Чпу это

Что такое ЧПУ и как расшифровать эту аббревиатуру? Это сокращенное обозначение Числового Программного Управления — компьютеризованной системы, которая контролирует работу исполнительных органов (суппорта, шпинделя, поворотного стола) на производственных станках.

Приводы, получив команду от системы ЧПУ, начинают перемещать рабочий орган по траектории описанной в управляющей программе (УП) станочного оборудования. УП это, по сути, набор команд в виде G и М-кодов — языке программирования ЧПУ. УП остается в памяти системы, и оператор (обученный токарь или механик) всегда может ее отредактировать, скопировать, или составить новую из блоков.

Станки с числовым программным управлением используются практически в каждой отрасли народного хозяйства. С их помощью делают изысканные деревянные панно и мебель, изготавливают рекламные сувениры и макеты, вытачивают игрушки. Но их основное назначение — это, конечно же, металлообработка.

У этого оборудования много плюсов. Высокая производительность — один станок с ЧПУ заменяет собой 5-6 обычных машин. Управление ЧПУ станками сводится к наладке и контролю по заданной схеме, поэтому потребность в грамотных токарях и квалифицированных фрезеровщиках сразу падает. Но за преимущества приходится платить, а в случае как со станком ЧПУ сэкономить не удастся.

Целесообразность применения

Когда, в условиях производства, выгодно приобретать оборудование с программным управлением?

• Деталь стоит очень дорого (вал или лопатки турбин, авиационные запчасти, детали медицинского оборудования), а значит, нужно исключить саму вероятность ошибки.
• Изделия выпускаются серийными партиями.

• Деталь имеет сложную поверхность. Для ее механической обработки потребуется выполнить множество технологических операций.
• В процессе изготовления детали возможны небольшие изменения в ее конструкции. На станке ЧПУ изменения в управляющую программу можно внести сразу с пульта оператора агрегата.
• У детали маленький квалитет по допуску (первые 6 из 19). Если на станках установлено числовое программное управление, то допустимые отклонения в размерах изготавливаемой детали определяются дискретным шагом привода, который не превышает 3 мкм.

Классификация станков ЧПУ, их характеристика и обозначения

Для расшифровки обозначений моделей станков используются буквенно-цифровые обозначения, поэтому вы должны знать, какую букву (цифру) используют для определения степени автоматизации, класса точности, назначения станка.

Технологические группы

Если проводить классификацию станочного оборудования по виду основных операций, то их можно разделить на следующие технологические группы:

• Фрезерная группа и сверлильно-расточная. Так как современное фрезерное оборудование довольно универсально, и может растачивать, сверлить, зенкеровать, то грань между фрезерной, сверлильной и расточной группой довольно условна.
• Токарная.
• Шлифовальная.
• Зубообрабатывающая.
• Многоцелевые станки или обрабатывающие центры.

Этой же классификацией каждой из групп присвоен свой номер. У токарных станков — 1-й номер, фрезерных — 6-й, сверлильных и расточных — 2-й, у разных станков — 9-й. Когда приходится расшифровывать маркировку, обращайте внимание на первую цифру. Именно она означает технологическую группу оборудования.

Степень автоматизации

В управляющих системах СЧПУ, которыми оборудуются станки с программным обеспечением, тоже есть свои схемы классификации. Здесь разделение идет по следующим параметрам:

1. Назначение. Выпускаются позиционные, прямоугольные, непрерывные, комбинированные станочные системы управления.
2. Способ загрузки. Программное обеспечение в систему может устанавливаться через диск, флеш-носитель, магнитную или перфорированную ленту.
3. Тип привода: шаговый, ступенчатый, регулируемый.
4. Число управляемых (одновременно) координат и погрешности их задания.

Степень автоматизации оборудования обозначается Ф «N», и в его маркировке стоит на последнем месте.

• Ф1 — механизм оснащен устройством цифровой индикации. Координаты перемещения вводятся с клавиатуры, каждый раз на один кадр программы.
• Ф2 — в оборудовании используется позиционная (в сверлильных и координатно-расточных группах) или прямоугольная (во фрезерных, токарных и расточных группах) система управления.


• Ф3 — оборудование с контурными или непрерывными СЧПУ. Используя их можно обрабатывать поверхности любой степени сложности.
• Ф4 — ЧПУ станком управляет многооперационная комбинированная СЧПУ, в которой совмещаются возможности контурного и позиционного управления.
• Ц — цикловое программное управление. Самая дешевая и простая система автоматизации. Устанавливается на машины для производства однотипных деталей. Система циклового управления используется на станках с 2-3 точками позиционирования.

В маркировку обязательно вводятся индексы, отражающие наличие устройств автоматической смены инструмента (АСИ). Обозначаются они буквами: «Р» — смена и фиксация инструмента, осуществляются поворотом револьверной головки, «М» — смена инструмента из специального барабана, так называемого, инструментального магазина. В маркировке моделей отечественных станков ЧПУ это буквенное обозначение ставят перед видом системы программного управления Ф «N».

Основные параметры станков ЧПУ

Для сверлильной группы это — самый большой диаметр сверления, для расточной — диаметр шпинделя, для фрезерной — ширина рабочей поверхности стола, оборудование токарной группы характеризует максимально возможный диаметр обрабатываемого отверстия.

