Числовое программное управление станков

1.2. Числовое программное управление станков

1.2.1. Траектория движений инструмента

Любую траекторию перемещения, которую должен пройти режущий инструмент при механообработке, можно разложить на элементарные перемещения из отрезков прямых линий и дуг окружности. Такие перемещения в ЧПУ называются интерполяциями (от латинского слова interpolatio – «обновление», «изменение»). Все производимые в настоящее время системы ЧПУ оснащаются специальным электронным блоком – интерполятором, благодаря которым они имеют способность управлять взаимным перемещением инструмента и заготовки по прямой линии или по окружности путем автоматического расчета промежуточных точек траектории выполняемого перемещения.

            Современные изделия, производимые на станках с ЧПУ, отличаются разнообразной и сложной формой, часто состоящей из параболических, винтовых или сплайновых поверхностей (сплайн – это гладкая кривая, которая проходит через заданный набор точек в прямоугольной системе координат). Каждую такую поверхность также можно представить в виде сочетания элементарных отрезков прямых линий и круговых дуг. Но при этом количество элементарных перемещений становится неоправданно большим, а управляющая программа громоздкой и сложной (объем такой управляющей программы может составить больше 100 мегабайт и более). Для того чтобы многократно уменьшить и упростить управляющую программу по обработке поверхностей сложной формы, системы ЧПУ большинства современных станков оснащаются не только линейными и круговыми интерполяторами, но и винтовыми, параболическими, сплайновыми и т.п.

            Если на станке с ЧПУ необходимо выполнить прямолинейное перемещение инструмента (линейную интерполяцию) вдоль одной из осей координат станка, то такое перемещение система ЧПУ исполняет включением привода подач по данной оси, а по другим осям привод подач  не включается. Если же необходимо выполнить круговую интерполяцию или линейную интерполяцию в направлении, непараллельном какой-либо оси координат, то механизм работы системы ЧПУ существенно усложняется.

            В этом случае система ЧПУ реализует перемещение инструмента при помощи аппроксимации. Под аппроксимацией в теории ЧПУ понимается замена одной функциональной зависимости на другую более простую функцию с определенной степенью точности. В данном случае аппроксимация сводится к тому, что вместо одного прямолинейного перемещения или перемещения по дуге от исходной точки до точки с заданными координатами система ЧПУ задает инструменту перемещения по ломаной линии, элементарные отрезки которой параллельны координатным осям.

            На рис. 1.26 показан случай прямолинейного перемещения режущего инструмента (линейная интерполяция), на рис. 1.27 – аппроксимация данного перемещения системой ЧПУ станка. На рис. 1.28 -  случай перемещения режущего инструмента по дуге окружности (круговая интерполяция), на рис. 1.29 – его аппроксимация.

На рисунках 1.27 и 1.29 линиями от точки a до точки b показаны траектории перемещения инструмента, заданные управляющей программой. Отрезками от X1 до Xi  и от Y1 до Yi показаны замены заданного перемещения на элементарные перемещения соответственно вдоль координатных осей X и Y. Как видно из изображений элементарные перемещения не всегда одинаковы по своей величине в процессе одного заданного перемещения. Система ЧПУ сама определяет величину каждого элементарного перемещения, исходя из двух условий:

· отклонение траектории элементарного перемещения от траектории заданного перемещения не должно превышать установленную программой величину аппроксимации (общепринятым считается погрешность аппроксимации равная 15-25% всего поля допуска на неточность обработки данного размера);

· элементарные перемещения вдоль разных координатных осей должны быть так согласованы между собой, чтобы они одновременно начались в исходной точке и прекратились так же одновременно при достижении конечной точки заданного перемещения.

            1.2.2. Классификации систем ЧПУ

            Существуют различные классификации систем ЧПУ - в зависимости от группы рассматриваемых признаков. Наиболее известны следующие классификации:

· по уровню технических возможностей;

· по технологическому назначению;

· по числу потоков информации;

· по принципу задания программы;

· по типу привода;

· по числу одновременно управляемых координат

Например, при классификации систем ЧПУ по технологическому назначению определяющим признаком является тип и количество программируемых перемещений исполнительных органов станка. По этому признаку системы ЧПУ подразделяются на следующие виды:

· позиционные;

· прямоугольные;

· формообразующие

· контурно-позиционные

В отечественных стандартах на станки с ЧПУ принято учитывать в обозначении станка установленный на нем вид системы ЧПУ. Станки с позиционными и прямоугольными системами управления имеют индекс «Ф2», станки с формообразующими системами – индекс «Ф3», многоцелевые (сверлильно-фрезерно-расточные) станки с контурно-позиционными системами управления – индекс «Ф4». 

Ниже показаны примеры  обозначения некоторых станков и систем ЧПУ.

Ниже показаны примеры  отечественных систем ЧПУ для станков основных групп.

Примеры отечественных УЧПУ для станков основных групп.

Из Иностранных систем ЧПУ можно отметить FANUC (Япония), BOСH (Германия), Sinumeric и др.

Ниже приводятся характеристика и назначение разновидностей различных систем ЧПУ.

Прямоугольные и формообразующие системы ЧПУ относятся к контурным (непрерывным) системам. Контурные системы ЧПУ обеспечивают автоматическое перемещение исполнительных органов станка по управляющей программе, которая задает траекторию перемещения и контурную скорость, с которой оно выполняется. Многоцелевые (сверлильно-фрезерно-расточные) станки с ЧПУ оснащаются, как правило, гибридными контурно-позиционными системами управления, позволяющие оптимизировать управление станка в зависимости от вида обработки.

Формообразующие системы ЧПУ в настоящее время являются наиболее распространенным видом ЧПУ. Они имеют несколько уровней сложности, в зависимости от количества одновременно управляемых осей координат:

· 2D-формообразующие;

· 2½D-формообразующие;

· 3D-формообразующие;

· 4D- формообразующие;

· 5D- формообразующие.