К системам числового программного управления (СЧПУ) относятся такие системы автоматического управления, в которых задающая ин­формация (программа) выражена последовательностью чисел, зафиксированных на перфолентах, магнитных лентах и других быстросменяемых носителях. Эти системы управления предназначены для автоматизации технологического оборудования, применяемого в мелкосерийном производстве при частой смене объектов производства. Например, в технологических процессах обработки резанием системы программного управления особенно эффективны для обработки деталей со сложными криволинейными поверхностями. Обработка таких деталей на станках с программным управлением более выгодна, чем на копировальных или других станках общего назначения, тем, что не требует изготовления сложной оснастки, а переналадка станка при переходе на изготовление новой детали занимает несколько секунд (время на замену перфоленты или магнитной ленты).

Аналогичные примеры можно привести для контрольных, сборочных и других технологических операций. В настоящее время на предприятиях страны эксплуатируются сотни устройств ЧПУ, построенные на совершенно разных принципах. Это разнообразие объясняется различными типами технологического оборудования, широкой номенклатурой и серийностью выпускаемых изделий и т.п.

Особенность задания программы в ЧПУ в виде чисел позволяет полностью автоматизировать процесс расчета и ее изготовления (программы), путем использования для этого цифровых вычислительных машин, причем организация централизованного ее изготовления и передача по каналам связи к потребителю значительно снижают стоимость и упрощают хранение. Такая форма программы повышает точность выполнения технологического процесса, а также значительно облегчает автоматическое корректирование ее в зависимости от изменившихся условий. Применение ЧПУ совместно с цифровыми вычислительными машинами позволяет управлять целым комплексом оборудования.

С точки зрения задач управления, СЧПУ способны выполнять все функции по управлению: осуществлять управление перемещением, положением исполнительных органов, включать и переключать приводы, синхронизировать выполнение отдельных циклов отдельных механизмов, вести сбор, переработку информации о течении техпроцесса и его корректирование при изменении условий обработки и характеристик изделия.

В общем виде структуру комплекса «станок с ЧПУ» можно представить в виде трех блоков, каждый из которых выполняет свою информационную задачу: 1) управляющая программа, 2) устройство ЧПУ и управления автоматикой станка, 3) собственно станок.

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

2) В устройстве ЧПУ управляющая информация транслируется, а затем используется в вычислительном цикле, результатом которого является формирование оперативных команд в реальном масштабе машинного времени станка.

3) Станок представляет собой основной потребитель управляющей информации, исполнитель­ную часть, объект управления, а в конструктивном отношении –

несущую конструкцию, на которой смонтированы механизмы с автоматическим управлением, приспособленные к приему оперативных команд от устройства ЧПУ. К числу подобных механизмов относятся, прежде всего, те, которые непосредственно участвуют в геометрическом формообразовании изделия; например, механизм координатных подач. В зависимости от числа движений, задаваемых механизмами подач, складывается та или иная система координат обработки – плоская, пространственная трехмерная, пространственная многомерная.

К устройству ЧПУ сходятся все «нити управления» механизмами станка. Конструктивно устройство ЧПУ представляет собой автономный электронный агрегат, имеющий устройство ввода управляющей программы, скрытую от внешнего наблюдения вычислительную часть, электрический канал связи с автоматическими механизмами станка.

В общем случае систему числового программного управления можно упрощенно представить в виде, показанном на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Блок-схема системы числового программного управления:

1 – программоноситель (перфокарта, перфолента, магнитная лента); 2 – считывающее устройство; 3 – усилитель сигналов; 4 – сравнивающее устройство; 5 – привод; 6 – рабочий орган (суппорт, стол станка); 7 – датчик обратной связи;  8 – устройство подачи программоносителя

Вся задающая информация по управлению (технология обработки), представленная последовательностью чисел и зафиксированная в определенном коде на программоносителе 1, считывается устройством 2. Устройство 8 осуществляет подачу (ввод) определенного участка программоносителя под головку считывающего устройства 2. С выхода устройства 2 задающая информация в виде определенных электрических сигналов поступает в устройство 3, которое формирует, усиливает их до определенного уровня и передает в сравнивающее устройство 4. В устройство 4 также поступает информация от датчика обратной связи 7. В результате сравнения задающей информации и информации обратной связи устройство 4 вырабатывает сигнал ошибки (сигнал рассогласования), который служит для управления работой привода 5, перемещающего рабочий орган 6 по определенному закону, заложенному в сигнале управления. В некоторых системах после сравнивающего устройства (или перед ним) устанавливают еще одно устройство, преобразующее выходной сигнал в сигнал, удобный для управления приводом.