Как расшифровывается маркировка модели станка? Например, у нас есть станок 1А616Ф3. Расшифровка будет следующей: станок токарный (1 группа), усовершенствованный (после номера группы добавлена буква А), относится к типу токарных и лобных станков (6 тип), у оборудования 16 типоразмер (выбирается по максимальному диаметру обрабатываемой детали), с установленной контурной системой СЧПУ.

Принцип программирования

Что такое ЧПУ? Если говорить о комплектации, то система состоит из:

• Шкафа с пультом оператора.
• Дисплея.
• Контроллера управления — устройства, обрабатывающего информацию УП и управляющие работой приводов.
• Постоянного и оперативного запоминающего устройства (память).

В первую очередь работа этих устройств направлена на оперативное и корректное выполнение команд управляющей программы (УП). Но кто, и как ее пишет? Если вы хотите знать все о станках с ЧПУ, без этой информации не обойтись.

Для создания управляющей программы можно воспользоваться одним из предложенных методов:

А) Ручное программирование. Программная часть УП пишется технологом, который путем ввода числовых данных задает координаты перемещения рабочего органа вручную. Это трудоемкий и кропотливый процесс, поэтому его применение оправдано только если на производстве всего несколько автоматизированных станков, и они ориентированы на изготовление простых деталей.

Б) Программирование с пульта оперативной системы числового программного управления (shop-floor). УП пишется с использованием сенсорного экрана и джойстика, расположенных на стойке станка. Модели пятого поколения при вводе управляющей программы могут использовать диалоговый режим. Оператор ЧПУ, в любой момент, может протестировать программу или провести ее коррекцию.

В) Метод программирования с помощью систем САПР и CAM. Используется при написании программ для изготовления сложных деталей, с большим количеством задействованных операций. Программные средства управления пишутся в несколько этапов.

• С помощью графических программ САПР (AutoCAD, Solid, Catia, Компас) инженеры создают электронный чертеж детали.
• В программу САМ (SheetCam, Kcam. MeshCam, CorelDraw) загружается полученный графический файл, предварительно преобразованный в формат DXF, Exeilon, HPGL, Gerber. Таким образом импортируется геометрия детали. Задача программиста-технолога описать траекторию движения рабочего органа путем задания чисел, выбрать способ обработки из предложенных вариантов, назначить рабочий инструмент. Параллельно процессу написания программы на экране происходит ее визуализация (функция бэкплот).


• Создается промежуточный Cl-файл на базе информации полученной из предыдущего этапа. Этот файл обрабатывается специальной программой, которая называется постпроцессор или паспорт. На выходе получают управляющую программу в соответствии с форматом конкретного станка. В этой УП команды уже сгенерированы в виде G- и М-кодов.

Требования к подобному программному обеспечению, как вы понимаете, довольно высоки. УП стоит тысячи долларов и токарем она не пишется.

Станки фрезерные с ЧПУ

Основное назначение станков этой группы — фрезерование, как простых плоских деталей, так и изделий сложной пространственной формы. Современные фрезерные станки с ЧПУ ориентированы на выполнение большого числа технологических операций. Кроме фрезерования на них можно раскраивать листовой металл, обрабатывать заготовку под разными углами, выбирать пазы. Чтобы расширить спектр работ эти металлорежущие механизмы оснащаются устройствами АСИ — револьверными шпиндельными головками или инструментальным магазином.

Количество хранимых в одном магазине инструментов впечатляет — есть магазины на 300 инструментов!

Промышленностью выпускаются следующие виды фрезерных станков:

• Вертикально-фрезерные. Шпиндель расположен вертикально (перпендикулярно столу). Применяются при обработке заготовки с одной из сторон.
• Горизонтально-фрезерные. Шпиндель устанавливается параллельно плоскости стола. Оборудование используется для многосторонней обработки.

Из-за конструктивного разнообразия классификация фрезерных станков с ЧПУ становится затруднительной. Независимо от того, к какому из видов (вертикальная или горизонтальная компоновка), относится фрезерный станок ЧПУ, он может быть консольным или бесконсольным, иметь один или несколько шпинделей, управлять одновременно движением по трем (и более) координатам.

Согласно установленной на станке СЧПУ выделяют следующие типы фрезерных станков:

• С позиционным управлением. На этих программах работает сверлильно-фрезерное оборудование.
• С контурным управлением. Эти виды станков используются для фрезерования сложных криволинейных поверхностей.
• С комбинированным (смешанным) управлением. Станок, работающий на этой системе, используется для комплексной обработки деталей.

Конструктивные особенности фрезерного станка с ЧПУ

• Мощная станина, корпус, укреплённый ребрами жесткости.
• Высокие показатели жесткости шпинделя.
• Одинаково хорошее качество обрабатываемой поверхности как при встречном, так и при попутном фрезеровании.
• Оборудование оснащено высокоточными винтами и рельсовыми направляющими качения для горизонтального перемещения рабочих органов.

