Системы классов cnc dnc hnc доклад

Обновлено: 04.07.2024

К УЧПУ сходятся все нити управления автоматическими механизмами станка. Конструктивно УЧПУ выполнено как автономный электронный агрегат, имеющий устройство ввода УП, вычислительную часть, электрический канал связи с автоматическими механизмами станка.
В соответствии с международной классификацией все УЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие основные классы:
NC (Numerical Control); SNC (Stored Numerical Control); CNC (Computer Numerical Control); DNC (Direct Numerical Control); HNC (Handled Numerical Control); VNC (Voise Numerical Control), NEURO- Fuzzy (НЕЙРО-ФАЗЗИ) системы управления.
Все современные УЧПУ имеют класс не ниже СNС, то есть имеют в основе устройства мощный ПК со всеми его возможностями.
УЧПУ классов CNC, DNC, HNC относятся к устройствам с переменной структурой. Основные алгоритмы работы этих устройств задаются программно (или аппаратно-программно) и могут изменяться для различных условий, что позволяет уменьшить число модификаций УЧПУ, ускорить их освоение, в том числе УЧПУ с самоподнастраивающимися алгоритмами. УЧПУ этих классов имеют структуру ПК и обладают характерными признаками вычислительной машины.
Для работы УЧПУ должно быть соответствующим образом запрограммировано. Для этого подобные системы имеют специальное ПМО, представляющее собой комплекс алгоритмов переработки информации, поступающей в виде УП. Математическое обеспечение может вводиться в систему через устройство ввода, как и основная УП. Тогда система ЧПУ относится к классу свободно программируемых. В иных случаях математическое обеспечение закладывается в постоянную память системы на стадии ее изготовления. Однако, во всех случаях существуют возможности для изменения, дополнения, обогащения этого математического обеспечения, в силу чего подобные УЧПУ обладают большой гибкостью и способностью к функциональному наращиванию.
УЧПУ могут быть как составной частью поставляемого оборудования, так и устройством, используемым при модернизации уже имеющихся в эксплуатации станков. Моделей УЧПУ достаточно много, эти устройства производятся как отечественными, так и зарубежными фирмами. От уровня модели, от ряда ее характеристик зависят многие технологические характеристики управляемого данной УЧПУ оборудования. В общем случае выделяют у УЧПУ следующие данные:

Выбор УЧПУ и оценка его характеристик определяется рядом факторов — типом и назначением станка, характером и видом выполняемых работ, точностными характеристиками принятого станка, видом производства, возможностями предприятия и т.д. и т.п. Но в настоящее время в характеристиках УЧПУ часто выделяют два момента: возможности использовать УЧПУ для управления высокоскоростной обработкой (ВСО) и соответственно высокоскоростным оборудованием и принятая схема подготовки управляющих программ.
Основной принцип ВСО: малое сечение среза, снимаемое с высокой скоростью резания, и, соответственно, высокие частоты вращения шпинделя и высокая минутная подача.
Для достижения требуемой точности обработки, особенно финишной, требуются частые проходы инструмента с небольшим шагом. Указанное приводит к тому, что программируемые траектории инструмента являются сложными многоточечными и представляются в управляющих программах большим количеством кадров. Особенно это заметно при программировании обработки сложно контурных трехмерных изделий, когда управляющая программа должна неразрывно связывать согласованные перемещения элементов станка по 3-м, 4-м и даже по 5-ти координатам при шаге в 0,01. 0,02 мм. Требования неразрывности в подаче управляющих сигналов от системы ЧПУ к приводам, обеспечивающих к тому же большие скорости рабочих подач, приводит к тому, что данные от УЧПУ у высокоскоростных станков к приводам должны передаваться с большими скоростями и в значительно больших объемах, чем при обычной обработке на обычных станках с ЧПУ.
Поскольку у существующих СЧПУ имеются ограничения по скорости обработки (передачи) кадра управляющей программы и передачи сигнала управления к приводу, то при ВСО возможны ограничения по подаче, то есть УЧПУ может непрерывно управлять приводами лишь до определенной скорости их перемещения. Максимальную подачу, которую способна обеспечить конкретная система ЧПУ, можно определить по формуле: Fmax = (Длина перемещения в кадре) / (Время обработки кадра) * 60. Из приведенного отношения следует, что при перемещениях 0,01 мм и времени обработки кадра 2 мс максимальная подача ограничена значением 0,3 м/мин.
Таким образом, при организации ВСО, при определении УЧПУ выбираемого станка должны учитываться три фактора, связанные с системой управления станком:

