Принцип системы ЧПУ (числового программного управления) фрезерных станков

Системы числового программного управления (СЧПУ) предназначены для автоматизации работы станочного оборудования и осуществления обработки по заданной программе.

Современные обрабатывающие комплексы обладают значительной технологической гибкостью и универсальностью во многом благодаря наличию СЧПУ. Намечается тенденция использовать универсальное оборудование (вместо узкоспециализированной станочной оснастки и роботов-автоматов) даже при крупносерийном производстве, т. к. возможность лёгкой переналадки оказывается более весомым плюсом, чем повышение стоимости оборудования. Кроме того, изготовление сложных профилированных деталей без использования многокоординатной программной обработки порой оказывается невозможным в принципе.

Наиболее яркими преимуществами систем ЧПУ являются:

  • более высокая производительность оборудования;
  • сочетание универсальности и точности обработки;
  • упрощение производственного процесса (связанная, однако, с некоторым усложнением подготовительного этапа — разработки управляющих программ);
  • малый разброс качества изделий в пределах одной партии выпуска;
  • быстрота переналадки оборудования и перехода к выпуску других изделий;
  • простота оснастки станков;
  • лёгкость облуживания и эксплуатации и т. д.

Архитектура систем ЧПУ

Принцип работы систем ЧПУ заключается в выдаче микроконтроллером управляющего воздействия (электрических импульсов строго определённой продолжительности) на исполнительные механизмы станка, а также контроля их перемещения («обратная связь») для реализации движения режущего инструмента согласно заданной программе обработки.

Исполнительными механизмами фрезерных станков являются электродвигатели привода инструментального портала, а также электромотор шпинделя и ряд вспомогательных систем.

При использовании шаговых двигателей «обратная связь» изначально заложена в их конструкцию — двигатель однозначно «знает» на сколько шагов повернётся ротор при определённой длине управляющего импульса. Для более мощных станков применяются серводвигатели, контроль перемещения которых осуществляется специальными датчиками положения. Говоря упрощённо, для реализации принципа числового программного обеспечения система ЧПУ должна «знать», куда перемещать режущий инструмент, и «чувствовать» где он в каждый момент времени находится. За первое отвечает программа обработки, а за второе — датчики положения инструмента.

Следовательно, электронная система ЧПУ должны должна включать следующие компоненты:

  • микропроцессор — для преобразования кодов программы в управляющие импульсы (а также контроля всех основных и промежуточных процессов станка);
  • оперативную память — для хранения текущей информации в процессе обработки;
  • постоянную память — для хранения файлов управляющих программ, настроек оборудования и прочей вспомогательной информации;
  • устройство загрузки программ (например, через USB-интерфейс);
  • устройство управления (собственное и/или внешнее — плата подключения ПК).

Конструктивные исполнения систем ЧПУ отличаются широким разнообразием. В процессе развития системы претерпевали значительные изменения — как по способу загрузки программ (перфокарты для ранних систем и трёхмерные твердотельные модели для современных), так и по алгоритму управления (замкнутые, разомкнутые и т. п.). Для современных станков характерно наличие ЧПУ, ориентированного на максимальную интеграцию с ПК.

Особенности современных систем ЧПУ

В настоящее время совершенствование систем ЧПУ, как и любых других продуктов в IT-сфере, идёт стремительными темпами. Производитель, не представивший вовремя свою разработку, ориентированную на требования рынка, рискует навсегда «выпасть из обоймы». При этом основными тенденциями развития ЧПУ являются:

  • упрощение аппаратной и программной части систем;
  • полная совместимость с предыдущими «эволюциями» (для запуска ранее наработанных программ);
  • упор на разработку и совершенствования программного обеспечения (и т. о. расширения функционала существующих систем ЧПУ);
  • плавная «эволюция» технических решений (взамен «революционным» изменениям) аппаратной части систем;
  • открытость систем — для производителей станочного оборудования это означает широкие возможности для самостоятельной доработки;
  • многоканальность — для реализации одновременного запуска нескольких управляющих программ на одной системе ЧПУ;
  • поддержка алгоритмов высокоскоростной обработки.

Практически все современные ЧПУ поддерживают интерполяцию с малой дискретностью вычислений («наноинтерполяцию») и алгоритмы «предпросмотра», т. е. возможность просчитывать траекторию инструмента и заранее снижать скорость перед её резкими изменениями (что особенно актуально для обработки на больших скоростях).

Также перспективные системы ЧПУ строятся в расчёте на удалённое (сетевое) управление, в том числе при объединении отдельных станков в группы — в рамках технологической цепочки производства изделий. Большое внимание уделяется функциям моделирования процесса обработки, когда система не просто визуализирует на экране маршрут движения инструмента, а представляет модель фактического результата обработки.

К системам ЧПУ также предъявляются требования расширенной диагностики оборудования и возможность «понимания» языков программирования высокого уровня. И кончено же, современные системы всё более унифицируются в рамках принятых стандартов. В то же время производители стремятся выпускать на рынок системные продукты (а не отдельные разрозненные компоненты) позволяющие решать «под ключ» комплексные технологические задачи.

Следует отметить, что развитие систем ЧПУ неотделимо от повышения квалификации персонала — программистов, операторов станков, наладчиков. Однако до сих пор совершенствование систем значительно опережало способности их использовать — особенно в новейших технологических областях (например, высокоскоростной обработки). Поэтому вопрос раскрытия возможностей перспективных систем ЧПУ, обучения новым методам их использования, непременно должен выдвигаться на первый план.

Оцените информацию на странице

Средняя оценка: 5
Голосов: 1
Яндекс.Метрика