Функциональные составляющие станка с ЧПУ

Условно СЧПУ можно разделить на три подсистемы:

1. подсистему управления,

2. подсистему приводов

3. подсистему обратной связи.

1. Подсистема управления. Центральной частью всей СЧПУ является подсистема управления. С одной стороны она читает управляющую программу и отдает команды различным агрегатам станка на выполнение тех или иных операций. С другой стороны взаимодействует с человеком, позволяя оператору станка контролировать процесс обработки. Сердцем подсистемы управления является контроллер (процессор), который обычно расположен в корпусе стойки ЧПУ. Сама стойка имеет набор кнопок и экран (все вместе называется пользовательским интерфейсом) для ввода и вывода необходимой информации.

2. Подсистема приводов. Подсистема приводов включает в себя различные двигатели и винтовые передачи для окончательного выполнения команд подсистемы управления - для реализации перемещения исполнительных органов станка.

3. Подсистема обратной связи. Подсистема обратной связи главным образом призвана обеспечивать подсистему управления информацией о реальной позиции исполнительного органа станка и о скорости двигателей.

Датчики, используемые для определения положения. Как правило, в станках с ЧПУ для определения положения и состояния исполнительных органов используются два типа датчиков: линейные датчики положения и вращающиеся датчики положения. Системе ЧПУ также необходима информация о скорости, ускорении и замедлении исполнительного органа станка. Расчет величины ускорения и замедления необходим для точного позиционирования. Дело в том, что когда рабочий стол перемещается в требуемую позицию, он заранее замедляет скорость перемещения, чтобы "не промахнуться" мимо требуемой координаты.

Датчики состояния исполнительных органов. Температурные датчики (термопары) применяют для определения температуры исполнительных органов, расчета температурного линейного расширения компонентов станка и для контроля над температурой масла и воздуха. Инфракрасные датчики используются в станочных системах автоматического измерения.

Рисунок 6 - Схема обратной связи на станке с ЧПУ

Программист создает управляющую программу, в которой содержится закодированная информация о траектории и скорости перемещения исполнительных органов станка, частоте вращения шпинделя и другие данные, необходимые для выполнения обработки. Подсистема управления читает эту программу, расшифровывает ее и вырабатывает профиль перемещения.

Профиль перемещения можно представить в виде графика, который показывает, в какой точке должен находиться исполнительный орган станка через определенные промежутки времени. В соответствии с профилем перемещения подсистема управления посылает на соответствующий двигатель строго определенное количество электрических импульсов. Двигатель вращает ходовой винт, и исполнительный орган станка перемещается в указанную позицию (координату). Датчики обратной связи отправляют в подсистему управления информацию о действительной достигнутой позиции исполнительного органа. Происходит сравнение фактической и требуемой (теоретической) позиций. Если между ними есть разница (ошибка перемещения), то подсистема управления посылает скорректированное на величину ошибки число электрических импульсов на двигатель. Этот процесс повторяется снова и снова, пока исполнительный орган станка не достигнет требуемой позиции с определенной (очень высокой) точностью. Вообще, некоторая ошибка перемещения присутствовать будет всегда. Главное, чтобы она была настолько маленькой, что ей можно было бы пренебречь.

Если требуется переместить рабочий стол прямолинейно, но не параллельно ни одной из осей станка (рисунок 7), то для этого система ЧПУ вынуждена строить между начальной и конечной точками множество опорных точек и двигать рабочий стол по этим точкам "ступенчато", попеременно включая подачу то по одной оси, то по другой. При этом нужно поддерживать такое соотношение скоростей движения по осям, чтобы траектория перемещения соответствовала заданной траектории. Работу по расчету этих промежуточных опорных точек выполняет специальное устройство, входящее в состав подсистемы управления - интерполятор. Интерполятор непрерывно в соответствии с заданными перемещениями поддерживает функциональную связь между опорными точками и оценивает отклонения от заданной траектории, стремясь свести их к минимуму. Эти "ступеньки" имеют некоторое отклонение от заданной траектории перемещения. Величина отклонения полученной "ступенчатой" траектории будет равна или кратна цене импульса (разрешению) системы ЧПУ или импульса формируемого датчиком обратной связи. Такая интерполяция называется линейной. Если же необходимо выполнить перемещение по дуге, то интерполяция будет круговой. В случае перемещения по дуге выполняется так называемая линейная аппроксимация дуги, то есть замена дуги маленькими прямолинейными отрезками. Поэтому исполнительный орган станка также будет двигаться по "ступенчатой" траектории, которая визуально будет казаться абсолютно гладкой.

Рисунок 7 – Схема линейной и круговой интерполяции

Дата добавления: 2014-01-06