для обеспечения непрерывного движения инструмента требуются у УЧПУ высокие скорости обработки данных (не менее 200 блоков в минуту);
система ЧПУ должна просматривать данные как минимум на 150. 200 блоков вперед с тем, чтобы вычислять изменения величины подачи при подходе инструмента к острым углам (или другим подобным препятствиям) и отходе от них;
для повышения качества поверхности и снижения нагрузок на инструмент необходимо, чтобы закон изменения величины подачи имел плавный колоколообразный вид, так как причиной снижения качественных характеристик процесса являются слишком резкие ускорения при движениях по траекториям с углами.

В этой статье мы рассмотрим, что из себя представляет классификация устройств чпу станка, как числовое программное управление различается по числу потоков информации, способу реализации и пр.

Термины и определения основных понятий в области числового программного управления металлообрабатывающим оборудованием устанавливает ГОСТ 20523-80.

Числовое программное управление станком – это управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме.

По характеру движения исполнительных органов системы ЧПУ классифицируются на:

позиционные
контурные
универсальные
синхронные

Позиционное управление ЧПУ станка

При позиционном управлении перемещение рабочих органов станка происходит в заданные точки, причем траектория перемещения не задается. Позиционные устройства ЧПУ обеспечивают автоматическое перемещение рабочего органа станка в координату, заданную программой, без обработки в процессе перемещения рабочего органа. Эти устройства применяют в сверлильно-расточных и других станках. Перемещение инструмента от одной точки (координаты) обработки к другой выполняется на ускоренных ходах. Специфичным, при классификации устройств чпу станков является то, что для этого класса УЧПУ обязательным является требование обеспечения точности только при остановке в заданной координате. Вид траектории при перемещении из одной координаты в другую не задается. Однако время перемещения должно быть минимальным. Учитывая значительный процент холостых ходов в станках с позиционными системами ЧПУ, к приводу подач предъявляются требования высокого быстродействия и обеспечения значительных скоростей перемещения при малой дискретности.

Контурное управление ЧПУ станка

Контурное управление характеризуется перемещением органов станка по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура детали. При классификации устройств чпу контурное управление дополнительно подразделяют на:

Контурные прямоугольные системы ЧПУ - используют в станках, у которых обработка проводится лишь при движении по одной координате и обрабатываемая поверхность параллельна направляющим данной координаты. В большинстве станков применяют прямоугольные координаты, поэтому такие системы получили название прямоугольных. В этих системах, как и в позиционных, программируются конечные координаты перемещения. Однако в программе задается скорость движения в соответствии с требуемым режимом резания, и перемещение выполняется поочередно по каждой из координатных осей. В этих системах отставание или опережение (рассогласование) по скорости относительно запрограммированного значения непосредственно не вызывает погрешности обработки, так как инструмент продолжает движение по заданной траектории. Возникает лишь нарушение расчетного режима резания и связанное с этим незначительное изменение шероховатости обрабатываемой поверхности и упругих деформаций системы станок - деталь. Прямоугольные системы управления используют в станках фрезерной, токарной и шлифовальной групп.
Контурные криволинейные системы ЧПУ - применяют в станках многих групп. Они обеспечивают формообразование при обработке в результате одновременного согласованного движения по нескольким управляемым координатам. Программу движения исполняемых органов по отдельным координатам при контурной и объемной обработках рассчитывают, исходя из заданной формы обрабатываемой поверхности детали и результирующей скорости движения, определяемой режимом резания. Рассогласование привода подач может привести к ошибке обработки контура. Контурные системы являются наиболее сложными как с точки зрения алгоритма работы УЧПУ, так и с точки зрения требований, предъявляемых к приводу подач.
Синхронные системы ЧПУ - являются разновидностью контурных систем ЧПУ, применяемые в основном в зубообрабатывающих станках. УЧПУ задает постоянное соотношение скоростей по двум или большему числу координатных осей станка, а формообразование обеспечивается благодаря конфигурации инструмента. Соотношение скоростей движения по осям задается программой и сохраняется на все время обработки заготовки данной детали. В большинстве случаев требуется не только обеспечить определенное соотношение средних скоростей движения по координатам, но и сохранить определенное рассогласование в приводах координат. Одна из координат станка (обычно главный привод) служит задающей и на ней устанавливают измерительный преобразователь (датчик). Такая система входит как составной элемент в УЧПУ токарно-винторезных станков для обеспечения режима нарезания резьбы.

