Разработчики систем управления станков с ЧПУ имеют принципиально новые технические средства – микропроцессоры для управления и микроЭВМ для отладки процессов управления. С появлением микропроцессоров конструкторы стали активно использовать большие интегральные схемы (БИС). В связи с этим стало возможным (с экономических позиций) привлекать современные средства автоматики и вычислительной техники к решению обычных (не уникальных) технических задач. Микропроцессорные устройства ЧПУ создают на базе микропроцессорных устройств автоматики с наращиванием их структуры всевозможными дополнительными модулями, интерфейсами и периферийными устройствами. Как правило, за базовый вариант принимаются микропроцессорные системы на базе разработанных универсальных мини-ЭВМ с функциональной структурой и математическим обеспечением, проблемно ориентированным на управление технологическим оборудованием в реальном масштабе времени.

Микропроцессор (МП) – это микросхема, выполняющая над данными арифметические и логические операции и осуществляющая программное управление вычислительным процессом.

Мини-ЭВМ называют устройство обработки данных, содержащее один или несколько микропроцессоров, постоянной и оперативной памяти, управление вводом и выводом информации. Процессор микроЭВМ осуществляет сложение, вычитание, производит сдвиги влево и вправо, в силу чего возможны умножение и деление, выполняет логические операции «И» «ИЛИ».

Программный способ позволяет легко заменить рабочие программы при переходе на изготовление нового изделия и быстро перестраивать алгоритм работы объекта управления (станка, промышленного робота, КИМ т.п.). Имея набор отдельных блоков программ, можно скомпоновать программу для нужного процесса. Перенастройка устройства сводится к вводу в перепрограммируемую память ЭВМ новой программы. Применение микропроцессорных систем позволяет решить проблему повышения гибкости производства.

В настоящее время на предприятиях страны эксплуатируются сотни устройств ЧПУ, построенных на совершенно разных принципах. Это многообразие объясняется различными типами технологического оборудования, широкой номенклатурой и серийность выпускаемых изделий. Системы числового программн6ого управления технологическим оборудованием могут строиться по разным принципам.

Системы классов HNC, CNC, DNC

Переход вычислительной техники к большим интегральным схемам (БИС), микропроцессорным БИС и построенным на их основе микроЭВМ позволил создать УЧПУ, совмещающие функции управления станком и решения отдельных задач подготовки управляющих программ (УП). Наличие микропроцессора или мини-ЭВМ в системе УЧПУ обеспечивает ей большие возможности. В настоящее время в промышленности нашли применение системы ЧПУ классов HNC, CNC, DNC. Все эти системы имеют специфические особенности. Характеристики этих систем рассмотрены ниже.

1) Системы ЧПУ класса HNC

У оперативных систем ЧПУ класса HNC основным является режим ручного ввода программ в электронную память мини-ЭВМ с пульта УЧПУ. Программа из достаточно большого числа кадров легко набирается и исправляется с помощью клавиш или переключателей на этом пульте. После отладки программа фиксируется до окончания обработки партии одинаковых деталей.

Подобные системы позволяют вести программирование с пульта УЧПУ в режиме диалога с использованием стандартных подпрограмм из памяти, вызываемых по команде с пульта на экран дисплея. При этом на экране высвечиваются схема обработки и текст – перечень необходимых данных по выбранной подпрограмме для ввода в УЧПУ. Рассматриваемые системы дают также возможность осуществлять выбор инструмента из имеющегося в магазине станка, определить для него режимы обработки, ее оптимальную последовательность и т.д. Блок-схема такой системы управления показана на рис. 2.10.

В общем случае такие системы позволяют вести подготовку управляющей программы непосредственно у станка по чертежу детали без каких-либо особых предварительных работ технологического характера. Т.е. оператор 4 (станочник), получив чертеж детали 3 и технологию ее обработки, используя справочники 2 и каталоги 3, сам (вручную) программирует станок с помощью клавиш или переключателей на пульте управления станка 5. Это, естественно, предъявляет повышенные требования к профессиональной подготовке оператора.

Все современные УЧПУ класса HNC (с ручным вводом программ) имеют повышенный объем памяти мини-ЭВМ; устройства для подключения сложной периферийной техники: систем считывания с перфолент и магнитных кассет; вывода информации, дополнительной памяти и т.д. Подобные системы, обладая высокой мобильностью, имеют невысокую производительность.

2) Системы ЧПУ класса CNC

В настоящее время металлорежущие станки оснащаются системами управления типа CNC. Особенность систем класса CNC на базе мини-ЭВМ заключается в возможности в период ее эксплуатации (а не только проектирования и изготовления) изменять и корректировать управляющую программу как обработки детали, так и функционирования самой системы с целью максимального учета особенностей данного станка. Ее основу составляют микроЭВМ, запрограммированная на выполнение функции ЧПУ; блоки связи с координатными приводами, выдачи технологических команд в требуемой логической последовательности; системные органы управления и индикации, а также каналы обмена данными с центральной ЭВМ высшего уровня. Каждая из выполняемых функции обеспечивается своим комплексом подпрограмм. Все подпрограммы увязываются общей координирующей программой – диспетчером, осуществляющей гибкое взаимодействие всех блоков системы.

Блок-схема такой системы управления показана на рис. 2.11.

Управляющая программа для обработки заготовки зафиксирована на программоносителе (перфокарте, перфоленте, магнитной ленте). Оператор станка 1 вручную устанавливает программоноситель 2 в считывающее устройство 3 системы ЧПУ 4. Микропроцессор или микроЭВМ управляет исполнительными механизмами станка 5 в соответствии с заданной программой. Эти системы позволяют осуществлять в режиме диалога редактирование программ с ручным вводом и выводом информации на дисплей, а также получать отредактированную и отработанную программу на перфоленте.

