Системы ЧПУ. Современное состояние и использование систем ЧПУ в ГПС

4.4.1. Поколения и характеристики систем ЧПУ

Первое поколение — запись управляющей информации на магнитную лепту в аналоговой форме. При этом информация не кодируется. Задание на перемещение инструмента отображается, например, фазой аналогового сигнала. Оператор сначала составляет программу в декодированном виде и записывает ее вручную или при помощи универсальной ЭВМ на перфоленту. Затем специальной ЭВМ (интерполятором) программа декодируется и записывается на магнитную ленту. Иногда управляющая программа записывается непосредственно сдатчиков станка, если первую деталь изготовляет опытный оператор.

Недостатки систем первого поколения заключаются в невозможности изменения управляющей программы без перезаписи всей ленты, необходимости промежуточных отладок программ, плохой сохранности магнитных лент в производственных условиях.

У станка размещается простое электронное оборудование. Системы первого поколения выполняли па электромеханических элементах, электронных лампах.

Второе поколение — системы NC (Numerical control — числовое управление). В системах NC управляющая про­грамма поступает на станок в закодированном виде — записанная на перфоленту в коде ИСО (ISO). Некоторые структурные единицы системы NC выполняют заранее определенные задачи — ввод управляющей программы, интерполяцию, управление скоростью и т. д. Алгоритмы функционирования в системах NC заданы структурно и не поддаются оперативным изменениям. Это недостаток систем, так как каждая из них может быть использована только для управления конкретным станком или механизмом. Отладка программы на станке ограничена возможностью введения коррекции на инструмент и его подачу. Разработаны и применяются в промышленности такие системы NC, как «Контур», «Размер», Н-22, Н-33, Н-55, «Модуль 2Т» и др. Устройство управления размещается непосредственно у станка. Системы второго поколения выполнены на транзисторной элементной базе и на интегральных микросхемах. Благодаря широкому применению интегральных микросхем стало возможным создание систем ЧПУ третьего поколения.

Третье поколение — системы CNC (Computerised Nume­rical Control — числовое управление от вычислительной машины). Граница между системами NC и CNC весьма условна. Системы CNC основаны на приближении к станку более мощных, чем ранее, вычислительных средств — микроЭВМ. CNC — наиболее перспективный тип систем ЧПУ, используемый как для управления отдельными станками, так и для работы в составе ГПС.

На базе микроЭВМ выпускаются системы CNC широкого назначения: 2У-32. 2У-85, 2С-42, 2Р-22, НЦ-31, НЦ-80-31 и др. Системы CNC имеют следующие разновидности: HNC (Hand NC) — система с ручным заданием управляющей программы (УП); SNC (Speicher NC) — система с хранением УП во внутренней памяти; VNC (Voice NC) — системы с голосовым управлением; TNC (Total NC) — система CNC с наиболее полным составом сервисных технических и программных средств, наиболее приспособленных к диалоговому режиму.

Четвертое поколение — системы DNC (Direct Numerical Control — прямое числовое управление). Они появились в результате объединения в общей системе подготовки управляющих программ и изготовления изделий. Системы DNC управляют группой станков с ЧПУ.

В машиностроении применяют системы DNC следующих структур:

мини-ЭВМ (серии СМ) — системы NC — система с магнитной лентой — станки; мини-ЭВМ — системы NC — станки; мини-ЭВМ — системы NC с буферной памятью — станки; мини-ЭВМ — системы CNC — станки.

Наиболее перспективна структура с ЭВМ на верхнем уровне и многоцелевыми системами CNC на нижнем.

Пятое поколение — многоцелевые системы ЧПУ в составе ГПС, ориентированные на безлюдную технологию, автоматизированную систему технологической подготовки производства, автоматический контроль и т. п.

Для управления ПР, входящими в состав ГПС, приме­няются устройства ЧПУ, включаемые в цикловые, позици­онные и контурные системы управления.

Характерная особенность цикловых систем управления — программирование только логической и технологической информации дискретного вида. Эта информация определяет последовательность движения звеньев манипулятора, длительность позиционирования, команды на внешнее оборудование и т. д. Информация о размерах перемещения задается при помощи различных датчиков положения, регулируемых упоров, концевых выключателей и т. п. Датчики информируют систему о достижении звеном манипулятора заданного положения.

Современные манипуляторы отличаются разнообразием и повышенной сложностью кинематики, широкими функциональными возможностями. В свою очередь, системы управления должны реализовать сложные, изменяемые алгоритмы работы манипулятора и обслуживаемого оборудования.

Позиционные и контурные системы значительно расширяют технологические возможности ПР и практически исключают характерные для цикловых роботов ограничения, связанные с числом точек позиционирования рабочих органов манипулятора. Благодаря этому ПР с позиционно-контурным управлением широко применяют в промышленности при автоматизации производства, где требуется выполнение операций различного рода (от простых типа «взять — положить» до сложных траекторных движений). Кроме того, позиционные и контурные системы используют для обслуживания одного или нескольких автономных объектов или в составе комплекса технических средств, управляемых от ЭВМ. ПР имеют различное конструктивное исполнение, определяемое спецификой применения (различные климатические воздействия, агрессивность или запыленность среды и т. д.).

Решение этих задач, как правило, базируется на принципах схемно-конструкторской агрегатизации, при которой за счет унификации сопряжения ряда блоков на основе «базовой» структуры получают конкретные модификации устройств с различными функциональными свойствами.

Предпосылки для выбора структуры системы управления при таком подходе остаются прежними: с минимальной избыточностью получить определенный ряд «модифицированных» устройств, технико-экономическая эффективность которых при сравнительной простоте достаточно высокая.

Для систем управления рассматриваемого класса, как показывает отечественный и зарубежный опыт, сложился основной функциональный состав, который в обобщенном виде может быть описан следующим образом: число управ­ляемых координат — 3...8; объем памяти программ (кадров) — 100...1500; число технических команд обмена информации с внешним оборудованием — 15...128; тип привода — следящий или дискретный; сопряжение с ана­логовыми, кодовыми, фазовыми датчиками положения; наличие нескольких программ (или подпрограмм), развитые средства контроля и диагностики, сопряжение с другими средствами управления и т. д.

Информационные вычислительные возможности таких систем различны и определяются областью применения.

Приведенные технические характеристики позиционно-контурных систем управления могут быть реализованы принципиально двумя методами, отличающимися способами обработки геометрической информации (последовательная или параллельная обработка координатных перемещений), поступающей от манипулятора. В соответствии с этим создана структура систем управления в двух вариантах: с параллельной обработкой информации на индивидуальном аппарате вычисления внутри каждого «координатного» блока (вариант децентрализованной структуры); с центральным вычислителем, в котором последова­тельно в режиме разделения времени обрабатывается информация на едином аппарате (вариант централизованной структуры).