Числове програмне управління (ЧПУ) забезпечує управління рухами робочих органів верстата і швидкістю їх переміщення при формоутворенні, а також послідовністю циклу обробки, режимами різання, різними допоміжними функціями.
Розглянемо складові елементи комплексу ЧПУ (рис. 2.3.1.). Креслення деталі одночасно поступає в систему підготовки програми і систему технологічної підготовки, що забезпечує відділ підготовки програм даними про технологічний процес обробки деталі, режимах різання і т.д. На підставі отриманих даних розробляється програма, що управляє. Програма поступає в пристрій ЧПУ, який переробляє отриману інформацію і передає команди робочим органам верстата.
Даний комплекс ЧПУ може видозмінюватися залежно від вигляду програмоносія, способу кодування інформації і методу її передачи в систему ЧПУ. В якості програмоносія використовують магнітні стрічки, перфострічки, гнучкі магнітні диски або касети. При підготовці програми проводиться кодування початкової інформації і представлення її у вигляді символів. Для кодування використовують різні коди (двоїчно-десяткові, двійкові і т. д.). Система підготовки програм може бути автоматизованою і ручною.
Перфострічка — поширений програмоносій, цьому сприяють її переваги: дешевизна та простота зберігання, малий об’єм перфострічки, оскільки її довжина залежить не від часу обробки деталі на верстаті, а від складності деталі, числа опорних точок. Програма, яка записується на перфострічці, може містити необмежене число технологічних команд. Пристрій управління від перфострічки дозволяє вводити корекції на довжину інструменту, його положення і т.д.
Пробитий отвір на перфострічці відповідає наявності сигналу, за відсутності отвору — сигналу не буде. Геометрична інформація на перфострічці заноситься у вигляді координат опорних точок. Інформація на перфострічку наноситься перфораторами. Зчитування інформації може здійснюватися різними способами.
При електричному способі зчитування (рис. 2.3.2, а) контактні щітки 2 за наявності отвору в перфострічці вступають в контакт з барабаном 1 і видають сигнал в схему автоматики. Метод забезпечує достатньо високу швидкодію, але має низьку надійність із-за можливості забруднення щіток електромеханічних систем зчитування (рис. 2.3.2, б) Перфострічка обмацується кульками 1, пружинами, що підтискаються до неї, 2 через штифти 3. За наявності пробивки замикаються відповідні контакти 4, передається команда в схему автоматики верстата і видається сигнал великої величини. Спосіб має низьку надійність і малу швидкодію. Найбільш поширені фотоелектричні системи.
Верстати з ЧПУ забезпечують високу продуктивність і точність переміщень, що задаються програмою, а також збереження цієї точності в заданих межах при тривалій їх експлуатації. Верстати з ЧПУ мають розширені технологічні можливості при збереженні високої надійності роботи.
Конструкція верстатів з ЧПУ повинна, як правило, забезпечити поєднання різних видів обробки (точіння — фрезерування, фрезерування — шліфування, обробка різанням — контроль і т. д.), зручність завантаження заготівок, вивантаження деталей, що особливо важливе при застосуванні промислових роботів, автоматичне або дистанційне керування зміною інструменту, можливість вбудування в загальну автоматичну систему управління.
Підвищення точності обробки досягається високою точністю виготовлення і жорсткістю верстата, що перевищує жорсткість звичайного верстата того ж призначення. Статична і динамічна жорсткість підвищується при скороченні довжини кінематичних ланцюгів. З цією метою для всіх робочих органів застосовують автономні приводи, а механічні передачі використовують в мінімально можливій кількості. Приводи верстатів з ЧПУ повинні забезпечувати високу швидкодію.
Система числового програмного управління (СЧПУ) — це сукупність спеціалізованих пристроїв, методів і засобів, необхідних для здійснення ЧПУ верстатами. Пристрій ЧПУ верстатами — частина СЧПУ (рис. 2.3.3) зв’язаний конструктивною єдністю.
З пристрою введення програми 1 технологічна інформація поступає в блок технологічних команд 7, а потім на виконавчі механізми 8, що відпрацьовують технологічну Інформацію. Геометрична інформація з пристрою введення програми поступає в пристрій обробки програм 2, а потім в пристрій управління приводом 3 и на привод 4, а потім за допомогою привода 4 в рух приводиться будь-який механізм. Датчик 5 контролює положення виконавчого механізму і корегує його переміщення через блок зв’язку 6.