Номенклатура фрезерных металлорежущих станков исчисляется сотнями моделей. Здесь не редкость оборудование длиной 10 м и более. Но есть в этой группе и настоящие «малютки» — мини фрезерные станки с программным управлением, которые помещаются на обычный стол. Таким станком с ЧПУ пользуются в основном владельцы небольших мастерских — для мелкосерийного производства однотипных деталей из металла, дерева, стекла, пластика.  И хотя мощность такого станка не превышает 750 Вт, а габарит — одного метра, его конструкция в целом аналогична крупным заводским станкам.

Мини станки с ЧПУ оборудуются шаговым приводом (сервоприводом) для перемещения каретки, шпинделем, который поворачивается в любом угловом направлении, регулируемым по высоте столом. Управляющая программа, как правило, идет в комплекте с оборудованием и подключается через обычный ПК.

Станки токарные с ЧПУ

На токарном станке обработка производится резцом со сменными пластинами. Он закрепляется в резцедержателе, который вместе с салазками и поворотной плитой входит в узел суппорта. Токарный станок с ЧПУ может быть оборудован кассетным резцедержателем (вмещает до 12 инструментов). Заготовка зажимается в токарном патроне, закрепленном на вращающемся шпинделе. Рабочие органы токарного станка приводятся в движение приводными механизмами, причем скорость вспомогательного хода практически всегда делается выше скорости рабочего.

Классификация токарных станков с ЧПУ по виду выполняемых работ

На сегодняшний день широко используется несколько типов этого оборудования:

• Центровые. Обработка заготовки производится по контуру деталей цилиндрической и конической формы, фасонных поверхностей. Основной способ обработки — точение.
• Патронные. Нарезают резьбу, зенкеруют, сверлят, обтачивают заготовки под фланцы, шестерни, диски, втулки. Токарные станки этого вида могут применяться для обработки как внутренней, так и внешней поверхности деталей.
• Патронно-центровые. Универсальные токарные станки, успешно совмещают технологические возможности по обработке патронных и центровых механизмов.
• Карусельные. Используются для металлообработки крупногабаритных заготовок, деталей неправильной формы. Одностоечные карусельные ЧПУ станки применяют, если диаметр заготовки не превышает 2 м. Для заготовок с диаметром до 12…15 метров потребуются двухстоечные токарные станки ЧПУ.

Конструктивные характеристики

• Для токарных станков с ЧПУ характерна вертикальная или круто наклоненная компоновка. При такой конструкции стружка легче удаляется из рабочей зоны, оборудование с ЧПУ занимает меньшую площадь, можно подключить к станку автоматическое загрузочное устройство любого типа.
• Все несущие конструкции станка выполняются более жесткими, за счет увеличения толщины металла и дополнительных ребер жесткости.
• Токарные станки с ЧПУ оборудуются инструментальными сменными магазинами или автоматическими револьверными головками, которые ставятся на место резцедержателя.

Многоцелевые станки (обрабатывающие центры)

Многоцелевые станки на числовом программном управлении обеспечивают комплексную обработку детали без ее перебазирования. МЦС оборудуются комбинированными (смешанными) системами программного управления. С ЧПУ что устанавливается на этом оборудовании, можно зенкеровать, растачивать, раскраивать, фрезеровать, нарезать резьбу на металлических заготовках, нарезать фаски на торцах труб. Если обрабатывается заготовка плоской детали или детали корпуса, то используют МЦ сверлильно-расточной группы.

Для металлообработки заготовок валов, втулок, фланцев и шестерен потребуется МЦ токарно-шлифовальной группы.

Конструктивные особенности

• Практически всегда в комплектацию оборудования входят сменные инструментальные магазины. Настройка инструмента на размер происходит заранее.
• Обрабатывающие центры оборудованы поворотными столами, которые обеспечивают перемещение заготовки в разных плоскостях. В комплектацию современных обрабатывающих центров могут входить переналаживаемые приспособления-спутники по смене заготовок.
• В конструкции используются малоинерционные высокомоментные электродвигатели, отличающиеся высоким быстродействием и способностью развивать высокий крутящий момент на малых частотах.

По компоновке МЦС подразделяются на:

• Горизонтальные. Предназначаются для односторонней обработки заготовок с большими габаритами, но это только если не использовать поворотных приспособлений. В этом случае при одном закреплении деталь можно обработать сразу с нескольких сторон.
• Вертикальные. Предназначаются для обработки заготовки с 2-5 сторон. В таких станках головка шпинделя, с помощью специальных поворотных приспособлений, может поворачиваться вдоль горизонтальной (или вертикальной) оси.

vseochpu.ru

Что такое ЧПУ.
Все современные системы числового программного управления станками (ЧПУ, CNC) имеют схожую структуру, которую можно разделить на несколько основных частей(см. картинку)

Вообще говоря все части чпу аппаратно могут быть реализованы разными способами: на каких-то стойках NCU, PLC, PCU могут существовать только виртуально, на базе одного компъютера, для упрощения и удешевления; на других NCU, PLC, PCU могут быть реализованиы на разных процессорах, для увеличения быстродействия и надёжности. Но для простоты понимания, удобнее рассматривать их, как отдельные устройства. Конструктивно, тоже существует несколько вариантов. Части могут располагаться на разных платах, либо могут быть объединены в одном блоке, иногда могут объединяться в один блок с приводами.
Используемые здесь термины приняты в описаниях систем чпу Sinumerik, производства Сименса.

