Системы ЧПУ на базе ЭВМ1.3.1 Системы класса CNC Переход вычислительной техники к использованию больших интегральных схем (БИС), микропроцессорных интегральных схем и построенным на их основе микроЭВМ позволил создать УЧПУ нового поколения, совмещающие функции управления станком и решения отдельных задач подготовки управляющих программ. Основу системы составляет микро-ЭВМ, запрограммированная на выполнение функций ЧПУ станком. Особенностью таких систем управления является их структура, соответствующая структуре обычной ЭВМ. Чтобы универсальное по назначению вычислительное устройство выполняло функции УЧПУ, оно должно быть соответствующим образом запрограммировано. Математическое обеспечение может вводиться в систему через устройство ввода, как и УП. Это УЧПУ класса свободно программируемых. В других случаях математическое обеспечение закладывается в ПЗУ системы при ее изготовлении. Но и в этом случае существует возможности для изменения, дополнения программного обеспечения. В системах класса CNC возможно изменять и корректировать в период эксплуатации (а не только в период проектирования и изготовления системы) как УП обработки детали, так и программы функционирования самой системы в целях максимального учета особенностей данного станка. Каждая из выполняемых функций обеспечивается своим комплексом подпрограмм, а не специальными схемами, как в системах класса NC. Подпрограммы увязываются общей координирующей программой-диспетчером, осуществляющей гибкое взаимодействие всех блоков системы. То есть, система строится программным или программно-аппаратным методом. Программный комплекс строится по модульному типу. Основные модули системы: - Программа управления загрузкой УП, в которую входят подпрограммы ввода и расшифровки кадра; - Программа управления исполнительными механизмами станка, в которую входят подпрограмма управления координатными перемещениями и подпрограмма выполнения технологических команд; - Программа – диспетчер, организующая совместную согласованную работу модулей системы; Программа управления координатными перемещениями состоит из блоков интерполяции, задания скорости, управления быстрым ходом, а эти блоки, в свою очередь, включают следующие модули: программу подготовки данных; организующую программу-диспетчер - Драйверы – стандартные операторы для работы с внешними устройствами электроавтоматики. Оперативная система ЭВМ из отдельных подпрограмм, в зависимости от характера обработки, строит программу, которая воспроизводится при обработке заготовки. Преимущества программного метода: - универсальность СЧПУ. Одну и туже систему после перепрограммирования можно использовать для станков другого класса или вообще другого оборудования (кузнечнопрессового, литейного и др.) - гибкость СЧПУ. Любая функция может быть изменена, откорректирована, дополнена в зависимости от условий обработки. Это не требует изменения СЧПУ, а только программное обеспечение. Одной из важных характеристик системы ЧПУ класса CNC является число управляемых координат. В технических характеристиках систем всегда указывается два параметра: число управляемых координат и число одновременно управляемых координат. Это означает, что система ЧПУ может обеспечивать управление несколькими исполнительными органами, количество которых может доходить до 10. В зависимости от сложности устройства система может выдавать управляющие сигналы одновременно на несколько исполнительных механизмов, обеспечивая согласованное перемещение по двум, трём и большему количеству координат. По количеству управляемых координат системы ЧПУ условно делятся на три группы: - с числом координат не более трёх; к ним относятся УЧПУ моделей 2Р22, 2У22, 2У32. - с числом координат от 4 до 6; модели 2С42, Fanuc–6(Япония). - с числом координат более 6; модели 2С85, УСУ99, НЦ80-31, Fanuc-9. В запоминающее устройство системы CNC УП может быть введена полностью не только с перфоленты, с дискеты или по каналу внешней связи, но и отдельными кадрами — вручную с пульта УЧПУ. В кадрах программы могут записываться не только команды на задания отдельных движений рабочих органов, но и команды, задающие целые группы движений, называемые постоянными циклами, которые хранятся в запоминающем устройстве СПУ. Ряд систем имеет библиотеку типовых программ, встроенную САП и т.