| На главную | О проекте | Контакты |
www.Russika.Ru
Термин в Энциклопедическом Фонде

Числовое программное управление

Числовое программное управление - компьютеризированный вид управления, при котором программу задают в виде массива информации, записанного на каком-либо носителе. Данная система предназначена для управления приводами технологического оборудования, включая станочную оснастку.



История

Прообразом первого станка с ЧПУ управлением был вышивальный станок, для управления которым использовалась перфокарта, созданный  французом Жозефом-Мари Жаккардом (англ. Joseph Marie Jacquard) в 1801 г. С тех пор станки такого типа называются жаккардовыми станками.

Изобретателем первого станка с числовым (программным) управлением (англ. Numerical Control, NC) является Джон Пэрсонс  (John T.Parsons), работавший инженером в компании своего отца Parsons Inc, выпускавшей в конце Второй мировой войны пропеллеры для вертолетов. Он впервые предложил использовать для обработки пропеллеров станок, работающий по программе, вводимой с перфокарт.

В 1949 г. ВВС США профинансировали Parsons Inc. разработку станка для контурного фрезерования сложных по форме деталей авиационной техники. Однако компания не смогла самостоятельно выполнить работы и обратилась за помощью в лабораторию сервомеханики Массачусетского технологического института (MIT). В 1950 г. MIT разорвал сотрудничество с Parsons Inc,  приобрел компанию по производству фрезерных станков Hydro-Tel  и заключил самостоятельный контракт нас ВВС США на создание собственного станка с программным управлением, который был представлен публике в 1952 г. Станок управлялся с помощью перфоленты.

Первые серийные образцы станков с ЧПУ, созданные компанией Bendix Corp, появились в 1955 г. Недоверие предпринимателей к новой технике затрудняло широкое их внедрение, в связи с чем Министерство обороны США было вынуждено на свои средства изготовить 120 станков с ЧПУ, и передать их в аренду частным компаниям.

Первыми отечественными станками с ЧПУ промышленного применения были созданные в первой половине 1960-х г.-г.  
токарно-винторезный станок 1К62ПУ и токарно-карусельный 1541П. Станки работали совместно с управляющими системами типа ПРС-3К и другими. Впоследствии были разработаны вертикально-фрезерные станки с ЧПУ 6Н13 с системой управления "Контур-ЗП". В дальнейшем для токарных станков наибольшее распространение получили системы ЧПУ отечественного производства 2Р22 и Электроника НЦ-31.


На сегодняшний день оборудование с ЧПУ может быть представлено:

• станочным парком, например, станками (станки, оборудованные числовым программным управлением, называются станками с ЧПУ):

         ○   для обработки металлов (например, фрезерные или токарные), дерева, пластмасс;

         ○   для резки листовых заготовок;

         ○   для обработки давлением и т.д.

• приводами асинхронных электродвигателей, использующих векторное управление;

• характерной системой управления современными промышленными роботами.

На базе станков с ЧПУ могут быть созданы следующие станочные модули и  станочные комплексы: 

ГПМ - гибкий производственный модуль  - единица технологического оборудования, с системой автоматической загрузки/выгрузки деталей, локальным накопителем, транспортером деталей  и инструмента.

ГАЛ - гибкая автоматическая линия - система, включающая в себя несколько ГПМ, с общими управлением от ЭВМ, транспортной системой и складом заготовок. 

ГПС - гибкая производственная система  - комплекс технологического оборудования и ситемы управления от ЭВМ, обладающий свойством автоматизированной переналадки.

ГАЦ - гибкий автоматизированный цех - система, включающая в себя несколько ГАЛ и ГПМ с общими транспортными системой, складом, многоуровневой системой управления от ЭВМ.

АЗ - автоматический завод - система, состоящая из ГАЦ, в том числе цеха автоматической сборки и упаковки готовой продукции

Русскоязычная аббревиатура ЧПУ соответствует двум английским - NC и CNC, - отражающим эволюцию развития систем управления оборудованием.

Системы типа NC (англ. Numerical control), появившиеся первыми, использовали жестко заданную схему управления обработкой - например, задание программы с помощью штекеров или переключателей, хранение программ на внешних носителях. В них не было предусмотрено  каких-либо устройств оперативного хранения данных, управляющих процессоров.

Более современные системы ЧПУ, называемые CNC (англ. Computer numerical control),  используют  систему управления построенную на:

- микроконтроллере;

- программируемом логическом контроллере;

-  управляющем компьютере на базе микропроцессора;

Возможна также реализация модели с централизованным автоматизированным рабочим местом (например, ABB RobotStudio, MicrosoftRobotics, DeveloperStudio) с последующей загрузкой программы посредством передачи по промышленной сети.





