Подсистема приводовЗаключительный этап решения геометрической задачи состоит в отработке управляющих дискрет следящими приводами подач. Для этого необходимо преобразовать информацию из цифровой формы в перемещения. В большинстве станков с ЧПУ управление приводами подач осуществляется дискретно с помощью импульсов. Цена одного импульса (наименьшее программируемое перемещение) или дискретность системы являются одним из ее основных технических показателей станка с ЧПУ. Поэтому приращения координат точек задаются системой ЧПУ не в миллиметрах, а в импульсах, которые отрабатываются приводами подач. Например, если дискретность составляет 0,001 мм/имп., а величина перемещения Х=12,85 мм, то это составит 12850 импульсов. Преобразование цифровой информации, поступающей от интерполятора, в напряжение переменного тока, воздействующее на двигатели, осуществляется с помощью аналоговых устройств, под которыми обычно понимают все устройства, не входящие в цифровую часть СЧПУ, и служащие для связи ее с исполнительными устройствами станка. ЦАП - служит для преобразования цифровой информации, получаемой с выхода интерполятора, в аналоговую форму, пригодную для управления приводами подач (напряжение, подаваемое на вход привода), так, чтобы при поступлении одной управляющей дискреты (импульса) РО переместился на определенное расстояние, равное цене импульса. Каждый импульс, выходящий за интерполятор, воздействуя на привод соответствующей координаты, обеспечивает перемещение рабочего органа станка на величину одной дискреты (дискретность — это величина перемещения на один импульс, мм/имп, а частота импульсов определяет скорость перемещения рабочего органа). Ø Цифровой привод станков с ЧПУ Развитие УЧПУ привело к возможности замены кинематических связей в механизме электронными связями и приводами, управляемыми от отдельных микропроцессоров. CPNC системы ЧПУ имеют существенно более высокое быстродействие по сравнению с системами СNC, имеющими электромеханическую систему привода.. Поэтому УЧПУ позволяет практически безинерционно сформировать сигналы управления движением формообразующих и вспомогательных механизмов станка. В этих условиях статические и динамические показатели привода имеют решающее значение для производительности и точности В этих системах качественно изменена система управления приводами. Некоторые параметры привода изменяются программно. Эти изменения можно вводить при наладке станка или автоматически в процессе работы. Системы позволяют реализовывать цифровое управление следящим приводом подач. При этом исключается нестабильность аналоговых элементов системы. В СЧПУ вводятся отдельные контроллеры для управления приводами, которые получают информацию о величине и скорости перемещения от центрального процессора. Такая система позволяет задавать по каждой координате индивидуальные законы разгона и торможения, обеспечивающие оптимальное согласование характеристик привода и механической системы. Это позволяет снизить механические нагрузки в кинематических цепях при разгоне и торможении, сократить время переходных процессов, повысить точность позиционирования. Законы разгона и торможения можно задавать программно в процессе наладки станка. Аппроксимацию кривой разгона обычно задают в виде отрезков прямых. Участки разгона и торможения могут быть асимметричными. Участки 2, 3 и 5. 6 несимметричны, т.к. при пуске привода трение в кинематических цепях уменьшает ускорение, а при торможении способствует замедлению.
Максимальная скорость выбирается с учетом величины перемещения и обеспечения торможения или требуемого снижения скорости. При заданной скорости рассчитывается тормозной пуль и определяется момент выдачи команды на торможение с обеспечением оптимальных характеристик. Систему управления приводами можно в общем охарактеризовать статической точностью и динамическими показателями – быстродействием и жесткостью. С точки зрения жесткости привода относительно нагрузочных моментов наилучшие результаты дает управление с использованием регулятора скользящих режимов. Введение цифровых элементов вместо аналоговых, независимо от вида регулятора, существенно улучшает качественные показатели привода. В цифровом приводе тахогенератор отсутствует, а текущее значение скорости определяется с помощью расчетов по данным путевого датчика, сигналы которого замыкаются через систему ЧПУ. Цифровые системы управления приводами будут давать заметное преимущество там, где хорошая динамика необходима для получения высокой точности и требуется большой диапазон изменения скорости в сочетании с плавностью перемещения при ползущих скоростях. Основные характеристики цифровых приводов: - минимальное время (период квантования), через которое производится контроль положения – 0,125 мс; - разрешающая способность – 4,2 млн импульсов на один оборот двигателя; - диапазон регулирования скорости примерно в 50 раз больше по сравнению с аналоговыми приводами; - высокие динамические и статические характеристики. - Цифровое управление приводами позволяет повысить производительность станка и улучшить качество детали. Кроме того, имеются дополнительные сервисные возможности: - настройка привода через параметры, вводимые через ММС-процессор; - автоматическая оптимизация приводов, позволяющая более точно и быстро адаптировать приводы к механике станка; - представление информации о состоянии привода (температура, нагрузка и т. д.). Технологические возможности. Хотя за последние годы язык программирования для УЧПУ претерпел серьезные изменения, однако остается преемственность