Универсальное управление ЧПУ станка

Универсальное управление, в данной классификации устройств чпу, сочетает в себе принципы позиционного и контурного, позволяет осуществлять позиционирование и движение рабочих органов станка по заданной траектории. Такое управление наиболее эффективно для многооперационных и многоцелевых станков.

По числу потоков информации системы могут быть:

Разомкнутые (один поток от ЧПУ к станку). Основное преимущество такой системы – простота.
Замкнутые (два потока от ЧПУ к станку) и наоборот (датчики положения скорости). Основное преимущество - более точное перемещение исполнительных органов.
Адаптивные (самонастраивающиеся) системы. Представляют собой управление, при котором обеспечивается автоматическое приспосабливание процесса к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям. Они помимо основного потока информации имеют дополнительные, позволяющие корректировать процесс обработки с учетом деформации технологической системы, затупления режущего инструмента, колебания припуска и твердости заготовок и др.

По способу реализации системы ЧПУ укрупненно можно классифицировать следующим образом:

системы с аппаратной реализацией алгоритмов управления;
системы, построенные на основе микроконтроллеров;
системы, построенные на основе ПЭВМ.

В зависимости от уровня использования средств вычислительной техники, классификация систем ЧПУ происходит следующим образом.

Системы ЧПУ типа Numerical Control

Системы типа NC - числовое программное управление, осуществляющее адресование команд, расчет некоторых элементов геометрии детали, интерполяцию промежуточных точек по опорным, реализацию типовых циклов по жестко заданным алгоритмам, реализованным аппаратным способом. Информация в систему ЧПУ типа NC вводится с управляющей программы кадрами (порциями).

Системы ЧПУ типа Memory NC или Stored NC

Системы типа MNC или SNC - агрегатно-блочные системы ЧПУ типа NC, оснащенные дополнительным блоком оперативной памяти, позволяющим хранить информацию об управляющей программе. Программа в устройство ЧПУ вводится сразу, проверяется, а затем выдается для обработки кадрами. Преимуществом системы типа MNC, по сравнению с системой типа NC, является высокая надежность в работе, т. к. необходимость в использовании сложного фотосчитывающего устройства для каждого кадра программы не требуется.

Системы ЧПУ типа Hand NC

Системы типа HNC - с ручным заданием управляющей программы на пульте управления. Преимущество таких систем по сравнению с системами типа MNC - отсутствие необходимости подготовки УП (управляющей программы) технологом-программистов.

Системы ЧПУ типа Computer NC

Системы типа CNC - системы управления со встроенными одной или несколькими микроЭВМ (микропроцессорами) и с программной реализацией алгоритмов, которые записываются в постоянное запоминающее устройство при изготовлении устройства ЧПУ. Системы типа CNC имеют возможность формировать типовые циклы обработки применительно к различным технологическим задачам. Программно-математическое обеспечение для реализации этой возможности хранится в постоянно перепрограммируемом запоминающем устройстве. Системы CNC позволяют программировать логику работы электроавтоматики силового оборудования станка.

Система ЧПУ Direct Numerical Control

Система DNC – система, управляющая группой станков от одной ЭВМ, имеющая общую память для хранения программ, распределяемых по запросам от станков. Такие УЧПУ являются устройствами высшего ранга и служат для организации согласованной работы технологических объектов, включенных в комплекс, например в ГПС (гибкие производственные системы).

Система ЧПУ Personal Computer NC

Система PCNC – системы управления, появившиеся в последнее время и построенные на основе персонального компьютера в индустриальном исполнении, основное отличие которых заключается в ударо- и виброзащищенном исполнении, а также в наличии специальной интерфейсной платы, обеспечивающей сопряжение ПЭВМ с приводами, датчиками, электроавтоматикой станка. Такое построение позволяет удешевить систему ЧПУ, легко ее адаптировать к различным по функциональному назначению станкам путем коррекции соответствующего программного обеспечения. Все это позволяет легко модернизировать устаревшие системы ЧПУ NC, MNC, SNC, HNC, CNC, DNC до PCNC, что в ряде случаев успешно выполняется (при условии удовлетворительных точностных характеристик модернизируемого оборудования).