NC (numeric control), NCU, NCK(numerik control kernel) — собственно само устройство числового управления. Главная задача NC — вычисления траектории перемещения узлов станка и выдача задания приводам (положение, скорость, момент) в соответствии с технологической программой, обработка сигналов от измерительных систем (положения узлов станка, измерительных щупов, электронных маховиков и т.д.).
NCU имеет своё специализированное системное программное обеспечение. Как правило, это ПО поставляется производителем ЧПУ в нескольких вариантах, различающихся количеством управляемых осей и набором функций. Это ПО поставляется вместе с ЧПУ и в подавляющем большинстве случаев никакое дополнительное программирование на этом уровне не требуется ни пользователям, ни производителям станков.

810D — блок, объединяющий NCU, PLC и привода

плата 840D, объединяющая NCU и PLC

Производитель станка, при пусконаладке, привязывает систему ЧПУ к конкретному станку пользуясь машинными данными — специальными переменными ЧПУ.
Машинные данные разделяются на несколько групп:

• приводные данные — набор параметров для каждого привода. Определяет характеристики двигателей, датчиков, настройки блоков управления двигателями;
• осевые данные — набор параметров для каждой оси станка. Определяют характеристики осей управляемых соответствующим приводом: передаточное отношение механики, настройки управляния по положению, различные ограничения (по скорости, положению и т.д.), привязку положения оси к станочной системе координат, различные компенсации (трение, люфт и т.д.);
• общие машинные данные, канальные данные — данные определяющие общие свойства станка: кол-во и имена осей и прочие;
• различные машинные и установочные данные для настройки отдельных функций ЧПУ, параметризации вспомогательных устройств, настройки связи между различными частями чпу, настройки интерфейcа и т.д.

PLC(programmable logical controller) — программируемый логический контроллер, контроллер электроавтоматики.
Отдельная специализированная часть ЧПУ управляющая различными сигналами и устройствами по заданной программе. К этим сигналам и устройствам относятся различные вспомогательные устройства на станке (двигатели, муфты, реле, кнопки, датчики и т.д.), обменные сигналы между разными частями системы ЧПУ(например, сигналы включения приводов, сигналы состояния чпу, приводов и т.д.). Эти сигналы могут быть как внешними, так и внутренними. Внешние сигналы аппаратно подключаются через специальные блоки входов/выходов, либо клеммы и разъёмы на самих блоках. Блоки входов/выходов бывают разных типов: дискретные(вкл/выкл — обычные реле, кнопки, концевики и т.д.), аналоговые(различные датчики — давления, расхода, температуры и т.д.), быстродействующие входа для подключения датчиков положения.

блок дискретных входных сигналов Simatic

Внутренние сигналы — это программные сигналы между программой электроавтоматики, программой NCU, и приводами.
Программа PLC (программа электроавтоматики) состоит из двух частей: базовой и пользовательской. Базовая часть поставляется вместе с ЧПУ и, как следует из названия, реализует базовый набор функций, общих для всех случаев применения системы ЧПУ. Пользовательская часть программы пишется производителем станка для управления каждой конкретной конструкцией станка.
В общем случае, PLC тоже может управлять осями ( но с меньшей функциональностью). Например, PLC-оси иногда используют для управления устройствами смены инструмента, манипуляторами и т.д.
Примером взаимодействия PLC и NCU могут быть всем известные М-команды. Когда в технологической программе встречается М-команда, NCU выдаёт соответствующий сигнал в PLC, далее PLC выполняет действия заложенные в базовой программе или пользовательской программе PLC.

PCU — по сути это обычный компъютер, но, как правило, промышленного исполнения. Главная задача — интерфейс человек-станок, ввод и хранение программ пользователя. Программное обеспечение интерфейса (HMI — human-machine interface, интерфейс человек- станок), как правило, тоже поставляется производителем ЧПУ. Стандартные варианты предназначены для управления наиболее распространёнными станками — токарными, фрезерными, шлифовальными.
У производителей станка есть возможность модифицировать и дополнять стандартный интерфейс в случае необходимости. Например, для управления специализированными станками, или для удобной реализации какой-то специфической технологии.

Приводная часть.
Приводов вообще большое разнообразие. Привода различаются по способу задания перемещения/скорости/момента — аналоговое, цифровое, импульсное; по способу управления аналоговое или цифровое; питанию (переменного или постоянного тока) ; по компоновке и т.д. Функции приводов могут быть тоже реализованы аппаратно по-разному. Часть функций (управление током,скоростью), как правило, реализуется в самом приводе. Функции связанные с позиционированием, как правило, реализуются в NCU. Поэтому на картинке связь от датчиков обратной связи проведена и к приводам (сигнал скорости) и к NCU(сигнал положения).
Сигналы обратной связи могут поступать от одного датчика( например, всем известный энкодер в серводвигателе), либо от двух разных.
В случае двух датчиков, один из них является "прямым", т.е. устанавливается непосредственно на перемещаемом узле и используется для позиционирования(например, линейка или круговой датчик на поворотном устройстве). Другой датчик находится в моторе, и используется в контуре управления скоростью и током.

