Устройства числового программного управления

Всякое управление технологическим объектом включает в себя следующие компоненты управления: сбор первичных сведений об управляемом объекте (сведения об изделии, оборудовании и приемах обработки, записанные в УП), вторичных сведений (сведения, полученные во время управления); обработку полученных сведений (выполнение необходимых расчетов, анализ данных, проверка условий и т. д.); выводы и принятие необходимых решений; обеспечение управляющих воздействий. Следовательно, УЧПУ, как вычислительная машина специализированного назначения, наиболее полно и эффективно реализует все компоненты автоматического управления (последнюю компоненту реализуют электроавтоматические устройства). Кроме того, ЧПУ придает технологическому оборудованию гибкость, так как перестройка его на новый вид технологического процесса, изделий сводится к переналадке оборудования и загрузке УЧПУ новыми управляющими программами с перезаписью новых параметров в массивы данных. С помощью программируемых микроконтроллеров при необходимости выполняется также программирование новых алгоритмов действия электроавтоматических устройств, перезапись в оперативную память новых параметров объекта управления и УЧПУ. Поэтому УЧПУ находят самое широкое применение, давая возможность управлять любыми объектами, несмотря на большое различие решаемых задач управления и физической сущности объектов управления и их параметров. Следовательно, УЧПУ легко проблемно-ориентированы на специфику объекта и алгоритм управления технологическим процессом.

Под СЧПУ понимают комплекс устройств и оборудования, включающий в себя: УЧПУ; объект управления; электроавтоматические устройства, осуществляющие непосредственное управление узлами объекта; оснастку и инструмент; программное и математическое обеспечение; средства контроля.

УЧПУ можно классифицировать по различным признакам.

По принципу реализации алгоритма управления различают УЧПУ:

• с жесткой структурой реализации алгоритма управления (схемно-аппаратная), т. е. УЧПУ, в которых жестко определено функциональное назначение каждого узла или блока его структурой;
• с гибкой структурой реализации алгоритма управления (программное), блоки которых могут работать по любому программному или микропрограммному алгоритму, задаваемому программой управления;
• со смешанной структурой, некоторые блоки которых работают по жесткой структуре, а некоторые — по программному алгоритму, где программа их действия записывается специальными командами группы б-функций в основной программе управления.

По виду управления движениями бывают следующие УЧПУ:

• позиционные, в которых главной задачей управления является управление позицированием рабочих органов; они сориентированы на управление сверлильными, расточными станками, кузнечнопрессовыми машинами, промышленными роботами с позиционными движениями и т. д.;
• непрерывные (контурные), где главной задачей управления является управление движениями по жесткой траектории и с заданными скоростями; они сориентированы на управление токарными, фрезерными станками, промышленными роботами для раскройки металла и т. д.;
• универсальные, т. е. устройства для управления позиционированием и движениями по жесткой траектории с заданными скоростями; они сориентированы на управление многоцелевыми станками, роботизированными технологическими комплексами (РТК) и другими сложными объектами.

По принципу задания УП и ее хранению, типу программоносителей и способу обработки информации различают УЧПУ:

типа NC (Numerical control) — устройства, в которых в качестве программоносителя используется перфолента; устройство имеет только оперативную память для запоминания двух кадров; отработка управляющих программ в данных устройствах происходит в естественной форме (линейные программы), где на прерываниях можно ввести корректирующую информацию’ (оперативная память необходима для совмещения времени считывания с отработкой);

типа HNC (Hand Numerical Control) — устройства, в которых управляющая программа и параметры загружаются вручную посредством клавиш; УЧПУ называют оперативными, так как они позволяют оперативно вводить, просматривать и редактировать УП, а также работать в диалоговом режиме;

типа SNC (Speicher Numerical Control) — устройства с наличием оперативной и архивной памяти, в которые могут загружаться рабочая и другие УП и отрабатываться с вызовом в рабочую память;

типа CNC (Computer Numerical Control) — устройства, созданные на базе микроЭВМ и имеющие специализированные интерфейсные устройства для связи с объектом управления и с другими периферийными устройствами (микропроцессор УЧПУ может быть универсальным или проблемно-сориентированным на обработку информации управления конкретными объектами);

типа DNC (Direct Numerical Control) — устройство, построенное на базе мини-ЭВМ и представляющее собой устройство управления второго уровня, которое обеспечивает управления и организацию работ комплекса оборудования, где в каждом отдельном объекте управляющим устройством является УЧПУ ранее перечисленных разновидностей. Такие УЧПУ являются устройствами высшего ранга, они предназначены для организации работ УЧПУ и технологических объектов, согласовывают их совместную работу, организуют приоритеты запросов и отработки, анализируют состояние объектов и организуют всевозможные прерывания при отсутствии готовности и в аварийных обстановках. УЧПУ типа DNC в большинстве случаев строятся на базе мини-ЭВМ или микропроцессорных комплексов (МПК) с наращиванием данных ЭВМ специализированными модулями, которые сориентированы на конкретный управляемый объект.

По типу вводимой коррекции и способу организации коррекции в УП различают устройства ЧПУ:

• с коррекцией режимов обработки, положения инструмента, положения рабочих органов (коррекция положения инструмента действует только на адресуемый инструмент, а коррекция положения рабочих органов — на все движения в УП);
• с коррекцией режимов обработки, положения инструмента, положения рабочих органов, а также с коррекцией радиуса фрезы и автоматическим расчетом эквидистанты;
• с применением корректирующих программ и программ редактирования; обращение к корректирующей программе из основной УП реализуется как обращение к подпрограмме, где в основную УП встраиваются корректирующие параметры, расположенные в массивах памяти (корректирующая программа, вложенная в УП, корректирует или заменяет соответствующие параметры).

По типу применяемы: приводов и измерительных систем бывают:

УЧПУ, в которых блоки управления приводами сориентированы на управление ступенчатым приводом, привод выполнен с применением электромагнитных муфт или асинхронного двигателя, предусмотрено управление разгоном — торможением в точках позиционирования (УЧПУ применяется только для управления позиционированием);

УЧПУ, в которых блок управления приводами сориентирован на управление шаговым приводом, приводом обеспечивается бесступенчатое регулирование скорости, а дискретная обработка шагами реализует любую траекторию движения методом линейно-круговой интерполяции, контроль за движением в измерительной системе отсутствует, однако применяется измерительная система для контроля движения рабочих органов в исходное состояние;

УЧПУ с блоками управления, сориентированными на управление следящим приводом и тиристорным преобразователем, а также управление измерительной системой, которая выполняет непрерывное измерение положения рабочих органов и сравнение сигнала управления с сигналом управляющей программы (сигнал измерения преобразуется в числовой код).