Пошаговая система ЧПУ STEP-NC

STEP-NC это разрабатываемая в последнее время система ЧПУ. Построена на основе систем PCNC, ее основная идея – исключить участие человека в подготовке к процессу обработки. В состав программного обеспечения такой системы обязательно входят пакеты CAD, CAPP, CAM. Функционирование осуществляется по шагам:

система CAD обеспечивает автоматизацию разработки чертежа обрабатываемой детали и подготовку геометрической и технологической информаций к передаче в CAPP и системы САМ.

система CAPP определяет технологию обработки заготовки детали на оборудовании (устанавливает способы обработки, назначает режимы, устанавливается режущий и вспомогательный инструменты, устанавливает последовательность и состав переходов обработки).

система CАМ осуществляет по результатам предыдущих шагов расчет траектории перемещений инструмента, определение последовательности событий управления приводами и электроавтоматикой станка. Обычно результатом работы системы CAM является управляющая программа (УП), которая в дальнейшем отрабатывается оборудованием (это позволяет легко модернизировать существующие системы DNC и PCNC до STEP- NC), однако в настоящее время выполняется проектирование систем САМ, непосредственно управляющих СЧПУ станком без формирования УП.

Это лишь поверхностный обзор классификации устройств чпу, однако он уже способен дать представление об общей картине этой области.

Автоматизация процессов производства взошла на новую ступень развития. Компьютеры в системе управления уже давно стали обычным явлением. Многие люди знают, что такое CNC, а производством изделий с этой системой управления занимаются многие известные организации.

Принцип работы CNC

Функционирование ЧПУ станка осуществляется в следующей последовательности:

Для начала программа по обработке деталей вводится в блок управления устройства.
В нем осуществляется весь процесс обработки данных, он готовит все команды движения и посылает их в систему привода.
Привод осуществляет контроль движения и скорость блоков изделия.
Система обратной связи запоминает данные о местонахождении и скорости передвижения осей и направляет сигнал в блок управления.
В БУС происходит сравнение сигналов обратной связи с начальными и если есть ошибки, то он их исправляет и направляет в механизм исполнения новые сигналы, чтобы скорректировать процесс.
Пульт управления с экраном применяется для просмотра команд оператором.

Что такое NC CNC?

CNC или Computer numerical control — одно из направлений в разработке устройств разного назначения, которое базируется на применении электронных аппаратов в системе управления. В России оно известно как числовое программное управление (ЧПУ).

ЧПУ является компьютеризированным комплексом, который управляет рабочими элементами устройства и контролирует выполнение задач. Любые движения таких элементов задаются управляющей программой для этого станка. Она формируется из команд, которые записаны на языке программирования устройства.

Компьютер сохраняет управляющую программу, и оператор всегда может ее использовать для выполнения определенной функции.

Справка : Система CNC расширяет возможности ранее применяемой системы NC. Ее основа — микроконтроллеры, логические контроллеры, а также компьютеры, основанные на микропроцессорах.

Классификация современных систем управления ЧПУ для станков

Международная классификация предусматривает следующие классификацию станков ЧПУ:

NC (Numerical Control). Особенности этой системы заключаются в применении в качестве программного носителя перфоленты или магнитной ленты, из-за чего невозможно внести изменения в программу, так как все алгоритмы работы внедрены аппаратно.
SNC (Stored Numerical Control). Эта система сохраняет функции класса NC, но отличается большим размером памяти, что позволяет сохранить программу в электронном аппарате.
CNC (Computer Numeral Control). Основа этого класса Микро-ЭВМ, которая запрограммирована на выполнение работы ЧПУ. Ее особенность состоит в возможности изменения и корректирования в момент работы как УП обработки детали, так и программ работы самой системы для максимального учета особенностей определенного станка.
DNC (Direct Numeral Control). Управляет устройствами в составе ГПС, автоматизированными частями. Системы этого класса управляются от ЭВМ верхнего уровня.
HNC (Handled Numerical Control). Оперативная система, которая позволяет ввести УП на рабочем месте с пульта.
PCNC (Personal Computer Numerical Control). Это симбиоз ПК и УЧПУ, обладающий большими возможностями и имеющий открытую архитектуру.