Класифікація систем числового програмного управління проводиться за різними ознаками:
1) за призначенням: системи позиційні, прямокутні, контурні (безперервні), універсальні (комбіновані);
2) по числу потоків інформації: системи незамкнуті, замкнуті, такі, що самопристосовуються (адаптивні);
3) за принципом завдання програми: представленням програми в декодованому вигляді на магнітній стрічці, в кодованому вигляді (у абсолютних координатах, в приростах) на перфострічці і ін., з передачею програми ні верстат безпосередньо від центральної ЕОМ;
4) за типом приводу: системи із ступінчастим приводом (тільки для позиційної і прямокутної обробки), з регульованим приводом (для позиційної і прямокутної обробки); зі слідкуючим приводом та з кроковим;
5) по кількості одночасно керованих координат: по одній, двом, трьом, чотирьом і більш координатам. Можлива класифікація систем і по інших ознаках.
Перераховані пристрої можна розділити на дві групи:
• з постійною структурою з введенням програми від перфострічки, магнітної стрічки або з клавіш (типа N0, НМС);
• зі змінною структурою, у яких основні алгоритми роботи задаються програмно і мають можливість змінюватися.
Системи ЧПУ розподіляють на позиційні, прямокутні, контурні, комбіновані.
Позиційні системи ЧПУ дозволяють автоматично встановити робочі органи в позицію, задану програмою управління верстатом, причому в період переміщення робочого органу обробка не ведеться.
Такі системи застосовують в свердлильних і розточувальних верстатах. Час переміщення з однієї точки позиціювання в іншу повинен бути мінімальним. Число одночасно керованих координат може коливатися в межах одной—пяти. Позиціювання залежно від використовуваного пристрою ЧПУ може відбуватися по двох координатах одночасно або послідовно по кожній координаті. Третя координата — це подача шпинделя по осі Четвертую і п’яту координати, якщо вони є, використовують для повороту столу, для виходу на діаметр різця в планшайбі розточувального шпинделя, додаткового руху бабки шпинделя. При позиціюванні робочого органу відбувається ступінчасте зниження швидкості переміщення: швидке — на більшій частині шляху і повільне — для точної установки при підході до заданої точки для зменшення впливу інерційних і пружних сил.
Прямокутні системи ЧПУ забезпечують робочі переміщення за програмою виконавчих органів верстата по черзі уздовж його осей координат на задані відстані. Ці системи використовують на токарних, фрезерних, розточувальних верстатах для обробки ступінчатих валів, деталей з прямокутним контуром, а також для свердлення отворів, розточування, нарізування різьби мітчиком.
Контурні системи ЧПУ забезпечують автоматичне переміщення робочого органу по довільній траєкторії з контурною швидкістю, заданою програмою управління верстатом. Контурна швидкість — результуюча швидкість подачі робочого органу верстата, напрям якої співпадає з напрямом дотичної в кожній точці заданого контура обробки. Траєкторія обробки забезпечується сумісним і взаємозв’язаним рухом декількох виконавчих пристроїв. Область застосування контурних систем —токарні і фрезерні верстати з ЧПУ. Контурні СЧПУ з управлінням від перфострічки розподіляють за типом інтерполяції (лінійною, кругом і спеціальною), типу приводу (що стежить і кроковий), числу одночасно керованих координат (двом, трьом і т. ін.).
Найбільш прості лінійні інтерполятори використовують, якщо контур оброблюваної деталі можна представити у вигляді відрізків прямих, розташованих під будь-якими кутами до осі координат. Криволінійні ділянки в цьому випадку представляють як ряд прямолінійних.
Для верстатів з ЧПУ стандартизовані напрями переміщень і їх символіка. Стандартом ISО-R841 прийнято за позитивний напрям переміщення елементу верстата рахувати те при якому інструмент або заготівка відходять один від одного. Початковою віссю (вісь Z) є вісь робочого шпинделя. Якщо ця вісь поворотна, її положення вибирають перпендикулярно площині кріплення деталі.
Питання для самоконтролю:
1. Які дії забезпечує числове програмне управління (ЧПУ)?
2. З яких складових елементів складається комплекс ЧПУ?
3. Що називається системою числового програмного управління (СЧПУ)?
4. По яких ознаках класифікуються системи числового програмного управління?
5. Як класифікують системи числового програмного управління за призначенням?
6. Як класифікуються системи числового програмного управління по числу потоків інформації?
7. Як класифікуються системи числового програмного управління за типом приводу?
8. Як класифікуються системи числового програмного управління по кількості одночасно керованих координат?
9. Охарактеризуйте позиційні, прямокутні, контурні, комбіновані системи управління.
Література:
1. Чернов Н.Н. Металлорежущие станки.—М.: Машиностроение, 1988.
2. Локтева С.Е. Станки с программным управленим и промышленные роботы.—М.:Машиностроение, 1986.