Системы автоматизации и управления. Конспект лекций

1

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДКРАЦИИ СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ _____________________________________________________________________

О.А. ГОТШАЛЬК

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ Конспект лекций

Санкт-Петербург 1998

2

Утверждено редакционно-издательским советом института УДК 621. 9. 06 - 529 (07). О.А. Готшальк. Системы автоматизации и управления. Конспект лекций. -СПб. : СЗПИ, 1998, 35 с. Конспект лекций включает материал, который читается в соответствии с рабочими учебными планами по специальностям: 120100 по дисциплине “Аппаратные и программные средства систем управления”, 120500 и 120800 по дисциплине “Управление техническими системами”, 210200 по дисциплине “Системы автоматизации и управления” ч.1. В конспекте лекций помещены теоретические основы числового программного управления технологическим оборудованием на базе микропроцессорной техники. В конспекте лекций изложены вопросы общих принципов построения, структуры, методов линейной и круговой интерполяции, а также правил кодирования исходной информации в коде ИСО-7 бит.

сов

Рассмотрено на заседании кафедры автоматизации производственных процесодобрено методической комиссией факультета машиностроения

Рецензенты: кафедра автоматики и телемеханики ИТМО, В.О. Никифоров, к. т. н., доцент; кафедра автоматизации производственных процессов СЗПИ. Автор: Готшальк Олег Алексеевич, к. т. н., доцент. С Северо - Западный заочный политехнический институт, 1998.

3

1. ПРИНЦИПЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ Под управлением металлорежущими станками будем понимать перемещение заготовки относительно режущего инструмента или движение режущего инструмента относительно заготовки по заранее рассчитанной траектории при заданной скорости движения режущего инструмента и точности обработки. Такое управление производится специальным устройством без участия человека, но по заранее составленной им программе, и называется программным управлением. Программное управление станками прошло в своем развитии несколько этапов. Этап первый (рис. 1). На рисунке 1 сделаны следующие обозначения: подвижный стол 1, шаблон 2, механические тяги со щупом 3, заготовка 4, режущий инструмент 5, силовой привод 6, привод подач 7. При перемещении стола приводом подач слева направо щуп перемещается по поверхности шаблона. Перемещение щупа повторяет режущий инструмент, что приводит к образованию формы детали подобной форме шаблона. Особенность рассматриваемого принципа программного управления: возможность обработки объемных поверхностей и задание управляющей программы в виде шаблона. Достоинства: повышенная точность обработки и производительность труда. Недостатки : сложность создания управляющей программы и наличие механических соединений. Этап второй (рис. 2). На рисунке 2 сделаны следующие обозначения: датчик положения 3, вырабатывающий электрический сигнал пропорциональный величине перемещения щупа, (цифры 1, 2, 4, 5, 6, 7 смотри на рисунке 1), электропривод 8 обеспечивает перемещение режущего инструмента в соответствии с величиной электрического сигнала датчика положения, рейка с зубчатым колесом 9, преобразующая вместе с электроприводом электрический сигнал в вертикальное перемещение режущего инструмента. Особенность рассматриваемого принципа программного управления: замена механических соединений электроприводом . Достоинства: повышение точности обработки при снижении затрат на изготовление станка. Недостатки: сложность создания управляющей программы. Этап третий (рис. 3). На рисунке 3 сделаны следующие обозначения: ленточный магнитофон 2 с записью электрического сигнала аналогичного электрическому сигналу датчика положения, (цифры 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9 смотри на рисунке 2 ).Особенность рассматриваемого принципа программного управления: для создания управляющей программы необходимо иметь специальное оборудование, позволяющее записать на магнитную ленту магнитофона сигнал на перемещение режущего инструмента.

4

Достоинства: нет необходимости изготавливать шаблон и отсутствие механических соединений. Недостатки: наличие магнитной ленты приводит к низкой точности работы станка (разрывы и растяжения ленты). Этап четвертый (рис. 4 ). На рисунке 4 сделаны следующие обозначения: устройство программного управления 2 в виде специализированной вычислительной машины дискретного действия, электропривод подач 3 для перемещения заготовки по оси У, электропривод подач 4 для перемещения заготовки по оси Х, заготовка 5, силовой привод 6. Особенность рассматриваемого принципа программного управления: программа управления задается на перфоленте в виде чисел; в программе задаются координаты начальных и конечных точек участков детали с определенными характерами обработки; устройство программного управления получив из управляю щей программы координаты опорных точек и характер траектории между этими точками само вырабатывает промежуточные координаты, преобразует их в электрический сигнал и выводит его на приводы подач. Достоинства: простота задания управляющей программы, высокая точность обработки, быстрый переход от одной управляющей программы к другой. Недостатки: сложность устройства управления, необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала. 2. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВ ЧПУ Системы числового программного управления (СЧПУ) - это совокупность функционально взаимосвязанных технических и программных средств, предназначенных для управления станками в автоматическом режиме. К техническим средствам относятся станок, устройства подготовки управляющих программ, устройства управления станком, устройства размерной настройки режущего инструмента и т.д. К программным средствам относятся инструкции, методики, техническое и функциональное программирование и т.д. Программа управления - это группа команд, составленных на языке данной системы управления и предназначенных для управления станком в автоматическом режиме. Числовое программное управление базируется на программе, в которой команды выражены в виде чисел. Устройство числового программного управления (УЧПУ) - это часть системы числового программного управления, управляющее работой станка по командам, поступающим из управляющей программы. УЧПУ выполняют две основные функции : 1. формирование траектории движения режущего инструмента; 2. управление автоматикой станка. В настоящее время в промышленности используются два вида устройств ЧПУ.

5

1. УЧПУ четвертого поколения типа NC (Numerical Control - цифровое управление). УЧПУ типа NC состоят из блоков, каждый из которых решает лишь одну конкретную задачу общей программы управления. Логика работы этих блоков реализуется за счет соответствующего построения их электрических схем. На рисунке 5 представлена обобщенная структурная схема УЧПУ типа NC. На этом рисунке сделаны следующие обозначения: УП - управляющая программа, поступающая с перфоленты; УВИ - устройство ввода информации; преобразует команды, заданные на перфоленте в виде отверстий, в электрические сигналы; контролирует вводимую информацию на предмет наличия помех и соблюдение правил программирования; БП - буферная память для временного хранения введенной информации одного кадра управляющей программы; И - интерполятор, формирующий траекторию движения режущего инструмента; БЗС - блок задания скорости перемещения режущего инструмента; БИ - блок индикации работы УЧПУ; БР - блок реле для формирования команд управления автоматикой станка; ПП - приводы подач станка; УАС - устройства автоматики станка. После того как составленная управляющая программа нанесена на перфоленту, а перфолента установлена в устройство ввода информации (УВИ), происходит считывание программы, проверка ее на предмет наличия помех и нарушений правил программирования. После этого информация в объеме одного кадра программы в соответствии с заданными в программе адресами заносится в буферную память (БП). После отработки предыдущего кадра программы информация из буферной памяти поступает в различные блоки УЧПУ в соответствии с заданными адресами: геометрическая информация на перемещение режущего инструмента в интерполятор (И), информация о скорости движения режущего инструмента в блок задания скорости (БЗС), а технологические команды в блок реле (БР). Интерполятор посылает сигналы на приводы подач (ПП), которые обеспечивают перемещение режущего инструмента по заданной в программе траектории. Одновременно на блок реле (БР) подаются команды, обеспечивающие включение или выключение тех или иных устройств автоматики станка (УАС). 2. УЧПУ пятого поколения типа CNC (Computer Numerical Control - компьютерное цифровое управление). УЧПУ типа CNC базируются на работе мини ЭВМ, в которой логика работы задается программным методом. Одно и то же УЧПУ с мини ЭВМ может реализовывать различные функции управления за счет изменения программы управления работой мини ЭВМ. Обобщенная структурная схема УЧПУ типа CNC представлена на рисунке 6. На этом рисунке сделаны следующие обозначения: ПО - пульт оператора, позволяющий вводить управляющую программу и задавать режимы работы; .