Обладая сравнительно низкой стоимостью, малыми габаритами и высокой надежностью, системы класса CNC позволяют заложить в систему управления новые свойства.

Так, УЧПУ «Электроника НЦ-31» имеет математическое обеспечение, что дает возможность учитывать и автоматически корректировать постоянные погрешности станка и тем самым влиять на совокупность причин, определяющих точность обработки. Например, компенсировать люфт или зону нечувствительности приводов в направлении перемещения по координатам. Использование системы контроля и диагностики также повышает надежность и работоспособность станков с устройствами ЧПУ на микропроцессорах. Функции этих систем – контроль состояния внешних по отноше­нию к УЧПУ устройств, внутренних блоков и собственно УЧПУ. Например, УЧПУ «Электроника НЦ-31» для токарных станков имеет специальные тест-программы для проверки работоспособности всех структурных частей системы, отрабатываемые при каждом включении устройства. При исправности всех частей появляется сигнал готовности системы к действию. В процессе работы станка и УЧПУ тест-программы частями отрабатываются в так называемом фоновом режиме. В случае появления

неисправности на табло световой индикации возникает ее код, с помощью которого по таблице определяют место и причину неисправности. Кроме того, система определяет ошибки, связанные с неправильной эксплуатацией устройства, превышением параметров теплового режима, дает величину напряжения для питания и другие показатели. В токарных станках мод. 16К20Т1, оснащенных данной системой, предусмотрено хранение отредактированных управляющих программ в оперативной памяти УЧПУ в объеме 250 упрощенных кадров. Неотъемлемая часть современных УЧПУ класса CNC – обширная встроенная память (до 256 килобайт). Система может иметь широкий набор периферийных средств: фотосчитыватель, накопитель на магнитной ленте или гибких дисках, телетайп, перфоратор, микропроцессорные средства диагностического контроля. Весьма важным средством оптимизации связи процессорного УЧПУ и станка является введение в память и использование в работе параметров или констант станка. С их помощью могут быть автоматически учтены ограничения на зону обработки, заданы требования к динамике конкретных приводов, сформированы фазовые траектории разгонов и торможений, учтены конкретные особенности коробок скоростей, приводов подач, скомпенсированы систематические погрешности узлов и т. д.

3) Системы ЧПУ класса DNC

Эти системы представляют собой группу станков с ЧПУ (участок), управляемых одной общей центральной ЭВМ, минуя считывающее устройство станка. Блок-схема такой системы представлена на рис. 2.12. Из рис. 2.12 видно, что управляющие программы поступают на станки из центральной ЭВМ по запросам от УЧПУ станков. Центральная ЭВМ содержит архивную память, а устройства ЧПУ станков – оперативную память.

Рис. 2.12. Блок схема системы ЧПУ класса DNC

На каждом станке имеется устройство ЧПУ, которое управляет процессом выполнения конкретной операции при обработке заданной заготовки. В оперативной памяти устройства содержится вся информация по обработке заготовки на данной операции (скорость резания, величины подач, величины перемещений рабочих органов и т.п.) в реальном времени.  После завершения обработки партии данных заготовок, устройство ЧПУ станка сообщает об этом центральной ЭВМ и делает запрос на получение

следующего задания. В архивной памяти центральной ЭВМ хранится банк управляющих программ  (УП)  по обработке изделий,  подлежащих изготовлению на данном участке.

ЭВМ выбирает УП по обработке следующей партии заготовок, которые могут быть обработаны на данном станке при минимальной переналадке станка и по каналам связи отправляет ее в устройство ЧПУ станка. Станок переключается на обработку следующего изделия. Таким образом, центральная ЭВМ выполняет функции мастера – распределяет работы по рабочим позициям в соответствии со сменно-суточным заданием.

Однако наличие ЭВМ не означает, что необходимость в устройствах ЧПУ у станков полностью отпадает.  Каждый вид оборудования на участке сохраняет свои системы ЧПУ классов NC, SNC и CNC. Режим работы с управлением от ЭВМ для такого участка является нормальным. Одновременно с помощью ЭВМ автоматизируется и процесс подготовки программ. При временном выходе из строя ЭВМ участок сохраняет работоспособность, поскольку каждый вид оборудования может действовать от заранее подготовленной перфоленты.

В функции системы DNC входит управление и другим оборудованием участка, например автоматизирован­ным складом, транспортной системой и промышленными роботами, а также решение некоторых организационно — экономических задач. В состав программно-математического обеспечения DNC может входить специализиро­ванная система автоматизации подготовки УП. Редактирование программ можно осуществлять на внешней ЭВМ, где ведется их автоматизированная подготовка: на ЭВМ, управляющей группой станков, и на ЭВМ, встроенной в УЧПУ конкретного станка. Во всех случаях подготовленные и отредактированные УП для оборудования участка хранятся в памяти (архивной) ЭВМ, управляющей группой станков, откуда они по каналам связи передаются на конкретные станки по мере поступающих от них запросов.

В новых экономических условиях значительно возрастают требования повышения гибкости производства. Необходимость оперативно реагировать на изменение потребительского спроса, жесткая конкуренция, потребность расширения рынков сбыта, в том числе и зарубежных, приводит к необходимости все более широкого применения технологического оборудования, системы управления которого позволяют с минимальными затратами осуществлять переналадку производства. Применение систем ЧПУ технологическим оборудованием позволяет в значительной мере упростить решение этих проблем.