска-
ния считается максимальная частота управляющего (входного) сиг-
нала, при которой выполняются условия по сдвигу фазы и сни-
жению амплитуды выходного сигнала, отмеченные ранее.
Полоса пропускания частот замкнутого по положению конту-
ра регулирования при работе привода в линейной зоне должна
быть не менее 5 Гц для тиристорных электроприводов подачи и не
менее 20 Гц для транзисторных электроприводов подачи.
Электроприводы станков обеспечивают следующие режимы
работ: длительный (режим S1); кратковременный (режим S2);
повторно-кратковременный (режим S3); повторно-кратковремен-
ный с частыми реверсами (режим S7).
Связь устройства ЧПУ с электроприводом. Значение скорости
должно быть пропорционально значению входного аналогового
сигнала, поступающего от устройства ЧПУ. Входной аналоговый
сигнал задания скорости может принимать любые значения в пре-
делах от -10 В до +10 В (напряжению ±10 В соответствует макси-
мальное значение скорости). Направление вращения определяет-
ся полярностью входного аналогового сигнала.
В электроприводе предусмотрены обменные сигналы с систе-
мой управления верхнего уровня (с системой ЧПУ), например
поступают команды от системы ЧПУ помимо входного аналого-
вого сигнала задания скорости и направления вращения — раз-
блокировка привода (разрешение работы); экстренная (аварий-
ная) остановка (блокировка) привода; внешнее ограничение вра-
щающего момента (силы тока); переход на «ползучую» скорость
(только для главного привода); от привода в систему ЧПУ стан-
ка — готовность к работе (исправное состояние привода); соот-
ветствие истинной скорости заданной (л = п^; достижение ми-
нимальной скорости (л < nmin); информация о фактическом зна-
чении вращающего момента (силы тока); от привода с обратной
связью по положению (автономного) дополнительно к перечис-
ленным командам в систему управления станком поступают ко-
64
манды об отработке заданного перемещения и о недопустимой
величине погрешности по положению. Так как существуют пози-
ционные и контурные устройства ЧПУ, в станках применяются
соответственно позиционные и следящие электроприводы.
Особенности электроприводов подачи. Являясь одним из основ-
ных узлов, электроприводы подачи определяют точность и произ-
водительность станков с ЧПУ. В связи с тем, что устройство ЧПУ
практически безынерционно формирует сигналы управления при-
водом как в режиме движения по заданной траектории, так и в
режиме позиционирования (остановки в заданной координате),
решающее значение для обеспечения точности имеют характери-
стики и параметры привода подачи с учетом особенностей кине-
матической цепи привода.
По мере совершенствования устройств ЧПУ, повышения точ-
ности датчиков положения, увеличения жесткости и точности
механических узлов станка повышаются требования к быстродей-
ствию и точности приводов подачи. Следует выделить три типа
электроприводов, разработанных специально для механизмов по-
дачи станков с ЧПУ:
• электроприводы постоянного тока с высокомоментными дви-
гателями, имеющими возбуждение от постоянных магнитов;
• электроприводы переменного тока с синхронными (вентиль-
ными) двигателями, имеющими ротор с постоянными магнитами;
• электроприводы переменного тока с асинхронными двигате-
лями, имеющими короткозамкнутую обмотку ротора.
Сравнение приводов подачи указанных трех типов показывает
следующее:
• электроприводы постоянного тока из-за наличия в них двига-
теля постоянного тока со сложным и малонадежным щеточно-
коллекторным узлом уступают по точности, быстродействию и
надежности другим двум типам привода;
• электроприводы с синхронными (вентильными) двигателя-
ми имеют наилучшие технические характеристики;
• электроприводы с асинхронными двигателями также отно-
сятся к наиболее перспективным. Асинхронные двигатели, незна-
чительно уступая синхронным (вентильным) двигателям по мас-
согабаритным показателям, имеют значительно более низкие сто-
имость и трудоемкость изготовления. В асинхронных двигателях
используется значительно более дешевая по сравнению с синх-
ронными и технологичная короткозамкнутая обмотка ротора (в
синхронных двигателях используется ротор с дорогостоящими
магнитами из редкоземельных материалов).
Использование данных электроприводов позволяет значитель-
но упростить конструкцию механизма подачи и исключить при-
менение редуктора в кинематической цепи. В современных меха-
низмах подачи станков с ЧПУ вал двигателя через муфту присое-
3 Босинзон
65
диняется к валу винта шариковинтовой пары (ШВП), а гайка ШВП
жестко соединена с исполнительным органом станка (координат-
ный стол, суппорт, револьверная головка и т.п.). Привод подачи
имеет два датчика обратной связи — по скорости (тахогенератор)
и по пути (круговой или линейный). В перспективных цифровых
электроприводах подачи датчик скорости отсутствует, так как ско-
рость вычисляется как отношение пути ко времени (вычисление
осуществляется непосредственно в цифровой системе управления).
Техогенератор всегда устанавливается на вал двигателя (некото-
рые двигатели подачи изготовляют со встроенным тахогенерато-
ром, и/или круговым датчиком положения, и/или электромаг-
нитным тормозом для механической фиксации неподвижной ко-
Устройство ЧПУ
б 8
б 8
Рис. 1.11. Структурные схемы следящих электроприводов:
а, б, в — с полузамкнутым, замкнутым и гибридным контурами обратной связи
по пути; 1 — основной блок устройства ЧПУ; 2 — узел управления приводом;
3 — блок привода; 4 — двигатель подачи; 5 — тахогенератор Т; 6 — стол станка;
7 — круговой датчик R обратной связи по пути; 8 — линейный датчик обратной
связи по пути; 9 — задание перемещения; 10 — блок программного или аппарат-
ного сравнения; 11 — задание дополнительного перемещения; 12 — блок сумми-
рования
66
ординаты). Существуют три варианта реализации обратной связи
по пути в зависимости от установки датчика (датчиков) пути в
кинематической цепи привода. На рис. 1.11 приведены следящие
приводы с полузамкнутым, замкнутым и гибридным контурами
обратной связи по пути. В станках нормальной точности, обеспе-
чивающих точность позиционирования ±10 мкм, возможно при-
менение полузамкнутого контура обратной связи по пути. В этом
случае круговой датчик пути устанавливается на вал двигателя, а
ШВП не охвачена обратной связью.
Это приводит к тому, что погрешность ШВП переносится на
изделие. Систематическую составляющую этой погрешности, по-
вторяющуюся стабильно, можно компенсировать с помощью за-
ранее программируемых компенсирующих сигналов.
В прецизионных станках непосредственно на исполнительном
механизме подачи (координатный стол) станка устанавливается
высокоточный линейный датчик. Такая структура является замк-
нутой по пути. При данной схеме зазоры в кинематической цепи
и упругие деформации влияют на колебания привода. В ряде слу-
чаев, особенно в тяжелых станках с длинными кинематическими
цепями, применяют схему с гибридным контуром обратной свя-
зи по пути, в которой используют два датчика: круговой, уста-
новленный на валу двигателя, и линейный, размещенный на сто-
ле станка. При этом круговой датчик служит для позиционирова-
ния, а линейный — для автоматической коррекции погрешнос-
тей кинематической цепи.
1.7.4. Датчики положения
Датчик обратной связи. Устройство, в измерительном элементе
которого величина контролируемого перемещения вызывает из-
менение каких-либо физических параметров, называется датчи-
ком обратной связи. Затем измерительная система преобразует эти
параметры в систему первичных сигналов, содержащих информа-
цию требуемой точности о контролируемых параметрах процесса.
В замкнутых системах числового или циклового программного уп-
равления необходимо контролировать перемещения. При этом на
станке контролируются как линейные, так и круговые перемеще-
ния. В системах управления датчики положения (в частности, дат-
чики обратной связи по пути) осуществляют активный контроль
за перемещением и позиционированием рабочих органов станков
и машин. На рис. 1.12 приведена классификация датчиков положе-
ния, которые по принципу действия подразделяются на оптичес-
кие (импульсные) и индуктивные (аналоговые). По конструкции
датчики подразделяются на круговые (для измерения угловых вра-
щательных перемещений) и линейные (для измерения возврат-
67
Рис. 1.12. Классификация датчиков положения промышленных серий:
BE — оптические датчики (круговые, линейные); ПУФ, ИЗГ — оптические кру-
говые датчики; ВТМ — резольверы (вращающиеся трансформаторы); ПУИ —
круговые индуктосины; ПЛИ, ПИЛ — линейные индуктосины
но-поступательных перемещений). Круговые датчики используются
также для косвенного измерения линейных перемещений при ус-
тановке их на валу в одном из звеньев кинематической цепи. Из-
мерительные преобразователи перемещений формируют стандар-
тные электрические сигналы, дающие информацию о величине и
направлении перемещения механизма. В состав преобразователя
входит датчик положения, интерполятор и усилитель. Датчики
положения являются одним из важнейших элементов системы
управления станком и во многом определяют точность обработки
детали на станке, так как являются элементом активного контро-
ля технологического процесса. В табл. 1.6 приведены данные по
точности измерительных систем.
Оптические (импульсные) датчики по сравнению с аналоговы-
ми обеспечивают более высокую точность. Комплект данного дат-
чика состоит из механической, оптической и электронной систем.
Механическая система обеспечивает точное перемещение шкалы
с рисками относительно съемника. Принцип работы кругового
оптического датчика основан на фотоэлектрическом считывании
растровых и кодовых сопряжений. В конструкцию кругового опти-
ческого (фотоимпульсного) датчика (рис. 1.13, а) входит растро-
вое измерительное звено, состоящее из подвижного измерительно-
го растра 6 и неподвижного индикаторного растрового анализато-
ра 3. В состав растрового анализатора (рис. 1.13, б) входят четыре
поля считывания А, В, А, В, каждое из которых имеет простран-
ственный сдвиг относительно предыдущего на */4 периода растра.
68
Таблица 1.6
Классы точности преобразователей перемещения
Класс точности Предельная погрешность преобразователей
круговых, угл. с линейных, мкм
1 1 0,5+l,2L
2 2 1+2,51
3 5 2 + 4.5L
4 15 5+8L
5 30 10 + 15L
6 60 20 + 30£
7 150 40 + 50L
8 300 80 + 100L
9 600 150 + 2001,
Примечание. L — величина перемещения механизма станка, м.
Параллельный световой поток, сформированный конденсатором
2 осветителя 1, проходя через растровое сопряжение, анализиру-
ется четырехквадрантным приемником 4.
Соединенные соответствующим образом фотоприемники по-
зволяют получить два сдвинутых на 90° токовых сигнала (sin и
cos) 1А и 1В, постоянная составляющая которых не зависит от
уровня освещенности (рис. 1.13, в). Наличие двух сдвинутых на 90°
измерительных сигналов позволяет определить направление пере-
мещения механизма и повысить разрешающую способность пре-
образователей при обработке этих сигналов в электронных блоках
датчиков. Сигнал 1Л опережает сигнал 1В при вращении по часовой
стрелке измерительного растра 6, жестко связанного с валом дат-
чика (вид со стороны вала датчика). Кроме измерительных сигна-
лов перемещения датчик имеет сигнал нулевой метки (сигнал
начала отсчета) IBi (см. рис. 1.13, в), который вырабатывается один
раз на оборот вала и позволяет использовать датчик угла поворота
как датчик углового перемещения.
При полном совпадении аналогичных кодовых растров I и II
световой поток, принимаемый одной из секций фотоприемни-
ка 5, в 3—4 раза больше, чем при любом другом взаимном поло-
жении этих кодовых растров. Электронная система усиливает эти
сигналы, а затем преобразует их в прямоугольные (рис. 1.13, г).
Увеличение числа импульсов на единицу перемещения (умень-
шение дискретности) достигается электронной схемой. Помимо
69
^OOOOO DDODQs
fOflOOD ODDDD-
6
Рис. 1.13. Круговой оптический датчик:
а — конструкция датчика; б — растровый анализатор; в — измерительные сигна-
лы датчика; г — выходные сигналы датчика типа ПИ (TTL); 1, 7 — осветители;
2 — конденсатор; 3 — неподвижный индикаторный растровый анализатор; 4 —
четырехквадрантный приемник; 5 — четырехсекционный фотоприемник; 6 —
подвижный измерительный растр; I, II — кодовые растры; III — диафрагма; А,
В, А, В, — поля считывания на растровом анализаторе; 1Л, 1В — измерительные
сигналы тока; UA, UB — выходные сигналы напряжения; IKi, URi — сигналы начала
отсчета (нулевая метка); rmin — минимальное время сближения фронтов выходных
сигналов; — время задержки сигнала референтной метки относительно основ-
ных сигналов (^ < 100 нс); Д — расстояние между ближайшими фронтами сигналов
UA и UB (дискретность)
этого в оптический датчик может встраиваться блок интерполяции
сигналов, выполняющий дополнительное деление на 5 или 10.
Оптические датчики линейных перемещений осуществляют
преобразование измеряемого перемещения в последовательность
электрических сигналов, содержащих информацию о величине и
направлении этих перемещений для последующей обработки в
системах ЧПУ или ЦПУ. Линейный оптический (фотоимпульс-
ный) датчик (рис. 1.14, а) состоит из растровой шкалы (шаг рас-
тра 20 или 40 мкм) 1 и неподвижной пластины 6 индикаторного
растрового анализатора. В конструкцию линейного оптического дат-
чика также входит плата 4 осветителей (инфракрасные ИК-излу-
чатели) и плата 7фотоприемников — считывающая головка (крем-
ниевые фотодиоды).
70
При относительном перемещении растровой шкалы (рис.
1.14, б) и индикаторной пластины ее поля считывания А, В, А, В
с шагом растра, соответствующим шагу растра шкалы, реализуют
два идентичных канала приема излучения: А—А, В—В, в состав
каждого канала входят два поля считывания, растры которых имеют
пространственный сдвиг один относительно другого, равный */2
шага растра, и соответственно по два осветителя 5 и фотоприем-
ника 8. Поля считывания А имеют пространственный сдвиг раст-
ров относительно растров полей считывания В, равный */4 шага
растра. Построенные таким образом поля считывания формируют
два сдвинутых на 90° токовых сигнала (sin и cos) Цн1в (рис. 1.14, в).
Рис. 1.14. Линейный оптический датчик:
а — конструкция датчика; 6 — растровый анализатор; в — измерительные сигна-
лы датчика; г — выходные сигналы датчика типа ПИ (TTL); 1 — растровая шкала;
2, 3, 5 — осветители; 4 — плата осветителей (ИК-излучатели); 6 — неподвижная
индикаторная пластина растрового анализатора; 7— плата фотоприемников;.!?—
10 — фотоприемники; I — поле диафрагмы; II — канал метки; А, В, А, В —
поля считывания на индикаторной пластине (растровом анализаторе); 1А, 1В —
сигналы тока; IRi — сигнал референтной метки; UA, UB — выходные сигналы
напряжения; URI — сигналы начала отсчета (нулевая метка); td — время задержки
сигнала референтной метки относительно основных сигналов (td < 300 нс); —
минимальное время, между фронтами сигналов ИА и UB; Д — расстояние между
ближайшими фронтами сигналов UA и UB (дискретность)
71
Наличие двух сдвинутых на 90° измерительных сигналов позволя-
ет определить направление перемещения и повысить разрешаю-
щую способность преобразователей. Сигнал 1А опережает сигнал 1В
при перемещении головки преобразователя от начала отсчета впра-
во. Кроме измерительных сигналов перемещения датчик имеет
сигнал нулевой метки, или сигнал начала отсчета, IRi, который
вырабатывается при использовании излучателя (осветителя 2)
верхней растровой шкалы 1 (канал метки II) и фотоприемника
10. Электронная система усиливает эти сигналы, а затем преобра-
зует их в прямоугольные (рис. 1.14, г).
Круговые оптические датчики подразделяются на две группы:
производственные (классы точности 5—9), погрешность которых
более 15 угл. с, и прецизионные, погрешность которых менее
15 угл. с. Производственные круговые оптические датчики харак-
теризуются малыми габаритными размерами. Линейные оптичес-
кие датчики в отличие от круговых работают в незамкнутом цик-
ле, и их точность зависит от температуры окружающей среды.
В настоящее время в современных устройствах ЧПУ и ЦПУ
широко применяются оптические датчики круговых и линейных
перемещений серии ЛИР производства СКВ ИС (г. Санкт-Петер-
бург). Датчики ЛИР конструктивно выполнены в закрытом испол-
нении (степень защиты от IP50 до IP65). В табл. 1.7 приведены
технические характеристики некоторых датчиков круговых пере-
мещений серии ЛИР, а в табл. 1.8 — датчиков линейных переме-
щений серии ЛИР. В линейных датчиках положение нулевой (ре-
ферентной) точки реализуется через каждые 50 мм (по выбору
заказчика может быть иное положение нулевой точки).
Таблица 1.7
Технические характеристики датчиков круговых перемещений
серии ЛИР
Тип датчика Разрешающая способность, дискрет/об Максимальная частота вращения вала, мин-1 Класс точности
ЛИР-119А 40000 10000 8
ЛИР-128А 100000 10000 7, 8
ЛИР-137А 500000 10000 7, 8
ЛИР-158А-И 1000000 10000 6, 7, 8.
ЛИР-180А 1000000 10000 6, 7, 8
ЛИР-190А 1800000 4000 3, 4
ЛИР-1170А 3 600000 1000 3
72
Таблица 1.8
Технические характеристики датчиков линейных перемещений
серии ЛИР
Тип датчика Разреша- ющая способ- ность, мкм Максимальная величина перемещения, мм Максимальная линейная скорость, м/мин Класс точности
ЛИР-7 0,1 1240 120 з, 4
ЛИР-9 0,1 2040 120 3, 4
ЛИР-10 0,1 3 220 120 3, 4
ЛИР-14 од 8; 20 60 2, 3
ЛИР-15 0,1 20 60 2, 3
ЛИР-17 0,1 40 60 3, 4
Индуктивные (аналоговые) датчики построены по принципу
электромагнитной индукции и подразделяются на вращающиеся
трансформаторы (ВТ) (резольверы) и индуктосины. Вращающийся
трансформатор имеет на статоре две обмотки, взаимно сдвинутые
в пространстве на 90° (т. е. на 1/4 периода). Статорные обмотки пи-
таются двухфазным напряжением переменного тока со сдвигом
фаз 90 эл. град. Обмотки статора создают в воздушном зазоре элек-
тродвигателя пульсирующее магнитное поле. В бесконтактных ВТ
ротор выполняется реактивным, а вторичная (выходная) обмот-
ка расположена на статоре. На вторичной обмотке формируется
сигнал, соответствующий сдвигу оси пульсирующего магнитного
поля относительно оси ротора. Этот сигнал поступает на схему
фазового детектора и усилителя. Точность измерения угла, обес-
печиваемая ВТ, ±5 угл. с. На рис. 1.15 приведены электрическая
схема и графическое изображение сигналов датчика ВТ.
По сравнению с ВТ индуктосины характеризуются более вы-
сокой точностью. Индуктосины состоят из шкалы (линейной для
линейного датчика и круговой для кругового датчика) и головки,
перемещающейся относительно шкалы..На рис. 1.16 приведена
конструкция линейного индуктосина. На шкале и головке фото-
химическим способом нанесены плоские обмотки с шагом 2 мм.
Индуктосин практически является развернутым в плоскости вра-
щающимся трансформатором. На головке имеются две обмотки,
сдвинутые одна относительно другой на '/< периода.
Принцип работы индуктосина основан на явлении электро-
магнитной индукции. При взаимном перемещении головки (ста-
тора) и линейки (ротора) ЭДС индукции меняется с отношени-
ем, пропорциональным отношению sin/cos, с периодом, равным
73
Рис. 1.15. Вращающийся трансформатор:
а — электрическая схема: 1 — обмотки статора; 2 — клеммная коробка; 3 —
обмотки ротора; б — сигналы датчика: 1 — гармонический, 2 — при наличии
неисправности; U — напряжение; t — время
шагу обмотки линейки. При подаче напряжения питания на ли-
нейку с головки снимаются два сигнала со сдвигом одного относи-
тельно другого на 90°, величина которых периодически изменяет-
ся при перемещении головки относительно линейки. Индуктосин
имеет защиту, исключающую попадание ферромагнитной пыли.
При выборе преобразователей перемещений учитываются класс
точности станка, тип системы ЧПУ, дискретность задания, мак-
симальная длина контролируемого перемещения. При установке
круговых преобразователей дискретность линейного перемещения
механизма Акр, угл. с, определяется по формуле
Дкр= ^в/(^^м^инт),
где Тв — шаг ходового винта, мкм/об; z — число импульсов за
оборот датчика; i — передаточное отношение от вала, на котором
установлен датчик, к ходовому винту; iM — то же, от мультипли-
катора к валу датчика; ^инт — коэффициент интерполяции в элек-
тронной системе, мкм/угл. с.
Для линейных преобразователей дискретность перемещения
механизма, мкм:
Д = Тп/Ккт,
где Тп — шаг измерительной шкалы, мкм; Ккт — коэффициент
интерполяции в электронной системе, мкм/мкм.
Для станков нормальной (Н) точности рекомендуются пре-
образователи классов 6—8, для станков повышенной (П) точно-
сти — преобразователи классов 4, 5, для станков высокой (В)
74
точности — преобразователи класса 3, для особовысокой (А)
точности станков — преобразователи класса 2 и для сверхточ-
ных (С) станков — преобразователи класса 1. Малогабаритные фо-
тоэлектрические преобразователи классов 6—8 рекомендуются для
применения в токарных и фрезерных станках нормальной точно-
сти. Для станков с повышенными требованиями к точности реко-
мендуются малогабаритные фотоэлектрические линейные преоб-
разователи, применение которых позволяет исключить влияние
погрешностей ходового винта на точность станка. При больших
(до 30 м) перемещениях узлов тяжелых и уникальных станков при-
меняют линейные индуктосины ПЛ И-У, ПЛИ-Н, ПИЛП1-У и
комбинированные датчики. Для координатно-расточных станков
и измерительных машин рекомендуются фотоэлектрические пре-
образователи классов точности 1 — 3. В делительных столах, дели-
оо 4-
с:..:"
Рис. 1.16. Линейный индуктосин:
а, в — конструкция датчика; б — головка датчика; г — обмотки Л—Г головки
датчика; д — линейка с встроенной обмоткой; е — обмотка линейки; 1 — защит-
ный кожух; 2 — линейка; 3 — головка; 4, 5 — подвижная и неподвижная части
станка
75
тельных головках используются круговые фотоэлектрические дат-
чики или индуктосины ПУИ-18. Для поворотных столов фрезер-
ных станков рекомендуются круговые оптические преобразователи.
Измерительные датчики контроля детали и инструмента яв-
ляются эффективным средством активного контроля процесса
обработки.
В станках с ЧПУ кроме датчиков, измеряющих скорость и по-
ложение координат станка, широко применяются датчики актив-
ного контроля геометрических параметров обрабатываемой дета-
ли и инструмента. Контактные датчики фирмы Renishaw (Вели-
кобритания) (рис. 1.17, а) предназначены для использования в
конструкциях современных металлообрабатывающих станков с
ЧПУ. Контактные датчики обеспечивают наладку инструмента,
настройку на технологическую операцию и измерения.
Использование данных контактных датчиков в расточно-фре-
зерных станках с ЧПУ и ОЦ с ЧПУ позволяет:
• значительно сократить время наладки инструмента и обнару-
жения неисправного инструмента;
• обеспечить автоматизированные позиционирование загото-
вок и задание коррекции, в том числе на малогабаритных станках
для скоростной обработки;
• повысить производительность обработки за счет уменьшения
числа операций и реализации точных измерений непосредствен-
но на станке.
Рис. 1.17. Измерительные головки фирмы Renishaw:
а — контактные; б — бесконтактные с использованием лазерного луча
76
Исследования показали следующее распределение времени ра-
боты оборудования для ОЦ с ЧПУ, на которых наладка инстру-
мента, настройка на технологическую операцию и контроль вы-
полняются вручную: обработка металла — 55 %, наладка и изме-
рения — 35 %, прочие операции — 10%.
Для ОЦ с ЧПУ, на которых для аналогичных операций ис-
пользуются измерительные системы, время работы оборудования
распределяется следующим образом: обработка металла — 80 %,
наладка и измерения — 15%, прочие операции — 5%.
Датчики фирмы Renishaw имеют высокие степень сопротивле-
ния ударам и вибрации, герметичное исполнение, стойкость по
отношению к смазочно-охлаждающей жидкости и металлической
стружке.
Контактные датчики с оптической передачей информации яв-
ляются эффективным средством при необходимости передачи
сигнала на небольшое расстояние.
Датчик ОМР40 предназначен для малогабаритных ОЦ и стан-
ков для скоростной обработки, имеющих шпиндель с конусом по
стандарту HSK или шпиндель с конусом малого размера. Конст-
рукция датчика имеет компактные габаритные размеры: длина —
50 мм, диаметр — 40 мм. Повторяемость измерений — 1,0 мкм в
направлениях ±Х, ±Y, +Z. Срок службы батарей датчика более 200 ч.
Дальность передачи сигнала — до 3 м. Датчики совместимы с оп-
тическими системами фирмы Renishaw.
Датчик МР10 предназначен для многих видов вертикальных и
горизонтальных ОЦ. Имеется модификация датчика — МР10Е,
предназначенная для использования на крупногабаритных стан-
ках и ОЦ с ЧПУ. Датчики имеют регулируемое усилие срабатывания.
Повторяемость измерений — 1,0 мкм в направлениях ±Х, ±Y, +Z.
Срок службы батарей датчика 140 ч. Дальность передачи сигнала
для МР10 — до 6 м, МР10Е — до 9,5 м.
Датчик МР700 обеспечивает высокую точность измерений. Ис-
пользование в этом датчике сенсорной техники с тензодатчиком
существенно повышает точность измерительной головки. Благода-
ря низкому усилию срабатывания, которое остается постоянным
вне зависимости от направления касания, датчик МР700 знаме-
нует собой оптимальное решение для контроля корпусных деталей
сложной формы, в том числе с глубокими сквозными отверстиями.
Повторяемость ЗЭ-измерений — 0,25 мкм. Упрощенная процедура
калибровки позволяет выполнять измерения во всех направлени-
ях. Диаметр измерительного щупа может уменьшаться до 0,25 мм,
а его максимальная длина может увеличиваться до 200 мм. Даль-
ность передачи сигнала для МР700 — до 6 м, МР700Е — до 9,5 м.
Контактные датчики с передачей информации по радиока-
налу — датчики, не требующие громоздких линий передачи элек-
трического сигнала.
77
В частности, датчик MP18-radio probe предназначен для изме-
рений на крупногабаритных и пятикоординатных станках, где
линия прямой видимости между датчиком и приемником не мо-
жет быть гарантирована. Для обеспечения непрерывности переда-
чи в них применяется кодированная частотная модуляция. В дат-
чиках обеспечиваются устойчивый радиосигнал даже при отсут-
ствии прямой видимости и система подавления радиопомех.
Бесконтактные датчики обеспечивают эффективное измере-
ние без применения сложных механизмов (рис. 1.17, б). Напри-
мер, датчик NC1 предназначен для наладки инструмента и обна-
ружения неисправного инструмента. В системе NC1 используется
новейшая технология измерения с помощью лазерного луча. Этот
метод обеспечивает скоростное, эффективное и бесконтактное
измерение параметров инструмента. Датчик NC1 обеспечивает
следующие возможности: быстрое измерение длины и диаметра
инструмента при рабочей частоте вращения шпинделя; измере-
ние параметров инструмента в любой точке лазерного луча; про-
верку целостности каждой грани многогранного инструмента;
мониторинг и термокомпенсацию тепловых расширений станка;
измерение малогабаритного инструмента (диаметром до 0,2 мм);
исключение износа и повреждений хрупкого инструмента; удоб-
ства при установке, так как подвижные детали отсутствуют.
Системы изготовляются в двух вариантах: NCI fixed — совмест-
ная система, в которой излучатель и приемник смонтированы в
одном блоке (конструктиве); NCI separate — раздельная система,
в которой излучатель и приемник могут располагаться на расстоя-
нии до 2 м. Повторяемость измерений для совместной системы —
±1,0 мкм, для раздельной — ±2,0 мкм.
Программное обеспечение датчиков фирмы Renishaw. Стандарт-
ные программы для большинства систем ЧПУ обеспечивают ре-
жимы автоматического измерения с помощью датчиков фирмы
Renishaw. Эти режимы измерений осуществляются простыми ко-
мандами ПО (иногда, это всего одна строка программы).
Стандартные программы измерений и настройки на техноло-
гическую операцию имеют следующие функции:
• контроль размеров — коррекция параметров инструмента вы-
полняется автоматически;
• контроль позиционирования — данные о смещении детали
могут обновляться для обеспечения точного позиционирования
детали;
• поле допуска — возможна настройка на подачу сигнала в слу-
чае выхода габаритных размеров заготовки за пределы допуска;
• обработка результатов измерений — возможность вывода ин-
формации через порт RS232 на принтер или компьютер.
Типовые циклы измерений (рис. 1.18, а) включают в себя из-
мерение координат (X, Y, Z) одной точки, измерение отвер-
78
стий, валов, позиционирование с защитой, замер ребер, углуб-
лений, измерение углов.