6

Д - дисплей для визуального контроля режимов работы и редактирования введенных управляющих программ; мини ЭВМ - устройство, решающее задачи формирования траектории движения режущего инструмента, технологических команд управления устройствами автоматики станка, общим управлением УЧПУ, редактирования управляющих программ, диагностики УЧПУ и вспомогательных расчетов (траектории движения режущего инструмента, режимов резания); ПЗУ - постоянное запоминающее устройство для хранения системных программ и констант; информация из ПЗУ может только считываться; заносится информация в ПЗУ на заводе изготовителе; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство для временного хранения управляющих программы и системных программ, используемых УЧПУ в данный момент. После того как технолог составил управляющую программу оператор вводит ее в УЧПУ посредством клавиатуры пульта оператора (ПО). Команды управляющей программы записываются в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). После ввода управляющей программы оператор может отредактировать ее, включив в работу системную программу редактора и выводя на дисплей (Д) всю или нужные части управляющей программы и внося в них требуемые изменения. При работе УЧПУ в режиме изготовления детали управляющая программа кадр за кадром считывается из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и поступает в мини ЭВМ. В соответствии с командами управляющей программы мини ЭВМ вызывает из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) соответствующие системные программы, которые заставляют работать мини ЭВМ в требуемом режиме. Результаты работы мини ЭВМ в виде электрических сигналов поступают либо на приводы подач (ПП), либо на устройства управления автоматикой станка (УАС). 3. СТРУКТУРА ПРИВОДА ПОДАЧ В настоящее время в станках с программным управлением используются два вида приводов подач. 1. Разомкнутый привод подач (шаговый). В основу работы такого привода положен шаговый электрический двигатель, который обеспечивает надежное и стабильное перемещение режущего инструмента на строго определенную величину по пришествии из УЧПУ на шаговый двигатель одного электрического импульса. Этим объясняется отсутствие в приводе контроля за текущим действительным положением режущего инструмента (отрицательной обратной связи по положению). Обобщенная структурная схема разомкнутого привода подач представлена на рисунке 7. На этом рисунке сделаны следующие обозначения: УЧПУ - устройство числового программного управления; СУ - схема управления шаговым двигателем; УМ - усилитель электрической мощности сигнала , поступающего на вход шагового двигателя; ШД - шаговый двигатель, у которого вал ротора поворачивается на строго определенный угол по пришествии на вход двигателя одного электрического импульса;

7

СЗ - следящий золотник, обеспечивающий подачу на гидродвигатель жидкости под давлением; НС - насосная станция, обеспечивающая гидродвигатель жидкостью под давлением; ГД - гидродвигатель для силового перемещения объекта управления станка (суппорта, подвижного стола); ОУ - объект управления станка. В результате расчета очередной координаты режущего инструмента УЧПУ посылает в схему управления (СУ) электрический импульс для перемещения объекта управления станка (режущего инструмента) на строго определенную величину. После сформирования в схеме управления (СУ) команды управления и усиления ее по мощности в усилителе мощности (УМ) последняя подается на шаговый двигатель (ШД). В результате этого ротор шагового двигателя поворачивается на строго определенный угол, открывая следящий золотник (СЗ). Жидкость под давлением из насосной станции (НС) через следящий золотник (СЗ) поступает в гидродвигатель (ГД), в результате чего объект управления (ОУ) начинает перемещаться одновременно постепенно закрывая следящий золотник (СЗ). Переместившись на заданную величину объект управления (ОУ) полностью закроет следящий золотник (СЗ) и привод прекращает перемещение объекта управления (ОУ). Фиксированная величина перемещения объекта управления станка (режущего инструмента) в результате поступления на привод подач с УЧПУ одного электрического импульса называется дискретой. Количество дискрет характеризует величину перемещения, а количество дискрет в единицу времени, пришедших на привод подач, характеризует скорость перемещения объекта управления. 2. Замкнутый привод подач (следящий). Основу замкнутого привода подач составляет двигатель постоянного тока с широким диапазоном регулирования частоты вращения вала ротора под нагрузкой. В данном приводе имеется устройство, позволяющее постоянно контролировать текущее положение объекта управления и сравнивать это положение с заданным устройством ЧПУ. Обобщенная структурная схема представлена на рисунке 8. На этом рисунке сделаны следующие обозначения: УЧПУ - устройство числового программного управления; СС - схема сравнения заданного перемещения режущего инструмента и действительного; ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь, преобразующий сигнал схемы сравнения выраженный в дискретной форме в сигнал в виде напряжения, амплитуда которого пропорциональна цифровому значению сигнала схемы сравнения; УМ - усилитель электрической мощности; ИД - исполнительный двигатель постоянного тока; Р - редуктор для понижения частоты вращения вала ротора исполнительного двигателя и преобразования вращения ротора исполнительного двигателя в линейное перемещение объекта управления; ОУ - объект управления; ДОС -датчик обратной связи для преобразования линейных перемещений объекта управления в пропорциональный электрический сигнал.

8

Если на привод подач с УЧПУ поступает унитарный код (последовательность электрических импульсов, каждый импульс которой характеризует перемещение объекта управления на одну дискрету), то в качестве датчика обратной связи используется вращающийся трансформатор в импульсном режиме, а в качестве схемы сравнения реверсивный счетчик. Импульсы поступающие с УЧПУ на счетчике суммируются, а импульсы, поступающие с датчика обратной связи в счетчике вычитаются из импульсов поступивших из УЧПУ. Если на привод подач с УЧПУ поступает сигнал в виде числовой комбинации (числа, характеризующего величину перемещения), то в качестве датчика обратной связи используется кодовый датчик, а в качестве схемы сравнения используется сумматор, позволяющий производить операцию вычитания кодовой комбинации, поступившей с датчика обратной связи, из кодовой комбинации, записанной ранее в сумматор устройством ЧПУ. Как и в случае разомкнутого привода подач в замкнутом приводе подач справедливо понятие дискреты. 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ ИНТЕРПОЛЯТОРА Интерполятором называется устройство, формирующее траекторию движения режущего инструмента по заданному закону (с заданными скоростью и точностью) между двумя опорными точками контура детали, координаты которых указаны в управляющей программе. Часто под интерполятором подразумевают мини ЭВМ, работающую по определенной программе. Опорные точки характеризуют начало и конец траектории, по которой перемещается режущий инструмент, обрабатывая один элемент контура заготовки детали с определенным характером траектории. В подавляющем большинстве случаев в настоящее время используются линейные и круговые интерполяторы. Линейные интерполяторы обеспечивают формирование траектории в виде прямой линии. Круговые интерполяторы формируют траекторию в виде окружности или ее части (дуги окружности). Интерполяторы могут работать по методу оценочной функции или по методу цифровых дифференциальных преобразователей. Рассмотрим принципы работы интерполяторов, работающих по методу оценочной функции.

5. ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР Предположим, что задано перемещение режущего инструмента между опорными точками Ao и Ak плоскости ХУ (рис. 9). Каждая точка плоскости характеризуется коэффициентом

9

K=

Υi Χj

где Χ j и Υi - текущие координаты произвольно выбранной точки, выраженные в дискретах, j и i - количество шагов, которое нужно было сделать по осям координат, чтобы попасть в заданную точку. Точки, лежащие на прямой Ao Ak , характеризуются коэффициентом K=

Υk Χk

где Χ k и Υk - координаты конечной опорной точки заданной прямой. В зависимости от знака разности коэффициентов H j ,i =

Υi Υk − Χ j Χk

(5.1)

плоскость ХУ делится на три области. Первая область над прямой Ao Ak , где H>0. Вторая область под прямой Ao Ak , где H<0. Третья область на прямой Ao Ak , где H=0. Каждый интерполятор имеет свой алгоритм работы. Будем считать, что данный линейный интерполятор работает по следующему алгоритму. 1. Если Н ≥ 0 , то интерполятор вырабатывает и посылает на привод подач один электрический импульс для перемещения режущего инструмента на одну дискрету по оси Х. 2. Если Н<0, то интерполятор вырабатывает и посылает на привод подач один электрический импульс для перемещения режущего инструмента на одну дискрету по оси У. 3.После каждого очередного шага вновь рассчитывается новое значение оценочной функции. Так как режущий инструмент в рассматриваем случае перемещается по двум координатам, то и УЧПУ должно иметь два привода подач. Упростим выражение (5.1). Приведем его к общему знаменателю и используем только числитель, как носитель знака. Получим выражение оценочной функции вида Fj ,i = Υi ⋅ Χ k − Υk ⋅ Χ j (5.2) Произведем упрощение и выражения (5.2) в предположении, что интерполятор имеет возможность запоминать по какой координате был сделан предыдущий шаг. 1. Предположим, что предыдущий шаг был сделан по оси Х. Тогда текущая координата режущего инструмента будет равна предыдущей координате плюс одна дискрета Χ j +1 = Χ j + 1

Подставим это выражение в формулу (5.2). Fj +1,i = Υi ⋅ Χ k − Υk ⋅ ( Χ j + 1) = Υi ⋅ Χ k − Υk ⋅ Χ j − Υk = Fj ,i − Υk

Следовательно, после очередного шага по оси Х новое значение оценочной функции рассчиты-

10

вается как разность между предыдущим значением оценочной функции и координатой конечной опорной точки по оси У. 2. Предположим, что предыдущий шаг был сделан по оси У. Тогда текущая координата режущего инструмента будет равна предыдущей координате плюс одна дискрета Υi +1 = Υi + 1

Подставим это выражение в формулу (5.2). Fj ,i +1 = ( Υi + 1) ⋅ Χ k − Υk ⋅ Χ j = Υi ⋅ Χ k − Υk ⋅ Χ j + Χ k = Fj ,i + Χ k

Следовательно, после очередного шага по оси У новое значение оценочной функции рассчитывается как сумма предыдущего значения оценочной функции и координаты конечной опорной точки по оси Х. Пример. Рассчитать и построить траекторию движения режущего инструмента при Χ k = 5 и Υk = 3 . 1. В начальный момент времени (в точке Ao ) оценочная функция равна нулю и шаг делается по оси Х. После шага производится расчет нового значения оценочной функции. F1,0 = F0, 0 − Υk = 0 − 3 = −3

2. Новое значение оценочной функции получилась меньше нуля. Очередной шаг делается по оси У. После шага по оси У вновь рассчитывается новое значение оценочной функции. F1,1 = F1, 0 + Χ k = −3 + 5 = +2

3. F1,1 > 0, очередной шаг делается по оси Х; новое значение оценочной функции F2 ,1 = F1,1 − Υk = +2 − 3 = −1

4. F2 ,1 < 0 , очередной шаг делается по оси У; новое значение оценочной функции F2 , 2 = F2 ,1 + Χ k = −1 + 5 = +4

5. F2 ,2 > 0 , очередной шаг делается по оси Х; новое значение оценочной функции F3,2 = F2 , 2 − Υk = +4 − 3 = +1

6. F3,2 > 0 , очередной шаг делается по оси Х; новое значение оценочной функции F4 , 2 = F3, 2 − Υk = +1 − 3 = −2

7. F4 ,2 < 0 , очередной шаг делается по оси У; новое значение оценочной функции F4 , 3 = F4 , 2 + Χ k = −2 + 5 = +3

8.

F4 , 3 > 0 , очередной шаг делается по оси Х; новое значение оценочной функции

F5,3 = F4 , 3 − Υk = +3 − 3 = 0

Линейный интерполятор прекращает работу если он сделал по осям координат столько шагов, сколько их было задано в задании (5 шагов по оси Х и 3 шага по оси У). На рисунке 10 показана действительная траектория движения режущего инструмента, обозначенная точками 0-8. Как видно из рисунка, траектория является ломанной кривой, каждая ступенька которой равна одной дискрете. Особенностью

11

данной траектории является то, что ни одна точка этой траектории не отстоит от заданной прямой больше чем на одну дискрету. Точки 0-8 на рисунке характеризуют шаги интерполятора по той или иной оси системы координат. Линейный интерполятор имеет четыре режима работы по количеству квадрантов системы координат. Режимы работы в том или ином квадранте определяются знаками при конечных значениях координат Χ k , Υk . Но при расчетах оценочных функций значения конечных координат участвуют в своих абсолютных значениях (всегда со знаком +). Направление движения режущего инструмента вдоль осей координат определяется знаками (+ или -), которые присваиваются электрическому сигналу на выходе интерполятора. 6. КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР Оценочная функция кругового интерполятора имеет следующий вид Fj ,i = R j2,i − Rb2 (6.1) где R j2,i = Χ 2j + Υi2 квадрат расстояния от центра системы координат ХУ, совмещенной с центром описываемой окружности, до текущей точки ступенчатой (действительной) траектории движения режущего инструмента; Χ j и Υi координаты текущей точки ступенчатой траектории движения режущего инструмента; Rn2 квадрат радиуса заданной дуги окружности (рис. 11). В зависимости от знака оценочной функции плоскость ХУ может быть разбита на три области. Первая область вне дуги, где F>0. Вторая область под дугой, где F<0. Третья область на дуге, где F=0. Применим для кругового интерполятора алгоритм работы аналогичный алгоритму работы линейного интерполятора. Круговой интерполятор имеет 8 режимов работы: четыре квадранта и в каждом квадранте режущий инструмент может двигаться по и против часовой стрелки (рис. 12). Для примера рассмотрим один режим работы: первый квадрант с движением режущего инструмента против часовой стрелки из точки A0 в точку Ak (рис. 11). Если предположить, что круговой интерполятор имеет возможность запоминать по какой координате был сделан предыдущий шаг, то исходную оценочную функцию можно упростить и представить в виде двух функций как это было при линейной интерполяции. 1. Предположим, что предыдущий шаг был сделан по оси Х. Тогда координата текущей точки траектории движения режущего инструмента для рассматриваемого режима будет равна координате предыдущей точки минус одна дискрета Χ j +1 = Χ j − 1

так как с каждым шагом координата Х уменьшается на одну дискрету и в конечном счете должна стать равной нулю. Подставим данное выражение в уравнение (6.1). Fj +1,i = Χ 2j +1 + Υi2 − Rn2 = ( Χ j − 1) 2 Υi2 − Rn2 = Χ 2j + Υi2 − Rn2 − 2 Χ j + 1 = Fj ,i − 2 Χ j + 1