Подсистема управления ЧПУ

Центральная часть системы ЧПУ — подсистема управления. Она способна читать управляющую программу и отдавать команды разным аппаратам станка на выполнение определенного вида работ. Также она взаимодействует с человеком и позволяет оператору контролировать обработку.

Открытая

Открытые системы управления имеют аппаратную начинку, которая почти такая же, как и у домашнего компьютера. Их достоинство заключается в доступности и дешевизне электронных элементов, многие из которых можно купить в простом компьютерном магазине. Но надежность таких систем ниже, чем у закрытых.

Закрытая

Закрытые системы управления имеют свои алгоритмы и цикл работы, а также свою логику. У таких систем есть одно важное достоинство: они обладают высокой надежностью, так как все их элементы прошли тестирование на совместимость. Минус системы в том, что невозможно самостоятельно обновить систему ПО и редактировать ее настройки.

Исполнительный механизм

Исполнительный механизм изделия включает в себя рабочий стол и шпиндель. Стол управляется передвижением осей X и Y, а шпиндель осью Z. Подсистема состоит из набора двигателей и винтов, которые нужны для выполнения команд, поступающих из подсистемы.

Ходовой винт является важным элементом исполнительной подсистемы. По сравнению с устройствами, имеющими ручное управление, они имеют высокую точность, что минимизирует трение, появляющееся при движении исполнительного элемента и почти исключающее появление люфтов.

Двигатели — еще один важный элемент подсистемы. Особенности конструкции станка с ЧПУ предусматривают серводвигатели и шаговые электрические двигатели. Последние служат для образования электрических сигналов в дискретное механическое движение.

Подсистема обратной связи

Главные элементы подсистемы обратной связи — датчики, функционирующие как измерительная система. Они контролируют положение и скорость работы ножа. Блок управления принимает сигналы и создает новые, основываясь на исчислении разницы между настоящими и заданными параметрами.

Справка : Главная задача системы обратной связи заключается в обеспечении УС информацией о настоящем положении исполнительного элемента устройства и о скорости, с которой функционируют двигатели.

Какие бывают системы программного управления станками ЧПУ?

Устройства с ЧПУ отличаются между собой системой программного управления. Производятся устройства с двумя видами управления — позиционным и контурным.

Позиционное управление отличается от второго тем, что движение рабочих элементов осуществляется в заданной точке, при этом направление движения не задается. В итоге система устройства с ЧПУ автоматически будет искать короткий путь между точками.

Для устройств с ЧПУ контурного управления рабочие элементы перемещаются по определенной траектории и с определенной скоростью. Так, достигаются нужные характеристики обрабатываемого контура.

Какая из этих систем лучше, сказать нельзя. Ведь чтобы обработать сложную фасонную поверхность, нужно использовать контурную систему с ЧПУ, а чтобы просверлить или развернуть ее, идеально подойдет изделие с позиционным управлением.

Также существует адаптивное программное управление. Оно позволяет в автоматическом режиме приспособить изделие к меняющимся условиям технологической обрабатывающей системы.

Принцип работы управления токарным станком с ЧПУ

Многие операции, производимые на изделии с ЧПУ, происходят в автоматическом режиме. Все они делятся на основные, которые отвечают за металлообработку и вспомогательные, контролирующие отвод стружки, подачу смазочного материала, установку и снятие деталей.

Порядок осуществления работ на токарном станке следующий:

Крепление заготовки.
Установка оснастки.
Установка инструмента в резцедержателе.
Включение привода.
Размещение резца в нулевой точке.
Осуществление снятия верхнего слоя заготовки с дальнейшим отводом лезвия.
Чередование 5 и 6 этапов.
Замер параметров детали.
Снятие со станка.

Все происходит автоматически, кроме установки и снятия детали со станка. Даже замер бывает автоматизированным, а элементы для закрепления имеют быстрозажимную оснастку.

Справка : В целом применение токарного станка приводит к уменьшению трудозатратности, ускорению рабочего процесса и уменьшению количества брака. Производство, которое обладает такими устройствами, более эффективное: уменьшается число травм на заводе и появляется возможность легко производить сложные металлические детали.

Сфера применения станков с ЧПУ определяется их конструкцией и принципом работы, поэтому прежде чем выбрать оборудование, нужно определиться с тем, какие станки и из каких материалов будут на нем обрабатываться.

Читайте также: