УЧПУ

В общем виде структуру комплекса “Станок с ЧПУ” можно представить в виде трех блоков, каждый из которых выполняет свою задачу: управляющая программа   (УП),  устройство  ЧПУ (УЧПУ) и собственно станок.

Все блоки комплекса работают взаимосвязано в единой структуре.   Управляющая программа содержит укрупненное кодированное описание всех стадий геометрического и технологического образования изделия. В УЧПУ управляющая информация в соответствии с УП транслируется, а затем используется в вычислительном цикле, результатом которого является формирование оперативных команд в реальном масштабе машинного времени станка.

Станок является основным потребителем управляющей информации, исполни-тельной частью, объектом управления, а в конструктивном отношении – несущей конструкцией, на которой смонтированы механизмы с автоматическим управлением, приспособленные к приему оперативных команд от УЧПУ, которое является основным элементом в общей системе управления оборудованием.  Функциональность реальной системы ЧПУ (СЧПУ) определяется степенью реализации целого ряда функций при управлении:

  • Ввод и хранение системного программного обеспечения (СПО)
  • Ввод, хранение УП и  реализацию исходной информации
  • Интерпретация кадра
  • Интерполяция
  • Управление приводами подач
  • Управление приводом главного движения
  • Логическое управление
  • Коррекция на размеры
  • Реализация циклов
  • Сменаинструмента
  • Коррекция погрешностей механических и измерительных устройств
  • Адаптивное управление обработкой
  • Накопление статистической информации
  • Автоматический встроенный контроль
  • Дополнительные функции: обмен информацией с ПК верхнего уровня, оптимизацию отдельных режимов и циклов технологического процесса, согласованное управление оборудованием технологического модуля, управление элементами автоматической транспортно-складской системы, управление внешними устройствами, связь с оператором, техническую диагностику технологического оборудования и самой системы ЧПУ и др.

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) системыуправления.

Все современные УЧПУ имеют класс не ниже CNC, то естьимеют 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:

  • количество одновременно управляемых осей;
  • количество цифровых входов/выходов;
  • обеспечиваемая дискретность приводов подач;
  • объемы оперативной памяти и памяти жесткого диска  базового компьютера ЧПУ;
  • интерфейс обмена;
  • характер и схемы компенсаций погрешностей;
  • виды и схемы коррекций;
  • функции интерполяции;
  • графический интерфейс;
  • функции «Просмотр кадров вперед»/ «Управление разгоном-торможением»;
  • дополнительные технологические программы и подпрограммы;
  • измерительные циклы;
  • и др.

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.

Так, если рассмотреть характер обычной линейной интерполяции, то видно, что привода по осям подач после каждого шага интерполяции попеременно прекращают движение рабочего элемента. В связи с этим обязательным условием программирования ВСО является использование NURBS интерполяций как в процессе создания УП, так и в реализации NURBS конкретной системой ЧПУ.

Использование 3D электронных моделей обрабатываемых деталей –наиболее современный метод подготовки УП, где  3D модели есть программный продукт CAD / CAM систем. Здесь можно выделить две основные схемы. В первой из них, которая стала уже традиционной, созданная на ПК электронная модель детали обрабатывается САМ модулем. Этот модуль позволяет выбрать инструмент (инструменты), задать схемы удаления припуска, установить по заданному инструменту траектории движения этого инструмента, задать режимы обработки, выполнить массу расчетов координат различных точек по траектории движения инструмента и т.д. Созданную таким образом компьютерную УП можно визуализировать, то есть посмотреть запрограммированную обработку на мониторе ПК в виде своеобразного технического мультфильма. Естественно, по результатам просмотра программу можно отредактировать. Но созданную САМ программу нельзя сразу отправить на станок в его систему ЧПУ. Поэтому обязательно применение согласующей программы (постпроцессора), которая переводит компьютерную САМ программу в машинные коды, то есть в УП данного станка (данной УЧПУ). К любой САМ системе обычно прикладывается несколько десятков постпроцессоров (для различных моделей УЧПУ), которые и обеспечивают перевод общей САМ программы (для заданной детали) по мере надобности в УП для станков с различными моделями УЧПУ.

Применение постпроцессоров, как этапа в производственном процессе, естественно увеличивает стоимость и время разработки станочных УП, в какой-то мере ухудшает качество программы управления станком и, как следствие, приводит к ухудшению качества изготовляемых деталей.

Электронная 3D модель обрабатываемой детали как программа для станка -  новейшая схема САМ программирования. Она  позволяет исключить этап использования постпроцессоров при подготовке УП для станков, устанавливая тем самым определенный новый стандарт для станкостроения. Однако, новая схема требует применения для управления станками и новых моделей УЧПУ, позволяющих вести такое программирование [].

Компьютерные УЧПУ к этим станкам содержат ПО, включающее 3D CAD / CAM систему, систему автопрограммирования и систему автотехнолога. Комбинация технологии и программного обеспечения позволяет УЧПУ  напрямую использовать геометрическое определение детали как программу и исключает этап постпроцессора в цикле работ по подготовке станочных УП.

Модель в 3D формате может быть создана непосредственно в УЧПУ, либо введена извне практически из любой CAD / CAM системы. Для работы станка в автоматическом режиме после ввода 3D модели требуется ввести (в режиме диалога) лишь некоторые исходные данные по материалу заготовки и инструмента, по требуемой шероховатости и т.п. Система может интерполировать реально заданный профиль детали, управлять ускорением, точно управлять скоростью обработки, толщиной снимаемого материала, стабилизировать усилия на инструмент при обработке и др.  Адаптация к режимам резания позволяет увеличить точность и сократить износ инструмента, улучшить качество обрабатываемой поверхности, при этом уменьшается стоимость обслуживания оборудования и процессов подготовки УП. Резко сокращается объем УП, оптимизируется сама УП, сокращается время обработки.

Большое количество  моделей УЧПУ в представлении различных фирм требует внимательного изучения при их выборе для конкретного использования. При этом, естественно, важнейшим фактором является фактор цены при равных характеристиках, среди которых гарантии стабильности работы  могут быть определяющими.

Кратко рассмотрим модели УЧПУ, представляемые на рынке РФ.

Данные моделей УЧПУ в представлении различных фирм целесообразнее всего просмотреть в информации, представляемой фирмами на своих Web – сайтах в сети Интернет. Приведенная ниже таблица поможет читателю в этом.

П. П. Серебреницкий

 

ФИРМА Модели УЧПУ Сайт в Интернет ЗАО «4С»,
Россия 4CK с модификациями - 
4СМикро FF,  4С Мини FF, 4Сх3FF www.zao4c.ru  ООО «Автоматика плюс», Россия  AUTO P NC – программируемый логический контроллер с возможностями ЧПУ www.autoplus.itbc.ru
  ООО DGT ЭЛГЕС,
Россия  ДГТ – 735, ДГТ – 735Л (Ф), ДГТ – 735Т, ДГТ – 735П www.estanok.ru НПО "Криста",  Россия КРТ4-00 www.krista.ru/prom-solution/electronics/index.htm OOO «Ижпрест», Россия МАЯК-400, МАЯК-500,
МАЯК-600 www.izhprest.udm.ru ООО «Балт-Систем»,
Россия NC-110, NC-210, NC-220,
NC-230, NC-201, NC-202 www.bsystem.ru ООО«Модмаш-Софт», Россия FMS-3000/3100, FMS-3000/3100, 
FMS-3200.  Серии  standart и  comfort www.modmash.nnov.ru ПО Контур, Россия 2С42-65-16,  2С42-65М-02, 2Р22,
2Р22М-01 www.contur.ru ЗАО «Микрос», Россия Микрос-12Т, Микрос-12Э, Микрос-12Ш Микрос-12Ф, Микрос-12ТС1  
www.mikros.ru ОАО Сарапульский радиозавод,  Россия САР-3000 www.sarapul.sozvezdie.org МГТУ СТАНКИН,
Россия WinPCNC www.ncsystems.ru
  ООО Джест, Россия JNC-T01 www.jnc.ru ООО СтанкоЦентр,
Россия Integral www.stankocentr.ru
  ООО Модель НПП, Россия  NC 3.5,  NC-2000,  NC3.5.01.5M www.model.nn.ru

ООО Рубикон- Инновация НПО, Россия Феникс www.rubicon-i.ru Савеловский машиностроительный завод, Россия Flex NC www.s-m-z.ru НПФ «Вест Лабс Лтд», Украина WL5M, WL4T, WL4M, WL3M,   WL3i www.wl.ua АОЗТ «МШАК», Армения MSH-CNC: MSC-PC104, MSC TURBO-U, MSH TURBO-M
  www.mshak.am

ОАО ЭНИМС, Россия ПАС Э 2000 CNC,
рабочая станция оператора www.enims.ru
  Siemens, Германия
 
  Серия Sinumerik 802,
серия Sinumerik 810,
серия Sinumerik 840 www.sinumerik.ru
www.automation-drives.ru GE Fanuc Automation, Япония Series Oi, series 16i/ 18i/21i, series 160i/ 180i/210i, series 18i/ 180i/180is, series 30i/ 31i/32i, series 300i/ 310i/320i, series 300is/ 310is/320is, series 300i/ 310i/320i, series 20i, series 15i/150i   и др. www.fanuc.co.jp
www.fanuc.com
 
  HEIDENHAIN, Германия iTNC530, TNC620, TNC320, TNC124, 4110 -manualplus www.heidenhain.de
www.heidenhain.ru Fagor Automation S.Coop., Испания Fagor 8070 CNC,  Fagor 8055/8055i CNC, Fagor 8035 www.fagorautomation.mcc.es Sodick Co.Ltd., Япония КЧПУ-генераторы LQ1W, LQ10W, LQ1, LQ10 www.sodick.ru TRAUB, Германия TRAUB TX 8i и др. www.index-werke.de/traub/ OKUMA, Япония Модельный ряд OSP –
OSP U100M, OSP 500 L, OSP 700L(M) / 7000L(M) SERIES и др. www.okuma.co.jp ELB - SCHLIFF GmbH,
Германия Система ELB – UNICON  
www.elb-schliff.de BOSCH,
Германия ALPHA 2, ALPHA 3,  Bosch Micro 5, Bosch Micro 8,
Bosch СС100, Bosch СС200,
Bosch СС300, Bosch СС320 www.boschrexroth.ru 
www.boschrexroth.com
  FIDIA S.p.A.,
Италия Fidia F1, Fidia M10, Fidia C10, Fidia 11, Fidia C20, Fidia M20, Fidia M30 www.fidia.it NUM,
Франция NUM700, NUM750, NUM760, NUM800, NUM1060 www.num.fr MITSUBISHI, Япония Series70, series700, series M70, series60S, seriesE60/E68, seriesC6/C64,
Mitsubishi720M(L), Mitsubishi730M(L), Mitsubishi750M(L) www.meau.com www.mitsubishielectric.com

П.П. Серебреницкий