Стандартные программы наладки инструмента и обнаружения
поломок (рис. 1.18, б) имеют следующие функции:
• настройка длины неподвижного инструмента (метчика, свер-
ла и т. п.);
• настройка длины вращающегося инструмента в случае одно-
и многолезвийного инструмента (торцевые фрезы, резцы и т. п.);
• то же, для шпоночных фрез, расточных оправок и т.п.;
• полностью автоматический цикл измерений, включающий в
себя смену инструмента, позиционирование и ввод коррекции;
• термокомпенсация;
• обнаружение неисправного инструмента по измерению дли-
ны и диаметра (см. рис. 1.18, б, поз. 77);
• обнаружение неисправного инструмента при ускоренной по-
даче (только с датчиком NC1);
Рис. 1.18. Типовые циклы измерений и настройки на технологическую
операцию (а), наладки инструмента и обнаружения поломок (6):
1—4 — измерение соответственно внутреннего, внешнего диаметра, внешнего
выступа, отверстия; 5 — недопустимость наличия препятствия (других высту-
пов) на пути движения измерительной головки при измерении внешнего высту-
па; 6, 7 — измерение внутреннего и наружного профиля; 8, 9 — измерение
продольного и горизонтального ребра; 10 — измерение горизонтальной поверх-
ности; 11 — приспособление для наладки сверла; 12 — способ обнаружения
поломок сверла; X, Y, Z — координаты измерений точки
79
• проверка режущей кромки — проверка целостности каждой
грани многогранного инструмента (только с датчиком NC1);
• проверка формы радиусов закругления режущей кромки ин-
струмента (только с датчиком NC1).
В современных системах управления металлорежущими станками
обеспечивается контроль не только перемещений рабочих органов
станка, но и ускорения, развиваемого усилия, момента, активной
мощности, температуры узлов и других технологических параметров.
1.8. Комплектные системы программного
управления станков
1 .8.1. Промышленные серии систем ЧПУ
и программируемых контроллеров российского
производства
Устройства ЧПУсерии «МИКРОС*. Современную систему ЧПУ
серии «МИКРОС» характеризуют блочная конструкция, компакт-
ность, высокая надежность, гибкость настройки, наглядный и
удобный интерфейс, высокая точность. Устройства ЧПУ серии
«МИКРОС» обеспечивают управление разными видами металло-
обрабатывающих станков — токарных, фрезерных, ОЦ, электро-
эрозионных и др.
Устройства ЧПУ серии «МИКРОС» имеют архитектуру про-
мышленного компьютера с использованием собственной опера-
ционной системы жесткого реального времени. В системе задей-
ствованы новейшие вычислительные средства. Большой 15-дюймо-
вый жидкокристаллический дисплей обеспечивает для пользователя
получение разнообразной текстовой, цифровой и графической ин-
формации. Блочная конструкция устройства дает возможность рас-
положить компактный пульт управления непосредственно у зоны
обработки детали, а блок модулей встроить в электрический шкаф
или нишу станка.
Управление в системе осуществляется в диалоговом режиме с
использованием меню. Контроль за выполняемыми операциями,
а также за состоянием блоков ЧПУ и станка обеспечивается с
помощью развитой системы индикации.
Широкий систематизированный набор настраиваемых и кор-
ректируемых параметров обеспечивает удобную и легкую настройку
устройства ЧПУ серии «МИКРОС» на конструктивные и техно-
логические особенности конкретного станка. В устройстве ЧПУ
предусмотрена процедура самонастройки на привод, которая при
подключении привода к устройству или замене привода позволя-
ет за несколько минут определить оптимальные параметры управ-
ления положением для каждой координаты (оси) станка с учетом
80
реальных характеристик приводов. Для станков, использующих
датчики угловых перемещений, в системе имеется возможность
автоматически измерять погрешности ходового винта станка и
определять параметры компенсации этих погрешностей. Благода-
ря этой функции имеется возможность значительно повысить точ-
ность позиционирования и обработки на станке.
Для программирования управления электроавтоматикой стан-
ков используется язык высокого уровня Мик-Си (на базе извест-
ного языка Си), обладающий универсальностью, наглядностью и
компактностью.
Устройства ЧПУ серии «МИКРОС» позволяют программиро-
вать не только логику работы электроавтоматики, но и время ее
выполнения. С помощью встроенного имитатора входных и вы-
ходных сигналов можно проводить предварительную отладку про-
граммы управления электроавтоматикой без включения станка.
Функция наблюдения временных диаграмм состояния любых выб-
ранных входных и выходных дискретных сигналов позволяет про-
водить отладку программы управления электроавтоматикой быст-
ро и эффективно.
Текстовый редактор обеспечивает ручной ввод и редактирова-
ние управляющих программ. Развитый макроязык позволяет су-
щественно сократить объем управляющей программы и время ее
отладки. Математические операции, функции И операторы позво-
ляют задавать выражения с локальными, глобальными и систем-
ными переменными в удобном математическом виде.
Программное обеспечение устройств ЧПУ серии «МИКРОС»
включает в себя типовые технологические циклы, позволяющие
упростить программирование многооперационной обработки и
обработки типовых контуров, сократив длину программ.
Режим графической поддержки предоставляет оператору возмож-
ность просматривать запрограммированное движение инструмента
и проверять элементы его траектории при выключенном станке.
Устройство ЧПУ «МИКРОС-12Т» является модификацией ба-
зовой системы и предназначено для управления токарными стан-
ками. Данное устройство ЧПУ имеет уникальную функцию ком-
пенсации непостоянства радиуса режущей кромки радиусного
резца, позволяет учесть при обработке детали реальные погреш-
ности его формы. Величина радиуса как функция угла вводится в
виде таблицы с пульта устройства ЧПУ. В устройстве предусмот-
рен режим автоматического переключения механических ступе-
ней привода шпинделя.
В токарных циклах точения и копирования можно задать слож-
ный контур, который имеет несколько углублений. Разбиения слож-
ного контура на отдельные участки не требуется. Расчет проходов
выполняется автоматически в соответствии с заданными пара-
метрами обработки.
81
В устройстве ЧПУ предусмотрен ручной режим с возможно-
стью задания оборотной подачи (мм/об), что позволяет операто-
ру выполнять обработку несложных деталей без использования уп-
равляющих программ.
При помощи устройства ЧПУ «МИКРОС-12Т» легко програм-
мировать и обрабатывать детали со сложным контуром с высокой
точностью. На рис. 1.19 приведена деталь, обработанная на станке
с устройством ЧПУ «МИКРОС-12Т».
Для управления фрезерными станками и ОЦ предназначено
устройство ЧПУ «МИКРОС-12Ф». Специальные технологические
циклы позволяют упростить программирование многопроходной
обработки и сократить длину программ. С данным устройством ЧПУ
возможна сложная четырехкоординатная обработка корпусных
деталей.
б
Рис. 1.19. Деталь, обработанная на станке с устройством ЧПУ
«МИКРОС-12Т» (а) и пример программы обработки детали (б)
82
Для управления сверхточными токарными станками алмазного
точения при обработке деталей сложной формы с субмикронной
точностью предназначено устройство ЧПУ «МИКРОС-12ТС1»,
которое обеспечивает задание перемещений узлов станка в плава-
ющем формате практически с неограниченным числом знаков после
запятой (например, с дискретностью 1 нм) и обработку практи-
чески любых по конфигурации тел вращения благодаря следую-
щим возможностям:
• использование для элементов контура, задаваемых одним кад-
ром, наряду с линейной и круговой интерполяцией также и слож-
ных видов интерполяции, таких как сплайн и полином;
• автоматическая стыковка эквидистант для элементов конту-
ра, задаваемых в соседних кадрах, в том числе и для сложных
видов интерполяции;
• использование практически неограниченного объема памяти
устройства ЧПУ для хранения управляющих программ (с возмож-
ностью их подкачки в процессе обработки);
• привязка режущего алмазного инструмента к системе коор-
динат станка и измерение формы режущей кромки резца с ис-
пользованием лазерного устройства контроля инструмента NC3
фирмы Renishaw;
• обработка поверхности способом резания одной точкой ре-
жущей кромки резца с помощью автоматического управления
поворотным суппортом с инструментом (координата В), не тре-
бующим программирования этой координаты;
• управление прецизионным следящим приводом координат
X, Z, В на базе линейных и поворотного синхронных двигателей
по быстродействующему каналу USB (или каналу RS232);
• компенсация погрешностей направляющих станка;
• компенсация погрешностей измерительной системы переме-
щений по координатам X, Z, В и С.
Устройство ЧПУ «МИКРОС-10» предназначено для управле-
ния электроэрозионными копировально-прошивочными станка-
ми. Уникальная функция этой системы — «осциллоскоп» — обес-
печивает графическую индикацию в режиме реального времени
основных параметров процесса электроэрозионной обработки:
напряжения генератора; заданного и фактического положения
инструмента (электрода); управляющего воздействия на привод.
Анализ осциллограмм непосредственно в процессе обработки за-
готовки позволяет оператору или технологу судить об эффектив-
ности выбранного технологического режима обработки и коррек-
тировать его. Например, оператор может выявить в процессе обра-
ботки засорение межэлектродного промежутка продуктами эро-
зии и стабилизировать процесс обработки.
В табл. 1.9 приведены сведения о назначении и основных техни-
ческих характеристиках устройств ЧПУ серии «МИКРОС».
83
00
Таблица 1.9
Назначение и основные технические характеристики устройств ЧПУ серии «МИКРОС»
Назначение и основные технические характеристики «МИКР0С-12Т» «МИКР0С-12Ф» «МИКРОС-12ТС1» «МИКРОС-Ю»
Назначение Управление токар- ными станками Управление фре- зерными станками и обрабатывающи- ми центрами Управление сверх- точными токар- ными станками алмазного точения Управление элекгроэрозион- ными копиро- вально-прошивоч- ными станками
Число управляемых координат 2 + шпиндель 5 + шпиндель 3 + шпиндель 3
Число одновременно управ- ляемых координат 2 + шпиндель 5 + шпиндель 3 + шпиндель 3
Максимальное число дискрет- ных входных сигналов от станка 64 208 64 32
То же, выходных сигналов на станок 32 80 32 32
Программирование управления электроавтоматикой станка пользователем Есть Есть Есть —
Типы датчиков перемещений, с которыми работает устройство ЧПУ Импульсные фотоэлектрические линей- ные и круговые Импульсный фото- электрический кру- говой (на шпинде- ле) Импульсные фото- электрические ли- нейные
Типы электроприводов подач и главного движения, с кото- рыми работает устройство ЧПУ Приводы постоянного и переменного токае управляющим сигналом ±10 В Цифровой преци- зионный следящий привод с управле- нием по каналам RS232 или USB Приводы постоян- ного и перемен- ного тока с управля- ющим сигналом ±10 В
Максимальные диапазоны программирования переме- щений: линейные перемещения, мм круговые перемещения, * +9 999 +9 999 ±360 ±9999,999999 ±360 +9 999
Дискретность программиро- вания перемещений: линейные перемещения, мкм круговые перемещения, ° 1 1 0,001 0,001 2-10-5 1
Максимальные скорости перемещений: линейные перемещения, мм/мин круговые перемещения, °/мин 24 000 24 000 24 000 1000 2 000 10000
Самонастройка коэффициентов закона управления положением на характеристики приводов Есть Есть Есть Есть
Компенсация погрешности ходового винта Есть Есть — —
Окончание табл. 1.9
Назначение и основные технические характеристики «МИКРОС-12Т» «МИКРОС-12Ф» «МИКРОС-12ТС1» «МИКРОС-10»
Компенсация погрешностей направляющих станка, оси вращения шпинделя — — Есть —
Компенсация люфта Есть Есть — —
Коррекция на инструмент Есть Есть Есть Есть
Встроенные технологические циклы Есть Есть Есть Есть
Резьбонарезание Есть Есть — —
Объем памяти под управля- ющие программы, Гбайт 2 2 2 2
Способы ввода управляющих программ RS232 Ethernet, НГМД RS232, НГМД
Габаритные размеры, мм, не более: дисплейный блок блок клавиатуры блок корректоров блок штурвальной рукоятки блок модулей блок питания датчиков 406x313x60 406х 170x40 136x313x90 136x170x90 415x195x325 250x110x135 406x336x60 406x170x 40 136x336x90 136x170x90 535x195x280 250x110x135 406x313x60 406x170x40 136x313x90 136x170x90 415x195x325 250x110x135 600x600x1 800
Новая универсальная серия «МИКРОС-12» предназначена для
управления токарными, фрезерными и электроэрозионными стан-
ками.
Данное устройство ЧПУ имеет архитектуру промышленного
компьютера с использованием собственной операционной систе-
мы жесткого реального времени.
Благодаря большим функциональным возможностям, высокой
надежности, удобным средствам подключения к станку, быстрой
настройке на конкретный станок, легкости освоения методов уп-
равления и обслуживания устройства ЧПУ серии «МИКРОС» на-
ходят широкое применение как для комплектации вновь выпус-
каемых станков, так и для модернизации существующих. Произ-
водитель устройств ЧПУ серии «МИКРОС» — ЗАО «МИКРОС»
(г. Ногинск, Московская обл.).
Устройства ЧПУ FMS-3000, -3100, -3200. Для устройства ЧПУ
FMS-3000 характерны высокая надежность, удобство и простота
интерфейса пользователя, широкий выбор и доступность функ-
ций программного обеспечения.
Устройства ЧПУ FMS-3000 используют на десятках заводов
автомобильной, аэрокосмической, металлургической, атомной,
оборонной отраслей промышленности. Данные системы широко
применяются станкостроительными и станкоремонтными пред-
приятиями.
Высокопроизводительные устройства ЧПУ FMS-3000 предназ-
начены для управления практически всеми типами технологичес-
кого оборудования и представляют собой промышленные персо-
нальные компьютеры (PC), предназначенные для работы в экст-
ремальных условиях эксплуатации.
Созданные на основе PC системы ЧПУ серии FMS-3000 позво-
ляют использовать все преимущества PC:
• высокую надежность;
• широкий выбор дополнительного оборудования и ПО;
• возможность последующей модернизации (upgrade);
• оптимальную стоимость выполняемого набора функций.
Мощное ПО устройства ЧПУ FMS-3000 дает возможность:
• существенно увеличить производительность станков;
• производить на станках обработку по трем и более координатам;
• значительно повысить точность обработки за счет специаль-
ных режимов коррекции;
• упростить технологическое программирование благодаря но-
вым методам интерполяции.
Открытая архитектура FMS-3000 (шина ISA и PCI) дает воз-
можность интегрировать в состав системы стандартные компью-
терные компоненты от разных производителей и, как следствие,
избежать зависимости от монополии единственного производите-
ля хорошей и уникальной техники.
87
Устройства ЧПУ, созданные на базе PC, отличает простота
обучения и обслуживания. Специалисты, имеющие даже неболь-
шой опыт работы с PC, без труда переходят к работе на устрой-
стве ЧПУ данного класса. Тестирование электронных плат, входя-
щих в состав устройства ЧПУ, созданного на базе PC, геометри-
ческий и синтаксический контроль УП можно проводить на обыч-
ном офисном PC. Для тестирования комплектующих такого уст-
ройства ЧПУ не требуется дополнительных затрат на приобрете-
ние и монтаж специального испытательного стенда. В зависимос-
ти от установленной версии ПО данные системы делятся на две
группы:
• FMS-3000 — для фрезерных, расточных станков, ОЦ, стан-
ков термической резки и др.;
• FMS-3100 — для токарных, токарно-карусельных и намоточ-
ных станков.
Устройство ЧПУ FMS-3000 представляет собой компактный
моноблок, в котором объединены панель оператора и блок управ-
ления станком. По выбору заказчика устройство ЧПУ может ис-
пользоваться со станочным пультом и без него.
В устройстве ЧПУ FMS-3000 Standart предусмотрены:
• цветной графический TFT-дисплей (размер экрана 10,4");
• 63 алфавитно-цифровых и 20 функциональных клавиш с так-
тильным эффектом;
• PC — Pentium 200ММХ, 32 Мбайт ОЗУ, FDD, 8 Мбайт Flash,
Ethernet 10/100, два СОМ порта, LPT порт;
• ЦАП — 6 каналов;
• датчики обратной связи — 4 канала;
• дискретные оптоизолированные входы постоянного тока1
(24 В, DC, 200 мА) - до 64;
• дискретные оптоизолированные выходы (24 В, DC, 200 мА) —
до 32.
При заказе дополнительного оборудования в исполнение FMS-
3000 Standart входят:
• плата силовых релейных выходов (220 В, АС, 5 А) — 16, 24
канала;
• электронный штурвал.
В устройстве ЧПУ FMS-3000 Comfort предусмотрены:
• цветной графический TFT-дисплей (размер экрана 10,4");
• 63 алфавитно-цифровых и 20 функциональных клавиш с так-
тильным эффектом;
• PC — Pentium 200ММХ, 32 Мбайт ОЗУ, FDD, 16 Мбайт
Flash, Ethernet 10/100, два СОМ порта, LPT порт;
• ЦАП — 6 каналов;
1 В описании принято обозначать входы и выходы постоянного тока — DC,
переменного — АС.
88
• датчики обратной связи — 5 каналов;
• дискретные оптоизолированные входы (24 В, DC, 200 мА) —
до 128;
• дискретные оптоизолированные выходы (24 В, DC, 200 мА) —
до 72;
• станочный пульт (в составе — штурвал; 36 свободнопрограм-
мируемых клавиш с тактильным эффектом и индикацией; кор-
ректоры F, S; кнопка «Включено/Выключено» ЧПУ; специаль-
ная грибовидная кнопка аварийного выключения).
Для устройства ЧПУ FMS-3000 Comfort предусмотрена поставка
со следующими узлами:
• HDD;
• процессорная плата Р-Ш;
• датчики обратной связи — 8 каналов;
• дискретные входы — до 408;
• дискретные выходы — до 264;
• платы силовых релейных выходов (220 В, АС, 5 А) — 16, 24
канала.
В устройстве ЧПУ FMS-3200 Comfort предусмотрены:
• цветной графический TFT-дисплей (размер экрана 15");
• 49 алфавитно-цифровых и 10 функциональных клавиш с так-
тильным эффектом;
• PC — Celeron-1000, 128 Мбайт ОЗУ, FDD, 32 Мбайт Flash,
Ethernet 10/100, два СОМ порта, LPT порт;
• указательное устройство типа TouchPad на передней панели;
• ЦАП — 6 каналов;
• датчики обратной связи — 5 каналов;
• дискретные оптоизолированные входы (24 В, DC, 200 мА) —
до 144;
• дискретные оптоизолированные выходы (24 В, DC, 200 мА) —
до 80;
• станочный пульт (в составе — штурвал; 36 свободнопрограмми-
руемых клавиш с тактильным эффектом и индикацией; коррек-
торы F, S; кнопка «Включено/Выключено» ЧПУ; специальная
кнопка «Аварийный Стоп»),
Для устройства FMS-3200 Comfort возможна поставка со сле-
дующими узлами:
• сенсорный экран (TouchScreen);
• процессорная плата с расширенными возможностями (upgrade);
• диски HDD, CD-ROM;
• датчики обратной связи — 16 каналов;
• дискретные входы — до 408;
• дискретные выходы — до 264;
• платы силовых релейных выходов (220 В, АС, 5 А) — 16, 24
канала.
Характеристиками ПО устройств ЧПУ FMS-3000, -3100 являются:
89
• размер УП — без ограничений;
• минимальное время выполнения кадра УП — 0,001 с;
• кодирование УП в формате ISO;
• файловая система совместима с MS-DOS и Windows;
• возможность работы в локальной сети Ethernet;
• линейная интерполяция по всем осям одновременно;
• круговая интерполяция;
• линейно-круговая интерполяция;
• сплайн-интерполяция (по заказу);
• функциональная интерполяция (по заказу);
• параметрическое программирование;
• коррекция на радиус инструмента;
• отработка УП с отключением любых осей;
• отработка УП с блокировкой технологии и геометрических
размеров;
• отработка УП на быстром ходу;
• компенсация люфтов;
• компенсация погрешностей ходовых винтов;
• компенсация дрейфа приводов;
• режим инвариантного управления сервоприводами;
• объемная графическая визуализация;
• встроенный язык макропрограммирования;
• встроенный язык электроавтоматики;
• развитая система параметров;
• установка масштабных коэффициентов;
• поворот системы координат детали;
• зеркальная отработка относительно любой оси;
• программирование в полярных координатах;
• программирование циклов пользователя;
• программирование нарезания резьбы;
• коррекция на длину инструмента;
• поиск кадра с просчетом геометрии и технологии;
• обработка программы с произвольного кадра;
• автоматический возврат на контур обратным ходом;
• программные конечные выключатели;
• программный осциллограф;
• ведение журнала работ;
• индикация сообщений в текстовом виде;
• подключение электронных штурвалов;
• режим векторной коррекции траектории (по заказу);
• режим Look Ahead;
• цифровое управление приводами (по заказу);
• управление параллельными зависимыми осями;
• контроль контуров на отсутствие «зарезов».
Благодаря большим функциональным возможностям, в том
числе специальным сервисным возможностям, использованию
90
Рис. 1.20. Устройство ЧПУ
FMS-3000 «Comfort»
открытой архитектуры системы управления, быстрой настройке
на конкретный станок, легкости освоения методов управления и
обслуживания устройства ЧПУ FMS-3000 Comfort (рис. 1.20) на-
шли широкое применение как для комплектации вновь выпуска-
емых станков, так и для модернизации существующих.
Устройства ЧПУ FMS-3000, -3100, -3200 поставляет ООО
«МОДМАШ-СОФТ» (г. Нижний Новгород).
Устройства ЧПУ NC-110, -210 представляют собой сочета-
ние многофункциональности, надежности, простоты изготовле-
ния. Устройство ЧПУ NC-ПО построено по модульному прин-
ципу. К основной комплектации относятся следующие модули:
пульт оператора, станочный пульт, блок управления, выносные
платы.
В пульт оператора, имеющий габаритные размеры 430 x299 х
х71 мм, входят:
• цветной графический TFT-дисплей (размер экрана 10,4");
• герметизированная кнопочная алфавитно-цифровая клавиа-
тура с тактильным эффектом.
В станочный пульт, имеющий габаритные размеры 430x194х
х90 мм, входит:
• герметизированная кнопочная клавиатура с тактильным эф-
фектом и светодиодной индикацией (8 кнопок выбора режима
работы, 38 свободнопрограммируемых кнопок);
• корректор подачи (8 положений);
• корректор ручных перемещений (11 положений);
• корректор скорости вращения шпинделя (11 положений);
• электронный штурвал (разрешающая способность 100 диск-
рет/об, напряжение питания +5 В, диаметр 80 мм).
По заказу система может комплектоваться выносным пультом
(габаритные размеры 188x83x83 мм), имеющим галетный пере-
ключатель на шесть позиций, галетный переключатель на четыре
91
позиции, три кнопки, три светодиода, специальную грибовид-
ную кнопку аварийного выключения.
В блок управления, имеющий габаритные размеры 305 х 335 х
х244 мм, входят:
• материнская плата Pentium MMX, интерфейс FDD, HDD;
RS232, Ethernet (LAN), память ЧПУ для данных и программ
пользователя не менее 6 Мбайт;
• система управляемых осей — от 2 до 16 координат;
• система входов/выходов — до 384/256;
• вход датчика касания;
• ЦАП с разрешающей способностью 14 и 16 бит;
• АЦП с разрешающей способностью 12 бит.
Модуль входов и выходов с релейной коммутацией и индика-
цией имеет габаритные размеры 255х 115x43 мм. В данном модуле
имеются релейные (дискретные) выходы постоянного (24 В, DC,
3 А) и переменного (ПО В, АС, 3 А; 220 В, АС, 1,5 А) токов.
Отличительной особенностью устройства ЧПУ NC-210 являет-
ся то, что в нем блок управления, пульт оператора и станочный
пульт объединены в единое целое. Данное устройство ЧПУ пред-
назначено для управления станками простой конфигурации с
числом координат не более четырех и дискретными входами/вы-
ходами не более 64/48. Заложенный в этом устройстве моноблоч-
ный принцип компактности сделал возможным получение высо-
ких надежности и помехозащищенности, малого потребления элек-
троэнергии. Габаритные размеры моноблока — 423 х 340х 140 мм.
Функциями ПО устройств ЧПУ NC-110 и -210 являются:
• программирование в абсолютных размерах и приращениях;
• программирование в миллиметрах и дюймах;
• смещение нуля;
• определение величины припуска;
• коническое и цилиндрическое резьбонарезание с постоян-
ным и переменным шагом;
• поддержание постоянства скорости резания;
• цикл черновой обработки;
• цикл чистовой обработки;
• цикл обработки пазов;
• цикл снятия стружки;
• параметрическое программирование;
• коррекция на радиус инструмента;
• цикл резьбонарезания;
• программирование полного круга;
• масштабирование;
• пропуск кадров;
• программирование инструментов и коррекция инструментов
(9999);
• возможность включения нескольких функций G и М в кадре;
92
• цикл измерения инструмента;
• параллельные координаты;
• отвод инструмента от профиля и автоматический возврат на
профиль;
• графический и цифровой выводы дискретных сигналов в ре-
альном времени;
• управление несколькими процессами.
Устройства ЧПУ NC-110, -210 изготовляются на ООО «БАЛТ-
СИСТЕМ» (г. Санкт-Петербург).
Модернизация промышленных серий систем ЧПУ. В современ-
ном металлообрабатывающем производстве широко используют-
ся станки, в которых системы ЧПУ выполнены на базе микро-
процессорных комплектов «Электроника МС1201.2» и «Электро-
ника М2».
Примером таких устройств являются системы ЧПУ серии 2Р22
для токарных станков и 2С42 для фрезерных, координатных, ра-
сточных станков. Данные системы ЧПУ уже исчерпали свой ре-
сурс физически и морально. Специалисты, занятые ремонтом и
обслуживанием устаревших систем ЧПУ, с большими трудностя-
ми поддерживают работоспособность данного оборудования. В пер-
вую очередь, проблемы связаны с потерей программного обес-
печения станков, так как программы записаны на старых микро-
схемах ППЗУ типа К573РФ1, К573РФ2, К565РТ5, которые вхо-
дят в состав микроЭВМ «Электроника-60». Выход из строя даже
одной микросхемы из имеющегося в микроЭВМ набора ведет к
полной остановке оборудования. На многих предприятиях обору-
дование с ЧПУ простаивает именно по этим причинам.
Решить проблему надежности и ремонтопригодности систем
ЧПУ, выполненных на базе микроЭВМ «Электроника-60», наи-
более простым и дешевым способом позволяет одноплатный МК
«Кварц-60.1», который специально разработан для этих устройств.
При установке данного микроконтроллера непосредственно в
конструкцию модернизируемой системы ЧПУ станка в общей слож-
ности заменяются одиннадцать электронных плат, а также весь
модуль микроЭВМ вместе с вентилятором и блоком питания. Но-
вый микроконтроллер выполнен на базе микропроцессора
КМ1801ВМ2 (как и микроЭВМ «Электроника-60»), что позволяет
без изменений использовать ПО прототипа. Оперативное запоми-
нающее устройство (ОЗУ), используемое в новом микроконтрол-
лере, статического типа. Применение литиевой батарейки на 3 В
непосредственно на плате микроконтроллера обеспечивает долго-
временное хранение содержимого памяти при отключении пита-
ния. Способ организации памяти выбирается переключателями на
плате и может обеспечить программный доступ к семи банкам па-
мяти ОЗУ (56 Кбайт) и пятнадцати банкам памяти ПЗУ (120 Кбайт).
Под системную память микропроцессора для начальных загрузчи-
93
ков и начального запуска программы системы ЧПУ отведено по
одному банку памяти ОЗУ и ПЗУ. Так как штатное ПЗУ занимает
не более шести банков, остальная область ПЗУ может быть исполь-
зована для тестового обеспечения или программ пользователя.
Запись файлов в ПЗУ выполняется с помощью оборудования и
ПО универсального назначения. Отработана методика считывания
штатного ПО из ПЗУ прототипа и формирования файла записи в
ПЗУ нового микроконтроллера.
В целом при замене из состава старой системы ЧПУ исключа-
ются следующие устройства:
• микроЭВМ МС1201.2 или М2 (одна плата);
• ЗУ с автономным питанием (одна плата SB-935 на 8 Кбайт);
• программное ПЗУ (три платы SB-978 на 16 Кбайт);
• страничное ОЗУ (одна плата SB-067 на 32 Кбайт);
• плата согласования канала SВ-473 (одна плата);
• плата таймера SB-445 (одна плата);
• плата установок SB-454 (одна плата);
• плата формирователя служебных сигналов SB-086 (одна плата).
Функции плат таймера, формирователя служебных сигналов и
блока установок реализуются новым микроконтроллером. Нет также
необходимости в расширителе канала. Вместо интерфейсов фото-
ввода и перфоратора установлен связной интерфейс, реализую-
щий программно-аппаратный алгоритм работы этих устройств.
Отпадает необходимость в специальном интерфейсе связи с ЭВМ.
Этот же интерфейс может обеспечивать работу терминала, что
используется для сервисного обслуживания.
Данная модернизация ведет к замене одиннадцати плат одной.
С учетом исключения блока питания, существенного уменьшения
числа кабелей и разъемов повышается надежность и помехоустой-
чивость оборудования. В данном случае становится проще локали-
зовать неисправность простой заменой одной платы с новым мик-
роконтроллером резервной платой. В ПЗУ достаточно памяти, чтобы
разместить практически любые программы для тестирования обо-
рудования, что также упрощает и ускоряет процесс отыскания и
устранения неисправностей.
Электроприводы серии «Вектор» для комплектных систем ЧПУ.
Для управления электроприводами главного движения и подачи
станков с ЧПУ в НТЦ «Приводная техника» (г. Москва) разрабо-
таны и серийно выпускаются электроприводы серии «Вектор» мощ-
ностью до 55 кВт.
Приводы выполняются на базе двигателей переменного тока —
асинхронных и синхронных (вентильных) — и транзисторного
преобразовательно-управляющего устройства (ПУУ) с цифровой
микропроцессорной системой регулирования (рис. 1.21).
Транзисторное ПУУ по своей аппаратной части унифицирует-
ся для всех типов двигателей и способов их регулирования. Все
94
Рис. 1.21. Структура электропривода переменного тока «Вектор»:
KD — выпрямитель; С — фильтр; VT1 — инвертор; VT2 — блок рекуперативного
торможения (с возвратом энергии в сеть); VT3 — блок динамического торможе-
ния; Я — тормозной резистор; М — асинхронный двигатель; R — круговой датчик;
МП — микропроцессор;-------дополнительный блок VT2 (по выбору заказчика)
Рис. 1.22. Система управления электроприводом «Вектор»:
ФИД — фотоимпульсный датчик; Мк — крутящий момент; Is — заданное значе-
ние тока; ICL — фактическое значение тока; 1Л, 1В — токи фаз А и В; —
напряжение статора двигателя; as, <oj — заданные угол поворота и частота вра-
щения; аСь ысг — то же, фактические значения
95
различия реализуются в ПО микропроцессорной системы регули-
рования.
Система регулирования выполняется многоконтурной: внутрен-
ний контур силы тока (крутящего момента) подчинен контуру
скорости, задание скорости в скоростном режиме зависит от уст-
ройства задания, а в следящем режиме — от регулятора положе-
ния. Контур положения обязателен для автоматизированных при-
водов данного класса, в приводах главного движения он обеспе-
чивает точную остановку рабочего органа для смены инструмен-
та, режим ориентации шпинделя (координата С). В приводах по-
дачи этот контур выполняет основные технологические функции:
работу станка по заданной программе от устройства ЧПУ, осуще-
ствление цикловых программ обработки, работу в следящем ре-
жиме для копировальных станков, обеспечение оптимальных ре-
жимов резания и др. В электроприводе «Вектор» контур положе-
ния входит в состав системы управления электропривода.
В быстродействующем и высокоточном электроприводе «Век-
тор» используется векторная система регулирования (рис. 1.22).
Система управления привода — цифровая микропроцессорная.
Общий вид платы микропроцессорного управления электропри-
вода «Вектор» приведен на рис. 1.23.
вход шпинделя двигателя
Рис. 1.23. Плата микропроцессорного управления электропривода
«Вектор»
96
Для данной микропроцессорной системы разработано специ-
альное программное обеспечение, реализующее настройку, уп-
равление и мониторинг при работе с устройством ЧПУ и/или
компьютером. Микропроцессорное управление обеспечивает сле-
дующие возможности:
• настройку и управление по цифровому интерфейсу; откры-
тый протокол (физическая реализация: две витые пары (дуплекс-
ный режим), скорость обмена 9600...4096000 бод);
• соединение с устройством ЧПУ или компьютером (через адап-
тер RS232-RS485);
• организацию сети;
• мониторинг параметров работы;
• работу в стандартных промышленных сетях.
1.8.2. Системы ЧПУ и программируемые контроллеры
ведущих зарубежных фирм
Комплектные системы управления на базе систем ЧПУ NCT 2000
и NCT 100. Фирмой NCT 1PARI ELEKTRON1KAI KFT (Венг-
рия) производятся комплектные системы управления, состоящие
из устройства ЧПУ NCT 2000 или NCT 100, электроприводов для
механизмов главного движения и подачи, программируемого кон-
троллера.
Устройства ЧПУ NCT 2000 предназначены для станков, обес-
печивающих изготовление машиностроительных деталей, а уст-
ройство NCT 100 — для инструментальных станков.
Рассмотрим подробнее систему ЧПУ NCT 2000, которая име-
ет универсальную конструкцию. Варианты системы ЧПУ для то-
карного и фрезерного станков различаются только программ-
ным обеспечением. Системное ПО хранится в флэш-памяти (от
англ, flash — мгновение) и загружается через интерфейс RS232.
Панель оператора подключается через шину CAN-Bus к логи-
ческому блоку.
В табл. 1.10 приведены характеристики и условные символы,
применяемые при программировании, для устройства ЧПУ NCT
2000.
Технологическое программирование. Программа для обработки
на токарном станке детали, изображенной на рис. 1.24, состоит из
множества кадров:
• в кадрах N120—N190 выполняется установка шпинделя и чер-
новая обработка торцовой поверхности;
• в кадрах N200 —N220 выполняется цикл черновой обра-
ботки контура (кадр N200 — врезание и отвод; знак «/1» в нача-
ле кадра означает, что это условный кадр, который может быть
пропущен, например, если заготовка имеет отклонение по раз-
меру);
4 Босинзон
97
Таблица 1.10
Характеристики и условные символы, применяемые
при программировании для устройства ЧПУ NCT 2000
Наименование показателя Характеристика показателя Станок
токарный фрезерный
Характеристики и символы по координатам
Координаты Число координат в базовом исполнении 2 3
Название X, Z X, Y, Z
Число дополнительных координат 6 5
Название дополни- тельных координат Y, U, W, А, В, С и, V, W, А, В, С
Дискретность Дискретность системы, мм 0,01/0,001/0,0001
Программиро- вание Задание данных в дюймах G20
Метрическое задание данных G21
Абсолютное программирование G91, оператор I
Относительное программирование По адресам и, V, W, н __
Задача в полярных координатах — вкл. — G16
Задача в полярных координатах — выкл. — G15
Функции безопасности Программированное ограничение рабочего пространства — вкл./выкл. G22/G23
Референтная точка Выход в ноль из про- граммы G28
Нарезание резьбы С равномерным шагом G33
С переменным шагом G34 —
98
Продолжение табл. 1.10
Наименование показателя Характеристика показателя Станок
токарный фрезерный
Автоматическая коррекция инструмента По заданной координате — G37
По координате X G36
По координате Z G37 —
Характеристики и символы по интерполяции
Индексация Линейного типа GO
Прямая Прямая линия G1
Окружность Через несколько квадрантов G2, G3
Окружность с переменным радиусом Спираль Архимеда
Интерполяция пространственной спирали Две оси вдоль окруж- ности, остальные (не более шести) вдоль прямой
Интерполяция в полярных координатах Включение G12.1
Выключение G13.1
Интерполяция цилиндра Включение G7.1 {адрес оси}г
Выключение G7.1 {адрес оси}0
Характеристики и символы по движению подачи
Программиро- вание подачи Минутная, мм/мин, “/мин G94
Оборотная, мм/об, ”/об G95
Ускорение/замед- ление Линейное или второго порядка Устанавливается по осям
Функции управ- ления подачей Непрерывное снятие стружки G64
Режим точного останова G9, G61
99
Продолжение табл. 1.10
Наименование показателя Характеристика показателя Станок
токарный фрезерный
Отключение процент- ного переключателя G63
Уменьшение подачи при внутренних углах G62
Характеристики шпинделя (5), подготовительные (М) характеристики
Частота враще- ния шпинделя Задание по программе По адресу S nnnnn
Коррекция, % 50... 150 % с шагом 10 %
Ступени задания частоты вращения МП, М12, ..., М18
Пуск/останов шпинделя Задание по программе (направление) М3, М4/М5
Постоянная скорость резания Включение/выключение G96/G97
Ограничение частоты вращения G92 S...
Системы координат, преобразование координат, выбор плоскости
Системы коор- динат заготовки Вызов из программы (максимальное число координат — шесть) G54, G55, ..., G59
Станочная сис- тема координат Индексация G53
Новая система координат заго- товки Создание из программы G92
Системы коор- динат Перенос из программы G52
Преобразование Поворот, вкл./выкл. — G68/G69
Отражение на двойной держатель инструмента, вкл./выкл. G68/G69
Масштабирование, вкл./выкл. G51/G50
100
Продолжение табл. 1.10
Наименование показателя Характеристика показателя Станок
токарный фрезерный
Отражение, вкл./выкл. G51.1/G50.1
Выбор плоскости Выбор плоскости X, Y G17
Выбор плоскости Z, X G18
Выбор плоскости Y, Z G19
Номер инструмента (Г), коррекции инструмента
Ссылки на инструмент Первые две цифры — номер инструмента, следующие две — номер оснастки Т2 + 2 —
Четыре цифры — номер инструмента — Т4
Возможность ссылки на инструмент На основании кода инструмента Таблица мест инструмента, программа PLC
Коррекция Число коррекций 47 99
Регистры коррекции по длине X, Y, Z L
Регистры коррекции по радиусу R R
Регистры коррекции по диаметру __ D
Код положения инструмента Q —
Ссылка на коррекцию по длине и по радиусу т —
Ссылка на коррекцию по длине — н
Ссылка на коррекцию по радиусу — D
101
Продолжение табл. 1.10
Наименование показателя Характеристика показателя Станок
токарный фрезерный
Включение коррекции по длине По всем осям Т2 + 2 —
По оси из кадра (увеличение) — G43H
По оси из кадра (уменьшение) G44H
Выключение коррекции по длине По всем осям ТппОО —
Включение коррекции по радиусу Плоскостная, слева G41 G41 D
Плоскостная, справа G42 G42 D
Трехмерная __ G41
Выключение коррекции по радиусу По всем осям G40
Функции, упрощающие программирование
Сверлильные циклы Глубокое сверление с высокой скоростью G83.1 G73
Левая резьба G84.1 G74
Вытачивание с отводом инструмента G86.1 G76
Отход на быстром ходу G81
Ожидание, отход на быстром ходу G82
Глубокое сверление G83
Правая резьба G84
Правая резьба без компенсации G84.2
Отход на рабочей подаче G85
102
Продолжение табл. 1.10
Наименование показателя Характеристика показателя Станок
токарный фрезерный
Отход с неподвижным шпинделем G86
Выгачивание обратным ходом G87
Ручное вмешательство на дне отверстия G88
Ожидание, отход на рабочей подаче G89
Отключение G80
Конфигурация сверлильных циклов Отход до исходной точки G98
Отход до точки при- ближения G99
Простые циклы точения Продольное обтачи- вание G77 —
Подрезание G79 —
Нарезание резьбы G78 —
Сложные, повторяющиеся циклы Черновая обработка G71 —
Черновая обработка торца G72 —
Копировальная обработка G73 —
Чистовая обработка G70 —
Прорезание торца G74 __
Прорезание G75 —
Снятие фаски Программирование ,С
Скругление Программирование ,R
Задание прямой линии (углом и направлением) Программирование ,А
103
Продолжение табл. 1.10
Наименование показателя Характеристика показателя Станок
токарный фрезерный
Программы, организация программ, макропрограммирование
Программы Номер программ (идентификация) Опппп
Имя программ Текстовая идентификация
Максимальное число программ 253
Объем памяти, Кбайт 512
Главные программы Начало... конец %Опгшп...МЗО%
Переход к началу главной программы М99
Переход к и-му кадру М99 Рп
Подпрограммы Начало... конец %Onnnn...M99 %
Вызов программы М99 (номер программы)
Возвращение из под- программы М99
Уровень вызова под- программ Макс.4
Вызов подпрограмм по коду М, S, Т, А, В, С
Номер кадра Пять цифр Nnnnnn
Пропуск услов- ного предложе- ния В базовом исполнении один выключатель /, или /1
Возможность расширения до девяти выключателей /2, /9
Макровызовы Простой G65P (номер программ) L (число повторений) <выделение аргумента>
Наследственный: после каждого кадра движения G66P (номер программ) L (число повторений) <выделение аргумента>
104
Продолжение табл. 1.10
Наименование показателя Характеристика показателя Станок
токарный фрезерный
из каждого кадра G66.1P (номер про- грамм) L (число пов- торений) <выделение аргумента>
Удаление наследствен- ных предложений G67
Уровень вызова (неза- висимо от вызовов подпрограмм), более четырех Н
Выделение аргумента 1 А, В, С, Z
Выделение артумента 2 А, В, С, I, J, К, ...
Максимальное число аргументов 33
Макровызовов по коду G/M 10/10
Переменные Ссылка # [число]
Локальные #1, #2, #33
Глобальные #100 #199, #500, ..., #599
Системные Запрос, изменение сме- щений нулевой точки, коррекций, сообщений, позиций, состояний
Команды макроязыка Присвоение значения #i = <формула>
Арифметические +, -, ♦, /, MOD
Логические NOT, OR, XOR, AND
Прочие ABS, BIN, BCD, FIX, FUP
Функции SQRT, SIN, COS, TAN, ACOS, ATAN, EXP, LN
105
Окончание табл. 1.10
Наименование показателя Характеристика показателя Станок
токарный фрезерный
Условные выражения EQ, NE, GT, LT, GE, LE
Разветвление GOTO (номер предложения)
Условное разветвление 1Е[<условное выражение>] GOT On
Организация цикла WHILE[<ycnoBHoe вы- ражение^ DOm.. .ENDm
Команды выдачи данных POPEN, PCLOSE, DPRNT, BPRNT
Примечание. Использованы общепринятые сокращения, имеющие сле-
дующие значения: вкл./выкл. — включено/выключено; MOD — модуль; NOT —
НЕ; OR — ИЛИ; XOR — ИЛИ-HE; AND — И; ABS — абсолютный; BIN —
двоичный; BCD — двоично-десятичный; FIX — фиксированный; FUP — то же,
повышенный; SQRT — квадратичный; SIN — синус; COS — косинус; TAN —
тангенс; ACOS — арккосинус; ATAN — арктангенс; ЕХР — экспонента; LN —
линейная функция; GOTO — оператор перехода; IF — ЕСЛИ — условный опе-
ратор; WHILE — оператор цикла с условием продолжения; ENDm — заверше-
ние выполнения процесса (конец); DOm — выполнить процесс; OPEN — от-
крыть; CLOSE — закрыть; PRNT — печать.
• в кадрах N230 —N410 дано описание фактического контура,
используемое циклом черновой обработки контура для расчета
траектории черновой обработки (скругления запрограммирова-
ны по адресу «,R»; фаски — по адресу «,С», а углы — по адресу
«,А»);
• в кадрах N410—N680 идет описание прорезания;
• начиная с кадра N690 идет описание нарезания резьбы (кадр
N710 содержит важнейшие характеристики резьбы и резьбового
резца независимо от размера резьбы; точные размеры резьбы со-
держатся в кадре N720).
По результатам отработки данного цикла из заданной глубины
резания первого прохода и постоянного поперечного сечения
стружки рассчитывается глубина резания остальных проходов.
Приведем текст данной программы на примере фрагмента про-
граммы для токарного станка:
% 07008(PELDA 08) N110T101
N100 GO Х200 Z200 N120 GO Х62 Z10
106
N130 G92 S3500
N140 G96 S150 М8 М3
N150 G79 X-l Z5 F0.2
N160 Z3
N170 Z1
N180 Z0
N190 GO Х62 Z2
/1 N200 G71 U1 R0.5
/1 N210G71 U0.3 W0.3 F0.5
P250 Q370
N220 GO X200 Z200
N230 T202
N240 GO X16 Z10
N250 G42 X8 Z2
N260 G1 X16 Z-2F0.2
N270 X16 Z-16
1x45°
Рис. 1.24. Обработка детали на то-
карном станке:
а — чертеж детали; б — трехмерный
(3D) вид детали; в — отображение про-
цесса обработки на экране дисплея
N280 X13.6 Z-18
N290 Z-20 ,R1
N300 X30 ,R2.5
N310Z-35 ,A165 ,R3
N320 X55 ,R3
N330 X55 Z-56
N340 X52.6 Z-58
N350 Z-60 ,R1
N360 X60 ,C1
N370 Z-62
N380 X62
N400 G40 X70
N410 GO X200 Z200
N420 T303
N430 GO X70 Z-49
N450X57
107
N460 G1 Х46 N620 G4 Р2
N470 G4 Р2 N630 G1 Х46
N480 GO Х57 N640 Х12
N490 Х56 Z-51 N650 Z11
N500 G1 Х54 Z-50 N660 GO Х200
N510 Х46 N670 Z200
N520 G4 Р2 N680 G97 S500
N530 G1 Z-10.5 N690 Т404
N540 GO Х56 N700 GO Х18 Z10
N55O Т313 N710 G76 R0.2 Р021060 Q0.2
N560 Z-44 N720 G76X14.16Z-19.5 F1.5
N570 G1 Х54 Z-45 Р0.92 Q0.2
N580 Х45 N730 GO X200 Z200
N590 G4 Р2 N740 M30
N600 ТЗОЗ %
N610 G1 Z-50
Программа для обработки на фрезерном станке детали, изоб-
раженной на рис. 1.25, состоит из множества кадров:
• в кадрах N100 —N130 устанавливаются основные коды, ис-
пользуемые при программировании (команда «Т» соответствует
75
50
в
Рис. 1.25. Обработка детали на фре-
зерном станке:
а — чертеж детали; б — трехмерный
(3D) вид детали; в — отображение про-
цесса обработки на экране дисплея
108
смене инструмента, за ней следует установка коррекции длины
инструмента);
• в кадрах N140 —N270 идет описание контура, использующе-
го автоматический расчет точки пересечения;
• в кадре N280 командой «Т» вызывается следующий инстру-
мент.
В последующих кадрах следует установка новых значений кор-
рекции длины инструмента. Далее описывается сверлильный цикл,
дополненный макрокомандами. Текст данной программы приве-
дем на примере фрагмента программы для фрезерного станка:
%07081(8.1)
N100 G54 G90 G17 GO
N1LO Т1 (UJJMARO)
N120 G43 Z50 Н1
N130 G94 S1000 М3 М8
N140 GO ХО Y0
N150 GO Z2
N160 G1 Z-20 F500
N170 GO ХО YO
N180 G41 G1 Х17.5 Y-20 DI
N190G3 X37.5Y0R20
N200 G3 XI-505 YI5O5 R505 ,R14
N210 G3 10 J-135 R185 Q-1 ,R14
N220 G3 1467.5 JO R505 Q-l ,R14
N230 G3 10 J135 R185 Q-l ,R14
N240 G3 X37.5 YO 1-467.5 JO R505 Q-1
N250 G3 X17.5 Y20 R20
N260 G1 G40 X0 YO
N270 GO Z50
N280 T2 (CSIGAFURO)
N290 G43 Z50 H2
N300 G95 S500 М3 M8
N310 #1=0
N320 WHILE[#1LT36O] DOI
N33O G83 G99 X[25*COS#1] Y[35*SIN#1] Z-50 R-18 Q5 E0.5 F0.2
N340 #1 = #1 + 30
N350 END1
N360 GO Z50
N370 G80 M30
%
Общий вид устройств ЧПУ NCT 2000, NCT 100 показан на рис.
1.26. На рис. L27 приведена схема внешнего управления системы
NCT 2000 от пульта управления и других элементов внешнего
управления, а на рис. 1.28 схема подключения устройства ЧПУ
NCT 2000 к внешним устройствам (преобразователям, двигате-
лям и круговым датчикам электроприводов, расширительным
109
Монитор VGA
Блок питания
Плата
Плата
Плата
Адаптер ТРЕ
Интерфейс
RS232/1 (PC)'
Шина CAN2
(клавиатура,'
сервоприводы)
Интерфейс
RS232/2 (PC)
Шина CAN1
(сервоприводы)
Рис. 1.26. Общий вид устройств ЧПУ NCT 2000, NCT 100
платам, щупам-измерителям). На рис. 1.29 приведена расшири-
тельная плата FEW2 устройства ЧПУ NCT 2000.
Устройства ЧПУ и комплектное оборудование фирмы Siemens.
Наиболее распространенным видом систем ЧПУ и комплектных
систем управления, которыми оснащаются станки с ЧПУ рос-
сийского производства, является оборудование, поставляемое
фирмой Siemens. К продукции, выпускаемой фирмой Siemens, от-
носятся устройства ЧПУ Sinumerik, программируемые контрол-
леры Simatic S7-300, электроприводы с транзисторными преоб-
разователями Simodrive 611 и двигателями переменного тока, ком-
плектные системы управления производством с комплексом про-
граммных продуктов IT-Solution.
Устройства ЧПУ Sinumerik. Данные устройства, в частности
устройства ЧПУ Sinumerik 802С, 802S являются специализиро-
ванными системами для современных металлорежущих станков.
К особенностям устройств ЧПУ Sinumerik 802С, 802S относятся:
ПО
• смонтированная отдельно от блока ЧПУ панель управления;
• компактные размеры блоков;
• быстрое и простое согласование с конкретными станками
(так как для ввода в эксплуатацию необходимо лишь небольшое
количество данных по обработке);
• быстрый пуск производства и, как следствие, оптимальное
использование станка благодаря простому программированию и
удобному управлению.
Модификация Sinumerik 802S/C состоит из следующих узлов:
• панель оператора ОР 020 (габаритные размеры 250x300x45 мм);
• станочный пульт МСР (170x300x38 мм);
. блок ЧПУ ECU (200x125x118 мм);
• модуль PLC D 1/0 — программируемый контроллер (80х
х 125x118 мм);
• Toolbox — вспомогательное ПО для ввода в эксплуатацию.
Блок ЧПУ и модуль PLC могут быть установлены на обшей
монтажной шине контроллера Simatic S7.
Блок ЧПУ ECU не требует дополнительного электропитания
от батарей или аккумуляторов. Буферный конденсатор обеспечи-
вает сохранность данных при отключении питания.
Система Sinumerik 802S/C обеспечивает управление по трем
координатам (оси подачи). Интерфейс системы Sinumerik 802S
рассчитан для приводов шаговых электродвигателей с сигналами
импульсов и направления. В системе Sinumerik 802С имеется тра-
диционный интерфейс ±10 В для управления регулируемым элек-
троприводом подачи постоянного или переменного тока. Управ-
ление электроприводом главного движения (без режима оси С —
режим ориентации шпинделя) в обоих устройствах ЧПУ осуще-
ствляется через интерфейс +10 В.
Устройство ЧПУ Sinumerik 802D предназначено для простых
токарных и фрезерных станков, при этом система имеет расши-
ренную функциональность и возможность работы как с цифро-
выми, так и с аналоговыми приводами. Благодаря использованию
цифровой шины ProfiBus значительно снижается стоимость мон-
тажа и ввода в эксплуатацию, а также обеспечивается высокока-
чественное и точное управление приводом.
Устройство ЧПУ Sinumerik 840D (рис. 1.30) — это мощная вы-
сокопроизводительная система ЧПУ, позволяющая обеспечить
выполнение практически любой технологической задачи с самы-
ми высокими требованиями по быстродействию и точности.
К специализированным системам для современных металлоре-
жущих станков относятся системы ЧПУ Sinumerik 810D/840Di.
Устройство ЧПУ Sinumerik 810D представляет собой моноблоч-
ную конструкцию со встроенными силовыми узлами привода (рис.
1.31 и 1.32). Если устройства Sinumerik 802 используются в сравни-
тельно простых токарных и фрезерных станках с ЧПУ, то моди-
111
Внешний компьютер
Рис. 1.27. Схема внешнего управления системы ЧПУ NCT 2000
112
Электрический шкаф
Рис. 1.28. Схема подключения устройства ЧПУ NCT 2000 к внешним
устройствам
113
Вывод монитора
Рис. 1.29. Расширительная плата FEW2:
ЦБ — центральный блок; Ethernet — локальная сеть (подключение ЧПУ NCT
к компьютерной сети)
фикации Sinumerik 810D/840Di/840D представляют собой много-
процессорные модульные системы управления для станков любой
сложности и любых технологий.
В устройстве Sinumerik 810D в одном модуле CCU (Compact
Control Unit) объединены все элементы ЧПУ — программируе-
Рис. 1.30. Блок управления уст-
ройства ЧПУ Sinumerik 840D
Рис. 1.31. Системный блок уст-
ройства ЧПУ Sinumerik 810D
114
Рис. 1.32. Блок управления уст-
ройства ЧПУ Sinumerik 810D
мый контроллер, системы управ-
ления и коммуникации. Высоко-
производительный CCU находится
в одном корпусе с интегрирован-
ными силовыми модулями. В блок
CCU-Box входит силовая часть трех
координат электроприводов: воз-
можно исполнение двух координат
приводов подачи 6 А/12 А и при-
вода главного движения 24 А/32 А.
Конструкция устройства Sinu-
merik 810D унифицирована с кон-
струкцией преобразователей элек-
троприводов — в качестве преоб-
разователей используют серию мо-
дулей Simodrive 611 digital. После
расширения модулями силовой ча-
сти Simodrive 611 устройство обес-
печивает управление по шести ко-
ординатам. В устройстве Sinumerik
810D предусмотрены шесть входов
измерительных систем, которые
могут использоваться для прямых измерительных систем. Расши-
рение может быть реализовано с платами управления электро-
приводов Simodrive 611.
Системное ПО Sinumerik 810D находится в памяти Flash-EPROM
и является составной частью объема поставки. Устройство Sinumerik
810D имеет следующие характеристики: модуль CCU3 с систем-
ным ПО — 256 Кбайт; NC-память (максимально 2,5 Мбайт); про-
граммируемый контроллер — 96 Кбайт (максимально 288 Кбайт);
интерфейс — цифровая шина ProfiBus DP. Габаритные размеры
блока — 150x480x288 мм, масса — 11,3 кг.
К устройству Sinumerik 810D могут быть подключены следу-
ющие компоненты:
• панель оператора с PCU и станочный пульт;
• кнопочная панель;
• периферия — шина Simatic S7-300; .
• простой периферийный модуль EFP;
• два «маховичка» и два измерительных щупа через распреде-
литель кабеля;
• программатор;
• приводы Simodrive 611 digital;
. двигатели 1FT, 1FK, 1РН, 1FN, 1FE, 1FW и 1LA.
Устройство Sinumerik 840Di — это полностью интегрированная
система ЧПУ. Построенное на базе персонального компьютера,
открытое в аппаратной и программной части данное устройство
115
особенно подходит для распределенных (децентрализованных)
систем автоматизации. Область применения устройства Sinumerik
840Di охватывает как простые (в том числе деревообрабатыва-
ющие) станки с ЧПУ, так и сложные многоосевые станки.
Устройство Sinumerik 840Di состоит из промышленного персо-
нального компьютера (PCU 50), блока MCI-Board и системного
ПО. Через интерфейс ProfiBus DP на MCI-Board подключаются
приводы и периферийные устройства. Цифровая шина ProfiBus
DP с функциональностью MotionControl (тактовая синхрониза-
ция) работает со скоростью передачи данных 12 Мбайт/с.
Программное обеспечение устройства ЧПУ Sinumerik. Вспомо-
гательное ПО Toolbox устройства ЧПУ находится в памяти Flash-
EPROM в блоке ЧПУ и входит в объем поставки. Программное
обеспечение поставляется для токарной и фрезерной обработок и
может загружаться индивидуально, при этом объем ПО опреде-
ляется оператором.
Для быстрого ввода в эксплуатацию в Toolbox имеется по од-
ной программе для контроллера PLC в качестве примера токар-
ной и фрезерной обработок. Все необходимые программы для заг-
рузки включены в объем поставки.
Интегрированный программируемый контроллер PLC может
управлять 64 входами и 64 выходами, свободно программировать-
ся через ПО KOP-Ladder (максимально 4000 операторов). Для
программирования можно использовать ПО PLC-Tool.
Программное обеспечение PLC-Tool — это инструмент про-
граммирования, позволяющий пользователю осуществлять про-
граммирование интегрированного в Sinumerik 802S/802C програм-
мируемого контроллера PLC. Программное обеспечение PLC-Tool
работает в среде Windows (программа Micro-Step). С помощью ПО
PLC-Tool пользователь также может согласовывать или изменять
находящиеся в Toolbox демонстрационные программы, ПО PLC-
Tool используется как инструмент для ввода в эксплуатацию уст-
ройства ЧПУ непосредственно на станке.
Панель оператора ОР 020 может устанавливаться независимо
от других компонентов. Благодаря прочной и компактной конст-
рукции панель ОР 020 может быть установлена в самом удобном
для управления месте. Панель оператора соединяется с блоком
ЧПУ только одним кабелем (максимальная длина 15 м). Через этот
кабель осуществляются коммуникация и питание.
Дополнительно к панели оператора поставляется станочный
пульт МСР, на котором наряду с клавишами управления и пере-
мещения имеются шесть световых клавиш. Свободно программи-
руемым световым клавишам могут быть подчинены соответствую-
щие функции станка.
В табл. 1.11 приведены основные функции системы ЧПУ
Sinumerik.