Аппаратное обеспечение 

Структурный состав ЧПУ:

- пульт оператора (или консоль ввода-вывода), позволяющий вводить управляющую программу, задавать режимы работы, выполнять операцию вручную. Как правило, внутри шкафа пульта современной компактной ЧПУ размещаются её остальные части;

- дисплей (или операторская панель) - для визуального контроля режимов работы и редактируемой управляющей программы/данных; может быть реализован в виде отдельного устройства для дистанционного управления оборудованием;

- контроллер - компьютеризированное устройство, решающее задачи формирования траектории движения режущего инструмента, технологических команд управления устройствами автоматики станка, общим управлением, редактирования управляющих программ, диагностики и вспомогательных расчетов (траектории движения режущего инструмента, режимов резания);

- ПЗУ - память, предназначенная для долговременного хранения (годы и десятки лет) системных программ и констант; информация из ПЗУ может только считываться;

- ОЗУ - память, предназначенная для временного хранения управляющих программ и системных программ, используемых в данный момент.

В роли контроллера выступает промышленный контроллер, как то: микропроцессор, на котором построена встраиваемая система; программируемый логический контроллер либо более сложное устройство управления - промышленный компьютер.

Важной характеристикой CNC-контроллера является количество осей (каналов), которые он способен синхронизировать (управлять) - для этого требуется высокая производительность и соответствующее ПО.

В качестве исполнительных механизмов используются сервоприводы, шаговые двигатели.

Для передачи данных между исполнительным механизмом и системой управления станком обычно используется промышленная сеть (например, CAN, Profibus, Industrial Ethernet).

По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ подразделяют на четыре группы:

•             позиционные, в которых задают только координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими определенных элементов рабочего цикла;

•             контурные или непрерывные, управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;

•             универсальные (комбинированные), в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок;

•             многоконтурные системы, обеспечивающие одновременное или последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка;



Программное обеспечение

По способу подготовки и ввода управляющей программы различают так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной техники, входящих в состав системы ЧПУ данного станка, либо вне ее.

После того как составлена управляющая программа, оператор при помощи программатора вводит её в контроллер. Команды управляющей программы размещаются в ОЗУ. В процессе создания или после ввода управляющей программы оператор (в данном аспекте выполняющий роль программиста) может отредактировать её, включив в работу системную программу редактора и выводя на дисплей всю или нужные части управляющей программы и внося в них требуемые изменения. При работе в режиме изготовления детали управляющая программа кадр за кадром поступает на выполнение. В соответствии с командами управляющей программы контроллер вызывает из ПЗУ соответствующие системные подпрограммы, которые заставляют работать подключенное к ЧПУ оборудование в требуемом режиме - результаты работы контроллера в виде электрических сигналов поступают на исполнительное устройство - приводы подач, либо на устройства управления автоматикой станка.

Управляющая система считывает инструкции специализированного языка программирования (например, G-код) программы, который затем интерпретатором системы ЧПУ переводится из входного языка в команды управления главным приводом, приводами подач, контроллерами управления узлов станка (например, включить/выключить подачу охлаждающей эмульсии).

В настоящее время, в связи с повышением сложности управляющих программ их разработка выполняется с использованием специальных модулей для систем автоматизированного проектирования (САПР) или отдельных систем автоматизированного программирования (CAM), которые по электронной модели генерируют программу обработки.

Для определения необходимой траектории движения рабочего органа в целом (инструмента/заготовки) в соответствии с управляющей программой используется интерполятор, рассчитывающий положение промежуточных точек траектории по заданным в программе конечным.

В системе управления, кроме самой программы, присутствуют данные других форматов и назначения. Как минимум, это машинные данные и данные пользователя, специфически привязанные к конкретной системе управления либо к определенной серии (линейке) однотипных моделей систем управления.



Программа для станка (оборудования) с ЧПУ может быть загружена с внешних носителей, например, магнитной ленты, перфорированной бумажной ленты (перфоленты), дискеты или флеш-накопителей в собственную память либо временно, до выключения питания - в оперативную память, либо постоянно - в ПЗУ, карту памяти или другой накопитель: жёсткий диск или твердотельный накопитель. Помимо этого, современное оборудование подключается к централизованным системам управления посредством заводских (цеховых) сетей связи.



Наиболее распространенный язык программирования ЧПУ для металлорежущего оборудования описан документом ISO 6983 Международного комитета по стандартам и называется "G-код". В отдельных случаях - например, системы управления гравировальными станками - язык управления принципиально отличается от стандарта. Для простых задач, например, раскроя плоских заготовок, система ЧПУ в качестве входной информации может использовать текстовый файл в формате обмена данными - например, DXF или HPGL.





Перспективы развития

В новых СЧПУ (системах числового программного управления) время программирования и длина сложных программ значительно меньше, чем в ранее применяемых. Например, благодаря использованию быстродействующего 64-разрядного RISC-процессора значительно сокращено время обработки информации, что способствует оптимизации траектории движения инструмента. Кроме того, достигается сокращение вспомогательного времени и повышение скорости резания; автоматически осуществляется расчет частоты вращения шпинделя и скорости подач, а также управление обработкой по значениям силы резания.

На экране пульта управления станком отображается ход технологической операции, текущая загрузка, нагрузка на шпиндель, число деталей, обработанных в единицу времени (день, неделю).

Предусмотрена функция автоматического выбора режима резания в соответствии с обрабатываемым материалом заготовки и информацией о текущем состоянии инструмента. Функция самообучения позволяет назначать оптимальный режим резания; в памяти СЧПУ регистрируются использованные режимы, принятые при обработке ранее для различных деталей, из которых в дальнейшем можно автоматически выбирать требуемый режим обработки.

Управление может осуществляться через Интранет или Интернет, по телефону из офиса или другого пункта. Соединение СЧПУ с системой управления производством завода по локальной сети позволяет выполнять следующие функции: генерирование УП, заказ на подготовку инструментов и зажимных приспособлений, управление производством, передачу данных, диагностику, оперативную техническую поддержку делопроизводства в цеху. 

Также можно выделить следующие стратегические направления и технологии, где ведется очень активная разработка:

•         открытость - предоставление станкостроителю и конечному пользователю возможности реализовывать собственные технологии и встраивать прикладное программное обеспечение в систему ЧПУ. 

•         многоканальность - возможность параллельно выполнять несколько управляющих программ на одной системе ЧПУ. Чаще всего эта функциональность используется для многошпиндельной обработки или для совместного управления станком и погрузчиком;

•         наноинтерполяция - интерполяция с дискретностью вычислений, исчисляемой в нанометрах; 

•         моделирование процесса обработки - 3D-моделирование процесса резания  для предварительного просмотра результатов выполнения управляющих программ, выявления коллизий и сокращения времени обработки;

•         диагностические функции - логический анализатор (Logic Analyzer) входных/выходных сигналов для тестирования электроавтоматики, осциллограф для настройки приводов подач, анализатор частотных диаграмм, тест окружности (Circle Test)  и др.;

•         язык программирования высокого уровня и инструментарий разработки и отладки управляющих программ на языке высокого уровня. Эту функциональность применяют при разработке стандартных циклов и групповых технологий .

•         приложения цехового программирования - CAD/CAM системы цехового уровня, позволяющие создавать управляющие программы на самой системе ЧПУ, в то время как идет обработка другой детали. Они, как правило, ориентированы на 2,5D обработку;

•         применение технологии искусственного интеллекта для адаптивного управления  и прогнозирования износа инструмента,.





1. https://ru.wikipedia.org

2. http://stalker555.ru/

3. http://www.autowelding.ru/

4. http://lab18.ipu.ru/

5. Мартинов Г.М., Плихунов В.В., Коваленко А.В. Расширение функциональных возможностей системы ЧПУ для управления установкой электронно-лучевой сварки // Авиационная промышленность. 2009. N1. C. 16-21.

7. Мартинов Г.М., Гpигорьев А. С. Принцип построения и интеграции в системах ЧПУ класса PCNC подсистемы трехмерной визуализации управляющих программ // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. N9. C. 26-31.

8. Мартинов Г. М., Трофимов Е.С. Модульная компоновка и построение прикладных приложений диагностики систем управления // Системы управления и информационные технологии. 2008. N7. C. 44-50.

9. Мартинов Г. М., Пушков Р.Л. Построение инструментария отладки управляющих программ систем ЧПУ на языках высокого уровня // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2008. N11. C. 19-24.

10. Киселев С.А., Григорьев А.С., Геранюшкин А.В., Пушков Р.Л. Прогнозирование стойкости инструмента при чистовой обработке // Вестник МГТУ "Станкин". 2008. N4. C. 23-32.

11. Босинзон М. А. Современные системы ЧПУ и их эксплуатация. Учебник для нач. проф. образования Изд. Academia, 2009 г. ISBN 978-5-7695-6060-6




Энциклопедический Фонд
 
Бетон в воскресенске цена с доставкой - Поставка бетона! Напрямую от производителя! Низкие цены! Быстро! Выгодно (betonvos.ru)