программного обеспечения в виде набора базовых функций. Большинство программ, написанных для старых моделей УЧПУ, работают и с новыми моделями при минимальных переделках. Имеющиеся сегодня возможности визуального программирования и целый ряд высокоуровневых функций обеспечивают такие возможности, о которых раньше технолог мог только мечтать. Мнемоника команд стала более ясной и читабельной. Базовый набор технологических функций УЧПУ позволяет использовать его с широкой гаммой станков (токарные, фрезерные, шлифовальные и т. п. станки и обрабатывающие центры). Остановимся на некоторых наиболее интересных из них. Сплайны и полиномы. Эти функции позволяют создавать плавные непрерывные кривые. В системе возможно использование трех видов сплайнов (А, В, С) и кривых, заданных с помощью полиномов третьего порядка. Главное назначение сплайнов – быть интерфейсом между CAD/CAM-системами и УЧПУ. Основная область применения – производство штампов и пресс-форм. Использование сплайнов в обработке позволяет сократить управляющую программу, улучшить динамику движения приводов, повысить качество обрабатываемых поверхностей, отказаться от ручной доводки пресс-форм. Изменение величины подачи по заданному закону в пределах одного кадра. Данная функция позволяет адаптировать величину подачи к режимам резания (например, изменять подачу при сверлении отверстия). Закон изменения определяется тремя способами: FLIN – линейное изменение, FCUB – по плавной кривой, FPO – по закону, заданному с помощью полинома. Автоматическое предотвращение зарезов. Возможность обработки «узких мест» (карманов, пазов и т. п.) зависит от диаметра инструмента. При использовании опции Look Ahead происходит опережающий просмотр программы (до 1000 кадров). Система позволяет автоматически отслеживать подобные ситуации и предотвращать зарезы. Преобразование рабочей системы координат в пространстве. Базовый набор команд (концепция FRAME) позволяет производить с рабочей системой координат следующие преобразования: TRANS – линейный сдвиг; ROT – наклон в заданной плоскости или вращение всей плоскости обработки; MIRROR – зеркальное отображение заданных осей, SCALE – масштабирование вводимых размеров. Используя эти возможности, можно исключить пересчет координат и задавать размеры прямо с исходного чертежа. Ориентация инструмента относительно плоскости обработки. При наличии на станке поворотной инструментальной головы при условии 2,5D-обработки значительно упрощается обработка наклонных поверхностей. После задания соответствующей команды ориентации инструмента к плоскости обработки все дальнейшие действия по программированию перемещений производятся так, словно продолжается работа в стандартной системе координат. Ориентация инструмента относительно криволинейных поверхностей. Эта возможность позволяет отказаться от суррогатных решений при пятиосевой обработке криволинейных поверхностей в производстве штампов и пресс-форм (формирование траектории движения с помощью САМ) Развитие систем числового программного управления и наличие таких мощных графических пакетов как САПР-ЧПУ/2000 в настоящее время обеспечивает возможность вводить программу обработки детали в виде обычной технологической карты в среде визуального проектирования. Оператор в этом случае вводит по шагам контур детали, состоящий из таких простых графических элементов как прямая, дуга, конус и т. д. Все переходы между элементами просчитывает СЧПУ. Затем моделируются инструменты и траектории их перемещения, а также съем материала с детали. Каждый шаг поддерживается графически на экране СЧПУ, а в завершение оператор может получить трехмерное динамическое симулирование обработки детали. Такое графическое моделирование является настолько точным, что позволяет обойтись без проверки непосредственно на станке. Затем СЧПУ формирует весь технологический процесс, включая число проходов, выбор инструментов, скорость вращения шпинделя, скорость подачи и подбор компенсационных значений. Если программирование производилось не на станке, а, например, с помощью CAD-системы, оператор в большинстве случаев имеет возможность просмотреть программу на станке в графическом виде и внести необходимые коррективы. Появление новых функций в ЧПУ позволяет сегодня существенно уменьшить время переналадки станка, которое в универсальном станке может занимать до 90% от общего времени работы. Другие функции позволяют избежать поломки дорогостоящего инструмента и повреждения дорогостоящей детали. Износ инструмента также можно снизить за счет программных функций ЧПУ. Из вышеперечисленного видно, что в качестве приводов для станков наиболее целесообразно использовать цифровые приводы, т. е. интеллектуальные приводы со встроенным микропроцессором, которые принимают и обрабатывают сигнал с датчика измерения перемещения без участия ЧПУ. Управление от ЧПУ идет при этом по цифровой шине сетевого типа. Такое управление повышает скорость реакции приводов и обеспечивает качественные показатели, недостижимые при классической схеме совмещения функций управления в однопроцессорных ЧПУ. Цифровой интерфейс позволяет также ускорить обмен данными между СЧПУ и приводами. Все современные цифровые приводы имеют программные пакеты для отладки привода. Для настройки достаточно указать тип двигателя и преобразователь и система управления на базе МК автоматически настраивается на данные характеристики. Затем можно запустить автоматическую привязку двигателей к станку. Точную окончательную настройку можно произвести, используя программный осциллограф системы ЧПУ.
|