116
Таблица 1.11
Функции системы ЧПУ Sinumerik
Обозначение функции Функция системы
А Выход
АС Переменный ток
АСОР Выдвинутый сопроцессор
A/D Аналоговый/Цифровой (А/Ц)
AG Контроллер
АН Высота оси
ANA Аналоговая ось
AM Привод асинхронного двигателя
АР Точка управления, точка пуска
AS Сторона вала двигателя
ASM Модуль пуска
ASM Асинхронный двигатель (АД)
ASUP Асинхронная программа
AUTO Автоматический режим работы
AWL Список указаний
BAG Группа режимов работы
BHG Ручной пульт управления
BKS Базовая система координат
BNS Базовая система нулевой точки
BS Сторона датчика двигателя
BTR Устройство считывания с ленты
BTSS Интерфейс панели управления
ecu Компактный блок управления
CDON Обнаружение столкновений (включено)
CNC Компьютеризованная система управления (ЧПУ)
CP Коммуникационный процессор
CPU Процессор (центральный блок обработки данных)
117
Продолжение табл. 1.11
Обозначение функции Функция системы
CSB Центральная эксплуатационная панель
DAU Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)
DB Блок данных
DC Постоянный ток
DDE Обмен динамическими данными
DMP Децентральная машинная периферия
DMS Прямоугольная измерительная система
DNC Непосредственная система ЧПУ
DPR Двухпортовое запоминающее устройство
DRF Дифференциальная функция смещения от маховичка
DRY Пробный пуск подачи
DSP Цифровой сигнальный процессор
E Вход
E/A Входы/Выходы
ECU Экономичный блок управления
EFP Модуль простой периферии
EG Электронный редуктор
EG Устройство расширения
EMV Электромагнитная совместимость
EnDat Кодирующее устройство интерфейса по данным
ENS Настраиваемая система нулевой точки
EP Электронная точка
E/R Управляемый модуль питания/рекуперации
ESR Расширенный останов и отвод
EXE Внешняя электроника формирования импульсов
FB Функциональный блок
FC Вызов функции
FCS Привод шпинделя, компенсация по частоте
118
Продолжение табл. 1.11
Обозначение функции Функция системы
FFS Файловая система Flash
FFT Быстрое преобразование Фурье
FM Функциональный модуль
FOS Интенсивный контроль
Frame Описание трансформаций в декартовом пространстве
FRS Подача (дискретно) для фасок/скруглений
FROM Подача (непрерывно) для фасок/скруглений
FUP Функциональный план
GUD Глобальные переменные пользователя
HGL Действительное значение положения с высоким разрешением
HLA-модуль Модуль для гидравлических линейных приводов
HMI Человекомашинный интерфейс
НРС-ось Высокоточная С-ось
HSA Привод главного движения
HSC Высокоскоростное резание
HT Ручной терминал
IBS Приведение в действие, пуск
IM Интерфейсный модуль
IPO-такт Такт интерполяции
ISA Промышленная стандартная архитектура
JOG Выравнивание (настройка)
KA К-указания (1 КА = 1 024 указаниям)
KOP Контактный план
LCD Жидкокристаллический дисплей (ЖКД)
LMS Линейная измерительная система
LM Линейный масштаб
LR-такт Такт позиционного регулятора
119
Продолжение табл. 1.11
Обозначение функции Функция системы
LT Силовой блок
LUD Локальные переменные пользователя
М Фрезерование
MCI Motion Control-интерфейс
МСР Пульт управления станком
MCS Кодированная система станка
MDA Автоматический ввод данных (manual data automatic)
MDI Ввод данных (manual data input)
MDS Мобильная память данных
MCS Система координат станка
ММС Связь челове к—машина
MPI Многоточечный интерфейс
MSFK Компенсация ошибок измерительной системы
MSTT Станочная панель управления
NC Система числового управления
NCK Ядро ЧПУ
NCU Блок ЧПУ
NE Сетевое питание
NURBS Универсальная интерполяция
ОВ Организационный блок
OEM Фирма—изготовитель комплектного оборудования
ОР Панель оператора
PCIN Программа переноса данных
PCMCIA Плата памяти ПК международной связи
PCU Панель блока управления
PG Программирующее устройство
Р1-служба Служба программного экземпляра
PIT Инструмент параметрирования и пусконаладки
120
Продолжение табл. 1.11
Обозначение функции Функция системы
PLC Программируемый логический контроллер (ПЛК)
PLG Планетарная передача
PPU-MF Многофункциональный защищенный блок питания
PRT Программный тест
РТР Двухпунктовый адрес
PUD Программно-глобальные переменные пользователя
QDS Качественное сохранение данных
Repos Возврат на контур
RISC Сокращенная система команд компьютера
RLG Датчик положения ротора
ROD Круговой инкрементальный датчик
ROV Коррекция с ускоренным ходом
SBH Безопасный рабочий останов
SBL Отдельный блок
SCL Структурный язык управления
SE Безопасный конечный выключатель
SFB Функциональный системный блок
SFC Системные функции
SG Червячная передача
SGS Безопасная сокращенная скорость
SGA Безопасно ориентированный сигнал выхода
SGE Безопасно ориентированный сигнал входа
SH Безопасный останов
SKP Отдельный кадр
SLG Записывающее/Считывающее устройство
SM Сигнальный модуль
SN Безопасный программный кулачок
121
Окончание табл. 1.11
Обозначение функции Функция системы
SPL Безопасная программируемая логика
SPOS Позиционировать шпиндель
S/R Импульс/Оборот
SSFK Компенсация погрешности ходового винта
SSI Последовательный синхронный интерфейс
SVE Электронный усилитель сигнала
SYNACT Синхронное действие
Т Точение
TFT Тонкопленочный транзистор
TG Тахогенератор
TPM Полное производственное обслуживание
TRANSMIT Трансформировать фрезерование в точение
TTL Транзистор, транзисторная логика
UE Нерегулируемый модуль питания
VDI-интерфейс Согласованные сигнальные интерфейсы
VGA Видеографический адаптер
VPM Защитный модуль напряжения
VSA Механизм подачи
wcs Система координат детали
WOP Графическое программирование
WSG Интерфейс датчика углового перемещения
WZ Инструмент
WZEG Задатчик инструмента
WZV Управление инструментом
ZG Центральное устройство
Программируемые контроллеры фирмы Siemens. В состав комп-
лектных систем управления фирмы Siemens входят программиру-
емые контроллеры Simatic S7-300. Программируемые контролле-
ры фирмы Siemens характеризуются высоким быстродействием,
122
имеют компактную конструкцию, допускают увеличение числа
входов/выходов, обладают мощными коммуникационными воз-
можностями, включая работу в сетях. Программируемые контрол-
леры Simatic S7 имеют универсальное назначение и решают зада-
чи автоматизации, позиционирования и управления движением,
обеспечивают логические и арифметические функции, реализуют
интенсивный обмен данными по промышленным сетям. Програм-
мируемые контроллеры Simatic S7 могут комплектоваться широ-
ким спектром модулей расширения, в том числе интеллектуаль-
ными модулями. Интеллектуальные модули снабжены встроенным
микропроцессором и способны выполнять возложенные на них
задачи автономно, разгружая центральный процессор контролле-
ра. Для организации связи с автоматизируемым процессом в ПК
Simatic S7 могут использоваться системы локального и распреде-
ленного ввода/вывода.
В зависимости от типа встроенного процессора ПК имеют опе-
ративную память от 24 Кбайт для процессора PLC CPU 314 до
512 Кбайт для процессора PLC CPU 318-2 DP. Данные ПК имеют
соответственно карточку памяти FEPROM от 16 Кбайт до 4 Мбайт
и карточку памяти RAM от 126 Кбайт до 2 Мбайт.
Программируемый контроллер имеет дискретные модули вво-
да SM 321, рассчитанные на 16 (32) входов постоянного тока
24 В, 16 (32) входов переменного тока 120 В и 8 входов перемен-
ного тока 120/230 В. Программируемый контроллер имеет диск-
ретные модули вывода SM 322, рассчитанные на 16 (32) выходов
постоянного тока 24 В, 0,5 (2) А; 16 (32) выходов переменного
тока 120 В, 0,5 (1) А; 8 выходов переменного тока 120/230 В, 1 А,
а также 8 выходов в виде релейных контактов, рассчитанных на
ток 5 А, и 16 выходов в виде релейных контактов, рассчитанных
на ток 2 А.
Программируемый контроллер имеет аналоговые модули:
• ввода SM 331 для подключения датчиков напряжения и тока,
термоэлементов и термометров сопротивления, рассчитанных на
8 входов;
• вывода SM 332 для подключения аналоговых исполнитель-
ных элементов, рассчитанных на 4 выхода;
• ввода/вывода SM 335 для реализации специальных функций:
компаратор для быстрого сравнения аналоговых сигналов, быст-
рое измерение аналоговых сигналов (время измерения менее 0,5 мс).
Модули SM 335 рассчитаны на четыре входа/выхода.
Программируемый контроллер Simatic S7-300 может оснащаться
коммуникационными модулями СР 343-2 (для подключения к
интерфейсу AS) и СР 343-5 (для подключения к ProfiBus DP).
Электроприводы фпрмы Siemens. Фирма Siemens поставляет
наряду с системами ЧПУ Sinumerik электроприводы переменного
тока для механизмов главного движения и подачи. Фирма Siemens
123
производит как аналоговые, так и цифровые электроприводы.
Структурная схема цифрового асинхронного электропривода для
механизмов главного движения приведена на рис. 1.33.
Электроприводы фирмы Siemens состоят из преобразователей
Simodrive 611, модулей подключения преобразователей к питаю-
щей сети (рис. 1.34), а также исполнительных мехатронных моду-
лей (рис. 1.35, а) и двигателей (рис. 1.35, б). В комплект электро-
приводов фирмы Siemens входят двигатели следующих моделей:
• 1FK6, 1FK7 — синхронные (вентильные) трехфазные двига-
тели с возбуждением от постоянных магнитов для механизмов
подачи с крутящим моментом 1,1... 36 Н-м, максимальной часто-
той вращения до 6 000 мин-1 (двигатели серии 1FK7 имеют ком-
пактное высокодинамичное исполнение);
• 1FT6 — синхронные (вентильные) трехфазные двигатели с
возбуждением от постоянных магнитов для механизмов подачи с
крутящим моментом 0,4... 175 Н-м, максимальной частотой вра-
щения до 6000 мин-1;
• 1LA — стандартные асинхронные двигатели для механизмов
вспомогательных перемещений мощностью 3,7... 100 кВт, мак-
симальной частотой вращения до 3 000 мин-1;
• 1РН4 — асинхронные с системой жидкостного охлаждения
двигатели главного движения мощностью 7,5... 52 кВт, максималь-
ной частотой вращения до 12 000 мин-1;
• 1РН7 — асинхронные с системой воздушного охлаждения
двигатели главного движения мощностью 3,7... 100 кВт, макси-
мальной частотой вращения до 12 000 мин-1;
• 1РН2 — встраиваемые асинхронные с системой жидкостного
охлаждения двигатели главного движения мощностью 7,5...48,1 кВт,
максимальной частотой вращения до 10 000 мин-1;
Рис. 1.33. Структурная схема цифрового асинхронного электропривода
фирмы Siemens для механизмов главного движения
124
Подключение
к сети Simodrive 611
= 24В/48 В
Сетевой
- 3x400 В ФИЛЬТР
- 3x415 В
- 3x480 В
- 3x400 В
- 3x415 В
Сетевой
фильтр
Рис. 1.34. Модули подключения преобразователей Simodrive 611 к пита-
ющей сети
~ 3x400 В
~ 3x415 В
~ 3x480 В
• 1РМ — асинхронные с системой воздушного охлаждения дви-
гатели главного движения мощностью 3,7...27 кВт, максималь-
ной частотой вращения до 12000 мин-1, имеют осевой или ради-
альный вентилятор;
• 1FE1 — встраиваемые синхронные с системой жидкостного
охлаждения двигатели главного движения мощностью 6,3... 97 кВт,
максимальной частотой вращения до 30000 мин-1;
• 1РНЗ — мотор-шпиндели с системой жидкостного охлажде-
ния для токарных станков мощностью 10...48 кВт, максимальной
частотой вращения 7 500 мин-1.
Интеллектуальные мехатронные модули Simodrive POSMO А
фирмы Siemens (рис. 1.36) представляют собой автономные узлы,
в которых конструктивно объединены:
• электродвигатель;
125
Simodrive
POSMO A
Simodrive POSMO CD
Simodrive
POSMO SI
Simodrive POSMO CA
1FK6 1FK7
Асинхронный двигатель
(ILA)
1PH4
1PH2
1FE1
6
a
Рис. 1.35. Мехатронные модули (а) и двигатели (б) фирмы Siemens
126
Рис. 1.36. Интеллектуальный мехатронный модуль
Simodrive POSMO А фирмы Siemens
• силовой преобразователь электропривода;
• система управления электроприводом;
• датчик перемещений (угла поворота);
• контроллер с программируемой памятью;
• интерфейс связи;
• планетарный редуктор;
• стояночный электромагнитный тормоз.
Обмен информацией осуществляется по шине связи (напри-
мер, интерфейс ProfiBus), что делает возможным реализацию рас-
пределенной системы управления станком. В интеллектуальном
мехатронном модуле Simodrive POSMO А автономно реализуются
следующие функции-режимы: абсолютного и/или относительно-
го позиционирования (задаются конечная координата (путь), ско-
рость и ускорение); движения с заданной скоростью; выполнения
временных или логических условий; программирования конечных
выключателей; ограничения рывка; наезда на жесткий упор; ком-
пенсации люфтов и др.
Одноосевой мехатронный модуль Simodrive POSMO SI пред-
назначен для использования в распределенных системах управле-
ния. В состав данного мехатронного модуля входят:
• силовой модуль;
• электроника управления;
• двигатель 1FK6;
• система управления позиционированием;
• узел программного управления с программируемой памятью;
• интерфейс ProfiBus DP.
Комплектные системы управления производством, поставляемые
фирмой Siemens. Комплектное оборудование фирмы Siemens, вклю-
чающее в себя системы ЧПУ, ПК, электроприводы, компьютер-
ные рабочие места, в сочетании с программными продуктами
фирмы Siemens обеспечивает возможность создания высокоэф-
фективной системы управления производством. Данный подход
является примером внедрения информационных технологий в
производство.
Комплект программных продуктов IT-Solution состоит из про-
грамм, обеспечивающих разные функции:
• DNC NT-2000 — объединение в сеть парка станков с ЧПУ;
127
• SinDNC — подключение устройства ЧПУ Sinumerik через сеть
к системе подготовки программ;
• SinTDC — бесконтактная запись и считывание данных инст-
румента из кодоносителей;
• SinTDI / SinTDM — непрерывное обеспечение производства
инструментом;
• WinTPM — обеспечение планового и упреждающего ремонтов;
• WinBDE — прозрачность учета работы станка через данные,
получаемые устройством ЧПУ о работе станка и режимах обра-
ботки;
SinDNC
Возможность подключения
устройства ЧПУ
Sinumerik
через сеть
к системе
подготовки
программ
Рабочее место
технолога
j SinDNC
SinTDC
Бесконтактная запись
и считывание данных
инструмента из кодоносителей
SinTDC
DNC NT-2000
Для объединения в сеть
парка станков с ЧПУ
DNC NT-2000
Server
DNC NT-2000
SinTDM
Server
сотовый
телефон
пг/пк
Производственное
планирование
(SAP R/3)
Управляющий
компьютер
(SinCOM)
SinCOM
WinBDE
WinTPM
SinTDI/
SinTDM
№
SinTDI/SinTDM
Непрерывное
обеспечение
производства
инструментом
WinTPM
Обеспечение
планового
и упреждающего
ремонта
WinBDE
Прозрачность
учета на ЧПУ
через данные
станка и режимы
работы
SinCOM
Обмен управля-
ющими данными
с управляющим
компьютером —
программное реше-
ние для связи
с производством
Рис. 1.37. Комплектные системы управления производством фирмы Siemens
128
• SinCOM — обмен управляющими данными с управляющим
компьютером;
• SAP R/3 — производственное планирование.
Данный комплект программ (рис. 1.37) позволяет проследить
загрузку каждого станка с ЧПУ и его простои. При необходимос-
ти система автоматически вызывает обслуживающий персонал,
передав сообщение на сотовый телефон или по электронной по-
чте. Система может предупредить о плановом или упреждающем
ремонте, а также проследить за ходом его выполнения. Имеется
возможность загрузить станок управляющими программами обра-
ботки деталей по сети, а также реализовать ряд других функций.
Станок, оборудованный устройством ЧПУ Sinumerik, может пе-
редавать данные о своей работе системам планирования ресурсов
и управления производством, что позволяет определить любые
экономические показатели работы станка и качества обрабатыва-
емых на нем деталей.
Устройство ЧПУ серии РА 8 000 NT. Данное устройство ЧПУ
относится к классу промышленных PC. Устройство ЧПУ серии РА
8 000 NT производится фирмой Power Automation GmbH (Герма-
ния). При использовании в данной системе ЧПУ стандартной ма-
теринской платы персонального компьютера (в том числе PC Intel
Pentium) реализуются многофункциональность и максимальная
скорость работы процессора. Тот факт, что в данной системе ЧПУ
используются стандартные платы массового производства (до
500 тыс. в год), гарантирует высокое и постоянное качество. Вы-
бор параметров процессора (несущая частота и тип) зависит от
области его использования.
В конструкции Power Automation использованы специальные
запатентованные оболочки из коррозионно-стойкой стали, на-
дежно защищающие оборудование от самых неблагоприятных ус-
ловий окружающей среды индустриального производства. Это дает
возможность размещать внутри оболочки платы и оборудование,
не предназначенное для тяжелых условий окружающей среды, т.е.
офисное оборудование, выдерживая требования стандарта ЕМС.
В устройстве ЧПУ РА 8 000 NT используется стандартная вер-
сия операционной системы Windows NT, также используется стан-
дартное ПМО, не требующее доработки пользователем и адапта-
ции (первичная обработка параметров, SPC, САМ пакетирова-
ние и т. п.). Поддержка Windows NT осуществляется коммуника-
ционным стандартом TCP/IP, который обеспечивает быстродей-
ствующую коммуникацию и не требует дополнительного ПМО.
Кроме того, имеется возможность осуществлять дистанционно
диагностику и сервис, используя модем и телефонную линию,
включая Internet. Поскольку система Windows NT не имеет воз-
можности работы в режиме реального времени, фирмой Power
Automation разработана специальная внутренняя операционная
5 Босинзон
129
часть — ядро реального времени (РА Real Time Kermel) — еди-
ничный процессор, для которого прекрасно подходят большин-
ство мультипроцессорных систем, его эффективная внутрипро-
цессорная коммуникация осуществляется по шине CPU. Ядро ре-
ального времени обладает очень высоким быстродействием — дис-
кретность обмена сигналами 15 нс.
Быстродействующая, энергоемкая программная часть PLC ха-
рактеризуется высокой степенью интеграции. Обработка инфор-
мации может осуществляться как с собственной частотой систе-
мы ЧПУ, так и в реальном масштабе времени. Программируемый
контроллер PLC и его программные устройства соответствуют стан-
дарту IEC 1131 (МЭК 1131). Программирование может осуществ-
ляться непосредственно с управляющего пульта, кроме того про-
граммы могут разрабатываться на отдельном компьютере. Разра-
ботанные специальные наладочные подпрограммы позволяют эф-
фективно программировать, запускать и поддерживать програм-
мы PLC.
Ввод информации от сенсоров, датчиков и вывод на исполни-
тельные устройства происходит через недорогие элементы соб-
ственной разработки: компоненты дистанционного управления —
входы/выходы РА/Отгоп или через стандартные системы переда-
чи данных по шине InterBus-S, ProfiBus DP, CAN-Bus, ASI-Bus.
При этом используются не требующие доработок шинные интер-
фейсные карты PCI. Высокоскоростная интерфейсная передача
данных реализуется с помощью стандартных компонентов локаль-
ной сети на основе протокола CSMA/CD.
Выход системы ЧПУ осуществляется через стандартный ин-
терфейс Sercos PCI с использованием волоконно-оптического ка-
беля для связи системы ЧПУ с сервоприводами. Одна плата Sercos
осуществляет связь с 16 приводами (осями), используя два воло-
конно-оптических кабеля (по 8 осей на каждый кабель). В качестве
альтернативы могут использоваться платы ISA (каждая на 8 коор-
динат), формирующие аналоговый интерфейсный сигнал ±10 В.
Система может содержать требуемое количество данных плат.
Следует отметить, что с помощью устройств РА для серии пол-
ных циклов и подпрограмм, записанных в C++ , имеется возмож-
ность осуществлять управление в соответствии со специальными
требованиями в области Software Hooks — графическое ПМО.
Пользователи продукции фирмы Power Automation GmbH исполь-
зуют эту часть ПМО в программных трансляторах, геометричес-
ких преобразователях, специальных алгоритмах позиционирова-
ния, компенсационных или специальных интерполяционных ме-
тодах.
С помощью стандартных подпрограмм Microsoft (таких как Visual
C++ 5.0) создание специального ПМО становится простым, бо-
лее дешевым и надежным. Причем, программирование может вы-
130
полниться как на системе ЧПУ, так и на персональном компью-
тере. Данная система управления пригодна практически для лю-
бой системы ЧПУ. Областями ее применения могут быть простые
двухкоординатные поворотные устройства, трехкоординатные
сверлильные и фрезерные станки, пятикоординатные фрезерно-
расточные станки, станки для лазерной резки, сварочные маши-
ны, станки для струйной резки. Этой системой могут управляться
такие сложные машины, как многокоординатные ОЦ, зубофре-
зерные станки, разные виды шлифовальных станков (поверхност-
ная, цилиндрическая шлифовка, шлифовка кулачков и коленча-
тых валов), станки с несколькими лазерными головками, транс-
портеры вращательного или линейного типа, станки для прово-
лочной резки и других видов электрофизикохимической обработ-
ки, т. е. машины многоканального управления. Это могут быть ма-
шины для обработки дерева, камня, текстильные машины, стан-
ки пламенной и плазменной резки, штамповочные и резальные
машины.
Система может компоноваться как самостоятельно располо-
женный программируемый контроллер PLC или как блочный, а
также линейный контроллер. Возможности системы управления
намного превышают требования к системе ЧПУ. Таким образом,
одна система управления может использоваться как на уровне уп-
равления технологическим процессом, так и на более высоком
уровне управления, обеспечивая координацию работы нескольких
машин. В табл. 1.12 приведены технические характеристики ряда ис-
полнений систем ЧПУ РА 8 000 NT, а на рис. 1.38 — гибкое автомати-
зированное производство (ГАП), управляемое системой РА 8 000 NT.
Таблица 1.12
Системы ЧПУ серии РА 8000 NT
Технические характеристики РА 8 000 NT PA 8 000 NTS PA 8 000 NTHS PA 8 000 NTHSB
Основная операционная система Windows NT + РА Real Time Kernel
Визуализация PA Vis
Дисплей с плоским экраном 10,4"(640x480 mm), 12,1"(800 x 600 mm)
Системы шин Sercos, InterBus, ProfiBus DP, CAN-Bus, Ethemet-TCP/IP, Novell
Максимальное число станций ЧПУ 2 2 4 8
Интерфейсы осей (приводов) Аналоговые сигналы, Sercos
131
Окончание табл. 1.12
Технические характеристики РА 8000 NT РА8000 NTS РА8000 NTHS РА8000 NTHSB
Открытая система ядра устройства ЧПУ Посредством компиляционных циклов РА Real Time Kennel
Число кадров, УП/с* (стандарт ISO) 125 250 500 2 000
Максимальная память УП (RAM/HDD) 1 Мбайт/2,4 Гбайт
Максимальное число кад- ров УП динамического буфера памяти 1000
Скорость контроллера PLC 1131-3 на 1 000 команд, мкс 400 200 80 40
Число задач контроллера PLC 4
Максимальная скорость рабочей подачи (при раз- решении 1 мкм), м/мин 240
Максимальное число осей 8 8 16 64
* УП/с — управляющих программ в секунду.
Рис. 1.38. Гибкое автоматизированное производство, управляемое систе-
мой ЧПУ РА 8 000 NT:
1 — обрабатывающие центры; 2 — внутренняя транспортная система; 3 — нако-
пители; 4 — системы проверки; 5 — системы сборки; 6 — системы маркировки;
7 — внешние транспортные системы; <===> — направление движения
132
Серия программируемых контроллеров фирмы Mitsubishi Electric.
На отечественном оборудовании широко применяются програм-
мируемые контроллеры (ПК) производства фирмы Mitsubishi
Electric (Япония). Номенклатурный список образуют ПК следую-
щих серий:
• Alpha (рис. 1.39, а);
• Alpha XL;
• Melsec FX1S (рис. 1.39, б);
• Melsec FX1N;
• Melsec FX2N (рис. 1.39, в);
• Melsec AnSH/QnAS(H) — до 1024 входов/выходов, ОЗУ с
расширением до 2 Мбайт, поддержка до 32 модулей;
• Melsec QnA — до 4 096 входов/выходов, ОЗУ с расширением
до 4 Мбайт, поддержка до 64 модулей;
• Melsec Q — мультипроцессорная система (до четырех процес-
соров) — до 4 096 входов/выходов, встроенная память Flash-ROM
с расширением до 32 Мбайт.
Программируемые контроллеры Alpha имеют следующие пара-
метры:
• встроенный дисплей (четыре строки, десять символов);
• восемь кнопок для управления и программирования;
• до восьми аналоговых входов (0...10 байт, разрешение 8 бит);
• хранение программы в памяти EPROM;
• встроенный календарь и часы реального времени;
• монтаж на DIN-рейку или винтами;
Рис. 1.39. Программируемые контрол-
леры:
а — серии Alpha; б — серии Melsec FX1S;
в — серии Melsec FX2N
в
133
• программирование с помощью встроенного дисплея и кнопок;
• простое программирование и эмулирование работы схемы на
ПК.
В табл. 1.13 приведены технические характеристики ПК Alpha.
Для программирования контроллера используется простой в ос-
воении пакет ПО AL-PCS/WIN-EU с дружественным интерфей-
сом. Данный пакет имеет примеры реализации программ и воз-
можность отладки программы без подключения контроллера, по-
зволяет оператору в короткие сроки освоить программирование
контроллера, не прибегая к услугам программиста, и существен-
но сокращает время на отладку программы. Ограничение DEMO-
версии состоит только в невозможности записать программу в кон-
троллер, а наличие клавиш программирования позволяет опера-
тору ввести отлаженную программу в контроллер. В табл. 1.14 при-
ведены технические характеристики дополнительных блоков ПК
Alpha.
Перечень функциональных блоков, применяемых при програм-
мировании ПК Alpha, приведен в табл. 1.15.
Таблица 1.13
Технические характеристики ПК Alpha
Техническая характеристика Значение характеристики для ПК
AL-6MR-A, AL-10MR-A, AL-20MR-A AL-10MR-D, AL-20MR-D AL-10MT-D, AL-20MT-D
Питание (сеть) АС 100 В/240 В DC 24В
Число входов 4, 6, 12 6, 12
Число выходов 2, 4, 8 4, 8
ит АС 100 В/ 240 В (50/60 Гц) DC 24В
Иных/Аых АС 250 В/8А, АС ПО В/10 А DC 24В/1 А
Тип прибора на выходе Реле Транзистор
Число переключений 100000 (АС 240 В, 8 А), 30000 (АС ПО В, 10 А) —
Число инструкций 22
Память 64 функциональных блока (1 500 байт)
Габаритные размеры, мм 71, 71, 124х х 90x55 124x90x55
134
Таблица 1,14
Технические характеристики дополнительных
блоков ПК Alpha
Дополнительный блок Характеристика дополнительного блока
Тип модулей расширения: AL, ASI, BD Модуль ASI (интерфейс) только для AL-20
Тип дополнительного оборудования: AL-232CAB AL-EPROM AL-FRAME-...-IP40 AL-FRAME-...-IP54 Интерфейсный кабель ПК Alpha Кассета памяти Защитный кожух для ПК Alpha категории IP40 Тоже, IP54
Программное обеспечение: AL-PCS/WIN-EU AL-PCS/WIN-EU-DEMO Программное обеспечение под Windows То же, демонстрационная версия
Таблица 1,15
Функции и их назначение ПК Alpha
Функция Назначение функции *
AND И — операция логического умножения
OR ИЛИ — операция логического сложения
XOR Исключение ИЛИ
NAND И с отрицанием
NOR ИЛИ с отрицанием
NOT НЕ — отрицание
BOOLEAN Разрешение на использование сложного логического выражения
SET/RESET RS-триггер
DELAY Функция задержки
ONE SHOT Одновибратор
PULSE Импульсный выход
135
Окончание табл. 1.15
Функция Назначение функции
FLICKER Генератор импульсов
ALT Изменение текущего состояния выхода — Включение/Выключение
COUNTER Счетчик
COUNTER UP/DOWN Реверсивный счетчик (UP/DOWN)
COMPARE Сравнение: <,>,=,<,>,<>
TIME SWITCH Включение/Выключение по часам реального времени
OFFSET GAIN Регулятор уровня
DISPLAY Отображает произвольный текст, состояние параметров функциональных блоков
ZONE COMPARE Проверка соответствия заданному диапазону
SHMITT TRIGGER Триггер Шмитта
HOUR METER Включение по истечении заданного времени
Программируемый контроллер FX2N. Данная модель ПК имеет
следующие возможности:
• расширение до 256 дискретных входов/выходов и до 8 специ-
альных модулей;
• наличие специальных модулей расширения для ввода анало-
говых сигналов, измерения температуры, скоростного счета им-
пульсов, позиционирования и т.д.;
• подключение к сетям ProfiBus DP, CC-Link, AS-Interface,
Melsec 1/0 Link, DeviceNet;
• хранение программы в EPROM;
• счетные входы до 60 кГц;
• два импульсных выхода до 20 кГц;
• встроенный календарь и часы реального времени;
• дополнительный порт RS232 или RS422/RS485;
• инструкции для работы с плавающей точкой, тригонометри-
ческие функции;
• до 40 встроенных ПИД-регуляторов1 с возможностью само-
настройки;
1 ПИД-регулятор — пропорционально-интегрально-дифференциальный ре-
гулятор.
136
• встроенный протокол PPN RS485 на восьми ПК FX;
• для обмена с компьютером сеть RS485 CompuLink — 16 ПК
FX;
• монтаж на DIN-рейку или крепление винтами;
• программирование с помощью FX-PCS/WIN, GX IEC
Developer (FX), GX Developer (FX).
Программируемые контроллеры серии FX Moiyr оснащаться
следующими блоками:
• АЦП — позволяет провести преобразование аналоговой ве-
личины в цифровое значение;
• аппаратный высокоскоростной счетчик импульсов FX2N-1HC
(два встроенных транзисторных выхода могут переключаться не-
зависимо один от другого, что обеспечивает возможность реали-
зации функции компаратора) — может использоваться как коль-
цевой счетчик импульсов;
• модуль позиционирования FX2N-1PG-E — одноосный мо-
дуль позиционирования для управления шаговыми и серводвига-
телями (обеспечивает работу в абсолютных и относительных ко-
ординатах, имеет семь встроенных функций для равномерного дви-
жения, остановки, регулирования скорости и т.д.);
• модуль позиционирования FX2N-10GM/FX2N-20GM — пред-
назначен для управления шаговыми и серводвигателями по одной
или двум осям кроме функций, которые обеспечивает одноосный
модуль; данный модуль обеспечивает также линейную и круговую
интерполяцию;
• интерфейсный блок FX0N-232ADP — предназначен для под-
ключения к контроллерам (обмен информацией с внешним уст-
ройством организуется с помощью команды RS; для подключе-
ния к контроллеру требуются конвертеры).
Панели оператора предназначены для отображения состояния
технологического процесса и внесения изменений в его ход. Во
многих случаях применение панелей оператора способно полно-
стью заменить пульт управления. Взаимодействие оператора и ма-
шины происходит при помощи текстовых или графических экра-
нов, снабженных необходимыми комментариями. Состояние про-
цесса может отображаться в статическом и динамическом режи-
мах. Возможно представление значений параметров в аналоговом
и графическом видах. В особых случаях внимание оператора можно
привлечь звуковым сигналом и миганием сигнальных светодиодов.
Для облегчения процедуры задания параметров технологического
процесса можно использовать готовые рецепты. Рецепт — это на-
бор параметров, в которых хранятся настройки для определенно-
го режима работы. Рецепты можно формировать и сохранять в
процессе работы. Панель оператора позволяет разделить обслужи-
вающий персонал на группы, при этом каждая группа получает
доступ только к своей части информации. Для разделения прав
137
Характеристики сетей для программируемого
Сеть Вид сети* FX AnSH, A, QnA Q Mac E PC
RS485 + Master Master Master — Master
ProfiBus DP + Slave Master Master Slave Slave
ASI + Master Master Master — —
Ethernet 10 base 5 + — + + — +
Ethernet 10 base 2 + — + + + +
Ethernet 10 base T (UTP) + — + + +
DeviceNet + Slave Master Master — +
PPN (RS485) — Master — — +
CompuLink (RS485) — + — — Master Master
Melsec 1/0 Link — Master Master — — —
CC-Link — Master Master Master Slave Slave
MelsecNet/10 — — Master Master — Slave
MelsecNet(II) — — Master — — Slave
MelsecNet/B — — Master — —- —
MelsecNet/Mini — Slave Master — — —
* Открытая (+) и закрытая (—) сети.
** В скобках приведены данные для улучшенных модификаций.
138
Таблица 1.16
контроллера фирмы Mitsubishi Electric
Всего станций (сегмент) Двойные удаленные модули Макси- мальная зона дей- ствия**, км Скорость передачи сигнала**, Кбайт/с Топология Кабель
32 Есть 1,5 (4,5) 19,2 Линия Витая пара
60 (32) 4-16 1,2 (4,8) 93 (12 000) То же
31 4-8 0,1 (0,3) 167 Дерево Плоский ко- дированный
500 (ЮО) — 0,5 (2,5) 10000 Линия Толстый ко- аксиальный
150 (30) — 0,19 10000 » Тонкий ко- аксиальный
— — 0,1 (0,42) 10000 Звезда DAT5 (витая пара)
64 Есть 0,65 500 Линия с отводами Витая пара
8 — 0,5 (1,5) 38,4 Линия Тоже
16 — 0,5 19,2 » »
16 0,2 156 Дерево
64 — 1,2 156 Линия
255 Есть До 30 До 20000 Дублиро- ванное кольцо Коаксиальный или волокон- но-оптический
65 Есть До 10 1200 • Тоже Тоже
32 — 1,2 125 (1000) Линия Витая пара
64 — До 10 1500 Кольцо Витая пара или волокон- но-оптический
139
доступа используется многоуровневый пароль. Протоколировать
работу системы управления можно с помощью сообщений, от-
правляемых на принтер. Если используемое в технологическом
процессе оборудование находится на удалении одно от другого,
то панели можно объединить в сеть.
Программирование. Все ПК фирмы Mitsubishi Electric могут быть
запрограммированы от персонального компьютера через встроен-
ный интерфейс RS422. Этот же порт позволяет осуществлять кон-
троль за работой ПК в режиме отладки программы, а также под-
ключать панель оператора серий МАС или GOT.
FX-PCS- WIN — пакет ПО, предназначенный для программи-
рования ПЛК Melsec FX. Данный пакет имеет встроенные сред-
ства мониторинга. Программирование осуществляется на языке
релейно-контактных схем (Ladder Diagram), последовательных
функциональных схем (Sequential Function Chart), инструкций
(Instruction List). Программа FX-PCS/WIN может работать под
управлением Windows 95/98 и Windows NT.
GXIEC Developer — пакет ПО, предназначенный для програм-
мирования ПК Melsec от FX1S до Q25H. Программное обеспече-
ние GX IEC Developer полностью поддерживается стандартом IEC
1131.3, имеет встроенные средства мониторинга, структурирован-
ные программы. Программирование осуществляется на языке ре-
лейно-контактных схем (Ladder Diagram); функциональных бло-
ковых диаграмм (Functional Block Diagram); последовательных функ-
циональных схем (Sequential Function Chart); структурированного
текста (Structured Text); инструкций (Instruction List). Имеется воз-
можность изменения программ в режиме «on line».
GX Developer — ПО, с помощью которого можно моделиро-
вать работу программы, не загружая ее в ПК. Пакет предназначен
для программирования ПК Melsec от FX1S до Q25H, имеет встро-
енные средства мониторинга. Программирование осуществляется
на языке релейно-контактных схем, последовательных функцио-
нальных схем и инструкций. Через фильтры импорта ПО совмес-
тимо с интерфейсами GX IEC Developer; GPP-A, GPP-Q; Melsec
MEDOC; FX-PCS/WIN.
В табл. 1.16 приведены характеристики сетей для ПК фирмы
Mitsubishi Electric.
1.9. Перспективные направления развития систем
программного управления, промышленные
персональные компьютеры
Перспективные направления развития систем программного
управления определяются их преимуществами. Далее будут рас-
смотрены основные из них.
140
Широкое использование современных компьютерных технологий.
Перспективные устройства ЧПУ базируются на современной ком-
пьютерной технологии промышленного уровня. Основу перспек-
тивных систем составляют персональные компьютеры. Использо-
вание PC-совместимой материнской платы и операционной сис-
темы Windows NT позволяет конструировать устройства ЧПУ на
базе широко применяемых во всем мире компьютерных компо-
нентов. Устройства поддерживаются доступным и интуитивно по-
нятным человеко-машинным интерфейсом. Жесткий диск боль-
шой мощности многократно расширяет память управляющих тех-
нологических программ. Внешняя связь с устройством ЧПУ мо-
жет быть обеспечена как с помощью простого последовательного
интерфейса, так и посредством локальной сети. В перспективных
устройствах ЧПУ применяется устройство РА Real Time Kermel,
которое гарантирует быструю реакцию управления в соответствии
с требованиями технологического процесса обработки.
Открытая архитектура устройств ЧПУ. Устройства ЧПУ,
основанные на открытой архитектуре, могут интегрировать про-
граммное обеспечение пользователя, учитывая специфику требо-
ваний конкретного применения системы. Специальные системы
программирования позволяют осуществлять реализацию откры-
той архитектуры без ограничений на использование любых до-
полнительных аппаратных средств и ПО на основе стандартной
шины PC. Применение в перспективных устройствах ЧПУ интег-
рированного стандартного контроллера обеспечивает открытость
программ электроавтоматики. Перспективной системе ЧПУ дос-
тупны разные языки на основе списка инструкций, диаграмм,
функциональных блоков, структурированного текста.
Высокая точность. Перспективные устройства ЧПУ должны от-
вечать растущим требованиям промышленности по увеличению
производительности, повышению точности и качества обработки
поверхностей. В таких устройствах устройства ЧПУ используются
решения, обеспечивающие компенсацию возмущающих воздей-
ствий процесса обработки и погрешностей станочной кинемати-
ки, а также погрешностей, связанных с изменением окружающей
среды (температуры, влажности, колебания питающего напряже-
ния и т.д.). Адаптивная система управления перемещением по ко-
ординатам (осям) устраняет резонансные явления. Данная систе-
ма автоматически определяет оптимальные параметры настройки
регуляторов по каждой координате. Система компенсирует ошиб-
ку регулирования в реальном масштабе времени.
Высокоскоростная обработка. Современной тенденцией техно-
логии металлообработки является высокоскоростная обработка.
Перспективные устройства ЧПУ должны обеспечивать высокоточ-
ное управление перемещением по координатам со скоростью до
60 м/мин и более, частотой вращения шпинделя 40000 мин-1 и
141
более. Для высокоскоростной обработки необходим предельно ко-
роткий цикл кадра программы. Перспективные устройства ЧПУ
обеспечивают анализ в реальном времени до 100 управляющих
кадров программы.
Интерфейс оператора. Интерфейс перспективного устройства
ЧПУ обеспечивает высокую степень удобства для оператора. Со-
временный оконный интерфейс предоставляет оператору инфор-
мацию о предыдущих и последующих циклах. Интерфейс может
использовать систему проектирования САМ. С помощью этой си-
стемы возможно реализовать режим экранного моделирования
обработки.
Для реализации процесса экранного моделирования интерфейс
предоставляет оператору банки данных инструментов, материа-
лов и производственных циклов. Возможно дополнение информа-
ции в банки данных. Оператор имеет возможность корректировать
программу вручную. Обработка заготовки выполняется по завер-
шении процесса экранного моделирования.
Диагностика и наладка. В перспективных устройствах ЧПУ ре-
дактор станочных параметров и логический анализатор облегчают
и упрощают установку, настройку и обслуживание системы уп-
равления.
Использование информационных технологий в управлении стан-
ками с ЧПУ. Применительно к станкам с ЧПУ информационные
технологии содержат два основных блока: один о состоянии эле-
ментов станка и процесса обработки на нем, а другой об инфор-
мации, используемой в процессе подготовки управляющих про-
грамм и реализации системы группового управления станками.
Информационные инновации в первом блоке решают следую-
щие основные задачи контроля:
• нормального функционирования всех узлов и устройств станка;
• целостности инструмента;
• процесса резания с реализацией адаптивного управления про-
цессом;
• температурных деформаций несущей системы элементов и
устройств станка, влияющих на точность обработки с выдачей
информации для коррекции управляющей программы;
• точности обработки с автоматической сменой инструментов
и (или) выдачей информации для коррекции управляющей про-
граммы.
В результате решения этих задач обеспечиваются повышение
на 10...20% коэффициента технического использования станка,
оптимизация процесса резания с повышением производительно-
сти по съему металла на части операций на 20... 30 %, повышение
точности обработки, возможность реализации «безлюдной» тех-
нологии со своевременной сигнализацией для вмешательства об-
служивающего персонала.
142
Решение перечисленных задач обеспечивается оснащением стан-
ка комплектом соответствующих датчиков и измерительных уст-
ройств и разработкой специального математического обеспече-
ния устройства ЧПУ с учетом особенностей конкретных станков.
Информационные инновации во втором блоке обеспечивают
решение следующих основных задач:
• переход от бумажного документооборота к прямому исполь-
зованию цифровой информации об изделии на всех стадиях его
жизненного цикла, от концептуальной модели изделия до конст-
рукторской и производственно-технологической баз данных об
изделии;
• создание эксплуатационной базы данных об изделии и т.д.;
• использование интегрированных систем проектирования и
технологической подготовки производства;
• стандартизацию способов и форматов представления разно-
родной цифровой информации об изделии с целью обеспечения
возможности ее использования разными компьютерными систе-
мами;
• переход к использованию цифровой подписи при согласова-
нии, утверждении и приемке.
В перспективе изготовление конкретной продукции может быть
связано с взаимодействием нескольких предприятий по исполь-
зованию информационных технологий. Возможны кооперация
предприятий в ходе выполнения сложных проектов, интенсифи-
кация обмена цифровой информацией между предприятиями,
организация «виртуальных» предприятий — временных объеди-
нений, создаваемых на период выполнения проекта и действую-
щих в едином информационном пространстве на основании сис-
темы соглашений и стандартов.
Для решения задач внедрения информационных технологий в
металлообработку с применением станков с ЧПУ требуется раз-
работка и утверждение комплекта нормативно-технической доку-
ментации (рекомендаций по стандартизации, ГОСТов), регламен-
тирующих:
• способы электронного представления данных об изделиях (на
основе международных стандартов ISO 10303 (язык STEP), ISO
8879 и др.);
• автоматизированный обмен технической информацией (на
основе MIL-STD-1840 (стандарт США));
• требования к технической документации в электронном виде.
Для перспективного управления требуется создание и приме-
нение специальных программных средств и программно-техни-
ческих комплексов для следующих целей:
• электронное представление и сопровождение на всех стадиях
жизненного цикла конструкторских, технологических, производ-
ственных и эксплуатационных данных об изделиях;
143
• электронное представление и сопровождение данных о тех-
нологической среде предприятия;
• электронное представление и сопровождение данных о каче-
стве продукции;
• создание интерактивных электронных технических руководств;
• автоматизированное проектирование, конструирование и тех-
нологическая подготовка производства, включая подготовку уп-
равляющих программ для станков с ЧПУ (системы CAE/CAD/
САМ), и т.д.
Использование информационных технологий предусматривает
наличие локальных вычислительных сетей, поддерживающих ин-
тегрированную информационную среду предприятия, и примене-
ние глобальной информационной сети Internet для создания «вир-
туальных предприятий» и организации взаимодействия между за-
казчиками и потребителями, а также для электронной коммерции.
Контрольные вопросы
1. Что такое программное управление станками?
2. Какие различия у контурных и позиционных устройств ЧПУ?
3. Каковы особенности систем ЧПУ с замкнутым и разомкнутым кон-
туром?
4. Что такое устройство ЧПУ класса CNC?
5. Назовите основные виды систем автоматического управления стан-
ками.
6. Охарактеризуйте этапы развития станков с ЧПУ. Как обозначают
станки с ЧПУ?
7. Каковы основные преимущества станков с ЧПУ по сравнению со
станками с ручным управлением?
8. Каковы основные виды автоматизированного оборудования с ЧПУ
и области их применения?
9. Как классифицируются системы ЧПУ по технологическому назна-
чению и каковы их основные функциональные модули?
10. Какие системы ЧПУ применяются для управления ОЦ?
11. Что такое микропроцессорная система?
12. Какие вы знаете языки низкого и высокого уровня?
13. Охарактеризуйте методы подготовки управляющих программ. На-
зовите основные символы кодирования информации в программном
обеспечении.
14. Каково назначение систем CAD/CAM, шин связи и протоколов
обмена информацией?
15. Каковы области применения программируемых логических кон-
троллеров и что обеспечивается при их применении?
16. На каких языках можно программировать программируемые логи-
ческие контроллеры?
17. Какие функции выполняет центральная ЭВМ в системе группово-
го управления станочными комплексами и каковы способы пополнения
библиотеки УП?
144
18. Что такое АСТПП?
19. Каковы особенности открытых систем управления?
20. Как обозначается степень защиты оборудования от внешних фак-
торов и какие основные виды защит обеспечивает система управления?
21. Назовите основные требования, предъявляемые к электрической
сети, питающей систему управления?
22. Что такое ОЗУ системы управления?
23. Какие основные виды электроприводов станков с ЧПУ вы знаете
и какие особенности имеет электропривод механизмов подачи станков с
ЧПУ?
24. Каким электрическим сигналом управляется аналоговый электро-
привод от системы ЧПУ и какие основные сигналы поступают от элек-
тропривода в систему ЧПУ?
25. Каковы принципы действия кругового и линейного оптических
(фотоимпульсных) датчиков?
26. Какие классы точности преобразователей перемещения вы знаете?
27. Что такое индуктосин и каков принцип его действия?
28. Каковы основные технические характеристики и особенности уст-
ройства ЧПУ серии «МИКРОС»?
29. Каковы основные технические характеристики и особенности уст-
ройств ЧПУ серий FMS-3000, NC-110 и -210?
30. Каковы возможности модернизации устаревших моделей устройств
ЧПУ?
31. Каковы основные технические характеристики и особенности элек-
троприводов серии «Вектор»?
32. Каковы основные технические характеристики и особенности уст-
ройств ЧПУ серий NCT 2000, NCT 100, Sinumerik 802S и РА 8 000 NT?
33. Каковы основные технические характеристики и особенности про-
граммируемых контроллеров фирмы Siemens и Mitsubishi Electric?
34. Каковы основные тенденции развития устройств ЧПУ станков?
35. В чем заключаются преимущества унификации устройств ЧПУ с
персональными компьютерами и как используются информационные
технологии в управлении перспективными станками с ЧПУ?
36. Каковы возможности универсальных систем ЧПУ?
37. Каковы основные режимы и операции устройства ЧПУ и какие
функции устройство ЧПУ выполняет в автоматическом режиме?
ГЛАВА 2
ЭКСПЛУАТАЦИЯ УСТРОЙСТВ ЧПУ
2.1. Обзор функций устройств ЧПУ
Современные устройства ЧПУ обладают большим числом функ-
ций, позволяющих проводить качественную настройку и после-
дующую обработку на станке с ЧПУ. Далее рассматривается струк-
тура типовых функций технологических режимов, наиболее часто
используемых в станках с ЧПУ.
Смена инструмента. Обычно операция смены инструмента
проводится для цепных, дисковых и плоских магазинов в два эта-
па: 1) Т-команда — поиск инструмента в магазине; 2) М-коман-
да — замена инструмента в шпинделе. Для револьверных магази-
нов (головок) на токарных станках смена инструмента выполня-
ется только с помощью Т-команды.
Шпиндель. Задание скорости (частоты) вращения шпинделя
может осуществляться как в аналоговом (сигнал ±10 В), так и в
цифровом виде. Программа может также корректировать величи-
ну заданной скорости в пределах 0...200 %. Переключение ступе-
ней редуктора может осуществляться через основную программу
(команды М41 —М45) или через запрограммированную скорость
шпинделя (команда М40). Переключение ступеней редуктора про-
исходит по следующему циклу: снижение скорости до минималь-
ной («ползучей»), расцепление одной передачи и зацепление дру-
гой передачи редутора, разгон шпинделя до заданной скорости
на новой механической ступени редуктора. Управление шпинделя
обеспечивает также режим ориентированного останова шпинделя
(позиционирование).
Контроль работы шпинделя осуществляется с помощью следу-
ющих функций:
• соответствие заданной и фактической скоростей шпинделя
(выход в заданный режим);
• достижение «ползучей» скорости (л < лтЬ1);
• достижение максимальной скорости;
• программируемые нижнее (G25) и верхнее (G26) ограниче-
ния скорости шпинделя;
• выход в заданную позицию (ориентация шпинделя).
146
Программным способом можно реализовать специальные ре-
жимы работы шпинделя, например:
• команда G96 — режим постоянства линейной скорости ре-
зания (м/мин) (при изменении скорости вращения шпинделя
плоскошлифовального станка по мере износа шлифовального
круга);
• команда G33 — режим нарезания резьбы с постоянным ша-
гом (позволяет изготавливать цилиндрические, конические, одно-
ил и многозаходные правые или левые резьбы);
• команда G63 — режим нарезания внутренней резьбы с ком-
пенсирующей оправкой, которая поглощает возникающие разно-
сти хода между движением шпинделя и осью сверления;
• команды G331/G332 — то же, без компенсирующей оправки.
Контроль концевых выключателей. Через интерфейс програм-
мируемого контроллера аппаратные концевые выключатели стан-
ка подают информацию на цифровой вход. Торможение происхо-
дит как аварийное, при этом система разрешает движение по ко-
ординате в противоположном направлении.
Перед аппаратными концевыми выключателями располагают-
ся программные концевые выключатели, которые активизируют-
ся только после выхода координаты за пределы ограничения ра-
бочего поля. Последовательность расположения программных и ап-
паратных средств следующая: за ограничителем рабочего поля
находятся программный концевой выключатель, аппаратный кон-
цевой выключатель, аварийный концевой выключатель и, нако-
нец, механический упор.
Смещение нулевой точки. В станках с ЧПУ используется право-
вращательная прямоугольная (декартова) система координат (см.
рис. 1.4). В ПО определены следующие системы координат:
• стандартная система коорди-
нат станка, образованная из всех
имеющихся осей станка;
• базовая система координат,
состоящая из трех декартовых осей
(геометрические оси), а также из
других осей без геометрической свя-
зи (дополнительные оси);
• базовая система нулевой точ-
ки и внешнее смещение нулевой
точки;
• настраиваемая система смеще-
ния нулевой точки;
• система координат детали.
Смещение нулевой точки позво-
ляет вести отсчет не от нулевой
точки станка, а от нулевой точки
Рис. 2.1. Обработка внешних
углов с переходом по окружно-
сти или эллипсу:
1, 3 — переходные окружность и
эллипс; 2 — эквидистанта
147
Рис. 2.2. Интерполяция винтовых
линий (резьбонарезание профиль-
ной резьбой):
X, Y, Z — оси координат
детали, что в ряде случаев упро-
щает программирование.
Траектория обработки вне-
шних углов контура. В программе
обработки детали можно выбрать
один из трех вариантов обвода
внешних углов контура (рис. 2.1):
радиус перехода — окружность,
радиус перехода — эллипс, точ-
ку пересечения эквидистант.
Интерполяция. Отработка
программы движения по конту-
ру последовательно отдельными
участками (кадрами) называется интерполяцией. При линей-
ной интерполяции участки между дискретными координатами
представляются прямой линией, расположенной в пространстве в
соответствии с траекторией движения режущего инструмента.
Круговая интерполяция предусматривает представление учас-
тка контура обработки в виде дуги соответствующего радиуса. Воз-
можности современных устройств ЧПУ позволяют обеспечить
интерполяцию путем описания участка контура сложным ал-
гебраическим уравнением.
В сложных устройствах ЧПУ возможна интерполяция, соответ-
ствующая полиному третьей степени
Др) = а0 + aip + а2р2 + а3р3
или полиному пятой степени
Др) = а0 + а{р + а2р2 + <з3р3 + а4р* + а5р5,
где а0 — конечная точка предыдущего кадра; ai — рассчитываемая
конечная точка действительного кадра; а2—а5 — коэффициенты,
рассчитанные по программе.
При помощи полиномной интерполяции могут создаваться
разнообразные формы, соответствующие прямым, параболичес-
ким и степенным функциям.
Интерполяция винтовых линий (рис. 2.2). При простом изготов-
лении внутренней или внешней резьбы с помощью профильной
фрезы или для фрезерования смазочных канавок целесообразна
винтовая интерполяция. При этом винтовая линия складывается
из двух видов движений: кругового в одной плоскости и линейно-
го перпендикулярно этой плоскости.
В данном случае может программироваться или подача круго-
вого движения, или линейная подача трех используемых коорди-
нат (осей) станка.
148
2.2. Программное обеспечение
В гл. 1 рассматривались вопросы программного обеспечения кон-
кретных промышленных серий систем ЧПУ российского и зару-
бежного производства. Далее будут рассмотрены некоторые широ-
ко применяемые программные продукты.
Специализированные программные продукты для комплексной
автоматизации. Для решения комплексных задач, объединяю-
щих черчение, моделирование, написание технологических про-
цессов, программирование устройств ЧПУ, разработаны специ-
ализированные программные продукты, построенные на базе
систем CAD/CAM. Программные продукты, предназначенные для
комплексной автоматизации подготовки производства, являют-
ся интегрированными CAD/CAM системами и, как правило,
предоставляют пользователю единое проектно-конструкторско-
технологическое пространство. Входящие в них компоненты
подчинены главной цели и подобраны таким образом, чтобы
обеспечить максимальную эффективность сквозных процессов
проектирования.
Система ADEM. В первую очередь интегрированные системы
CAD/CAM обеспечивают совмещение плоского и объемного мо-
делирования с системой технологической подготовки производ-
ства. Система ADEM ориентирована на реализацию данной зада-
чи и разделена на три основных модуля:
• ADEM-CAD использует гибридное объемное моделирование.
В модуле имеется набор функций как для твердотельного, так и
для поверхностного моделирования. Методы могут быть примене-
ны к любому объекту, независимо от способа его создания. Эта
универсальность позволяет применять модуль ADEM-CAD для
моделирования изделий машиностроения, авиа- и судостроения
и для инструментального производства на этапах конструкторской
и технологической проработки;
• ADEM-CAM обеспечивает составление ПО станков (проектиро-
вание программ обработки конкретных деталей). Использование
этого модуля позволяет ориентироваться на все многообразие гео-
метрических элементов: тела, грани, ребра, плоские элементы и т.п.;
• ADEM-TDM решает задачи выпуска- технической докумен-
тации. Работая в единой среде с чертежно-графической частью,
этот модуль позволяет быстро и эффективно оформлять конст-
рукторскую спецификацию, карты технологического процесса с
операционными эскизами для любого вида производства (меха-
ническая обработка, сборка, сварка и пр.). Модуль ADEM-TDM
позволяет также оформлять всевозможные ведомости и докумен-
ты, соответствующие всему процессу проектирования. Модуль
может обеспечить функции системы управления и планирова-
ния производственных процессов. Особенностью работы в систе-
149
ме ADEM является использование единого пространства 2D/3D.
Принципиально новые возможности работы с геометрическими
параметрами обеспечило появление твердотельных моделей. На
их основе можно получать данные о топологии детали и автома-
тически определять такие технологические параметры, как глу-
бина обрабатываемого элемента, угол наклона стенки, тип от-
верстия и др., система имеет возможность самостоятельно опре-
делять часть параметров.
Новая версия CAD/CAM/CAPP позволяет не только автома-
тизировать, но и координировать весь процесс подготовки произ-
водства от проектирования и конструирования до выхода готовых
изделий. Поэтому в интегрированной системе добавилась новая
важнейшая составляющая — автоматизированное планирование
производственных процессов. При реализации единого пользова-
тельского интерфейса обеспечивается проектирование всего тех-
нологического процесса. В этом случае в единый процесс входят
подготовка ПО для станков с ЧПУ, разработка операций на уни-
версальном оборудовании и выполнение вспомогательных опера-
ций. В одном пространстве объединяется работа технолога и тех-
нолога-программиста. Данное преимущество позволяет более гиб-
ко использовать систему ADEM в технологическом проектирова-
нии, что дает возможность:
• представить технологический процесс как единое целое;
• спроектировать несколько операций и создать несколько про-
грамм для станков с ЧПУ в пределах одного маршрута;
• обеспечить для технолога-программиста доступ ко всем биб-
лиотекам нормативно-справочной базы данных оборудования,
приспособлений, инструмента и т.д.;
• проводить расчеты режимов резания и норм времени на все
операции технологического процесса и, как итог, расчет времени
изготовления детали в целом с учетом времени работы и станков
с ЧПУ, и универсального оборудования;
• создавать комплект технологической документации, включая
карты наладки на каждую операцию.
Единое конструкторско-технологическое пространство систе-
мы ADEM открывает для технологов, конструкторов оснастки и
программистов систем ЧПУ прямой доступ не только к конструк-
торской документации, но и к модели изделия. В этих условиях не
требуется заново задавать технологические переходы и параметры
при изменении модели. Геометрические параметры и технология
в системе связаны, т. е. автоматически вносятся изменения в УП
при переходе на новую модель изделия.
Комплекс программных продуктов T-FLEX 8. Интегрированные
решения по автоматизации технической подготовки производства
на станках с ЧПУ можно реализовать с помощью программного
комплекса T-FLEX 8 (рис. 2.3, 2.4). Данный комплекс позволяет
150
Рис. 2.3. Программное обеспечение T-FLEX 8:
а — от трехмерной сборной конструкции к сборочному чертежу, деталировкам и
спецификации; б — от трехмерной модели детали к чертежам и спецификациям
полностью автоматизировать процесс подготовки производства,
он охватывает все процессы современной системы автоматизиро-
ванной подготовки производства (САПР):
T-FLEX CAD 2D — автоматизация черчения и параметричес-
кое проектирование (CAD 2D);
T-FLEX CAD 3D — трехмерное твердотельное параметриче-
ское моделирование (CAD 3D);
T-FLEX NC Tracer — подготовка управляющих программ и
имитация обработки (САМ);
T-FLEX/Euler — динамический анализ механических систем
(САЕ);
Рис. 2.4. Подготовка и наладка программы T-FLEX 8’
а — подготовка управляющей программы (T-FLEX ЧПУ) (правый верхний угол —
виртуальный трехмерный вид детали; слева — схема движения инструмента по
программе обработки; внизу — покадровый комментарий программы обработки
детали); б — имитация обработки на станке с ЧПУ (T-FLEX NC Tracer) (анима-
ционное покадровое отображение процесса обработки в текущий момент с изобра-
жением инструмента)
151
Т-FLEX /ТехноПро — автоматизация проектирования процес-
сов (САРР);
T-FLEX DOCs — управление проектами и техническими доку-
ментами (система управления данными об изделии) (PDM).
В системе CAD 2D имеются следующие основные функции:
современный интерфейс; непараметрическое черчение в соответ-
ствии с ЕСКД; объектные привязки; любые типы линий и штри-
ховок; полный набор команд оформления; создание сборок из
отдельных фрагментов; автоматическое и ручное создание специ-
фикаций и ведомостей; библиотеки стандартных и специальных
элементов.
Основные функции в системе CAD 3D следующие: современ-
ное ядро трехмерного моделирования (Parasolid, EDS), определя-
ющее базовую функциональность операций моделирования; со-
временный интерфейс; все основные операции твердотельного
моделирования; работа с листовым материалом; создание сборок
из отдельных фрагментов; построение точных проекций по трех-
мерным моделям; создание фотореалистических изображений,
анимация сборочных моделей; библиотеки стандартных и специ-
альных элементов.
Специализированные системы ЧПУ и специализированный про-
граммный продукт. Для обработки изделий на электроискровых
координатно-прошивочных и проволочно-вырезных электроэро-
зионных станках фирмой Sodick (Япония) разработана специали-
зированная система ЧПУ 3D-LQ (рис. 2.5). Новая система ЧПУ
построена на базе промышленного PC Pentium 4 с операционной
системой Windows ХР. Система обеспечивает трехмерную графику
3D. Для данной системы ЧПУ разработан специализированный
программный продукт. Структура ПМО приведена на рис. 2.6 Про-
граммно-математическое обес-
печение включает в себя CAD/
САМ программу Q3vic Solution,
которая осуществляет обмен
данными с трехмерной САПР,
введенными в систему, анали-
зирует геометрические парамет-
ры обрабатываемой детали и,
работая вместе с программой LQ
Assist, с высокой точностью ав-
томатически оптимизирует все
параметры обработки на элект-
роэрозионных станках.
Важным достоинством про-
граммы Q3vic Solution является
возможность обработки самых
сложных деталей операторами,
Рис. 2.5. Система ЧПУ 3D-LQ фир-
мы Sodick (общий вид панели опе-
ратора с включенным монитором)
152
• Черновая тф площадь проекции
обработка поверхности
• Чистовая площадь
обработка поверхности
• Импорт данных
о поверхности
с трехмерной
модели из САПР
• Определяет расстояние
между электродом
и деталью (по глубине)
Рис. 2.6. Структура программно-математического обеспечения электро-
эрозионной обработки на станках фирмы Sodick
имеющими начальную квалификацию. Использование программы
Q3vic Solution обеспечивает простоту управления, быструю налад-
ку программы, уменьшает вероятность ошибки оператора, повы-
шает качество обработки и производительность станка на 40 %.
Обеспечивая реализацию технологии обработки на электроэро-
зионном станке, программа Q3vic Solution:
• импортирует трехмерную твердотельную модель непосред-
ственно в САПР и автоматически рассчитывает всю поверхность
электроэрозионной обработки;
• непрерывно оценивает наименьшее расстояние между электродом
и деталью и автоматически рассчитывает межэлектродный зазор;
• автоматически выбирает оптимальные режимы обработки,
исходя из требуемого качества поверхности;
• обеспечивает максимально возможные'показатели обработки,
а также поддерживает стабильность и эффективность в течение
всего процесса независимо от квалификации и опыта оператора.
2.3. Панель оператора устройств ЧПУ
Важным элементом управления станка с ЧПУ является панель
оператора, с помощью которой оператор может выполнять рабо-
ту на станке с ЧПУ в трех режимах:
153
• режим ручного управления предусматривает ручное управле-
ние координатами и шпинделем станка, настройку станка (об-
ратное позиционирование, движение с помощью «маховичка»,
смещение нулевой точки системы управления);
• режим покадровой обработки позволяет вводить отдельные
программные кадры или последовательность кадров, а также со-
хранять в основной программе протестированные кадры (режим
обучения);
• режим автоматической обработки обеспечивает обработку
детали по программе в автоматическом режиме.
Практически все виды работ, связанных с подготовкой к обработ-
ке детали на станке, контролем выполнения режимов обработки,
состояния инструмента, узлов и элементов станка, вводом
коррекции, оператор станка с ЧПУ осуществляет с пульта управ-
ления станком (панель оператора). Основными узлами панели опе-
ратора являются:
• индикация;
• кнопки управления;
• наличие «маховичка» (датчика, создающего сигналы коррек-
тировки перемещения по координатам станка).
В ручных выносных дополнительных пультах управления инди-
кация может отсутствовать или быть в виде светодиодов. В устрой-
ствах ЧПУ первых серий пульты управления комплектовались блока-
ми цифровой индикации или монохромными мониторами (дисп-
леями). Современные устройства ЧПУ оснащены цветными мони-
торами с размером экрана 10,4"; 12,1"; 15" (возможны другие разме-
ры экрана). В современных устройствах ЧПУ имеется возможность
подключения и/или использования стандартного монитора VGA.
Кнопки управления расположены на панели оператора и позволя-
ют выполнять все необходимые работы на станке в ручном режиме,
включать и отключать режимы автоматической работы, а также,
при необходимости, вмешиваться в режим автоматической работы.
Обычно на экране дисплея имеется следующая информация:
• фактический, находящийся в обработке, кадр программы;
• предшествовавший и последующий кадры;
• фактическое значение положения по координате или разность
заданного и фактического положений;
• фактическая величина скорости подачи;
• фактическая величина частоты вращения шпинделя;
• подготовительные функции (G-функции);
• вспомогательные функции;
• название детали;
• название программы;
• название подпрограммы;
• все введенные данные (данные программы, данные пользо-
вателя и характеристики станка);
154
• вспомогательные тексты.
Также индуцируются важные сообщения:
• аварийные и вспомогательные сообщения;
• информация о том, что положение по координате еще не
достигнуто;
• осуществляется подвод или останов;
• информация о том, что программа работает;
• информация о том, что осуществляется ввод или вывод данных.
Клавиатура панели оператора может состоять из механических
кнопок и/или мембранных (сенсорных) кнопок. Функции кла-
виш (кнопок) могут программироваться, т.е. программным спо-
собом оператор может присвоить конкретной клавише ту или иную
функцию. В некоторых устройствах ЧПУ клавиатура панели опера-
тора унифицирована со стандартной клавиатурой персонального
компьютера и имеет «мышь» управления. Панель оператора под-
разделяется на панель управления и станочный пульт. Станочный
пульт обеспечивает удобное и понятное для пользователя управ-
ление функциями станка. Станочный пульт содержит кнопки (ме-
ханические, сенсорные, пленочные), процентные переключате-
ли (для корректировки скорости шпинделя и других параметров),
«маховичок», аварийный выключатель («гриб»). С помощью стан-
дартной клавиатуры персонального компьютера можно редакти-
ровать управляющие программы и тексты программ.
С помощью электронных «маховичков» обеспечивается пере-
мещение выбранной координаты в ручном режиме синхронно с
вращением «маховичка». Цена деления «маховичка» задается про-
граммно в соответствии с необходимой дискретностью переме-
щения (поворота) по координате в ручном режиме.
2.4. Тестирование и ввод коррекции
устройств ЧПУ
Современные устройства ЧПУ позволяют активно контроли-
ровать процесс работы станка и эффективно корректировать па-
раметры обработки, значительно уменьшая вероятность возник-
новения брака.
Поиск кадра при тестировании. Для тестирования программ
обработки или в случае внезапного прекращения обработки с
помощью функции «Поиск кадра» в программе можно выбрать
любое место, с которого программа должна запуститься заново
или продолжиться. Имеются два варианта поиска:
• поиск кадра с вычислением на контуре (во время поиска кад-
ра выполняются те же вычисления, что и в нормальном программ-
ном режиме; затем найденный кадр точно по контуру подводится
к конечной позиции);
155
• поиск кадра с вычислением по конечной точке кадра (эта
функция позволяет достигать конечной позиции, например, по-
зиции смены инструмента).
Тестирование программы обработки с отображением на дисп-
лее. Возможно тестирование программы путем просмотра режима
обработки на экране монитора пульта управления без реальной
обработки детали. При просмотре режимов токарной обработки,
сверления и фрезерования возможно изображение съема матери-
ала или линейного графика траектории инструмента.
Коррекция инструмента. Тип инструмента определяет, какие
геометрические данные необходимо вводить в память для после-
дующей коррекции инструмента. Также важна методика расчета
параметров инструмента. Отдельные параметры инструмента вы-
числяются в результирующие величины (общая длина инструмента
и т. п.). Рассчитанные общие параметры инструмента переводятся
в параметры координат (осей) с учетом плоскости обработки.
Программируются следующие типы инструментов:
• фрезерные (от сферической до конической фрезы);
• сверла (от спирального сверла до развертки);
• шлифовальные (от круглого шлифовального диска до инст-
румента для правки);
• токарные (от чернового резца до винтового);
• инструмент—пила для выборки пазов.
На рис. 2.7 приведены формализованные геометрические пара-
метры токарного резца G18 для программирования их в коорди-
натах X, Z. Отсчет ведется от базовой точки F, связанной с держа-
телем инструмента.
Блок ПО коррекции инструмента может охватывать до 25 пара-
метров инструментов, в том числе:
Рис. 2.7. Геометрические параметры токарного резца G18:
F — базовая точка; Z.[(X), /.2(Z) — расстояние от базовой точки по осям X и Z;
R — радиус кромки (радиус инструмента); S — положение средней точки кромки
156
• тип инструмента;
• до трех коррекций длины;
• коррекция радиуса;
• величина износа для длины и радиуса;
• базовый размер.
Износ инструмента и базовый размер вычисляются в привязке
к обрабатываемому контуру. Параметры инструмента (рис. 2.8)
раздельно вносятся в таблицу инструментов системы управления,
и по программе вызывается только нужный инструмент с его
данными коррекции. Отсчет ведется от базовой точки F, связан-
ной с держателем инструмента.
Во время обработки система управления «запрашивает» из ин-
струментальных файлов необходимые данные коррекции и авто-
матически корректирует траекторию взаимного перемещения ин-
струмента и детали. Номер инструмента программируется по ад-
ресу Т, а коррекция инструмента программируется по адресу D
(по адресу D реализуется функция управления однотипными ин-
струментами). Допустим, в инструментальном магазине обраба-
тывающего центра находятся несколько однотипных инструмен-
тов. В случае сильного износа или поломки однотипного инстру-
мента программа автоматически блокирует этот инструмент в ма-
газине и для последующей обработки вызывает из магазина дру-
гой однотипный инструмент.
Для коррекции инструмента, предназначенного для шифрова-
ния, ПО реализует специальные данные по коррекции: мини-
мальный радиус шлифовального круга, максимальную частоту
вращения шлифовального круга, максимальную окружную ско-
рость и др.
При использовании ПО в режиме коррекции радиуса инстру-
мента система управления автоматически вычисляет для конкрет-
ных инструментов соответствующие эквидистантные траектории.
Траектория корректируется в запрограммированной плоскости в
зависимости от выбранного радиуса инструмента.
Компенсация люфтов. При использовании в механизме подачи
механической передачи между двигателем привода и перемещае-
R
Рис. 2.8. Параметры инструмента и его коррекция:
L{—L3 — линейные размеры; R — радиус; F — базовая точка
157
Стол
Рис. 2.9. Кинематическаяя схема ме-
ханизма подачи с ШВП и датчиком
положения, не компенсирующая люфт
в механической передаче:
ШВП — шарико-винтовая передача; М —
мотор; R — датчик
мым станочным узлом (например, шарико-винтовая передача
(ШВП)) возникают, как правило, небольшие люфты. В случае
создания высокого преднатяга и реализации беззазорной переда-
чи возможен повышенный износ механических узлов станка. При
использовании косвенных методов измерения положения, при
которых измерительный датчик жестко связан с валом двигателя
(мотора), а не с исполнительным органом станка (например, сто-
лом расточно-фрезерного станка), люфт в механической переда-
че ведет к ошибке обработки детали. На рис. 2.9 показана кинема-
тическая схема механизма подачи с ШВП и датчиком положе-
ния, расположенным на валу винта. Возникающий в данной меха-
нической передаче люфт может привести к ошибке при обработ-
ке. При реверсе (см. рис. 2.9) действительное значение датчика
положения опережает фактическое положение исполнительного
узла (стола). Стол при этом перемещается на меньшее расстоя-
ние, чем это требуется по чертежу детали.
Для компенсации люфтов действительное значение датчика при
каждой смене направления вращения (реверсе) корректируется
на величину люфта для данной координаты. Компенсация люфтов
используется во всех режимах работы после выхода координаты в
исходное положение (в ноль).
Компенсация ошибок при обработке круговых контуров. Важным
элементом ПО расточно-фрезерных станков является компенса-
ция ошибок при обработке круговых (цилиндрических) контуров.
При фрезеровании цилиндрической поверхности на горизонталь-
ном расточно-фрезерном станке может возникнуть значительная
ошибка по контуру (рис. 2.10, а). На критических переходах одна
координата (ось X) движется с высокой линейной скоростью, в
то время как другая (ось Y) неподвижна. Из-за разных условий
трения могут возникнуть ошибки по контуру («зарезы»). Компен-
сация ошибок при обработке круговых контуров эффективно кор-
ректирует процесс обработки (рис. 2.10, б).
При введении коррекции ошибки при обработке круговых кон-
туров вручную настраивается интенсивность корректирующего
импульса в зависимости от ускорения движения. Эта характерис-
тика определяется и запоминается при наладке с помощью теста
обработки по окружности. При этом тесте регистрируются (с по-
мощью устройств активного контроля детали) и графически пред-
158
Рис. 2.10. Обработка цилиндра:
а — без компенсации; б — с компенсацией условий трения
ставляются отклонения фактического контура от запрограммиро-
ванного радиуса (особенно на критических переходах).
Ввод защищенных зон. Программным обеспечением предусмот-
рен ввод в программу технологического режима обработки на стан-
ке защищенных зон, связанных с инструментом и обрабатывае-
мой на станке деталью. При работе на станке требуется защищать
разные элементы станка, его оборудование, а также подлежащую
обработке деталь от неверных движений. Например, при непра-
вильном программировании деталь при перемещении может столк-
нуться с инструментальным магазином; при смене инструмента
возможно соударение заменяемого инструмента с узлами станка
и т. п. Элементами, подлежащими защите, могут быть:
• неподвижные узлы станка и пристраиваемые устройства (ин-
струментальный магазин, измерительный щуп);
• подвижные части станка, относящиеся к инструменту (инст-
рументальный суппорт);
• подвижные части станка, относящиеся к детали (стол, при-
хваты, зажимной патрон).
Для защищаемых элементов в
управляющей программе опреде-
ляются двухмерные и трехмерные
защищенные зоны. На рис. 2.11
штрихом показаны предусмотрен-
ные в управляющей программе за-
Рис. 2.11. Предусмотренные в управ-
ляющей программе защищенные зо-
ны, связанные с инструментом (А, В)
и деталью (Б)
159
щищенные зоны для горизонтального расточно-фрезерного станка
с инструментальным магазином. Эти защищенные зоны мотуг ак-
тивизироваться или не активизироваться в управляющей программе.
Например, при отсутствии измерительного щупа не требуется
активизировать его защищенную зону. Защищенные зоны могут
быть связаны с инструментом или с деталью. Во время проведе-
ния наладки проводится тест для исключения возможности столк-
новения и повреждения детали и инструмента. Проверяется воз-
можность пересечения защищенных зон детали и инструмента при
операциях смены инструмента, отвода и подвода заготовки и т. п.
2.5. Эксплуатация основных компонентов
устройств ЧПУ
Современные промышленные серии систем ЧПУ российско-
го и зарубежного производства характеризуются высокой эксп-
луатационной надежностью. Высокая надежность обеспечивает-
ся как надежностью основных компонентов устройств ЧПУ, так
и соответствующим ПО, реализующим режимы контроля и диаг-
ностики.
Функции контроля. В системах управления предусмотрены воз-
можности постоянного активного контроля и распознания отка-
зов в устройстве ЧПУ, программируемом контроллере и станке.
Наиболее эффективны системы контроля, предотвращающие по-
ломку инструмента или узлов станка, а также уменьшающие ве-
роятность изготовления бракованного изделия. В случае возникно-
вения неисправности обработка прерывается и приводы останав-
ливаются. Причина неисправности заносится в память системы и
система выдает сигнал сбоя. Контроль осуществляется по следую-
щим параметрам:
• правильность считывания и записи информации;
• исправность приводов и датчиков перемещения;
• соответствие фактического перемещения по контуру задан-
ному;
• соответствие фактического позиционирования заданному;
• выполнение останова;
• обеспечение заданного механического зажима или разжима;
• соответствие фактической скорости (частоты вращения) за-
данной;
• выполнение сигналов разблокировки;
• соответствие напряжения требуемому (в пределах допуска);
• соответствие температуры узлов и компонентов допустимой;
• исправность микропроцессоров;
• исправность интерфейсов связи;
• исправность узлов памяти.
160
Таблица 2.1
Ступени защиты доступа к программному обеспечению
Ступень защиты Способ защиты Пользователь Доступ к программному обеспечению
0 Пароль Разработчик ЧПУ Все функции, програм- мы, данные, опции
1 Разработчик станка Определенные функции, программы, данные, опции
2 Производитель станка, оператор ввода в эксплуатацию Определенные функции, программы, данные, машинные данные
3 Пользователь станка, сервисная служба Функции конкретного станка, программы, данные
4 Сигнал Пользователь станка, программист Определенные функции конкретного станка, программы, данные
5 Пользователь станка, квалифицированный наладчик Программы, данные
6 » Конечный пользо- ватель, обученный персонал Только выбор програм- мы, контроль износа инструмента, ввод сме- шения нулевой точки
7 » Конечный пользо- ватель, оператор станка с ЧПУ Ввод программ и работа, доступная только с пане- ли станка
Защита доступа. В ПО современных устройств ЧПУ введены
ступени защиты программного продукта от несанкционирован-
ного доступа к той или иной части программы. Данная защита
делает невозможным вмешательство неквалифицированного пер-
сонала в базовые блоки ПО. Доступ к программам, данным и функ-
циям ориентирован на пользователя и имеет восемь иерархичес-
ких ступеней защиты (табл. 2.1). При этом реализуется многосту-
пенчатая система ограничений для пользователей разного уровня.
Ступень защиты 0 соответствует самому высокому уровню досту-
па, а ступень защиты 7 — самому низкому. Права доступа для
ступеней 4—7 могут Изменяться производителем или пользовате-
лем станка путем изменения соответствующих сигналов.
6 Босиизои
161
2.6. Методы наладки и контроля станка с ЧПУ
Подготовительный этап наладочных работ. Наладкой станка с
ЧПУ является комплекс операций по настройке и обеспечению
необходимых характеристик гидравлических, пневматических,
электрических, механических и электронных устройств, обеспе-
чивающих последовательность работы станка в соответствии с УП.
При этом технологический процесс обработки на станке должен
обеспечивать заданные точность, производительность и высокое
качество обработки.
Целью наладочных работ является подготовка станка к надеж-
ной эксплуатации в соответствии с технической документацией
на данный станок.
Началу наладочных работ предшествуют подготовительные ра-
боты — комплекс необходимых мер с целью выхода на режим
нормальной эксплуатации станка. Данные работы многоэтапные
и разнохарактерные, в частности, необходимо:
• подобрать и изучить документацию на станок и его основные
элементы (агрегаты станка, систему ЧПУ, электроприводы, гид-
равлическую систему и т.д.);
• составить график выполнения наладочных работ и назначить
конкретных специалистов, обеспечивающих проведение наладоч-
ных работ;
• подготовить приборы, инструменты и приспособления, обес-
печивающие выполнение наладочных работ;
• на рабочем месте обеспечить условия, предусмотренные тех-
никой безопасности, в том числе обеспечить электробезопасность;
• проверить систему энергоподвода к станку (подключение к
электрической сети и др.);
• завершить в полном объеме комплекс монтажных работ, пред-
шествующих наладке станка.
Необходим также внешний осмотр станка и в первую очередь
электрооборудования, чтобы убедиться в отсутствии поврежде-
ний изоляции, проверить правильность соединений всех штеп-
сельных разъемов и клеммников, подтянуть винтовые соедине-
ния на всех клеммах, убедиться в надежном заземлении электро-
оборудования.
Началу наладочных работ предшествует пробный пуск станка.
С первым включением электропитания предусматривается запуск
диагностической программы проверки правильности монтажа элек-
трооборудования станка. Данная программа проверяет отсутствие
коротких замыканий и обрывов в электрических цепях. После того
как диагностическая программа подтвердила исправность монта-
жа станка, приступают к проверке блокировок и защит, установ-
ленных на станке. Проверке подвергаются системы конечных и
аварийных выключателей, системы защит от коротких замыка-
162
ний, перегрузок и другие виды защит, которыми оснащен конк-
ретный станок.
Затем станок подвергается испытанию на холостом ходу в на-
ладочном режиме. При испытании на холостом ходу проверяется
работа кинематических цепей станка. Если при этом не будут об-
наружены дефекты, препятствующие нормальной работе, то при-
ступают к наладке и регулировке отдельных узлов и устройств
станка с ЧПУ в соответствии с инструкцией по наладке.
Наладочные работы. Рекомендуется соблюдать определенную
последовательность проверки работы механизмов станка.
Проверка работы на холостом ходу главного привода. От пульта
системы ЧПУ в наладочном режиме осуществляется пуск привода
шпинделя на минимальной скорости, затем осуществляется ре-
верс привода шпинделя на малой скорости, затем осуществляет-
ся в наладочном режиме плавный разгон шпинделя до макси-
мальной скорости. При проверке работы главного привода конт-
ролируются следующие виды защит и блокировок: защита от не-
соответствия заданной и фактической скоростей, защита от пре-
вышения максимальной скорости, исправная работа в режиме
ориентации шпинделя.
Проверка работы на холостом ходу привода механизма подачи.
Проверка осуществляется последовательно по каждой координате
(оси) станка. От пульта устройства ЧПУ в наладочном режиме
осуществляется пуск привода механизма подачи на минимальной
скорости, затем осуществляется реверс привода механизма пода-
чи на малой скорости. При проверке работы механизма линейных
перемещений контролируется срабатывание защит при достиже-
нии механизмом конечного положения. Данная проверка осуще-
ствляется путем перемещения механизма подачи на минималь-
ной скорости.
Затем осуществляется в наладочном режиме плавный разгон
механизма подачи до максимальной скорости в обоих направле-
ниях перемещения. При проверке работы привода механизма по-
дачи контролируются следующие виды защит и блокировок: ра-
бота конечных выключателей, защита от несоответствия задан-
ной и фактической скоростей, защита от превышения максималь-
ной скорости, исправная работа в режиме позиционирования и в
следящем режиме.
Проверка работы гидросистемы станка. Основным показателем
работы гидросистемы является постоянство давления масла в ма-
гистралях гидропривода. В исправной системе после пуска станка
насос всасывает масло из резервуара и подает его через фильтр к
периферийным узлам гидросистемы. В гидросистеме станка конт-
ролируются давление масла, отсутствие утечек масла, а также
чистота масла (отсутствие металлической стружки и других за-
грязняющих масло компонентов).
163
Проверка работы системы крепления (зажима/разжима) заго-
товки и инструмента. Проверка работы автоматической смены ин-
струмента. От пульта устройства ЧПУ в наладочном режиме ин-
струмент перемешается из инструментального магазина в шпин-
дель станка. Контролируются надежность его фиксации (зажима)
и работы в режиме ориентации шпинделя.
Проверка работы устройства ЧПУ на холостом ходу. В этом ре-
жиме заготовка на станке отсутствует, т. е. обработка не проводит-
ся. Устройство ЧПУ переводится в режим автоматической обра-
ботки по программе. Визуально и по приборам контролируется
работа станка от системы ЧПУ.
Проверка работы станка с ЧПУ в режиме холостого хода на на-
дежность. При непрерывной работе станка без нагрузки (в режиме
холостого хода, когда заготовка детали на станке отсутствует) от-
рабатываются типовые программы в течение не менее 120 мин. Если
в режиме холостого хода станок выдержал все предусмотренные
технической документацией и программой испытаний проверки,
то приступают к испытанию станка под нагрузкой.
При испытании работы станка под нагрузкой для обработки
используют набор типовых деталей, предусмотренных програм-
мой приемосдаточных испытаний станка. Во время приемосдаточ-
ных испытаний контролируются и диагностируются все узлы станка.
Проверке подвергается выполнение технологических процессов,
в том числе числа обработанных деталей в заданный промежуток
времени. Обработанные в период приемосдаточных испытаний
детали проверяются на точность и качество обработки.
После испытания под нагрузкой начинается опытная эксплуа-
тация станка с ЧПУ, продолжительность которой составляет око-
ло 200 ч непрерывной работы. В период опытной эксплуатации
станок находится под жестким контролем со стороны служб ОТК
и инженерных служб предприятия. Как показывает опыт, жесткий
контроль в период опытной эксплуатации и своевременное устра-
нение всех возникших в этот период неисправностей и неполадок
гарантируют дальнейшую безотказную работу станка с ЧПУ в те-
чение длительного времени.
После проведения опытной эксплуатации станка и выполнения
профилактических работ станок с ЧПУ переводят в режим нор-
мальной эксплуатации. В современных станках с ЧПУ как во время
наладки станка, так и при его эксплуатации широко применяется
система диагностики. Система диагностики — это совокупность
методов определения технического состояния узла, устройства без
разборки, т.е. система получения диагностической информации о
техническом состоянии станка, которая заключается в логической
обработке информации, поступающей от работающего оборудова-
ния в определенный промежуток времени и характеризующей его
состояние. Для получения диагностической информации требуется
164
проведение измерений электрических, механических и других ве-
личин. Система диагностики устройств ЧПУ имеет развитую струк-
туру, обеспечивающую как самодиагностику, так и диагностику
основных узлов и агрегатов станка.
В настоящее время в процессе наладки станка с ЧПУ широко
применяются косвенные методы анализа состояния и исправнос-
ти механических узлов на основании информации измерения ве-
личин вибраций, акустических колебаний (шумов), температуры
нагрева и др.
Диагностика механических узлов станка с ЧПУ электрически-
ми методами. Диагностика механизма главного движения станка с
ЧПУ. Практически во всех современных электроприводах станков
с ЧПУ предусмотрена система активного контроля мгновенного
значения силы тока электродвигателя. Сила тока электродвигате-
ля пропорциональна механическому крутящему моменту, разви-
ваемому на валу двигателя привода. Из этого следует, что устрой-
ство ЧПУ может получать постоянную и непрерывную информа-
цию о крутящем моменте (мощности), развиваемом (потребляе-
мой) механической частью привода главного движения. Крутя-
щий момент (мощность), развиваемый (потребляемая) механи-
ческой частью главного привода, состоит из двух составляющих:
крутящий момент (мощность) холостого хода и крутящий мо-
мент (мощность) резания (металлообработки).
Крутящий момент (мощность) холостого хода характеризует
нагрузку механизма привода при вращении шпинделя без реза-
ния (без обработки). Поэтому, проконтролировав ток холостого
хода электродвигателя на разных частотах (скоростях) вращения
шпинделя, можно составить заключение о качестве изготовле-
ния и сборки механизма главного движения станка. Если значе-
ния крутящего момента (мощности) холостого хода соответствуют
или меньше паспортных данных, механизм главного движения
станка собран правильно. Превышение крутящего момента (мощ-
ности) холостого хода относительно допустимых (указанных в
паспорте) свидетельствует о неисправности сборки или о неис-
правности компонентов механизма главного движения. Превы-
шение крутящего момента (мощности) холостого хода может быть
связано с перекосами, возникшими при сборке механических
узлов, с перетяжкой или неисправностью подшипников, непра-
вильным зацеплением зубчатых передач и с другими неисправ-
ностями механической части станка, которые необходимо выя-
вить и устранить путем разборки-сборки узлов, ремонта или за-
мены комплектующих.
Контроль мгновенного значения силы тока холостого хода элек-
тродвигателя при установившейся частоте (скорости) вращения
шпинделя позволяет диагностировать качество балансировки уз-
лов главного движения. Если мгновенные значения крутящего
165
момента (мощности) холостого хода при установившейся скоро-
сти не меняются или меняются незначительно, то качество сбор-
ки и балансировки главного привода удовлетворительное. Колеба-
ния мгновенных значений нагрузки холостого хода в пределах
одного оборота шпинделя являются свидетельством неправиль-
ной балансировки главного привода. Эти колебания мотуг быть
также связаны с неисправностью подшипников и с другими при-
чинами, которые нужно устранить при ремонте и наладке.
Данный метод используется и для контроля качества баланси-
ровки и закрепления в шпинделе детали в токарном станке или
инструмента в расточно-фрезерном станке.
Контроль мгновенного значения силы тока холостого хода элек-
тродвигателя при динамических режимах пуска, останова, пере-
хода с одной скорости на другую позволяет выявить наличие люф-
тов и зазоров в главном приводе. Осциллограмма крутящего мо-
мента (зависимость изменения крутящего момента от времени)
при динамическом режиме изменения скорости наглядно пока-
зывает возникновение динамических ударных нагрузок, возника-
ющих при выборке люфтов и зазоров механической части привода.
Контроль статического значения силы тока электродвигателя
при резании (металлообработке) позволяет осуществить диагнос-
тику технологического процесса. Соответствие крутящего момента
(мощности) нагрузки при установившейся скорости расчетным
значениям для данного технологического режима свидетельствует
об исправности станка, инструмента и точном выполнении
заданной программы обработки. Превышение крутящего момента
(мощности) нагрузки при установившейся скорости относитель-
но расчетного значения для данного технологического режима
может быть связано со следующими причинами:
• неисправность обрабатывающего инструмента;
• несоответствие заготовки требованиям технологии (повышен-
ные значения припуска и твердости материала заготовки);
• ошибки в управляющей программе или в ее отработке (несо-
ответствие скорости вращения шпинделя технологическому ре-
жиму, завышенные значения глубины резания, подачи и др.).
Данный подход широко применяется для диагностики инстру-
мента, в том числе при контроле износа инструмента. Например,
оператору станка с ЧПУ известно (информация может содержаться
в программе), что при обработке исправным инструментом дета-
ли № Л в процессе операции № Б нагрузка в соответствии с тех-
нологическим режимом обработки должна составлять Х% номи-
нальной нагрузки. Если при обработке этой детали данные по на-
грузке больше X, т. е. превышают расчетные, то это может свиде-
тельствовать об износе инструмента и необходимости его замены.
Контроль динамического значения силы тока электродвига-
теля при резании (металлообработке) позволяет осуществлять
166
диагностику инструмента, заготовки и других технологических
режимов. Колебания мгновенных значений нагрузки холостого
хода в пределах одного оборота шпинделя свидетельствуют о не-
круглости заготовки при токарной обработке или о неисправно-
сти инструмента при расточно-фрезерной обработке. Например,
осциллограмма крутящего момента (мощности), показывающая
колебания в пределах одного оборота при фрезеровании, харак-
теризует неисправность инструмента (поломку режущих кромок
фрезы и т.д.).
Диагностика механизма подачи станка с ЧПУ. Наиболее важ-
ным для диагностики механизма подачи является контроль крутя-
щего момента холостого хода привода. Проконтролировав силу тока
холостого хода электродвигателя на разных скоростях перемеще-
ния, можно составить заключение о качестве изготовления и сбор-
ки механизма подачи станка. Если значения крутящего момента
холостого хода соответствуют паспортным данным или меньше
их, то механизм подачи станка собран правильно. Превышение
крутящего момента холостого хода допустимого значения свиде-
тельствует о неисправности сборки или компонентов механизма.
Превышение допустимого значения крутящего момента холосто-
го хода может быть связано с перекосами, возникшими при сбор-
ке механических узлов, перекосами направляющих, перетяжкой
или неисправностями подшипников, неисправностями ШВП, т.е.
с неисправностями механической части станка, которые необхо-
димо выявить и устранить путем разборки-сборки узлов, ремонта
или замены комплектующих.
2.7. Работа оператора на станке с ЧПУ
Обслуживание станка с ЧПУ оператором заключается в вы-
полнении им следующих работ:
• пуск станка, проверка и диагностика готовности станка к
работе (проводится ежедневно в начале смены);
• настройка станка для обработки конкретной партии деталей
(проводится в соответствии с заданием, поступающим на данный
станок);
• обработка партии деталей (проводится в соответствии с зада-
нием, поступающим на данный станок);
• профилактические работы на станке (выполняются один раз
в неделю);
• два вида технического обслуживания станка (ТО-1 выполня-
ется один раз в месяц, ТО-2 — 1 — 2 раза в год);
• проведение текущего (ТР), среднего (СР) и капитального
(КР) ремонтов в соответствии с нормативами на конкретный ста-
нок и по мере необходимости при возникновении неполадок.
167
Следует отметить, что в данном перечне указана рекомендуе-
мая периодичность проведения профилактических работ и ТО.
Точные данные по периодичности и объему проведения таких работ
содержатся в технической документации на конкретный станок и
конкретную систему ЧПУ.
Настройка станка проводится в два этапа: на первом — настройка
системы ЧПУ, на втором — настройка механизмов станка (настрой-
ка механизмов, фиксирующих положение инструмента, и установка
приспособлений). Технической документацией, по которой осуще-
ствляется настройка станка, являются карты наладки и тексты про-
грамм.
Настройку токарного станка с ЧПУ рекомендуется проводить,
соблюдая следующую последовательность операций:
• в соответствии с картой наладки подобрать режущий инстру-
мент;
• подобрать блоки, державки и другие приспособления для за-
крепления режущего инструмента;
• настроить режущий инструмент вне станка с применением
оптических приспособлений;
• установить инструментальные блоки в гнездах инструменталь-
ной головки (револьверной или суппорта);
• провести дополнительную настройку инструмента на станке;
• установить патрон шпинделя;
• установить и закрепить заготовку;
• установить на пульте управления ручной режим управления;
• переместить суппорт в нулевое положение в соответствии с
картой наладки;
• установить в считывающее устройство программоноситель;
• установить корректоры в соответствии с картой наладки;
• установить на пульте управления автоматический режим и
обработать деталь по программе;
• провести замеры по результатам обработки пробной детали,
вычислить величины коррекции и набрать их на корректорах;
• обработать следующую заготовку в автоматическом режиме,
провести замеры, и при необходимости выполнить дополнитель-
ную коррекцию.
По мере обработки партии деталей необходимо производить
периодические замеры на соответствие размеров обработанных
деталей допускам, установленным чертежом или картой наладки.
При необходимости корректировать программу обработки пере-
установкой корректоров.
Настройка фрезерных, расточно-фрезерных и сверлильно-рас-
точных станков с ЧПУ выполняется в той же последовательнос-
ти, что и токарных станков. Особенностью наладки этой группы
станков является базирование заготовок на станках с ЧПУ. При
базировании заготовок необходимо во всех случаях фиксировать
168
Таблица 2.2
Основные неисправности систем ЧПУ и способы их устранения
Неисправность Причина неисправности Способ устранения
При включении станка (все узлы станка непод- вижны) индикатируется информация: «Устройство ЧПУ не готово к работе» 1. Напряжение источника питания станка не соответствует допустимому. 2. Напряжение источников питания устройства ЧПУ не соответствует допустимому. 3. Неисправность микропроцессоров устройства ЧПУ. 4. Неисправность интерфейсов связи. 5. Неисправность узлов памяти устрой- ства ЧПУ Включить диагностическую программу и установить конкретную причину. При обна- ружении причины 1 вызвать дежурного электрика. При обнаружении причин 2—4 вызвать наладчика устройства ЧПУ или, если оператор имеет соответствующее разрешение, заменить неисправный блок (плату)
При вводе программы индикатируется инфор- мация: «Ошибка в исход- ной программе» 1. Ошибка в тексте программы. 2. Неисправность в считывающем устройстве Ввести тест-программу. Если она показывает, что считывающее устройство исправно, устранить ошибки в тексте программы или заменить исходную программу. Если тест- программа показывает, что считывающее устройство неисправно, вызвать наладчика устройства ЧПУ
При пуске главного при- вода на холостом ходу ин- дикатируется информа- ция: «Несоответствие за- данной скорости вращения шпинделя фактической» 1. Неисправность в узле устройства ЧПУ, обеспечивающего управление главным приводом. 2. Неисправность в главном приводе Перейти на наладочное управление главным приводом от ручного пульта управления (минуя устройство ЧПУ). Если привод рабо- тает нормально, вызвать наладчика устрой- ства ЧПУ. Если привод неисправен, вызвать дежурного электрика
о
Окончание табл. 2.2
Неисправность Причина неисправности Способ устранения
При работе привода пода- чи на холостом ходу инди- катируется информация: «Несоответствие фактиче- ского перемещения (пози- ционирования) заданному» 1. Неисправность в узде устройства ЧПУ, обеспечивающего управление приводом подачи. 2. Неисправность в приводе подачи. 3. Неисправность датчика положения Перейти на наладочное управление приводом подачи по соответствующей оси от ручного пульта управления (минуя устройство ЧПУ). Если привод работает нормально, вызвать наладчика устройства ЧПУ. Если привод или датчик положения неисправен, вызвать де- журного электрика
При покадровой отработке станком заданной програм- мы индикатируется инфор- мация о невыполнении заданной технологической операции, например, «От- сутствует заданный механи- ческий зажим (или разжим)» 1. Неисправность в узле устройства ЧПУ, обеспечивающего управление данной технологической операцией. 2. Неисправность в исполнительном органе. 3. Неисправность в соответствующей системе (гидросистеме, пневмосистеме и т. п.) Перейти на наладочное управление станком от ручного пульта управления (минуя устрой- ство ЧПУ). Задать соответствующую техноло- гическую операцию. Если эта операция станком отрабатывается, вызвать наладчика устройства ЧПУ. Если операция не отрабаты- вается, вызвать дежурного механика или электрика
При отработке станком заданной программы ин- дикатируется информация: «Отсутствует защита или блокировка» 1. Неисправность в устройстве ЧПУ. 2. Неисправностьдатчика блокировки .(конечного выключателя и т.п.). 3. Неисправность в электроавтоматике станка Перейти на наладочное управление станком от ручного пульта управления (минуя устройство ЧПУ). Проверить работу соответ- ствующей защиты или блокировки. Если эта защита срабатывает, вызвать наладчика устройства ЧПУ. Если защита не срабаты- вает, вызвать дежурного механика или электрика
При отработке станком за- данной программы ицди- катируется информация: «Превышение температу- ры (перегрев) конкретного узла станка» 1. Неисправность в устройстве ЧПУ. 2. Неисправность датчика контроля температуры. 3. Перегрузка при обработке детали. 4. Неисправность узла или его смазочной системы (подшипникового узла и др.). 5. Неисправность системы охлаждения (вентиляции и др.) Выключить станок. Визуально или средствами контроля температуры узлов выявить узел, температура которого превышает допусти- мую, и вызвать соответствующего специа- листа (механика, электрика, технолога). Если источник перегрева не выявлен, вызвать на- ладчика устройства ЧПУ
их относительно нулевой точки станка. Базирование должно обес-
печивать однозначное положение заготовки на станке при обра-
ботке всех ее поверхностей. Выбор базовых поверхностей прово-
дится так, чтобы обеспечивалось соблюдение принципа совмеще-
ния баз. При ориентировании заготовок плоскостных и корпусных
деталей с обработанными базовыми поверхностями в качестве
базовых поверхностей применяются три плоскости или плоскость
и два отверстия, или плоскость и отверстие.
Ориентированное закрепление заготовки на станке осуществ-
ляется с помощью приспособлений. Приспособление базируется
по пазам станка тремя призматическими или круглыми шпонка-
ми, а по центральному отверстию и пазу — двумя штырями или
штырем и шпонкой. Столы большинства станков имеют только
продольные пазы. В этих случаях рекомендуется применять наклад-
ные плиты с координатной сеткой отверстий. Накладные плиты
являются универсальной базовой частью переналаживаемых при-
способлений. В отверстия накладных плит устанавливаются смен-
ные накладки, которые являются универсальными установочны-
ми приспособлениями. Для закрепления заготовки на накладных
или угловых плитах применяются прижимы, прихваты, подстав-
ки, болты и гайки.
Во время эксплуатации станка с ЧПУ оператор станка должен
постоянно контролировать работу системы управления и станка в
целом. Основная информация о работе станка и состоянии его
элементов и узлов поступает на дисплей и табло световой индика-
ции, которые расположены на пульте оператора. В табл. 2.2 приве-
дены основные неисправности систем ЧПУ и других узлов, при-
чины возникновения, а также способы их устранения.
Ежедневный осмотр станка. Оператор станка с ЧПУ в начале
каждой смены при внешнем осмотре должен убедиться, что от-
сутствуют внешние повреждения и неисправности. Затем он вклю-
чает станок и запускает тест-программу проверки работы станка
на холостом ходу. При отработке тест-программы не должно быть
значительных вибраций узлов станка, повышенного уровня шума,
перемещение органов станка должно быть плавным, механизмы
должны работать без ударов.
Кроме результатов визуального осмотра оператор использует
информацию, поступающую с пульта управления станка и дисп-
лея. Современные тест-программы обеспечивают получение на
экране дисплея текстовой и графической информации о состоя-
нии станка и системы ЧПУ, а также рекомендаций по устране-
нию недостатков. Например, на экране может появиться следую-
щая текстовая информация: «Недостаточный уровень масла в баке
гидросистемы», «Отсутствует инструмент №... в инструменталь-
ном магазине», «Напряжение питания привода по оси Y ниже
номинального» и т.п. Оператор должен устранить все замеченные
172
недостатки и добиться появления на экране дисплея сообщения
«Станок готов к работе».
При ежедневной проверке готовности станка к работе опера-
тор должен обращать особое внимание на исправность и надеж-
ность работы приспособлений, предназначенных для зажима за-
готовок и инструмента. В случае выявления неисправностей или
недостатков, которые оператор не может устранить самостоятель-
но, он обязан сообщить о них ремонтному персоналу (слесарю-
ремонтнику, дежурному электрику) или вызвать мастера.
Ежедневные профилактические работы выполняются дежур-
ным ремонтным персоналом без остановки оборудования. В обя-
занности дежурного ремонтного персонала, а также оператора
станка с ЧПУ входит контроль наличия и исправности защитных
кожухов, предотвращающих попадание эмульсии, стружки, аб-
разива на направляющие и подвижные части кинематики станка,
электрические разъемы и узлы, кабели и др.
Слесарь-ремонтник визуально и на слух контролирует допусти-
мость величины вибраций, уровень шума при работе механизмов,
отсутствие нагрева подшипниковых узлов, показания манометров
гидросистемы и отсутствие утечек масла.
Дежурный электрик при внешнем осмотре проверяет наличие
заземления, отсутствие повреждений изоляции электромонтажа,
состояние силовой электроаппаратуры и систем управления. Он
также контролирует работу электрических двигателей, нормаль-
ное функционирование систем управления, состояние защит и
герметизации электрооборудования, а также качество терморегу-
ляции и вентиляции электрических шкафов.
Профилактические работы на станке. Не реже одного раза в
неделю рекомендуется проводить комплексную проверку состоя-
ния станка с ЧПУ. В комплексную проверку входят обработка ти-
повой детали по тест-программе и оценка получаемого качества
обработанной детали в измерительной лаборатории. Если в про-
цессе комплексной проверки выявлены недостатки обработки, то
при участии наладчика и технолога выявляются причины неис-
правностей и намечаются меры по их устранению.
Техническое обслуживание станка с ЧПУ. Плановое техничес-
кое обслуживание ТО-1 проводится ремонтным персоналом для
выявления прогрессирующего износа механических деталей и уз-
лов, который может привести к поломкам или потере точности, а
также для профилактической регулировки электрической и элек-
тронной систем управления станком. Работы по ТО-1 выполняют-
ся во время перерывов в работе оборудования и включают в себя:
• наружный осмотр станка без разборки узлов с целью контроля
надежности их крепления между собой и станиной (при необходи-
мости подтянуть ослабленные винтовые соединения) и устране-
ния зазоров в соединениях;
173
• проверку состояния направляющих, регулировку клиньев и
планок;
• контроль исправности ограничительных упоров, концевых
выключателей, блокировок, защитных кожухов и предохранитель-
ных ограждений;
• смену или очистку фильтров, устранение утечек масла и его
восполнение в гидросистеме, контроль давления в гидросистеме,
контроль поступления масла к конечным элементам гидросисте-
мы, регулировку золотников управления гидроприводов;
• проверку надежности функционирования механизмов зажи-
ма и смены инструмента;
• проверку работы системы подачи СОТС;
• очистку от пыли и стружки элементов электрооборудования
(при необходимости продувка их сжатым воздухом);
• проверку уплотнений пультов управления и электрических
шкафов, замену или очистку воздушных фильтров электрических
двигателей и электрических шкафов;
• контроль надежности стыковки разъемов, контроль зажима
контактов клеммников, чистку контактов пускорегулирующей
электроаппаратуры;
• контроль работы электрических приводов и источников элек-
тропитания;
• юстировку оптических систем.
Во время ТО-1 устраняются выявленные дефекты, заменяются
изношенные и быстросменные детали. Завершаются работы по ТО-1
испытанием станка по тест-программе. Плановое техническое об-
служивание ТО-2 выполняется с частичной разборкой сборочных
единиц с целью выявления износа и замены деталей в основном
оборудовании. Работы по ТО-2 включают в себя:
• все работы, предусмотренные ТО-1;
• выборку зазоров, регулировку подшипников в приводах по-
дачи и шпиндельных узлах;
• проверку состояния манжет, сальников и других уплотнений;
• контроль качества гидравлической жидкости в гидросистеме;
• проверку крепления электрических двигателей, электроаппа-
ратов, заземления (при необходимости подтягивание и замена
крепежа);
• чистку и регулировку пружин, лент.
Техническое обслуживание ТО-2 завершается испытаниями по
тест-программе и составлением дефектной ведомости деталей и
узлов, подлежащих замене при ближайшем ремонте.
Ремонт станка с ЧПУ. Текущий ремонт (ТР) выполняется с
целью обеспечения гарантированной работы станков в межремонт-
ный период комплексной ремонтной бригадой с обязательной
остановкой оборудования на время выполнения ремонтных работ.
Работы по ТР включают в себя:
174
• все работы, предусмотренные ТО-1 и ТО-2;
• выборку зазоров и замену изношенных деталей;
• устранение задиров и царапин направляющих, зубчатых ко-
лес, зачистку рабочих поверхностей столов, посадочных поверх-
ностей под инструмент и приспособления;
• регулировку натяжения ремней, регулировку муфт, коробок
скоростей;
• промывку масляных баков, замену масла и фильтров;
• регулировку и замену элементов системы подачи СОТС;
• измерение электрического сопротивления изоляции элект-
рических систем напряжением до 1 000 В, контроль электричес-
кого сопротивления заземления станка и его оборудования;
• возобновление окраски внешних поверхностей станка.
Во время проведения ТР проводятся испытание и поднастрой-
ка устройства ЧПУ. Испытание устройства ЧПУ включает в себя
проверку источников электрического питания узлов, модулей и
блоков устройства, контролируется герметичность оболочек его
элементов, в том числе пультов управления. При ТР проводится
замена вышедших из строя кнопок управления и элементов инди-
кации устройства ЧПУ. Завершается проверка устройства ЧПУ
испытанием по тест-программе, в том числе испытанием на на-
дежность.
Текущий ремонт оборудования завершается контролем станка
на соответствие нормам жесткости и точности с комплексным
испытанием его по тест-программам.
Средний ремонт (СР) осуществляется для восстановления тех-
нических характеристик оборудования с ЧПУ. Для электрических
и электронных систем СР выполняется в объеме ТР, а для меха-
нических и гидравлических систем в дополнение к работам в объеме
ТР проводятся разборка и сборка шпиндельных узлов, механиз-
мов подачи, коробок скоростей, редукторов и других узлов. Наря-
ду с этим проводят проверку, регулировку и замену (при необхо-
димости) уплотнений, золотников, клапанов, насосов, восста-
новление изношенных направляющих, доведение точностных ха-
рактеристик до паспортных. По окончании СР станок испытыва-
ется на жесткость и точность.
Капитальный ремонт (КР) станка предусматривает восстанов-
ление исправности и полного ресурса работы станка путем ремон-
та или замены большинства его узлов и деталей. Во время КР вы-
полняется модернизация или замена устройства ЧПУ. Перевод станка
на более современную систему ЧПУ позволяет существенно улуч-
шить технические характеристики станка, повысить его произво-
дительность, точность, расширить номенклатуру обрабатываемых
деталей. Капитальный ремонт предусматривает полную разборку
станка с заменой иЛи восстановлением всех изношенных деталей.
Во время КР восстанавливаются все базовые поверхности станка.
175
По окончании сборки станка выполняют проверку взаимодействия
всех его узлов и механизмов, регулирование и настройку системы
управления при работе на холостом ходу и под нагрузкой. Заверша-
ются работы КР комплексными испытаниями с целью оценки точ-
ности всех паспортных характеристик станка.
В заключение следует отметить, что современные системы ЧПУ
и соответствующее ПО позволяют непрерывно диагностировать
работу станка, выявляя и устраняя неисправности на ранних ста-
диях. На современном станке с ЧПУ имеется возможность про-
граммным способом резко сократить износ узлов механической
части станка за счет снижения ускорений, исключения рывков и
ударов и т.п. Важной особенностью станка с ЧПУ является обес-
печение высокой точности обработки за счет компенсации и кор-
рекции неточности в механике станка (компенсация люфтов и
зазоров, компенсация перекосов и т. п.).
Перечисленные факторы, а также высокая эксплуатационная
надежность современных устройств ЧПУ способствовали значи-
тельному упрощению технического обслуживания станка. Станки
с ЧПУ стали одним из основных видов высокоэффективного ме-
таллообрабатывающего оборудования.
Контрольные вопросы
1. Перечислите и охарактеризуйте основные технологические функ-
ции устройства ЧПУ.
2. Какие преимущества дает использование стандартных технологи-
ческих функций в программном обеспечении станка?
3. Какие возможности обеспечивает система стандартных типовых
функций?
4. Какие возможности обеспечивает система CAD/CAM и как рацио-
нально использовать библиотеки управляющих программ?
5. Опишите преимущества станков с ЧПУ при использовании совре-
менного программно-математического обеспечения.
6. Какие возможности обеспечивает современная панель оператора
станка с ЧПУ и какие преимущества имеют свободно программируемые
кнопки на пульте оператора?
7. Объясните назначение маховичка на пульте оператора.
8. Какие возможности обеспечивает система диагностики устройства
ЧПУ?
9. Что обеспечивает система коррекции инструмента?
10. Перечислите и охарактеризуйте основные виды коррекции уст-
ройства ЧПУ.
11. Перечислите и охарактеризуйте основные функции системы конт-
роля устройства ЧПУ.
12. Какие возможности обеспечивает защита доступа программного
обеспечения?
13. Какой ступени защиты соответствует работа оператора станка с
ЧПУ?
176
14. Какова последовательность наладки станка с ЧПУ и какие воз-
можности обеспечивает система контроля на станке с ЧПУ?
15. Опишите диагностику механизмов главного движения и подачи
станка с ЧПУ.
16. Опишите преимущества станков с ЧПУ в области диагностики и
устранения неисправностей.
17. Какие работы по ТО должен выполнять оператор станка с ЧПУ
ежедневно?
18. Перечислите и охарактеризуйте основные операции настройки то-
карного станка с ЧПУ.
19. Опишите особенности настройки расточно-фрезерного станка с
ЧПУ.
20. Охарактеризуйте основные виды технического обслуживания и
ремонта станка с ЧПУ.
21. Перечислите основные неисправности устройства ЧПУ и других
узлов станка и методы их устранения.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Обзор ранее выпускавшихся систем ЧПУ российского
производства
Устройства ЧПУ серии 2М1лмекл две модификации: 2М43 —
для электроэрозионных и вырезных станков; 2М43-22 — для ла-
зерных станков. Устройства серии 2М предназначены для управ-
ления шаговыми двигателями по разомкнутой схеме (датчики пе-
ремещений отсутствуют). Устройство 2М43 обеспечивает до трех
управляемых координат, одновременно осуществляется управление-
по трем координатам, число дискретных входов/выходов 48/48.
Устройство 2М43-22 обеспечивает до трех управляемых коорди-
нат, одновременно осуществляется управление по двум коорди-
натам, число дискретных входов/выходов 16/16.
Конструктивное исполнение устройства ЧПУ серии 2М —
шкаф, габаритные размеры 610х 1 875x750 мм, масса — 300 кг. В дан-
ном устройстве ЧПУ использована ЭВМ «Электроника-60». Это
устройство ЧПУ осуществляет линейную и круговую интерполя-
ции. Дискретность задания позиции по координатам — 0,001 мм и
0,0017° для 2М43, 0,01 или 0,002 мм для 2М43-22. Максимальное
перемещение, задаваемое в кадре, — ±999999 дискрет. Способ за-
дания геометрической информации — абсолютный, в прираще-
ниях. Диапазон рабочих подач 0,01 ...30 мм/мин для 2М43 и 0,1...
960 мм/мин для 2М43-22 (при дискрете 0,001 мм диапазон рабо-
чих подач 0,1... 2 000 мм/мин). Дискрета задания рабочих подач
для 2М43 — 0,01 мм/мин; для 2М43-22 — 0,1 мм/мин. Точность
поддержания контурной скорости — ±6 %. Оперативная коррек-
ция скорости — 20... 120%. Скорость быстрых перемещений для
2М43 и 2М43-22 — 480 мм/мин. Параметры дискретных входов —
напряжение 24 В, сила тока 0,01 А. Параметры дискретных выхо-
дов — соответственно 24 В и 0,1 А. Программоноситель — перфо-
лента; встроенное фотосчитывающее устройство — «Консул
337.601». Индикация — плазменный дисплей на 160 символов.
Программа задается с перфоленты длиной до 30 м в кодах ISO,
также возможно задание с клавиатуры пульта оператора.
Устройство ЧПУ имеет объем памяти для УП — ОЗУ 8 Кбайт;
для констант, параметров — ОЗУ 1 Кбайт; для технологических
циклов — 16 Кбайт. Устройство ЧПУ обеспечивает ручные режи-
мы работы (выход в ноль; заданные перемещения; ввод данных)
и автоматические режимы (отработка УП; отработка УП без пере-
мещений; отработка УП с пропуском помеченньрс кадров).
178
Производителем устройства ЧПУ серии 2М являлось Ленинг-
радское НПО «Электронмаш». Начало выпуска — 1979 г., снято с
производства в 1990 г.
Устройства ЧПУ серии 2Р имеют три модификации: 2Р22,2Р22-
02, 2Р32М. Эти модификации предназначены для токарных стан-
ков (устройство 2Р32М может также использоваться для фрезер-
ных станков).
Устройства 2Р22 и 2Р32М обеспечивают управление следящи-
ми электроприводами постоянного тока по замкнутой схеме (мо-
гут использоваться фотоэлектрические или импульсные датчики
перемещений). Устройства 2Р22-02 обеспечивают управление ша-
говыми двигателями по разомкнутой схеме (датчики перемеще-
ний отсутствуют). Устройства 2Р22, 2Р22-02 обеспечивают одно-
временное управление двумя координатами, а 2Р32М — четырь-
мя. Устройство 2Р22 имеет число дискретных входов/выходов
96/64, 2Р22-02 - 64/32 и 2Р32М - 128/64.
Конструктивное исполнение устройств ЧПУ серии 2Р — блок.
Габаритные размеры приборного блока устройств 2Р22 и 2Р22-02 —
610x1050x450 мм, блока отображения символьной информа-
ции — 325x260x120 мм. Габаритные размеры приборного блока
устройства 2Р32М — 545x590x380 мм, блока отображения символь-
ной информации — 580x550x240 мм. В устройствах 2Р22, 2Р22-02
используется микропроцессор МС1201, а в устройстве 2Р32М —
ЭВМ «Электроника-60». Устройство ЧПУ серии 2Р осуществляет
линейную и круговую интерполяции. Дискретность задания пози-
ции по линейным координатам — 0,01 или 0,001 мм; по круго-
вым — 0,01 или 0,00Г. Максимальное перемещение, задаваемое в
кадре, — ±9999,99 дискрет. Способ задания геометрической ин-
формации — абсолютный, в приращениях. Диапазон рабочих по-
дач для 2Р22 — 0... 5 000 мм/мин; для 2Р22-02 — 0... 2 400 мм/мин;
для 2Р32М — 0,01... 15000 мм/мин. Точность поддержания кон-
турной скорости для устройств 2Р22 и 2Р22-02 — ±5 %, для уст-
ройства 2Р32М — ±6 %. Оперативная коррекция скорости 20... 120 %.
Скорость быстрых перемещений 15 000 мм/мин. Устройства 2Р22
и 2Р32М имеют пять выходных аналоговых каналов ЦАП (±10 В),
а также входные каналы преобразователей — пять импульсных и
пять индуктивных. Параметры дискретных входов — 18... 24 В, для
2Р22, 2Р22-02 - DC, 0,03 А; для 2Р32М - DC, 0,02 А. Аналогич-
ны параметры дискретных выходов — DC, 24 В и 0,2 А. Програм-
моноситель — перфолента; встроенное фотосчитывающее уст-
ройство для 2Р22 и 2Р22-02 — «Консул 337.601/А», для 2Р32М —
«Консул 337.301». Индикация устройств 2Р22 и 2Р22-02 — плаз-
менный дисплей на 256 символов; в устройстве 2Р32М — плаз-
менный дисплей на. 160 символов.
Прохрамма задается с перфоленты длиной до 150 м в кодах
ISO, также возможно задание с клавиатуры пульта оператора.
179
Устройства 2Р22 и 2Р22-2 имеют объем памяти для УП, кон-
стант и параметров 10 Кбайт, а 2Р32М — 22 Кбайт; для программ
электроавтоматики — 10 Кбайт, для технологических циклов —
32 Кбайт.
Устройства ЧПУ серии 2Р обеспечивают реализацию следую-
щих ручных режимов работы: выход в ноль; заданные перемеще-
ния; ввод данных. Кроме того, устройства ЧПУ серии 2Р обеспе-
чивают реализацию автоматических режимов работы, в частно-
сти: отработка УП; отработка УП без перемещений; отработка УП
с пропуском помеченных кадров; ввод и редактирование УП; ввод
параметров и корректоров; просмотр УП.
Устройство ЧПУ 2Р22 имеет следующие программы специаль-
ных циклов:
• L01 — цикл нарезания резьбы (наружной, внутренней);
• L02 — цикл прорезания прямоугольных канавок;
• L03 — цикл-петля при наружной обработке;
• L04 — цикл-петля при внутренней обработке;
• L05 — цикл-петля при торцовой обработке;
• L06 — цикл глубокого сверления;
• L07 — цикл нарезания резьбы метчиком или плашкой;
• L08 — цикл черновой обработки с припуском и без припуска;
• L09 — цикл обработки поковок;
• L10 — цикл чистовой обработки;
• L11 — повторение участков программы.
Устройство ЧПУ 2Р32М имеет следующие программы специ-
альных токарных циклов: растачивание; снятие припуска продоль-
ной и поперечной обточек; многопроходное нарезание резьбы;
снятие фасок. Устройство ЧПУ 2Р32М имеет следующие програм-
мы специальных фрезерных циклов: многопроходная обработка
плоскости (черновая и чистовая); многопроходная обработка внут-
ренних и наружных прямоугольных контуров; сверление; глубо-
кое сверление; нарезание резьбы метчиком; растачивание; свер-
ление отверстий по вариантам («по прямой», «рамка», «сетка»).
Производителем устройств 2Р22 и 2Р22-02 являлось ПО «Кон-
тур». Начало выпуска устройства ЧПУ 2Р22 — 1981 г., снято с
производства в 1989 г. Начало выпуска устройства 2Р22-02 — 1983 г.,
снято с производства в 1989 г. Производителем устройства 2Р32М
являлось Ленишрадское НПО «Электронмаш». Начало выпуска —
1987 г., снято с производства в 1989 г.
Устройства ЧПУсднш2С имеют четыре модификации: 2042-61,
2С42-65, 2С85-62, 2С85-63, из них устройство 2С42-61 предназ-
начены для сложных станков и ОЦ, 2С42-65 — для сверлильно-
фрезерно-расточных станков, 2С85-62 — для расточно-фрезерных
ОЦ, 2С85-63 — для разных групп станков. Устройства 2С42-61,
2С42-65 и 2С85-62 предназначены для управления следящими элек-
трическими приводами постоянного тока по замкнутой схеме (мо-
180
гут использоваться фотоэлектрические или импульсные датчики
перемещений). Устройства 2С85-63 рассчитаны на управление ша-
говыми двигателями по разомкнутой схеме (датчики перемеще-
ний отсутствуют), 2С42-61, 2С42-65 и 2С85-62 обеспечивают уп-
равление по восьми координатам. Одновременно управление осу-
ществляется по трем координатам в 2С42-61, по четырем в 2С42-
65 и по пяти в 2С85-62. Устройство 2С85-63 обеспечивает управле-
ние по пяти координатам при одновременно управляемых трех
координатах. Число дискретных входов/выходов для 2С42-61 со-
ставляет 96/64, для 2С42-65 — 160/64, для 2С85-62 — 192/96 и для
2С85-63 - 192/96.
Конструктивное исполнение устройств ЧПУ серии 2С — шкаф.
Габаритные размеры блока устройства 2С42-61(65) —610x1700х
х700 мм, а 2С85-62(63) — 610x1 690x700 мм. В устройстве 2С42-
61(65) использован микропроцессор MCI201, а в 2С85-62(63) —
ЭВМ «Электроника-бОМ». Устройство ЧПУ серии 2С осуществля-
ет линейную и круговую интерполяции. Дискретность задания
позиции по линейным координатам — 0,01 или 0,001 мм; по кру-
говым — 0,01 или 0,00Г. Максимальное перемещение, задаваемое
в кадре, — ±9999,999 дискрет. Способ задания геометрической
информации — абсолютный, в приращениях. Диапазон рабочих
подач для 2С42-61(65) — 5 000 мм/мин; для 2С85-62(63) —
8 000 мм/мин. Точность поддержания контурной скорости для уст-
ройств ЧПУ серии 2С — ±6 %, оперативная коррекция скорости —
20;.. 120%. Скорость быстрых перемещений для 2С42-61(65) —
15 000 мм/мин, для 2С85-62(63) — 10 000 мм/мин. Устройства ЧПУ
серии 2С имеют два выходных аналоговых канала ЦАП (±10 В).
Параметры дискретных входов — 18...24 В, для 2С42-61(65) —
DC, 0,02 А и для 2С85-62(63) — DC, 0,01 А. Аналогичны пара-
метры дискретных выходов — DC, 24 В, 0,2 А. Программоноси-
тель — перфолента; встроенное фотосчитывающее устройство для
2042-61(65) - УСЛ-200-2 и для 2С85-62(63) - «Консул 337.601».
В устройстве ЧПУ 2С42-61(65) имеется кассета с магнитной лен-
той «Искра 005-33». Индикация устройства ЧПУ 2042-61(65) —
плазменный дисплей на 512 символов; в устройстве ЧПУ 2С85-
62(63) — плазменный дисплей на 160 символов.
Устройство ЧПУ 2С42-61(65) имеет' объем памяти для УП,
констант и параметров — 8 Кбайт, для программ электроавтома-
тики — 8 Кбайт, для технологических циклов — 8 Кбайт. Объем
памяти для УП, констант и параметров устройства 2С85-62(63) —
32 Кбайт (ОЗУ), для программ электроавтоматики и технологи-
ческих циклов — 32 Кбайт (СПЗУ).
Производителем устройств ЧПУ 2С42-61 и 2С42-65 являлось
ПО «Контур» (г. Зеленоград, Московская обл.). Начало выпуска
модификации 2С42-61 — 1979 г., снята с производства в 1990 г.,
начало выпуска модификации 2042-65 — 1984 г., снята с произ-
181
Таблица П.1
Характеристики устройств ЧПУ МС2101
Тип устройства Область применения Число координат, всего/одновременно управляемых Число дискретных входов/выходов
МС2101.01 Токарные, токар- но-револьверные станки 2/2 128/64
МС2101.02 Сверлильно-фре- зерно-расточные оц 4/4 192/96
МС2101.03 Фрезерные станки 3/3 128/64
МС2101.04 Кругло- и внутри- шлифовальные станки 3/2 64/32
МС2101.05 Токарные ОЦ з/з 128/64
водства в 1990 г. Производителем устройств 2С85-62 и 2С85-63
являлось Ленинградское НПО «Электронмаш». Начало выпуска —
1979 г., сняты с производства в 1989 г.
Устройства ЧПУ МС2101 обеспечивают управление следящи-
ми электроприводами постоянного тока по замкнутой схеме с
использованием фотоэлектрических датчиков перемещений. Ха-
рактеристики имеющихся типов устройств ЧПУ МС2101 приве-
дены в табл. П.1.
Конструктивное исполнение устройств МС2101 — блок. Габа-
ритные размеры блока пульта управления с дисплеем —
490x495x395 мм, приборного блока 490x495x395 мм и выносно-
го пульта 483x311x115 мм.
Объем памяти для УП, констант, параметров — 20 Кбайт, объем
памяти прохрамм электроавтоматики — до 8 Кбайт и объем памя-
ти для технологических циклов — 16...20 кБайт. Индикация уст-
ройства МС2101 — плазменный дисплей на 256x256 точек.
Для программирования технологических циклов в устройстве
ЧПУ МС2101 использован язык «Технолог», а для программиро-
вания электроавтоматики — «Ярус-2».
Производитель устройства ЧПУ МС2101 — Курское ПО «Счет-
маш». Начало выпуска — 1986—1987 гт.
Устройства ЧПУ серии «Электроника НЦ-31» имеют три моди-
фикации: «Электроника НЦ-31.01», «Электроника НЦ-31.02» и
«Электроника НЦ-31.03». Данные устройства предназначены для
токарных станков. Число одновременно управляемых координат — 2.
182
Конструктивное исполнение — блок. Габаритные размеры прибор-
ного блока с дисплеем — 483x310x290 мм; блока питания
344x 206 x 220 мм. В устройствах серии «Электроника НЦ-31» при-
менен микропроцессор К588. Объем памяти для УП, констант,
параметров — 20 Кбайт, для программ электроавтоматики — до
8 Кбайт и для технологических циклов — 16...20 Кбайт. Индика-
ция устройств ЧПУ серии «Электроника НЦ-31» — плазменный
дисплей на 256x256 точек.
Производитель устройства ЧПУ серии «Электроника НЦ-31» —
предприятие «Диффузион» (г. Москва). Начало выпуска — 1980 г.
Устройства ЧПУ серии ЗС имеют модификации ЗС-140, -150,
-170. Из них устройства ЗС-140 предназначены для односуппорт-
ных токарных станков и токарных ОЦ, обеспечивают управление
по четырем координатам, в том числе три одновременно управ-
ляемые. Число дискретных входов/выходов — 256/256. Объем энер-
гонезависимой ОЗУ — 32 Кбайт.
В устройствах ЧПУ ЗС-140 программирование технологических
циклов осуществляется на языке «Технолог», а программирование
электроавтоматики — «Ярус-2». Конструктивное исполнение — блок.
Габаритные размеры приборного блока 650x535x350 мм; блока
управления 640x1000x400 мм. В устройстве ЧПУ ЗС-140 приме-
нен микропроцессор К1801ВМ2. Производитель устройств ЧПУ
ЗС-140 — ПО «Контур» (г. Зеленоград, Московская обл.). Начало
выпуска — 1987 г.
Устройства ЧПУ ЗС-150 предназначены для сверлильно-фре-
зерно-расточных станков и ОЦ. Число управляемых координат —
12, из них 7 — одновременно управляемые. Число дискретных вхо-
дов/выходов — 420/210. Объем энергонезависимой ОЗУ — 32; 64;
128 Кбайт.
В устройстве ЧПУ ЗС-150 программирование технологических
циклов и электроавтоматики осуществлено на языке ЯФП. Конст-
руктивное исполнение — шкаф или блок. Габаритные размеры
шкафа 600x700x164 мм. В устройстве ЗС-150 применена ЭВМ
«Электроника МС1201.02». Производитель данного устройства —
Ленин1радское НПО «Элекгронмаш». Начало выпуска — 1987 г.
Устройства ЧПУ ЗС-170 предназначены для шлифовальных
станков. Число управляемых координат -*- 10, из них 5 — одновре-
менно управляемые. Число дискретных входов/выходов — 256/256.
Объем энергонезависимой ОЗУ — 64 Кбайт. Конструктивное ис-
полнение — блок. Габаритные размеры приборного блока —
630x1000x430 мм; блока входных/выходных ключей — 315х350х
х280 мм. В устройстве ЧПУ ЗС-170 применен микропроцессор
К1801ВМ2. Производитель устройства ЧПУ ЗС-170 — ПО «Кон-
тур» (г. Зеленоград, Московская обл.). Начало выпуска — 1987 г.
Устройство ЧПУ «УНИКОН-20» предназначено для тяжелых
и уникальных станков, фрезерно-расточных ОЦ.
183
Конструктивное исполнение — шкаф. Габаритные размеры
шкафа 610х 1 680x680 мм; масса 270 кг.
В устройстве «УНИКОН-20» применен микропроцессор МК-20.
Устройства серии «УНИКОН-20» обеспечивают управление сле-
дящими электроприводами постоянного тока по замкнутой схеме
(могут использоваться фотоэлектрические или импульсные дат-
чики перемещений). Число управляемых координат — 8, число
одновременно управляемых формообразующих координат — 6, а
число одновременно независимых позиционных координат — 8.
Число синхронных пар — одна. Линейная интерполяция может
осуществляться по восьми координатам, круговая — по двум. Так-
же данное устройство обеспечивает линейно-круговую (винтовую),
цилиндрическую и сферическую интерполяции. Дискретность за-
дания позиции по линейным координатам — 0,001 мм; по круго-
вым координатам — 0,00Г. Максцмальное перемещение, задавае-
мое в кадре, — ±9999,999 дискрет. Способ задания геометричес-
кой информации — абсолютный, в приращениях. Диапазон рабо-
чих подач — 0,01... 15 000 мм/мин. Точность поддержания контурной
скорости — ±5 %. Оперативная коррекция скорости — 10... 120 %.
Скорость быстрых перемещений — 15 000 мм/мин. Устройство ЧПУ
«УНИКОН-20» имеет восемь выходных аналоговых каналов ЦАП
(± 10 В). Параметры дискретных входов — DC, 24 В, 0,01 А. Анало-
гичны параметры дискретных выходов — DC, 24 В, 0,1 А. Число
дискретных входов/выходов — 512/512. Программоноситель — пер-
фолента с максимальной длиной 320 м; встроенное фотосчитыва-
ющее устройство — ЕС-6022. Индикация устройства ЧПУ «УНИ-
КОН-20» — дисплей на 1920 знаков.
Данное устройство ЧПУ имеет объем памяти для УП, кон-
стант и параметров — 128 Кбайт, для программ электроавтомати-
ки — 32 Кбайт. Для программирования технологических циклов в
устройстве ЧПУ «УНИКОН-20» использован язык Контран-2, а
для электроавтоматики — Step V. Программное обеспечение раз-
работано в Новосибирском электротехническом институте. Про-
изводитель устройства ЧПУ «УНИКОН-20» — ПО «Счетмаш»
(г. Кишинев). Начало выпуска — 1988 г.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Пульт оператора устройства ЧПУ NC-210
Лицевая панель пульта оператора. Пульт оператора (ПУ) обес-
печивает выполнение всех функций управления и контроля в си-
стеме оператор—устройство ЧПУ—станок.
Пульт включает в себя модуль дисплея и модуль клавиатуры.
Конструктивно ПУ встроен в моноблок устройства ЧПУ таким
образом, что лицевая панель ПУ представляет собой лицевую па-
нель устройства. В качестве элементов управления используются
кнопки, клавиши и переключатели, в качестве элементов конт-
роля — дисплей и светодиоды.
Лицевая панель ПУ представлена на рис. ПЛ. Она состоит из
пяти секций.
Рис. ПЛ. Панель оператора устройства ЧПУ NC-210
185
Слева в центральной секции расположен жидкокристалличес-
кий дисплей TFT (размер экрана 10,4")- Внизу под дисплеем рас-
положена горизонтальная секция, в которой размещена функци-
ональная клавиатура <F1>—<F8>. Справа от дисплея расположена
вертикальная секция функциональной клавиатуры с клавишами
<F11>—<F18>, «Прокрутка» Q и «Переход» О. Нижняя часть от-
ведена под секцию алфавитно-цифрового наборного поля. В пра-
вой верхней части расположена секция станочной консоли с эле-
ментами управления и индикации. В секции станочной консоли
установлены светодиоды «АС», «DC», «ER»; сетевой выключа-
тель устройства ЧПУ ON/OFF; кнопка «Аварийный останов»; кноп-
ка «Пуск» ГТ); кнопка «Стоп» fT); переключатель «Режимы работы
со станком»; переключатель «JOG» — «Корректор подачи» (ручное
управление); переключатель «F» — «Корректор подачи, %»; пере-
ключатель «S» — «Корректор скорости вращения шпинделя, %».
Индикаторы станочной консоли. Функции светодиодов в сек-
ции станочной консоли следующие:
«АС» — индикатор подачи сетевого питания (зеленый свет):
\ индикатор светится — сетевое питание подано на устрой-
ство ЧПУ/сетевое питание исправно;
j индикатор не светится — сетевое питание отсутствует/се-
тевое питание неисправно;
«DC» — индикатор исправности вторичного питания (зеленый
свет):
индикатор светится — вторичное питание исправно;
индикатор не светится — вторичное питание неисправно;
«ER» — индикатор ошибки в работе устройства ЧПУ (красный
свет) (индикатор загорается, если в работе устройства ЧПУ сис-
темой «WATCH DOG» выявлена ошибка, при этом снимается сиг-
нал готовности устройства ЧПУ «RSPEPN»).
Кнопки станочной консоли. В эту систему входят:
кнопка ON/OFF — сетевой выключатель (замок с ключом) —
используется для включения/выключения питания устройства
ЧПУ;
кнопка «Аварийный останов» (кнопка-грибок красного цве-
та) — отключает управляющее напряжение со станка. Для подго-
товки повторного включения станка после аварийного отключе-
ния необходимо повернуть кнопку до щелчка в направлении, ука-
занном на ней;
Г~Г) — кнопка «Пуск» — управляет выполнением программы в
режимах «Автоматический» («AUTO») и «Кадр» («STEP»), дви-
жением осей в режимах «Ручной ввод кадра» («MANU»), «Ручные
перемещения» («MANJ»), «Автоматический возврат на профиль»
(«PROF»), «Выход в ноль» («НОМЕ»), а также выполняет общий
сброс системы, если в устройстве ЧПУ установлен режим «Сброс»
(«RESET») (выбор режимов работы выполняется со станочной
186
панели), управляет движением в режимах «Ручные перемещения»
и «Автоматический возврат на профиль» при нажатой кнопке
«Стоп»;
Г~П — кнопка «Стоп» (кнопка красного цвета) — останавлива-
ет движение с управляемым замедлением.
Для того чтобы возобновить цикл, необходимо снова нажать
кнопки «Стоп» и «Пуск» (нажатие не действует при нарезании
резьбы).
Переключатель режимов работы станка. Рассмотрим возмож-
ности данного переключателя. В режиме «Управление станком» с
ПУ устройства ЧПУ можно задавать режим работы станка. Акти-
визация переключателя задается инструкцией SWP при настрой-
ке системы. При этом возможны следующие режимы работы:
«MDI» — режим «Ручной ввод кадра» — при нажатии кнопки
«Пуск» выполняется отработка кадра, набранного в строке «Ввод/
Редактирование»;
«AUTO» — режим «Автоматический» — при нажатии кнопки
«Пуск» выполняется отработка всей УП кадр за кадром;
«STEP» — режим «Кадр» — при нажатии кнопки «Пуск» вы-
полняется отработка одного кадра УП;
«MANU» — режим «Безразмерные ручные перемещения» —
с нажатием кнопки «Пуск» ось, выбранная с клавиатуры нажати-
ем клавиши «Сдвиг на строку вперед» или «Сдвиг на строку на-
зад», начинает двигаться со скоростью и в направлении, выбира-
емыми переключателем корректора подач «JOG». При отпускании
кнопки «Пуск» ось останавливается;
«MANJ» — режим «Фиксированные ручные перемещения» —
с нажатием кнопки «Пуск» выбранная ось смещается на величину
перемещения, введенную с клавиатуры при помощи кода JOG.
Скорость и направление (+, -) выбираются переключателем кор-
ректора подач «JOG»;
«PROF» — режим «Автоматический возврат на профиль» —
при нажатии кнопки «Пуск» выполняется возврат в отправную
точку на профиле после ручного перемещения от профиля. Выбор
оси возврата осуществляется при использовании кода RAP = 0.
Для автоматического возврата (ось за осью в обратном порядке)
используется код RAP = 1. Величина скорости и направление дви-
жения по осям выбираются переключателем корректора подач
«JOG» на пульте. Движение начинается с нажатия кнопки «Пуск»;
«НОМЕ» — режим «Выход в ноль» — при нажатии кнопки
«Пуск» осуществляется выход в исходную позицию оси (в пози-
цию микровыключателя абсолютного нуля оси), выбранной с
клавиатуры клавишами «Сдвиг на строку вперед» или «Сдвиг на
строку назад»;
«RESET» — режим «Сброс» — при нажатии кнопки «Пуск»
обнуляется информация, находящаяся в динамическом буфере.
187
Осуществляется выбор нулевой начальной точки для всех осей, и
выбранная УП устанавливается на первый кадр. Сбрасываются
текущие М-, S-, Т-функции. Коррекции инструментов и началь-
ных точек, занесенные в соответствующие файлы, не стираются.
Переключатели станочной консоли. Используемые переключа-
тели служат для управления станком:
«S» — «Корректор скорости вращения шпинделя» — в режиме
«Управление станком» позволяет изменять скорость вращения
шпинделя; шаг изменения скорости вращения шпинделя может
быть установлен при настройке;
«F» — «Корректор подачи» — в режиме «Управление станком»
позволяет изменять величину рабочей подачи; шаг изменения
подачи может быть установлен при настройке; не действует при
нарезании резьбы;
«JOG» — «Корректор подач» — в режиме «Управление станком»
определяет скорость и направление ручных перемещений. Пере-
ключатель в диапазоне 0...100 % в сочетании с командой URL = 1
управляет скоростью перемещений на быстром ходу (при G00);
шаг изменения подачи может быть установлен при настройке.
Функциональная клавиатура. Имеются в виду клавиши: «Пере-
ход» О — обеспечивает смену режима «Команда» режимом «Уп-
равление станком», и обратно (может быть использована при ра-
боте в программах ПК как клавиша <F1>) и «Прокрутка» □ —
выполняет переход между видеостраницами #1 и #7 и переход из
видеостраницы #6 в видеостраницу #7, обеспечивает переход на
вторую страницу и обратно в меню «Среда» при компиляции про-
граммы PLC, обеспечивает прокрутку меню в редакторе устрой-
ства ЧПУ, может быть использована при работе в программах ПК
как клавиша <F10>.
Клавиатура алфавитно-цифрового наборного поля. По своему
назначению основные алфавитно-цифровые клавиши наборного
поля соответствуют клавишам компьютерной клавиатуры.
Кроме основных алфавитно-цифровых клавиш на наборном
поле расположено несколько специальных клавиш:
< ◄> — «Возврат на шаг» — перемещает курсор влево от теку-
щего положения;
< ►> — «Сдвиг вперед» — перемещает курсор вправо от теку-
щего положения;
< А> — «Сдвиг на строку назад» — выполняет две функции:
1) в режиме «Команда»:
• вызывает из буфера памяти любую из последних введенных
восьми команд для повторного ввода клавишей <ENTER>;
• при редактировании УП используется для возврата курсора к
предыдущему кадру;
2) в режиме «Управление станком»:
188
• используется для поиска кадра, с которого может быть нача-
та отработка УП в режимах работы «Кадр» («STEP») или «Авто-
матический» («AUTO»);
• используется при выборе оси для движения в режимах
«MANU», «MANJ», «PROF», «НОМЕ»;
• в сочетании с клавишей <Alt> прокручивает из буфера ко-
манд для повторного выполнения:
любой из последних 16 введенных команд посредством кла-
виши <ENTER> во всех режимах работы кроме режима «Руч-
ной ввод кадра» («MDI»);
любой из последних 16 введенных кадров посредством
кнопки «Пуск» в режиме «Ручной ввод кадра» («MDI»);
<▼> — «Сдвиг на строку вперед» — выполняет две функции:
1) в режиме «Команда»:
• вызывает из буфера памяти любую из последних введенных
восьми команд для повторного ввода клавишей <ENTER>;
• при редактировании УП используется для перемещения кур-
сора к следующему кадру;
2) в режиме «Управление станком»:
• используется для поиска кадра, с которого может быть нача-
та отработка УП в режимах работы «Кадр» («STEP») или «Авто-
матический» («AUTO»);
• используется при выборе оси для движения в режимах
«MANU», «MANJ», «PROF», «НОМЕ»;
• в сочетании с клавишей <Alt> прокручивает из буфера ко-
манд для повторного выполнения:
любой из последних 16 введенных команд посредством кла-
виши <ENTER> во всех режимах работы кроме режима «Руч-
ной ввод кадра» («MDI»);
любой из последних 16 введенных кадров посредством
кнопки «Пуск» в режиме «Ручной ввод кадра» («MDI»);
< «J > <ENTER> («Ввод») — начинает выполнение команды
или выполняет ввод набора информации. Ввод можно выполнять
в любом режиме («Ручной ввод кадра», «Кадр», «Автоматичес-
кий», «Ручные перемещения», «Возврат на профиль», «Выход в
ноль», «Сброс»), в том числе и во время отработки УП или от-
дельного кадра;
<Shift> — при нажатии временно устанавливает регистр клави-
атуры, обратный текущему регистру.
<Esc> («Отмена») — используется для очистки дисплея. В фазе
управления станком служит для установки УП на первый кадр
или на последний выполненный кадр, если после него был вы-
полнен просмотр программы по клавишам <А> и <▼>.
< «-> <Backspace> («Удалить») — удаляет последний символ,
выведенный на дисплей в строке ввода и редактирования коман-
ды, кадра или в редакторе;
189
< Del> — в режиме «Управление станком» очищает строку вво-
да и редактирования кадра, а также удаляет сообщения об ошиб-
ках;
< Ctrl> — в устройствах ЧПУ используется в следующих случаях:
• перевод латинского алфавита в русскую кириллицу и обратно;
• в сочетаниях <Ctrl> + <Alt> + <Del> и выключенном станке
для быстрого перезапуска ПО;
• в сочетаниях <Ctrl> + <Alt> + любая алфавитно-цифровая кла-
виша для отключения дисплея панели оператора; для восстанов-
ления индикации на экране панели оператора нужно нажать лю-
бую алфавитно-цифровую клавишу;
< Alt> — применяется в сочетаниях с клавишей <Ctrl> и клави-
шами <▼> и < А> — «Сдвиг на строку вперед» и «Сдвиг на строку
назад»;
< PgUp> — в видеостранице #1 в окне выбора активной УП
переводит курсор вверх по именам УП. В видеостраницах #6, #7 в
строке ввода и редактирования прокручивает буфер УП в начало
каталога. Имя каталога, в котором выполняется прокрутка УП,
указывается в инструкции NDD. Если имя каталога не указано, то
по умолчанию используется каталог МРО;
< PgDn> — в видеостранице #1 в окне выбора активной УП
переводит курсор вниз по именам УП. В видеостраницах #6, #7 в
строке ввода и редактирования прокручивает буфер УП в конец
каталога. Если имя каталога не указано, то по умолчанию исполь-
зуется каталог МРО.
Отображение информации на дисплее. Вывод информации на
дисплей осуществляется в следующих режимах работы устройства
ЧПУ: «Сохранение экрана»; «Команда»; «Управление станком».
В режиме «Управление станком» имеются три типа видеостра-
ниц: алфавитно-цифровая — видеостраница #1; алфавитно-циф-
ровая для меню станочной панели — видеостраница #7; графи-
ческая — видеостраница #6.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ Р 50369—92. Электроприводы. Термины и определения. — М.:
Изд-во стандартов, 1993. — 16 с.
2. Завгороднев П. И. Работа оператора на станках с программным уп-
равлением : учеб, пособие для техн, училищ / П. И. Завгороднев. — М. :
Высш, шк., 1981. — 136 с.
3. Программное управление станками и промышленными роботами :
учебник / [В. Л. Косовский, Ю. Г. Козырев, А. Н. Ковшов и др.]. — М. :
Высш, шк., 1989. — 272 с.
4. Сергиевский Л. В. Пособие наладчика станков с ЧПУ / Л. В. Сергиев-
ский, В. В. Русланов. — М.: Машиностроение, 1991. — 176 с.
5. Соломенцев Ю. Н. Управление гибкими производственными система-
ми / Ю. Н. Соломенцев, В.Л.Сосонкин. — М.: Машиностроение, 1988. —
552 с.
6. Сосонкин В. Л. Микропроцессорные системы числового программ-
ного управления станками / В.Л.Сосонкин. — М. : Машиностроение,
1985. — 288 с.
7. Черпаков Б. И. Металлорежущие станки : Учебник для нач. проф.
образования / Б. И. Черпаков, Т. А Альперович. — М.: Издательский центр
«Академия», 2004. — 368 с.
8. Числовое программное управление станками / [В.Л.Сосонкин,
О. П. Михайлев, Ю. А. Павлов и др.]; под ред. В. Л. Сосонкина. — М.: Маши-
ностроение, 1981. — 398 с.
9. Чудаков А. Л. Проектирование систем управления станками и ста-
ночными комплексами : гл. 1.8 // Машиностроение : энциклопедия. Т.
ГУ-7. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование. —
М.: Машиностроение, 1999. — С. 268—292.
ОГЛАВЛЕНИЕ
От научного редактора........................................3
Введение.....................................................6
Глава 1. Системы программного управления станками
и станочными системами......................................8
1.1. Этапы создания и совершенствования систем программного
управления и их роль в автоматизации и повышении
технического уровня металлорежущего оборудования.............12
1.2. Классификация и основные виды систем программного
управления...................................................19
1.3. Структуры и каналы связи систем
программного управления. Языки программирования,
протоколы обмена.........................................20
1.4. Системы циклового программного управления
и программируемые контроллеры...............................41
1.5. Системы числового программного управления..............44
1.6. Системы программного управления высокого уровня........46
1.7. Конструкция и компоненты систем программного управления.52
1.7.1. Требования по обеспечению устойчивости
систем управления к внешним воздействиям.................52
1.7.2. Агрегаты и блоки систем ЧПУ.......................55
1.7.3. Электроприводы систем управления..................58
1.7.4. Датчики положения.................................67
1.8. Комплектные системы программного
управления станков..........................................80
1.8.1. Промышленные серии систем ЧПУ и программируемых
контроллеров российского производства....................80
1.8.2. Системы ЧПУ и программируемые контроллеры ведущих
зарубежных фирм..........................................97
1.9. Перспективные направления развития систем программного
управления, промышленные персональные компьютеры...........140
Глава 2. Эксплуатация устройств ЧПУ........................146
2.1. Обзор функций устройств ЧПУ...........................146
2.2. Программное обеспечение...............................148
2.3. Панель оператора устройств ЧПУ........................153
2.4. Тестирование и ввод коррекции
устройств ЧПУ..............................................155
2.5. Эксплуатация основных компонентов
устройств ЧПУ..............................................160
2.6. Методы наладки и контроля станка с ЧПУ................162
2.7. Работа оператора на станке с ЧПУ......................167
Приложение 1. Обзор ранее выпускавшихся систем ЧПУ
российского производства...................................178
Приложение 2. Пульт оператора устройства ЧПУ NC-210.....'..185
Список литературы........................................ 191
Для подготовки квалифицированных
кадров по профессии «Станочник
(металлообработка)» рекомендуются
следующие учебники и учебные пособия:
0. Н. Куликов, Е. И. Ролин
Охрана труда
в металлообрабатывающей
промышленности
А. Г. Холодкова
Общая технология
машиностроения
Б. И. Черпаков, Т. А. Альперович
Металлорежущие станки
Б. В. Шандров, А. А. Шапарин,
А.Д. Чудаков
Автоматизация производства
(металлообработка)
Издательский центр «Академия»
www. academia-moscow. ru
(У*