Продолжение: Об обратной связи.

Сообщение отредактировал tmpr: 24 July 2012 — 11:31

www.chipmaker.ru

Системы ЧПУ первого поколения

Системы ЧПУ первого поколения имели элементную базу на дискретных полупроводниковых элементах (транзисторах). Ввод программы в этих системах осуществлялся на магнитной ленте в унитарном коде или в фазовом виде. Моделями устройств ЧПУ первого поколения являются ПРС1-58, ПРС-ЗК, К-4МИ. В то же время в устройствах ЧПУ первого поколения К2П-67, КЗП-68, УМС-2 ввод программы осуществлялся уже на пятидорожечной перфоленте (код БЦК-5).

Системы ЧПУ второго поколения

Системы ЧПУ второго поколения имели элементную базу малой (серия 155) и средней (серия 176) степени интеграции, с помощью которых осуществлялась схемная реализация алгоритмов управления. К моделям устройств ЧПУ второго поколения можно отнести Н22, НЗЗ, Н55, П-33, «Размер 2». В устройствах ЧПУ второго поколения Н22, НЗЗ ввод программы осуществлялся на восьмидорожечной перфоленте (код ISO 7).

Системы ЧПУ третьего поколения

Системы ЧПУ третьего поколения создавались на базе микроЭВМ («Электроника-60», «Электроника НЦ-03» и др.), БИС (серия 589 и др.). Эти системы ЧПУ имели расширенные технологические возможности, осуществлялась программная реализация алгоритмов управления. К моделям устройств ЧПУ третьего поколения можно отнести 15МП, «Размер 4М», 2С42, 2С85, 2У32, 2МЧЗ, «Электронику НЦ-31». В устройствах ЧПУ третьего поколения ввод программы осуществлялся как на перфоленте, так и с помощью клавиатуры. Системы ЧПУ начинают оснащаться дисплейно-диалоговыми системами задания УП с графическим отображением детали на экране. Появляются оперативные системы ЧПУ, на которых программирование простых деталей может осуществляться непосредственно на станке с использованием типовых циклов.

Системы ЧПУ четвертого поколения

Для систем ЧПУ четвертого поколения характерно блочное мультипроцессорное исполнение. В качестве элементной базы используются специальные БИС и микроЭВМ. Программирование технологических функций и диалоговых режимов осуществляется на языках высокого уровня. К моделям устройств ЧПУ четвертого поколения можно отнести «Электронику МС2101», ЗС100, ЗС200. В устройствах ЧПУ четвертого поколения ввод программы осуществлялся электронной кассетой или кассетой на цифровых магнитных доменах.

Системы ЧПУ пятого поколения

Системы ЧПУ пятого поколения создаются на базе промышленных персональных компьютеров. В этих системах ЧПУ реализуются все современные достижения, свойственные персональным компьютерам, включая языки программирования; программно-математическое обеспечение; системы ввода, хранения и обмена информации; возможность структурного изменения; возможность выполнения функций самонастройки и адаптации и др.

Станки с ЧПУ подразделяются на следующие технологические группы:

• станки токарной группы;
• станки сверлильно-фрезерно-расточной группы;
• станки шлифовальной группы;
• станки зубообрабатывающей группы;
• станки электрофизической группы;
• многоцелевые станки, ОЦ:

По отношению к инструменту

• с ручной сменой инструмента;
• с автоматической сменой инструмента в револьверной головке;
• с автоматической сменой инструмента в магазине.

Станки могут оснащаться разными системами ЧПУ. В зависимости от конфигурации системы управления обозначения металлорежущих станков могут быть следующие:

• Ф1 — станки с цифровой индикацией, в том числе с предварительным набором координат;
• Ф2 — станки с позиционными прямоугольными системами управления координат;
• Ф3 — станки с контурными прямолинейными и криволинейными системами управления координат;
• Ф4 — станки с универсальными системами управления координат для позиционно-контурной обработки.

Для характеристики станков с ЧПУ используют следующие показатели:

1. Класс точности станка
• Н — станок нормальной точности
• П — повышенной
• В — высокой
• А — особо высокой
• С — сверхвысокой точности (мастер-станок)
2. Технологические операции, выполняемые на станке: фрезерование, шлифование и т.п.;
3. Основные параметры станка:
• для патронных станков — наибольший диаметр устанавливаемого изделия над станиной, наибольший диаметр обрабатываемого изделия над станиной;
• для центровых и патронных станков — наибольший диаметр обрабатываемого изделия над суппортом;
• для прутково-токарных станков — наибольший диаметр обрабатываемого прутка;
• для расточно-фрезерных станков — габаритные размеры (длина, ширина) рабочей поверхности стола, диаметр рабочей поверхности круглого поворотного стола;
• для сверлильных станков — наибольший условный диаметр сверления, диаметр выдвигаемого шпинделя и т.д.;
4. Величины перемещений рабочих органов станка — суппорта по двум координатам, стола по двум координатам, шпиндельного узла по линейной и угловой координатам и т.д.;
5. Величина дискретности (цена деления) — минимальное задание перемещения по программе (шаг);
6. Точность и повторяемость позиционирования по управляемым координатам;
7. Привод главного движения — тип, номинальное и максимальное значения мощности, пределы скоростей вращения шпинделя (ступенчатое или бесступенчатое), число рабочих скоростей, число автоматически переключаемых скоростей;
8. Привод подачи станка — координата, тип, номинальный и максимальный моменты, пределы скоростей рабочих подач и число скоростей рабочих подач, скорость быстрого перемещения;
9. Число инструментов — в резцедержателе, револьверной головке, инструментальном магазине;
10. Вид смены инструмента — автоматический, ручной;
11. Габаритные размеры станка и его масса.