12

Следовательно, после очередного шага по оси Х в режиме первого квадранта при движении против часовой стрелки новое значение оценочной функции рассчитывается как значение оценочной функции до шага, минус удвоенное значение текущей координаты по оси Х и плюс одна дискрета. 2. Предположим, что предыдущий шаг был сделан по оси У. Тогда координата текущей точки траектории движения режущего инструмента будет равна координате предыдущей точки плюс одна дискрета Υi +1 = Υi + 1

так как с каждым шагом координата У увеличивается на одну дискрету и в конечном счете должна стать равной радиусу дуги. Подставим данное выражение в уравнение (6.1) Fj ,i +1 = Χ 2j + Υi2+1 − Rn2 = Χ 2j + ( Υi + 1) − Rn2 = Χ 2j + Υi2 − Rn2 + 2 Υi + 1 = Fj ,i + 2 Υi + 1

Следовательно, после очередного шага по оси У в режиме первого квадранта при движении против часовой стрелки новое значение оценочной функции рассчитывается как значение оценочной функции до шага, плюс удвоенное значение текущей координаты по оси У и плюс одна дискрета. Пример. Рассчитать и построить траекторию движения режущего инструмента если заданы координаты начальной Χ n =4 , Υn = 3 и конечной Χ k = 0 , Υk = 5 опорных точек дуги. 1. В начальный момент времени, когда режущий инструмент находится в опорной точке A0 , оценочная функция равна нулю. Шаг делается по оси Х. После этого рассчитывается новое значение текущей координаты по этой оси и новое значение оценочной функции Χ1 = Χ n = 4 ; F1,0 = F0, 0 − 2 Χ1 + 1 = 0 − 2 ⋅ 4 + 1 = −7 .

2. F1, 0 < 0 ; шаг по оси У ;

3. 4. 5. 6.

Υ1 = Υn = 3 ; F1,1 = F1,0 + 2 Υ1 + 1 = −7 + 2 ⋅ 3 + 1 = 0 ;

F1,1 = 0 ; шаг по оси Х ; Χ 2 = Χ1 − 1 = 4 − 1 = 3 ; F2 ,1 = F1,1 − 2 Χ 2 + 1 = 0 − 2 ⋅ 3 + 1 = −5 ; F2 ,1 < 0 ; шаг по оси У ; Υ2 = Υ1 + 1 = 3 + 1 = 4 ; F2 , 2 = F2 ,1 + 2 Υ2 + 1 = −5 + 2 ⋅ 4 + 1 = +4 F2 , 2 > 0 ; шаг по оси Х;

Χ 3 = Χ 2 − 1 = 3 − 1 = 2 ; F3,2 = F2 ,2 − 2 Χ 3 + 1 = +4 − 2 ⋅ 2 + 1 = +1 ;

F3,2 > 0 ; шаг по оси Х;

Χ 4 = Χ 3 − 1 = 2 − 1 = 1 ; F4 , 2 = F3, 2 − 2 ⋅ Χ 4 + 1 = +1 − 2 ⋅ 1 + 1 = 0 .

Круговой интерполятор будет работать до тех пор, пока не произведет столько шагов по осям координат, сколько требуется для перемещения режущего инструмента из начальной в конечную опорные точки дуги окружности ( по оси Х четыре дискреты и по оси У две дискреты в данном примере). На рисунке 13 построена траектория движения режущего инструмента по расчетным данным, где номера точек характеризуют шаги интерполятора. Как и при линейной интерполяции при круговой интерполяции значения координат опорных точек траектории участвуют в расчете новых значений оценочной функции в своих абсолютных значениях. Номера квадрантов и направление движения режущего инструмента учитываются оценочной функцией. В таблице 1 даны оценочные функции для всех восьми режимов работы кругового интерполятора. Таблица1.Оценочные функции.

13

Шаг по оси Х Первый квадрант

Против стрелки

часовой Χ j +1 = Χ j − 1 Fj +1,i = Fj ,i − 2 ⋅ Χ j + 1

Шаг по оси У Υi +1 = Υi + 1 Fj ,i +1 = Fj ,i + 2 ⋅ Υi + 1

По часовой стрел- Χ j +1 = Χ j + 1 ке Fj +1,i = Fj ,i + 2 ⋅ Χ j + 1 Против часовой Χ j +1 = Χ j + 1 стрелки Fj +1,i = Fj ,i + 2 ⋅ Χ j + 1

Υi +1 = Υi − 1

По часовой стрел- Χ j +1 = Χ j − 1 ке Fj +1,i = Fj ,i − 2 ⋅ Χ j + 1 Против часовой Χ j +1 = Χ j − 1 стрелки Fj +1,i = Fj ,i − 2 ⋅ Χ j + 1

Υi +1 = Υi + 1

Υi +1 = Υi − 1

Четвертый рант

По часовой стрел- Χ j +1 = Χ j + 1 ке Fj +1,i = Fj ,i + 2 ⋅ Χ j + 1 квад- Против часовой Χ j +1 = Χ j + 1 стрелки Fj +1,i = Fj ,i + 2 ⋅ Χ j + 1

Четвертый рант

Υi +1 = Υi + 1 квад- По часовой стрел- Χ j +1 = Χ j − 1 ке Fj +1,i = Fj ,i − 2 ⋅ Χ j + 1 Fj ,i +1 = Fj ,i + 2 ⋅ Υi + 1

Первый квадрант Второй квадрант Второй квадрант Третий квадрант Третий квадрант

Fj ,i +1 = Fj ,i − 2 ⋅ Υi + 1 Υi +1 = Υi − 1 Fj ,i +1 = Fj ,i − 2 ⋅ Υi + 1 Fj ,i +1 = Fj ,i + 2 ⋅ Υi + 1 Υi +1 = Υi + 1 Fj ,i +1 = Fj ,i + 2 ⋅ Υi + 1 Fj ,i +1 = Fj ,i − 2 ⋅ Υi + 1 Υi +1 = Υi − 1 Fj ,i +1 = Fj ,i − 2 ⋅ Υi + 1

7. СИСТЕМЫ КООРДИНАТ 1. Каждый станок имеет свою систему координат, оси которой расположены параллельно направляющим станка. Это позволяет при обработке детали указывать направление и величину перемещения заготовки или режущего инструмента в рабочем пространстве станка. Ось Z выходит из вращающихся элементов станка (шпинделя, фрезы, сверла). Ось Х перпендикулярна к оси Z, параллельна плоскости установки заготовки и характеризует большее перемещение рабочего органа станка (или единственно возможное). Ось У перпендикулярна к оси Z и оси Х. Положительными направлениями осей являются такие, при которых инструмент и заготовка удаляются друг от друга. Указанная система называется стандартной. Начало стандартной системы координат станка (точка М) обычно совмещают с базовой точкой узла станка, несущего заготовку. 2. Каждая деталь имеет свою систему координат, в которой заданы конструктором ее размеры. В этой системе координат задается траектория движения режущего инструмента и указывается точка начала отсчета движения режущего инструмента - так называемая исходная точка движения режущего инструмента.

14

3. Система координат режущего инструмента задает положение режущего инструмента относительно державки, а следовательно и станка. Эта система координат позволяет связать координаты опорных точек детали и координаты исходной точки движения режущего инструмента с базовой точкой станка. 8. РАСЧЕТ ЭКВИДИСТАНТЫ При обработке детали инструмент и заготовка перемещаются относительно друг друга по определенной траектории. Управляющая программа задает движение определенной точки режущего инструмента вдоль заготовки от одной опорной точки к другой. Программируемой точкой режущего инструмента могут быть точка соприкосновения заготовки с режущей кромкой инструмента или центр скругления режущей кромки (или всего режущего инструмента в случае, например, фрезы). В первом случае точка соприкосновения перемещается по режущей кромке инструмента в зависимости от характера контура детали (рис. 14). Это перемещение трудно оценить количественно. Такое программирование применяется при грубой обработке. Во втором случае задается перемещение точки, характеризующей центр скругления режущей кромки инструмента в случае резца или центр окружности в случае фрезы или сверла. Эта точка обозначается буквой М. Если принять, что радиус скругления по контуру скругления остается постоянным, то точка М будет постоянно двигаться вдоль контура детали на расстоянии радиуса скругления r (рис. 15). Траектория, равноудаленная от контура детали на радиус скругления, называется эквидистантой. При расчете эквидистанты есть свои особенности - смещение по осям координат опорных точек эквидистанты относительно соответствующих опорных точек контура детали (рис. 16). Смещение между опорными точками контура детали и опорными точками эквидистанты определяются по следующим формулам (рис. 17).

1. При α 1 > α 2 r α −α2 ⋅ Cos 1 α +α2 2 Cos 1 2 r α −α2 Cz = ⋅ Sin 1 α +α2 2 Cos 1 2 Cx =

2. При

α 2 > α1

(9.1)

15

Cx =

r α − α1 ⋅ Cos 2 α1 + α 2 2 Cos 2

Cz =

(9.2)

r α − α1 ⋅ Sin α +α2 2 Cos 1 2

Отсчет углов в выражениях (9.1) и (9.2) ведется так, как указано

на рисун-

ке 18. Пример. Рассчитать смещения Сх1 и Сz1 соответствующей точки эквидистанты при α 1 = 300 , α 2 = 150 и r = 1 мм (рис. 17). α1 > α 2 r α −α2 1 ⋅ cos 1 = ⋅ cos 7 ,50 = 1,073 α1 + α 2 2 cos 22 ,50 Cos 2 r α −α2 1 Cz = ⋅ sin 1 = ⋅ sin 7 ,50 = 0,14 0 α1 + α 2 2 cos 22 ,5 cos 2 Cx =

Смещение по оси Х составляет 1,073 мм и по оси У- 0,14 мм. Если надо найти смещение координат опорных точек в случае сопряжения прямой и дуги окружности или при сопряжении двух дуг, то в точке сопряжения проводят к дуге касательную и далее рассматривают сопряжение двух прямых. При этом угол касательной к оси Z находится по формуле α = arctg (±

где R Z + -

Z R − Z2 2

)

- радиус дуги, совмещенный с центром системы координат; - расстояние от центра координат до проекции точки сопряжения на ось Z; - знак при положении точки сопряжения на положительной полуоси Z; - знак при положении точки сопряжения на отрицательной полуоси Z; Пример. Рассчитать смещения Сx и Cz соответствующей точки эквидистан2 3

ты при α 1 = 150 , Ζ ' = ⋅ R , R=10 мм и r = 1 мм (рис. 19). 2 ⋅ 10 20 3 α 2 = arctg (+ = arctg = arctg 0,894 = 630 2 3 100 − 44 ,4 20 102 − 2 3

α 2 > α1

16

r α − α1 ⋅ cos 2 = 0,861 α1 + α 2 2 cos 2 r α − α1 ⋅ sin 2 = 0,949 Cz = α1 + α 2 2 cos 2

Cõ =

9. ЭТАПЫ ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ Подготовка управляющей программы складывается из следующих этапов. 1. Корректировка чертежа изготавливаемой детали: — перевод размеров в плоскости обработки; — согласование заданных размеров на чертеже с ценой дискрет; — выбор технологической базы; — замена сложных траекторий прямыми линиями и дугами окружности. 2. Выбор технологических операций и переходов обработки. 3. Выбор режущего инструмента. 4. Расчет режимов резания : — определение скорости резания; — определение частоты вращения силового привода; — определение скорости подачи режущего инструмента. 5. Определение координат опорных точек контура детали. 6. Построение эквидистанты и нахождение координат опорных точек эквидистанты. Ввод исходной точки режущего инструмента. 7. Построение схемы наладки, в которой в графической форме указывается взаимное расположение узлов станка, изготавливаемой детали и режущего инструмента перед началом обработки. 8. Составление карты подготовки информации, в которую сводится геометрическая (координаты опорных точек и расстояния между ними) и технологическая (режимы резания) информация. 9. Составление управляющей программы. 10. СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ Управляющая программа - это группа команд на языке программирования. Язык программирования - это коды, выраженные числами. Числа могут выражаться в различных системах счисления. В устройствах ЧПУ используются несколько типов систем счисления. 1. Десятичная система счисления. Это позиционная система счисления, в которой положение цифры в числе характеризует ее разряд. Десятичная система счисления имеет десять символов: от 0 до 9. Формула десятичной системы счисления имеет вид

17 i

A = ∑ a m ⋅ 10 m−1 m− 1

где am - десятичный признак , m - номер десятичного разряда. Например, число 509 (m=3) можно представить в следующем виде A = 5 ⋅ 102 + 0 ⋅ 101 + 9 ⋅ 100 = 500 + 00 + 9 = 509

2. Двоичная система счисления. Это позиционная система счисления с двумя символами : 0 и 1. Число два (2) уже характеризует второй двоичный разряд. В двоичной системе счисления двоичный разряд называется бит, а восемь двоичных разрядов называются байт. Формула двоичной системы счисления имеет вид i

A = ∑ a m ⋅ 2 m−1 m=1

где am - двоичный признак, m - номер десятичного разряда. Например, число пять в двоичной системе счисления ( 101) можно представить в следующем виде A = 1 ⋅ 2 2 + 0 ⋅ 21 + 1 ⋅ 2 0 = 4 + 0 + 1 = 5

Перевод чисел, выраженных в десятичной системе счисления , в числа, выраженные в двоичной системе счисления , удобно производить по таблице (табл. 2). В таблице при переводе десятичное число набирается как сумма двоичных разрядов. Против двоичного разряда, который использовался при наборе, проставляется единица. Против двоичных разрядов, которые не использовались при наборе, проставляются нули. Сочетание единиц и нулей составляет число, выраженное в двоичной системе счисления.

Число в десятич. системе счисления

Табл. 2. Число в двоичной системе счисления 2 4 = 16

0 1 2 3 4

0 0 0 0 0

23 = 8

0 0 0 0 0

22 = 4

21 = 2

0 0 0 0 1

0 0 1 1 0

20 = 1

0 1 0 1 0

18

5 6 7 8 9

0 0 0 0 0

0 0 0 1 1

1 1 1 0 0

0 1 1 0 0

1 0 1 0 1

3. Двоично - десятичная система счисления.В этой системе счисления каждый десятичный разряд числа, выраженный в десятичной системе счисления, выражается числами в двоичной системе счисления. Например, число 237 ( в десятичной системе счисления) в двоично-десятичной системе счисления будет иметь вид 2...................0010 3...................0011 7...................0111 Представление числа в двоично-десятичной системе счисления удобно при вводе управляющих программ в устройства ЧПУ с клавиатуры, где каждая клавиша, характеризующая одно десятичное число , преобразует его в двоичное, и с перфоленты, когда на сравнительно узкой бумажной ленте поперек ее записываются большие числа за счет помещения десятичных разрядов этого числа друг за другом в двоичной системе счисления. При этом заранее оговаривается размещение старшего и младшего разрядов числа, выраженного в двоично-десятичной системе счисления. 11. ПОНЯТИЕ КОДА Кодом называется математическая структура построения дискретных сигналов, однозначно соответствующих данному набору исходной информации. Каждый код имеет свой алфавит - набор символов. Из символов составляются слова - кодовые комбинации. Кодовые комбинации могут состоять из различного числа символов. Коды, содержащие кодовые комбинации с одинаковым количеством символов, называются равномерными. Общее число кодовых комбинаций для равномерного кода определяется выражением N = qn

где q - основание кода; n - число символов в кодовой комбинации. Например, для двоичного (q=2) равномерного кода с тремя символами в кодовых комбинациях (n=3) число кодовых комбинаций будет равно N = q n = 23 = 8 .

Это кодовые комбинации: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Основные характеристики кодов. 1. Мощность кода ( N p ). Это число рабочих (информационно несущих) кодовых комбинаций в коде, используемых для передачи информации. Все остальные кодовые комбинации называются запретными.

19

2. Избыточность кода. Это отношение рабочих кодовых комбинаций к их общему числу в коде. Количественно избыточность характеризуется коэффициентом избыточности K = 1−

log N p log N

Коэффициент избыточности колеблется в пределах 0 ≤ K ≤ 1 . 3. Кодовое расстояние (d). Это разница между двумя рабочими кодовыми комбинациями по расположению единиц и нулей в двоичных разрядах. Например, даны две рабочие кодовые комбинации некоторого кода 0111, 1100 Эти две кодовые комбинации имеют кодовое расстояние равное d=3 так как они содержат различные символы в первом, втором и четвертом разрядах. Чем больше кодовое расстояние у данного кода, тем меньше похожи одни рабочие кодовые комбинации на другие, и тем труднее внешним помехам исказить при передаче рабочую кодовую комбинацию, превратив ее в другую рабочую кодовую комбинацию. Каждый код может иметь различные кодовые расстояния между рабочими кодовыми комбинациями одновременно. Поэтому, каждый код характеризуется минимальным кодовым расстоянием dmin = r + 1

где r - кратность обнаружения ошибки. Например, если даны две рабочие кодовые комбинации 0110, 0010, то dmin = 1 , а r=0. Это значит, что если при передаче, например, по линии связи одной рабочей кодовой комбинации на нее наложилась помеха , в результате чего один из символов этой рабочей кодовой комбинации поменял свое значение на противоположное, то на вход устройства ЧПУ поступит другая рабочая кодовая комбинация не предусмотренная управляющей программой. Это может привести к аварии. Если же r=1 то это значит, что используемый код имеет возможность обнаруживать единичные помехи. В этом случае при наложении на передаваемую рабочую кодовую комбинацию единичной помехи она может перейти только в запретную кодовую комбинацию, которую устройство ЧПУ не воспринимает. 12. КОД С ЗАЩИТОЙ ПО ПАРИТЕТУ В устройствах ЧПУ вероятность появления двух и более ошибок очень мала. Поэтому, в этих устройствах используются коды с dmin = 2 . Для достижения этого применяются корректирующие коды с защитой по паритету (коды с защитой по четности). Коды с защитой по паритету образуются за счет использования дополнительного старшего в кодовой комбинации двоичного разряда. В этом разряде про-

20

ставляется единица если число единиц в исходной кодовой комбинации нечетное или проставляется ноль если число единиц в исходной кодовой комбинации четное. Пример. Дан двоичный (q=2), равномерный код с n=3. Общее число кодовых комбинаций N=8. Пусть в данном коде используется четыре рабочие кодовые комбинации для передачи информации (Np=4). Все кодовые комбинации данного кода имеют вид 000 001 010 011 100 101 110 111 Подчеркнутые кодовые комбинации являются рабочими. Для данного кода N=8, Np=4, dmin=1, r=0. Код не в состоянии обнаруживать даже единичные помехи. Преобразуем этот код в код с защитой по паритету. 0000 1001 1010 0011 1100 0101 0110 1111 0001 0010 0100 0111 1000 1110 1011 1101 Для данного кода N=16, Np=4, dmin=2, r=1. При использовании данного кода с защитой по паритету наложение единичной помехи на любую рабочую кодовую комбинацию переводит ее в запретную, что не может отрицательно сказаться на работе устройства ЧПУ.

13. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРФОЛЕНТЫ В КАЧЕСТВЕ ПРОГРАММОНОСИТЕЛЯ В устройствах ЧПУ в качестве программоносителя используется перфолента. Часть перфоленты показана на рисунке 20. На рис. 20 сделаны следующие обозначения: 1 - базовая кромка; 2 - кодовые дорожки; 3 - транспортная дорожка; 4 - дорожка разряда защиты по паритету; 5 строки; 6 - шаг перфорации; 7 - кодовое отверстие. На пересечении кодовых дорожек и строк размещаются либо пробитые отверстия, характеризующие логические единицы кодовых комбинаций , либо, если на пересечении нет отверстия, логические нули кодовых комбинаций. На пересечении транспортной дорожки и строк размещаются отверстия транспортной дорожки, которые позволяют удерживать перфоленту строго по центру канала фотосчитывателя и вырабатывать тактовые импульсы. Тактовые импульсы определяют поступление на вход устройства ЧПУ считанной с перфоленты очередной кодовой комбинации (строки). Начало отсчета кодовых дорожек ведется от базовой кромки перфоленты. 14. КОД ИСО-7 БИТ. СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ В устройствах ЧПУ в качестве языка программирования используется код ИСО-7 бит. Этот код разработан международной организацией стандартов для всего мира. Он имеет 256 кодовых комбинаций, из которых рабочими являются приблизительно только 42. Остальные являются запретными. Это код двоичный, равномерный с 7 информационно несущими двоичными разрядами и одним разрядом

21

защиты по паритету. Код имеет возможность обнаруживать единичные помехи (dmin=2, r=1). Назначение управляющих программ (УП) - задание исходных данных и их последовательности выполнения для осуществления управления работой станка в автоматическом режиме. Управляющая программа оперирует двумя видами информации: 1. геометрической (координаты опорных точек траектории, величины перемещения режущего инструмента, координаты исходной точки движения режущего инструмента и т.д.). 2. технологической (частота вращения силового привода, скорость подачи режущего инструмента, вид режущего инструмента и т.д.). Отдельные участки контура изготавливаемой детали могут иметь различный характер траектории, обрабатываться при различной скорости подачи режущего инструмента, частоте вращения силового привода, виде режущего инструмента, которым обрабатывается этот участок. Поэтому, вся управляющая программа состоит из отдельных блоков, которые носят название кадров, в каждом из которых задается исходная информация для обработки одного участка детали. Кадр - это группа команд, расположенных в определенной последовательности и предназначенных для передачи определенного объема информации, объединенной одним целевым назначением. Команда - это совокупность кодовых комбинаций, состоящих из адреса и числа и предназначенных для передачи единичного объема информации. Адрес - это символ, характеризующий принадлежность следующих за ним кодовых комбинаций к технологической или геометрической информации. В коде ИСО-7 бит могут использоваться следующие адреса: N - номер кадра управляющей программы; G - подготовительная функция; F - скорость подачи; x, y, z, I, J, K - геометрическая информация; M - вспомогательная функция; S - частота вращения силового привода; T - номер режущего инструмента; L - коррекция режущего инструмента; % - начало управляющей программы. LF - конец кадра. Цифровая часть команды характеризует либо геометрическую информацию либо уточняет технологическую команду. Правила составления управляющей программы. 1. Управляющая программа начинается с символа начала управляющей программы (%). Заканчивается управляющая программа кадром с командой М002 (М02) - конец управляющей программы. 2. Каждый кадр управляющей программы начинается с номера кадра (N) и заканчивается символом LF (ПС) - конец кадра. 3. Между символом начала управляющей программы (%) и номером первого кадра и между всеми последующими кадрами на перфоленте должно быть не менее

22

трех пустых пробивок ( пустых строк). Внутри кадра пустые строки не допускаются. 4. Не рекомендуется в одном кадре помещать две команды с одинаковыми адресами (в УЧПУ четвертого поколения). 5. Технологические команды действуют до их отмены или замены на команды с новыми значениями. 6. В кадр управляющей программы заносится та информация, которая изменяется по отношению к предыдущему кадру. 15. ПРАВИЛА ПРОГРАММИРОВАНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВ ЧПУ ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЯ Рассмотрим правила программирования для токарной группы станков с устройствами ЧПУ типа Н22-1М. 1. Рекомендуемая последовательность адресов в кадре: N G F X Y Z I J K M S T LF. 2. Скорость подачи. F10500, F20300, F70000. Первая цифра после адреса характеризует: 1- режим разгона или перехода с одной скорости на другую; 2- режим торможения с уменьшением заданной скорости в 20 раз; 7- режим быстрого хода для подвода и отвода режущего инструмента; на данной скорости подачи нельзя выполнять режимы резания. Последующие четыре цифры характеризуют скорость подачи в мм/мин. В режиме быстрого хода подача не программируется и определяется константой устройства ЧПУ.В режиме быстрого хода движение режущего инструмента возможно только по одной координате. 3. Направление вращения шпинделя. М003 - включение вращения по часовой стрелке. М004 - включение вращения против часовой стрелки. М005 - остановка вращения шпинделя. М002 - конец управляющей программы с остановкой вращения шпинделя. 4. Частота вращения шпинделя. Для изменения частоты вращения шпинделя используется редуктор с автоматической сменой шестеренчатых пар. Поэтому, количество частот ограничено. Каждой частоте вращения шпинделя присваивается определенный код. Если необходимо установить ту или иную частоту вращения шпинделя, то после адреса частоты вращения силового привода указывается требуемый код частоты вращения. Коды частоты вращения могут изменяться от 0 до 99 (S000 - S099). 5. Вывод режущего инструмента на рабочую позицию. В резцедержателе или инструментальном магазине станка каждая державка имеет свой номер. Поместив в державки режущий инструмент и желая вывести в рабочую позицию тот или иной режущий инструмент после адреса режущего инструмента указывается номер державки (Т000 - Т099). Если в старшем разряде номера режущего инструмента

23

стоит единица, то это значит, что управляющая программа не будет реализовываться до тех пор, пока заданный режущий инструмент не встанет в заданную позицию (Т105 - управляющая программа приостанавливается с момента поступления команды Т105 до установки режущего инструмента N05 в рабочую позицию). 6. Задание системы координат. 1. Абсолютная система координат (G27), при которой все отсчеты ведутся от одной заранее выбранной точки (исходной точки А , рис. 21). 2. Относительная система координат (система координат в приращениях ) (G26), при которой отсчет ведется от текущего положения режущего инструмента (рис. 22). 7. Линейная интерполяция. Для выполнения линейной интерполяции в управляющей программе необходимо задать. 1. Систему координат (G27 или G26). 2. Скорость подачи режущего инструмента. 3. Признак линейной интерполяции: G11 - линейная интерполяция, короткие геометрические размеры- четыре десятичных разряда после адреса (например Х+5634); G01 - линейная интерполяция, нормальные геометрические размерыпять десятичных разряда после адреса (например Z-76859 или Х+00637); G10 - линейная интерполяция, длинные геометрические размеры- шесть десятичных разрядов после адреса (например У+987456 или Х- 000907). 4. Геометрическую информацию со знаком в дискретах. Пример. Составить управляющую программу для обработки участка детали между опорными точками 1 и 2 (рис. 23). Исходные данные: скорость подачи 300 мм/мин; направление вращения шпинделя против часовой стрелки; частота вращения шпинделя задается кодом 15; номер режущего инструмента 02; цена дискреты по оси Х - 0,001 мм и по оси Z - 0,001 мм. Управляющая программа составляется в приращениях. Находим приращения между опорными точками 1 и 2 заданного контура детали. Приращение по оси Х: (+21,5) — (+7) = +14,5 мм. Приращения по оси Z: (+12,5) — (+50) = 12,5 — 50 = — 37,5 мм Переводим геометрическую информацию из мм в дискреты: 14 ,5 = 14500 дискрет. 0,001 37 ,5 Количество дискрет по оси Z: = 37500 дискрет. 0,001

Количество дискрет по оси Х:

Управляющая программа будет иметь вид. % N001 G26 F10300 M004 S015 T102 LF N002 G01 X+14500 Z-37500 LF N003 M002 LF Появление двух кадров ( N001 и N002 ) обусловлено наличием двух команд с одинаковыми адресами G. 8. Круговая интерполяция. Для выполнения круговой интерполяции в управляющей программе необходимо задать.

24

1. Систему координат (только G26). 2. Скорость подачи режущего инструмента. 3. Признак круговой интерполяции. Движение режущего инструмента по часовой стрелке: G21 - круговая интерполяция, короткие геометрические размеры; G02 - круговая интерполяция, нормальные геометрические размеры; G20 - круговая интерполяция, длинные геометрические размеры. Движение режущего инструмента против часовой стрелки: G31 - круговая интерполяция, короткие геометрические размеры; G03 - круговая интерполяция, нормальные геометрические размеры; G30 - круговая интерполяция, длинные геометрические размеры. 4. Геометрическую информацию. а. Приращения по координатам между конечными и начальными опорными точками заданной дуги. Например, для дуги, представленной на рисунке 24, приращения будут иметь следующие значения. Приращение по оси Х: (+800) — (+300) = +500 мм. Приращение по оси Z; (+250) — (+900) =250 — 900 = — 650 мм. б. Координаты начальной точки дуги всегда со знаком плюс. Например, для дуги, представленной на рисунке 24, координаты начальной точки будут иметь следующие значения. Координата по оси Х имеет адрес I: I+300 . Координата по оси Z имеет адрес К: К+900. (Координата по оси У имеет адрес J). Пример. Составить управляющую программу для перемещения режущего инструмента по дуге, представленной на рисунке 24, с режимами резания и номером режущего инструмента предыдущего примера. Управляющая программа будет иметь следующий вид. % N001 G26 F10300 M004 S015 T102 LF N002 G20 X+500000 Z - 650000 I+300000 K+650000 LF N003 M002 LF 9. Установка режущего инструмента в абсолютный ноль для ввода точки отсчета. Установка в ноль осуществляется за счет перемещения суппорта станка на быстром ходу в сторону положительных полуосей координат до замыкания конечных микровыключателей. Для выполнения данной операции в управляющей программе задаются два кадра, в каждом из которых указываются: 1. признак перемещения суппорта на быстром ходу - G25; 2. максимальная геометрическая информация со знаком плюс. В этом случае часть управляющей программы, касающейся установки режущего инструмента в абсолютный ноль, будет иметь вид N001 G25 X+999999 LF N002 G25 Z+999999 LF

25

10. Ввод плавающего нуля для сокращения пути подвода и отвода режущего инструмента от исходной точки до обрабатываемой поверхности детали. Для ввода плавающего нуля в управляющей программе необходимо задать. 1. Систему координат (только G27). 2. Скорость подачи режущего инструмента. 3. Признак ввода плавающего нуля - G58. 4. Геометрическую информацию (рис. 25). Расстояние от абсолютного нуля (АН) до плавающего нуля (ПН) характеризуется разностями по осям координат: Х2 - Х1; Z2 - Z1. Величины X2 и Z2 выбираются технологом исходя из удобства и безопасности смены режущего инструмента в резцедержателе, а X1 и Z1 задаются из паспортных данных станка и размера заготовки. Если технологу неизвестны величины X1 и Z1, то в этом случае в управляющей программе задается нулевая геометрическая информация, а оператор устройства ЧПУ по приложенной к управляющей программе карте наладки сам находит величины X1 и Z1, рассчитывает расстояния от абсолютного до плавающего нуля по осям координат и вводит полученные значения в специальную память устройства ЧПУ. Устройство ЧПУ выполняя управляющую программу и дойдя до ввода плавающего нуля при наличии нулевой геометрической информации обратится к специальной памяти и на базе ее данных переместит режущий инструмент из абсолютного в плавающий ноль. 16. ПРАВИЛА ПРОГРАММИРОВАНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ Рассмотрим правила программирования для токарной группы станков с устройствами ЧПУ типа 2Р32. 1. Рекомендуемая последовательность адресов в кадре: N G X Y Z I J K F S T M ПС. 2. Скорость подачи режущего инструмента. Для задания скорости подачи режущего инструмента в управляющей программе указываются две команды: первая команда определяет размерность скорости подачи, а вторая команда- саму скорость подачи. Первая команда может быть двух видов: G94 - подача в мм/мин; эта команда вступает в действие автоматически при включении питания устройства ЧПУ; в этом случае в управляющей программе указывается лишь сама скорость подач; G95 - подача в мм/об; Вторая команда состоит из адреса скорости подачи режущего инструмента F и следующего за адресом числа, характеризующего величину скорости подачи. Например, скорость подачи режущего инструмента в 300 мм/мин задается как G94 F300. Быстрый ход задается командой G00 - позиционирование на быстром ходу в заданную точку с торможением в конце кадра. 3. Направление вращения шпинделя. М03 - включение вращения по часовой стрелке.

26

М04 - включение вращения против часовой стрелки. М05 - остановка вращения. M02 - конец управляющей программы с остановкой вращения шпинделя. 4. Частота вращения шпинделя. Для изменения частоты вращения шпинделя используется редуктор с автоматической сменой шестеренчатых пар. Поэтому, количество частот ограничено. Каждой частоте вращения шпинделя присваивается определенный код. Если необходимо установить ту или иную частоту вращения шпинделя, то после адреса частоты вращения силового привода устанавливается требуемый код частоты вращения. Коды частоты вращения могут изменяться от 00 до 99 (S00 — S99). 5. Вывод режущего инструмента на рабочую позицию. В резцедержателе или инструментальном магазине станка каждая державка имеет свой номер. Поместив в державки режущий инструмент и желая вывести в рабочую позицию тот или иной режущий инструмент после адреса режущего инструмента указывается номер державки (Т00 — Т99). Перед адресом режущего инструмента указывается команда М06 - смена инструмента. 6. Система координат может быть задана либо в абсолютной либо в относительной системах координат: G90 - задание перемещений в абсолютной системе координат (рис. 21); данная команда устанавливается автоматически при включении питания устройства ЧПУ; G91 - задание перемещений в относительной системе координат (рис. 22). 7. Выбор плоскости обработки позволяет перемещать режущий инструмент в плоскости двух выбранных технологом осей координат станка: G17 - плоскость ХУ; данная команда устанавливается автоматически при включении питания устройства ЧПУ; G18 - плоскость XZ; G19 - плоскость YZ. 8. Линейная интерполяция. Для выполнения линейной интерполяции в управляющей программе необходимо задать: 1. Систему координат (G90 или G91). 2. Скорость подачи режущего инструмента. 3. Плоскость обработки. 4. Признак линейной интерполяции - G01. 5. Геометрическую информацию в дискретах и со знаком, указывающим номер квадранта системы координат (G90) или направление движения по осям (G91). Пример. Составить управляющую программу для перемещения режущего инструмента по прямым линиям, указанным на рис. 26. Программирование произвести при скорости подачи в 500 мм/мин, режущим инструментом в державке 02, частоте вращения шпинделя с кодом 25 и вращении шпинделя против часовой стрелки. Цена дискреты по осям системы координат равна 0,001 мм. Управляющая программа в абсолютной системе координат. % N1 G90 G 01 X20000 Y40000 F500 S25 T02 M04 ПС N2 X50000 Y30000 ПС

27

N3 X20000 Y20000 ПС N4 X0 Y0 ПС N5 M02 ПС Управляющая программа в приращениях. % N1 G91 G01 X20000 Y40000 F500 S25 T02 M04 ПС N2 X30000 Y- 10000 ПС N3 X - 30000 Y- 10000 ПС N4 X - 20000 Y- 20000 ПС N5 M02 ПС 9. Круговая интерполяция. Для выполнения круговой интерполяции в управляющей программе необходимо задать: 1. Систему координат (G90 или G91). 2. Скорость подачи режущего инструмента. 3. Плоскость обработки. 4. Признак круговой интерполяции: G02 - круговая интерполяция, движение режущего инструмента по часовой стрелке; G03 - круговая интерполяция, движение режущего инструмента против часовой стрелки. 5. Геометрическую информацию. а. Координаты конечной опорной точки дуги относительно начальной опорной точки дуги (при G91) или относительно начала системы координат (при G90). б. Координаты центра дуги относительно начальной опорной точки дуги (по оси Х адрес I, по оси Z адрес К, по оси У адрес J). Знаки при адресах I, J, K определяются направлением стрелки, соединяющей начальную опорную точку дуги и центр дуги относительно осей координат. Пример. Составить программу для перемещения режущего инструмента по дуге, как это указано на рис. 27. Программирование произвести при скорости подачи в 300 мм / мин, коде частоты вращения силового привода 25 , номере державки 02 и вращении шпинделя против часовой стрелки. Цена дискреты по осям координат равна 0,001 мм. Управляющая программа в абсолютной системе координат. % N1 G90 G03 X10000 Y50000 I- 50000 J -15000 F300 S25 T02 M04 ПС N2 M02 ПС Управляющая программа в приращениях. % N1 G91 G03 X - 40000 Y35000 I- 50000 J - 15000 F300 S25 T02 M02 ПС N2 M02 ПС

28

СОДЕРЖАНИЕ 1. Принципы программного управления 3 2. Структурные схемы устройств ЧПУ 4 3. Структурные схемы приводов подач 6 4. Определение и назначение интерполятора 8 5. Линейный интерполятор 9 6. Круговой интерполятор 11 7. Системы координат 12 8. Расчет эквидистанты 13 9. Этапы подготовки управляющих программ 16 10. Системы счисления 17 11. Понятие кода 18 12. Код с защитой по паритету 20 13. Использование перфоленты в качестве программоносителя 20 14. Код ИСО - 7 бит. Структура программы 21 . 15. Правила программирования для устройств ЧПУ 4 поколения 22 16. Правила программирования для устройств ЧПУ 5 поколения 25