Принцип числового программного управления

Принцип числового программного управления

Системы управления ЧПУ (УЧПУ) позволяют задать программу работы станка в виде ряда чисел и букв, которыми кодируют технологические команды и команды на перемещение рабочих органов. Программа работы станка может быть записана на различных программоносителях.

На перфолентах каждая технологическая команда или числовая информация кодируется определенной комбинацией отверстий в одной или нескольких строках программоносителя. Для считывания такой информации обычно используются считывающие устройства с фотоэлементами. Свет попадает через отверстие на фотоэлемент, в результате чего на его выходе появляется импульс тока. Высокое быстродействие фотоэлектрического считывающего устройства позволяет считывать информацию во время движения программоносителя со скоростью до 1000 строк в секунду.

Для подачи команды на считывание в определенный момент, когда место пробивки кодирующих отверстий находится над соответствующими фотоэлементами, служит синхронизирующая дорожка, в которой отверстие пробивается в каждой строке. Прочитанные строчки одного кадра управляющей программы заносятся в запоминающее устройство УЧПУ; команды, записанные в кадре, расшифровываются и исполняются рабочими органами станка. Отрабатывая управляющие команды одного кадра за другим, станок без участия рабочего производит обработку заготовки по программе.

Устройства ЧПУ

Устройства ЧПУ на базе микро-ЭВМ позволяют вводить программу и корректировать ее, используя клавиатуру на пульте управления станком. В памяти ЭВМ может храниться несколько программ, что упрощает переналадку станка. Таким образом, станок с ЧПУ работает по полуавтоматическому циклу. После того как станок настроен на обработку заданной детали, рабочий только устанавливает заготовки и снимает со станка обработанные детали, а также наблюдает за работой станка, получением размеров с заданной точностью и в случае необходимости поднастраивает инструмент с помощью соответствующего корректора.

Переналадка станка на обработку другой детали проста и занимает немного времени. Для этого вводят в систему управления станком новую управляющую программу, переналаживают или меняют установочно-зажимное приспособление и устанавливают соответствующий комплект инструментов. Таким образом, наряду с автоматизацией цикла обработки станок сохраняет гибкость универсального станка с ручным управлением. Вместе с тем станок с ЧПУ гораздо производительнее этого станка. Автоматическое изменение величины и направления рабочей подачи, быстрое изменение частоты вращения шпинделя, смена инструмента, высокая скорость (до 10 мин) холостых перемещений — все эти действия производятся по командам, записанным в управляющей программе, что позволяет существенно сократить вспомогательное время на их выполнение.

Высокая точность движения инструмента по запрограммированной траектории исключает надобность в пробных заходах с последующим измерением получаемых размеров и корректировкой положения резца. Принцип действия УЧПУ рассмотрим на примере двух систем. В шагово-импульсной системе ЧПУ записанное в виде комбинации отверстий на перфоленте число преобразуется интерполятором пульта управления станка в непрерывную последовательность электрических импульсов. Каждый импульс заставляет ротор шагового (дискретного) двигателя повернуться на небольшой угол. Выходной вал шагового двигателя через гидроусилитель крутящего момента поворачивает на этот же угол ходовой винт, в результате чего рабочий орган станка перемещается по направляющим станины на величину, называемую дискретностью.

Результирующая величина перемещения рабочего органа определяется числом, закодированным на перфоленте, так как интерполятор, размещенный в пульте управления станка, преобразует это число в непрерывную последовательность электрических импульсов, равномерно следующих один за другим. Число импульсов на выходе интерполятора соответствует закодированному на перфоленте числу. Таким образом, величина перемещения рабочего органа станка равна числу импульсов, умноженному на цену одного импульса. Например, если на перфоленте закодировать число 13500, то при цене одного импульса, равной 0,01 мм, рабочий орган переместится на 135 мм.

Так как управляющие электрические импульсы следуют один за другим с высокой частотой, то пульсирующее вращение ротора шагового двигателя становится почти равномерным с частотой вращения, определяемой частотой следования управляющих импульсов от пульта управления. Следовательно, скорость движения рабочего органа (рабочий, или вспомогательный ход) зависит от частоты управляющих импульсов. Например, при частоте управляющих импульсов 300 и дискретности импульса 0,01 мм подача составит 300X0,01X60=180 мм/мин. Частота импульсов задается интерполятором пульта управления в соответствии с кодом подачи на перфоленте УП.

Небольшие размеры шагового двигателя, обусловленные требованием минимальной инерционности его ротора, не позволяют получить на выходном валу требуемый для механизма подачи крутящий момент, поэтому между шаговым двигателем и винтом механизма подачи станка встроен гидроусилитель крутящего момента 4, образующий вместе с шаговым двигателем электрогидравлический шаговый привод подачи станка.

С появлением низкоскоростных электрических двигателей на постоянных магнитах, обладающих широким диапазоном регулирования частоты вращения, большим крутящим моментом и высокой перегрузочной способностью, следящий привод подач практически вытеснил в современных станках шагово-импульсный.

Записанное на программоносителе число импульсов преобразуется интерполятором устройства ЧПУ 2 в непрерывную последовательность импульсов, которая направляется в реверсивный счетчик. Счетчик суммирует импульсы, поступившие на его первый вход. Наличие в счетчике определенного числа вызывает появление на выходе устройства управления соответствующего напряжения, пропорционального числу импульсов. Это напряжение управляет частотой вращения двигателя, который через редуктор и передачу винт-гайка перемещает рабочий орган станка.

Датчик обратной связи выполнен на фотоэлементах. При движении рабочего органа подвижная линейка, связанная с ним непрозрачными участками, периодически перекрывает светлые участки шкалы измерительной линейки, в результате чего при движении рабочего органа фотоэлемент датчика обратной связи посылает в систему управления на второй вход реверсивного счетчика импульсы, которые вычитаются из суммы импульсов, находящихся в счетчике. В результате работы системы управления устанавливается равновесие между количеством вновь поступающих от устройства управления управляющих импульсов и импульсов обратной связи, что соответствует движению рабочего органа с запрограммированной скоростью.

Аналогичный принцип работы использован в импульсно-фазовой системе ЧПУ, где в качестве датчика обратной связи используется, как правило, индуктосин — линейный индуктивный датчик с точностью отсчета перемещений 0,02—0,03 мм.

12 Следующая ⇒