На базе станков с ЧПУ созданы следующие станочные модули и станочные комплексы, предназначенные для автоматизированной обработки деталей (в скобках приведены общепринятые международные обозначения систем):

ГПМ (FMM) — гибкий производственный модуль — единица технологического оборудования с системой автоматической загрузки/выгрузки деталей, локальным накопителем, транспортером деталей и инструмента;

ГАЛ — гибкая автоматическая линия — система, включающая в себя несколько ГПМ, с общими управлением от ЭВМ, транспортной системой и складом заготовок. ЭВМ выполняет функции хранения и передачи к устройству ЧПУ станков управляющих программ, а также осуществляет текущее диспетчирование и оперативное планирование;

ГПС (FMS) — гибкая производственная система — комплекс технологического оборудования и системы управления от ЭВМ, обладающий свойством автоматизированной переналадки;

ГАД (FMF) — гибкий автоматизированный цех — система, включающая в себя несколько ГАЛ и ГПМ с общими транспортной системой, складом, многоуровневой (иерархической) системой управления от ЭВМ;

A3 — автоматический завод — система, состоящая из ГАД, в том числе цеха автоматической сборки и упаковки готовой продукции. Центральная ЭВМ осуществляет управление всеми подразделениями завода и долгосрочное планирование.

Конструкции устройств ЧПУ, систем управления высокого уровня постоянно развиваются и совершенствуются. Появляется новая элементная база, расширяются технологические возможности, повышаются степень автоматизации, производительность и точность обработки. Поэтому в пособии приводятся сведения о перспективах развития систем управления и новых требованиях к профессии оператора станков с ЧПУ.

Системы ЧПУ. Термины и понятия

Металлообрабатывающим оборудованием с программным управлением называют любые виды станков для обработки металлов резанием, например токарные, фрезерные, сверлильные, шлифовальные, расточные, многоцелевые, электроэрозионные и т.п., а также другие виды оборудования для обработки металлов (листогибочные машины, дыропробивные прессы и др.), осуществляющие по заданной программе автоматическую обработку заготовок.

Управляющая программа (УП) — совокупность команд на языке программирования, соответствующая алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки.

Числовое программное управление станков — управление обработкой заготовки на станке по УП, в которой данные об обработке заданы в цифровом коде.

Программоноситель — носитель геометрических и технологических данных, на котором записана УП. В качестве носителя данных применяются бумажная или пластиковая перфолента, магнитная лента, магнитные диски, запоминающие устройства разных видов и типов.

Геометрическая информация — информация, описывающая форму, размеры элементов детали и инструмента, их взаимное расположение на столе станка.

Технологическая информация — информация, описывающая технологические характеристики детали и условия ее обработки.

Кадр УП — составляющая часть программы, вводимая и отрабатываемая как единое целое и содержащая не менее одной команды.

Покадровая работа — функционирование устройства ЧПУ, при котором отработка каждого кадра УП происходит после воздействия оператора.

Работа устройства ЧПУ с ручным вводом данных — функционирование устройства ЧПУ, при котором набор данных, ограниченный форматом кадра, выполняется вручную оператором на пульте станка.

Работа устройства ЧПУ с ручным управлением — функционирование устройства ЧПУ, при котором оператор управляет станком с пульта без использования числовых данных.

Зеркальная обработка — функционирование устройства ЧПУ, при котором рабочие органы перемещаются по траектории, представляющей собой зеркальное отображение траектории, записанной в УП.

Ввод УП — ввод данных в память устройства ЧПУ с программоносителя от ЭВМ верхнего ранга или с пульта оператора.

Групповое ЧПУ станками — числовое управление группой станков от ЭВМ, имеющей общую память для хранения программ, распределяемых по запросам от станков.

Нулевая тонка станка — точка на узле станка, принятая за начало отсчета системы координат станка.

Координата — величина, определяющая положение точки в пространстве по отношению к заданной базе или началу отсчета.

Исходная точка станка — точка на узле станка, определенная относительно нулевой точки станка и используемая для начала работы по УП.

Фиксированная точка станка — точка, определенная относительно нулевой точки станка и используемая для определения положения рабочего органа.

Точка начала обработки — точка, определяющая начало обработки конкретной заготовки.

Плавающий нуль — возможность перемещения посредством устройства ЧПУ начала отсчета перемещения рабочего органа в любое положение относительно нулевой точки.

Дискретность задания перемещения — минимальное перемещение рабочего органа (линейное или на угол поворота), которое может быть задано в УП.

Дискретность отработки перемещения — минимальное перемещение или минимальный угол поворота рабочего органа, контролируемые в процессе управления.

Максимальное программируемое перемещение — наибольшее перемещение рабочего органа, которое может быть задано в одном кадре УП.

Контурная скорость — результирующая скорость подачи рабочего органа, направление которой совпадает с направлением касательной в каждой точке заданного контура обработки.

Коррекция положения инструмента — изменение с пульта управления запрограммированных координат рабочего органа станка.

Коррекция скорости подачи — изменение с пульта оператора запрограммированного значения скорости подачи.

Коррекция скорости главного движения — изменение с пульта оператора запрограммированной частоты вращения главного привода.

Отказ устройства ЧПУ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности устройства ЧПУ.

Сбой устройства ЧПУ — событие, заключающееся в кратковременном самоустраняющемся нарушении работоспособности устройства ЧПУ.

Индикатируемый сбой устройства ЧПУ — сбой, фиксирующийся на пульте в момент его возникновения, приводящий к останову станка, т.е. к прекращению обработки детали, информация о котором высвечивается на пульте оператора.

Неиндикатируемый сбой устройства ЧПУ — сбой, не обнаруживаемый на пульте в момент его возникновения.

Станочная система ЧПУ — комплекс узлов и агрегатов, взаимодействующих между собой.

Типовой элемент замены устройства ЧПУ (ТЭЗ УЧПУ) — типовая минимальная составляющая часть устройства ЧПУ, которая при потере работоспособности может быть заменена аналогичной. Каждое устройство ЧПУ выдает управляющее воздействие на исполнительные органы в соответствии с УП и информацией о положении управляемого объекта.

Классификация систем ЧПУ

Отечественная классификация систем ЧПУ

Классификацию систем ЧПУ, применяемых в отечественном машиностроении, проводят по виду рабочих движений. Различают позиционные и контурные устройства ЧПУ.

Позиционные устройства ЧПУ — устройства, в которых рабочие органы могут перемещаться в заданные точки, а траектория перемещения от точки до точки задается только прямолинейным движением. Позиционные устройства ЧПУ составляют группу устройств, имеющих один общий признак — позиционирование, т.е. обеспечение точности останова перемещаемых рабочих органов в точке с заданными координатами. Скорость перемещения в позиционных устройствах не программируется и обусловлена только динамикой приводов станка. Позиционными устройствами ЧПУ оснащают сверлильные, координатно-расточные, токарные, фрезерные, шлифовальные и другие станки, работающие по прямоугольному циклу.

Контурные прямоугольные (коллинеарные) устройства ЧПУ — устройства, которые обеспечивают движение по одной координате. Так как в большинстве станков применяют прямоугольную систему координат, такие устройства получили название прямоугольных. В этих устройствах, так же, как и в позиционных, программируются конечные координаты перемещения, однако в УП задается скорость движения рабочего органа в соответствии с заданным режимом резания, и перемещение выполняется поочередно по каждой из координатных осей. Прямоугольные устройства ЧПУ применяют в станках фрезерной, токарной и шлифовальной групп.

Контурные (непрерывные) устройства ЧПУ — устройства, обеспечивающие перемещение рабочих органов из данной точки пространства по траектории, форма и конечные координаты которой заданы в УП. Контурными устройствами ЧПУ оснащают станки фрезерной и токарной групп, осуществляющих формообразование деталей сложной формы.

Устройства адаптивного (самоприспосабливающегося) управления ЧПУ — устройства, в которых обеспечивается автоматическое приспособление процесса обработки к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям (скорость резания, подача, сила резания). Самоприспосабливающиеся устройства ЧПУ имеют систему контроля и регулирования, позволяющую осуществлять защиту от перегрузок двигателей главного движения и приводов подач, что обеспечивает высокое качество обработки и защищает станочную систему от поломок. Адаптивными устройствами ЧПУ оснащают фрезерные, расточные и многоцелевые станки.

Оперативная система управления (ОСУ) — устройство ЧПУ на базе микроЭВМ с подготовкой УП у станка в режиме диалога оператора с устройством ЧПУ. Оператор с помощью клавиатуры пульта устройства ЧПУ вводит данные с чертежа детали в программу управления. Оперативными устройствами ЧПУ оснащают токарные и фрезерные станки.

---

Другим признаком, по которому устройства ЧПУ могут быть классифицированы, является число потоков информации, циркулирующих в системе станок—устройство ЧПУ.

Система с разомкнутым контуром — устройство ЧПУ, в котором имеется только один поток информации. В таких системах отсутствуют измерительные устройства (датчики обратной связи), контролирующие перемещение рабочих органов. Точность воспроизведения движения рабочих органов с такой системой невысока и определяется точностью отработки команд двигателем привода подач и точностью кинематической цепи, передающей движение рабочему органу.

Система с замкнутым контуром — устройство ЧПУ, в котором существуют два потока информации: один вводится в устройство управления через вводное устройство от программоносителя, а другой — в устройство ЧПУ от датчиков обратной связи, определяющих действительное положение рабочих органов. При наличии рассогласования между этими потоками устройство управления воздействует на приводы подач, последние перемещают рабочие органы в нужном направлении, изменяя рассогласование до величины, близкой к нулю.