д. Это приводит к резкому уменьшению числа кадров УП, к сокращению сроков ее подготовки и к соответствующему повышению надежности работы станка. Системы класса CNC позволяют достаточно просто выполнять в режиме диалога доработку и отладку УП и их редактирование, используя ручной ввод информации и вывод ее на дисплей (на переносный графопостроитель), а также получить отредактированную и отработанную программу на перфоленте, магнитном диске (дискете), пленке и т. п. Кроме того, по одной программе можно работать в различных масштабах, в режиме «матрица — пуансон», в режиме зеркального отображения и т. д. В процессе работы допускаются самые различные виды коррекций. Обладая сравнительно низкой стоимостью, малыми габаритами и высокой надежностью, системы класса CNC позволили заложить в систему управления новые свойства, которые раньше не могли быть реализованы. Так, многие УЧПУ этого класса имеют математическое обеспечение, с помощью которого можно учитывать и автоматически корректировать постоянные погрешности станка и тем самым влиять на совокупность причин, определяющих точность обработки (компенсация люфта или зоны нечувствительности приводов в направлении перемещения по координатам и др.). Использование систем контроля и диагностики повышает надежность и работоспособность станков с УЧПУ класса CNC. В функцию этих систем входит контроль состояния внешних по отношению к УЧПУ устройств, внутренних блоков и собственно УЧПУ. Например, некоторые УЧПУ класса CNC имеют специальные тест-программы для проверки работоспособности всех структурных частей системы. Эти тест-программы отрабатываются при каждом включении устройства, и в случае исправности всех частей возникает сигнал готовности системы к работе. В процессе работы станка и УЧПУ тест-программы частями отрабатываются в так называемом фоновом режиме, не мешая отработке основной УП. В случае появления неисправности на табло световой индикации возникает ее код, затем с помощью кода по таблице определяются место и причина неисправности. Кроме того, система определяет ошибки, связанные с неправильной эксплуатацией устройства или с превышением параметров теплового режима, позволяет найти напряжение для питания и другие параметры. Неотъемлемой частью современных УЧПУ класса CNC является обширная встроенная память, которая может быть использована в качестве архива УП. К системе может прилагаться широкий набор периферийных средств как традиционных (фотосчитыватель, накопитель на магнитной ленте или гибких дисках, телетайп, перфоратор), так и специальных (например, графопостроитель, печатающее устройство, микропроцессорные средства диагностического контроля, в том числе и допускающие связь с дистанционным диагностическим центром). Весьма важным средством оптимизации связи процессорного УЧПУ и станка является введение в память параметров или констант станка. С помощью этих констант могут быть автоматически учтены ограничения на зону обработки, заданы требования к динамике конкретных приводов, сформированы фазовые траектории разгонов и торможений, учтены конкретные особенности коробок скоростей, приводов подач, скомпенсированы систематические погрешности этих передачи др. Реальное представление УЧПУ класса CNC высокого уровня предполагает наличие двух пультов — панель оператора и станочный пульт, совмещение блоков ЧПУ с программируемым контроллером, раздельного типа системы управления приводами подач (шаговые двигатели) и шпинделя (аналоговый привод). Система отличается простым программированием и пользовательским комфортом, обеспечивает все виды функций современного УЧПУ, усиленную систему коррекций по компенсации люфта, ошибок измерительной системы, ошибок хода винта, ошибок УП, имеет набор стандартных циклов для программирования, универсальный интерфейс и т.п. 1.3.2 Системы класса DNC Возросший парк станков с программным управлением и затраты времени на подготовку управляющих программ потребовали нового подхода к решению этой проблемы. Необходимо было объединить в общую систему подготовку управляющей программы для станка и проектирование деталей. Такая система в механообработке получила название система класса DNC (Direct Numerical Control). Система класса DNC обеспечивает управление группой станков от центральной ЭВМ. Центральная ЭВМ готовит и выдаёт на станки управляющие программы. При этом отпадает необходимость в промежуточном представлении информации на перфоленте. Кроме непосредственного управления группой металлорежущего оборудования, система класса DNC выполняет функции управления другим оборудованием участка – промышленными роботами, автоматизированным складом и др. На неё же возложена задача диспетчеризации, разработки графиков загрузки станков, ведения учёта работы и простоев оборудования. При наличии центральной ЭВМ системы устройства ЧПУ станков сохраняются. Они играют роль резервных элементов системы на случай выхода из строя центральной ЭВМ или необходимости использовать какой-либо станок для обработки детали по индивидуальной программе, поскольку каждый станок имеет своё устройство ввода и может работать самостоятельно. Составной частью программно-математического обеспечения DNC может быть специализированная система автоматизации подготовки УП. Редактирование УП в DNC возможно на внешней ЭВМ, на которой ведется автоматизированная подготовка УП, на ЭВМ, управляющей группой станков, и на ЭВМ, встроенной в УЧПУ конкретного станка. Во всех случаях подготовленные и отредактированные УП для оборудования участка хранятся в памяти ЭВМ, управляющей группой станков, откуда они передаются на станки по каналам связи. 1.3.3 Системы класса HNC (оперативные) Современные УЧПУ класса HNC построены на базе наиболее совершенных моделей СЧПУ класса CNC и отличаются только отсутствием ФСУ. Но УЧПУ класса HNC имеют входное устройство для подключения переносных ФСУ и других внешних устройств. Системы этого класса имеют повышенный объем памяти встроенной микроЭВМ. В памяти хранится большой архив стандартных подпрограмм. По команде с пульта на экран дисплея выводятся перечень данных, необходимых для ввода, и графическое изображение схемы обработки. Оперативные УЧПУ предусматривают ручной ввод программ в электронную память микроЭВМ с помощью клавиатуры на пульте устройства. После отладки программа фиксируется в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) и используется для обработки партии заготовок. Программирование с пульта УЧПУ ведётся в режиме диалога с использованием архива стандартных подпрограмм, хранящихся в памяти встроенной микроЭВМ. СЧПУ обеспечивают автоматический выбор инструмента из имеющегося в наличии, определяют режимы обработки по выбранному инструменту, выбирают оптимальную последовательность обработки и т.д. Системы позволяют вести подготовку УП непосредственно у станка по чертежу детали без больших предварительных работ технологического характера. Это можно выполнять во время работы станка по ранее отработанной программе, что исключает простои оборудования. Сегодня фирма Сименс предлагает возможность вводить программу обработки детали в виде обычной технологической карты. Оператор или человек, вводящий программу непосредственно на станке, не должен обладать знанием языка программирования. Он просто вводит по шагам контур детали, состоящий из простых графических элементов, таких как прямая, дуга, конус и т.д. Все переходы между элементами просчитывает СЧПУ. Затем моделируются инструменты и траектории их перемещения, а также съём материала с детали. Каждый шаг поддерживается графически на экране СЧПУ, а в завершение вы можете получить трёхмерное (или трёхпроекционное) динамическое симулирование обработки детали. Такое графическое моделирование является настолько точным, что больше нет необходимости использовать станок в целях проверки. Затем СЧПУ формирует весь технологический процесс, включая число проходов, выбор инструментов, скорость вращения шпинделя, скорость подачи и подбор компенсационных значений. Такая программа может быть оттранслирована в машинные коды, и использоваться в дальнейшем для серии станков. Таким способом можно запрограммировать в среднем до 90% деталей в любом производстве. Таким образом, программирование снова возвращается в цех, что позволяет, с одной стороны, использовать знания технологии и опыт цеховых специалистов, а с другой - даёт возможность специалистам из отдела программирования сосредоточится на оставшихся 10% и работать более эффективно. С программой всегда связан набор инструмента, необходимый для её выполнения. Система ЧПУ в состоянии сегодня рассчитать потребность в инструменте для данной программы. При этом учитывается тот инструмент, который находится в данный момент на станке в магазине. Определив, какой инструмент, находящийся в магазине, потребуется для обработки данной детали, а какой следует отправить на склад, подобрав инструмент, который необходимо получить со склада, СЧПУ составляет список, который затем передаёт по сети на склад или на рабочее место подготовки инструмента, в случае если там существуют автоматизированные рабочие места. УЧПУ классов CNC, DNC, HNC обеспечивают также автоматический выбор инструмента из имеющихся в наличии (в магазине станка), определяют режимы обработки выбранным инструментом для деталей из различных материалов, находят оптимальную последовательность операций и т. д. Возможности современных УЧПУ классов CNC, DNC, HNC безграничны и определены лишь возможностями использованных в них ЭВМ. Так, компьютерная ЧПУ модели MARK 30 (фирма SODICK Co.Ltd., Япония), используемая для управления злектроэрозионными проволочно-вырезными станками, имеет 64-х разрядную мультипроцессорную систему с Pentium-133 и операционной системой Windows NT. Объем жесткого диска (HDD) составляет 1000 Mb, оперативной памяти (RAM) — 32 Mb. Система имеет SVGA жидкокристаллический цветной дисплей с сенсорной панелью управления. Все элементы УЧПУ связаны с силовыми платами и системами станка оптико-волоконными кабелями, что обеспечивает идеальную помехозащищенность. Встроенная САП (APT) позволяет программировать непосредственно на станке (станок, естественно, при этом работает по другой программе) обработку самых сложных деталей с учетом возможности системы осуществлять одновременное управление по шести координатам. При этом исходный контур можно на сенсорном экране рисовать пальцем с последующим уточнением размеров. Виртуальные клавиши и кнопки на экране обеспечивают ввод команд управления легкими прикосновениями пальца. Имеющаяся обычная клавиатура выполняет дублирующие функции. Одновременно с управлением приводами система управляет специальным импульсным генератором и всем сложнейшим ЭЭ процессом, обеспечивая функционирование ряда специальных систем, автоматический контроль, автоматическое регулирование и оптимизацию всех основных параметров при обработке деталей любой сложности. Ряд моделей станков, оснащенных УЧПУ моделей серии MARJC, обеспечивают точность обработки ±1,5—2,0 мкм при шероховатости обработанной поверхности Ra = 0,23 мкм (12-й класс). В наличие также функции Multi-Windows: многооконный вывод на дисплей; Help: функции подсказки; работа с дискеты и редактирование УП; функция вызова в ручном вводе данных MDI; функция проверки графикой (конус, офсет и т.д.); выбор режимов обработки; масштабирование (0,001 ~ ~ 999,999-кратное); поворот (фигур и координат); замена осей; редактирование программ (вставка, стирание, замена и поиск); конусная обработка; функция галтели R; компенсации мертвого хода, погрешности шага, ошибки шага на плоскости. 1.3.4 Системы класса VNC Устройства числового программного управления класса VNCпредусматривают возможность ввода голосовой информации. Принятая информация анализируется и преобразуется в управляющую программу. На дисплей выводится графические и текстовые элементы программы, что позволяет проводить визуальный контроль введенных данных, их корректировку и отработку. Дальнейшая работа системы по управлению станком выполняется так же, как и другими устройствами числового программного управления класса CNC. Однако УЧПУ класса VNC пока еще не получили распространения в промышленности, но, вероятно, в ближайшем будущем будут представлены широко как наиболее совершенные конструкции, обеспечивающие сервисные возможности высочайшего уровня. 1.3.5 NEURO-FUZZY (HEЙPO-ФАЗИ) системы Начало работ с компьютерными нейронными сетями относится к 40-м годам, однако только современные компьютерные технологии открыли путь к их коммерческому использованию. В настоящее время над созданием нейронных сетей различного назначения трудится множество фирм, но пока лишь некоторые сумели осуществить внедрение NEURO-Fuzzy систем управления в практику производства. По общему убеждению этим системам принадлежит будущее. Компьютерные нейронные сети — по самому общему определению — это специальный тип компьютеров, в той или иной степени имитирующих мыслительные процессы мозга. В этих компьютерах данные организуются подобно нейронам мозга в сети с многоуровневыми связями. Эти системы достаточно просто решают не только обычные типовые задачи (алгоритм решения типовых задач имеет каждая обычная система ЧПУ), но главным образом неожиданно возникшие в процессе обработки не стандартные, не типовые, решение которых требует нестандартной логики, т. е. определенного интеллекта. Нейронные сети решают задачи, которые обычному быстродействующему компьютеру совершенно не по силам. Нейро-фаззи ЧПУ-генераторы NF (фирма SODICK Co.Ltd., Япония) — первая в мире промышленная система управления с искусственным интеллектом на основе компьютерной нейронной сети. Система используется для управления электороэрозионными координатно-прошивочными станками. Система обеспечивает полностью автоматизированное управление электроэрозионной обработкой, обеспечивая оптимальные условия и режимы. Программирование обработки ведется в дружественном диалоге оператор-УЧПУ, при котором оператор лишь отвечает на графически иллюстрированные и интуитивно понятные вопросы машины. Для задания исходных данных не требуется таблиц режимов и инструкций, оператор вводит минимум данных, и система сама автоматически рассчитывает режимы и условия работы станка. При этом от позиционирования и до конца обработки не нужны коды ЧПУ, а также особый опыт работы на данном оборудовании. Фаззи-контроль режимов и хода обработки с мгновенной реакцией на любые отклонения оптимизирует процесс до максимума производительности и эффективности. Система нейрообучения автоматически корректирует результаты и добивается требуемого качества и производительности. Опыт самообучения применяется системой в последующих обработках, поскольку система запоминает то, что она делает. Система не требует длительного времени для освоения, на станках с такими системами даже неопытный оператор работает быстрее и эффективнее, чем квалифицированный на станке с обычными системами ЧПУ.
|