---

Международная классификация систем ЧПУ

В соответствии с международной классификацией все ЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие классы: Различают устройства ЧПУ с постоянной (класс NC) и переменной (класс CNC) структурой.

Устройство ЧПУ класса NC (Numerical Control) основано на принципе вычислительного устройства, где все операции, составляющие алгоритм работы, выполняются параллельно с помощью отдельных цепей или устройств, реализующих ту или иную функцию (агрегатно-блочное построение). Эти устройства называют также устройствами ЧПУ с жесткой структурой. Базовые модели таких устройств (Н22 и НЗЗ) содержат микроэлектронику и при их использовании вмешательство оператора в процесс обработки весьма ограничено.

Системы ЧПУ класса NC осуществляют покадровое чтение перфоленты на протяжении цикла обработки каждой заготовки

Системы класса NC наиболее распространены. Они работают в следующем режиме. После включения станка система ЧПУ читает первый и второй кадры программы. Как только закончилось их чтение, станок начинает выполнять команды первого кадра. В это время информация второго кадра программы находится в запоминающем устройстве системы ЧПУ. После выполнения первого кадра станок начинает отрабатывать второй кадр, который выводится из запоминающего устройства. В процессе отработки станком второго кадра система читает третий кадр программы, который вводится в освободившееся от информации второго кадра запоминающее устройство

Основным недостатком рассмотренного режима работы является то, что для обработки каждой следующей заготовки из партии системе ЧПУ приходится вновь читать все кадры перфоленты. В то же время в процессе чтения перфоленты нередко возникают сбои из-за недостаточно надежной работы считывающих устройств УЧПУ. В результате отдельные детали из партии могут оказаться бракованными. Повышенная вероятность сбоев в системах класса NC объясняется также очень большим числом кадров перфоленты, поскольку для работы таких систем в программе должно быть записано каждое элементарное действие станка. Кроме того, при таком режиме работы перфолента быстро изнашивается и загрязняется, что еще более увеличивает вероятность сбоев при чтении. Наконец, если в кадре записаны действия, которые станок выполняет очень быстро, то ЧПУ за это время может не успеть прочитать следующий кадр, что также ведет к сбоям.

Устройство ЧПУ класса CNC (Computer Numerical Control (с переменной структурой) соответствует структуре управляющей ЭВМ, включающей в себя вычислительное устройство (процессор), блоки памяти и блоки ввода-вывода информации. При этом объем функций, характер проводимых операций и их последовательность определяются программами функционирования, которые введены в блок памяти.

Системы класса CNC имеют большие возможности из-за наличия в них мини-ЭВМ на основе микропроцессоров. В запоминающее устройство системы программа может быть введена не только полностью с подготовленной перфоленты, но и отдельными кадрами вручную с пульта УЧПУ. В кадрах программы могут записываться как команды на отдельные движения рабочих органов, так и команды, задающие целые группы движений, называемые постоянными циклами, которые хранятся в запоминающем устройстве СЧПУ. Это приводит к резкому уменьшению числа кадров программы и к соответствующему повышению надежности работы станка. Системы класса CNC позволяют достаточно просто в режиме диалога при отладке программ осуществлять редактирование с ручным вводом информации и с выводом ее на дисплей, а также получать откорректированную и отработанную программу на перфоленте.

Ряд систем класса CNC (или близких к нему) делают возможной работу по одной программе в различных масштабах, в режиме «матрица — пуансон», в режиме зеркального отображения и т. д. Системы допускают введение в процессе работы самых различных видов коррекций.

Обладая сравнительно низкой стоимостью, малыми габаритными размерами и высокой надежностью, системы ЧПУ на микропроцессорах позволяют заложить в систему управления новые свойства, которые раньше не могли быть реализованы. Так, например, устройство ЧПУ «Электроника НЦ-31» имеет математическое обеспечение, позволяющее учитывать и автоматически корректировать постоянные погрешности станка и тем самым влиять на совокупность причин, определяющих точность обработки. Простейшим видом этих функций системы является компенсация люфта или зоны нечувствительности приводов в направлении перемещения по координатам. Надежность и работоспособность станков с устройствами ЧПУ на микропроцессорах повышает использование систем контроля и диагностики. Функции этих систем можно разделить на контроль состояния внешних по отношению к УЧПУ устройств, проверку внутренних блоков и контроль собственно УЧПУ. Так, например, то же устройство «Электроника НЦ-31» для токарных станков имеет 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 управляющей программы. В случае появления неисправности на табло световой индикации возникает ее код, с помощью которого по таблице устанавливают место и причину неисправности. Кроме того, система определяет ошибки, связанные с неправильной эксплуатацией устройства, с превышением параметров теплового режима, дает величину напряжения для питания и другие параметры.

Устройства класса CNC расширяют функциональные возможности программного управления: появляются функции, которые раньше не могли быть реализованы: хранение УП и ее редактирование на рабочем месте, расширение возможности индикации на дисплее, диалоговое общение с оператором, широкие возможности коррекции, в том числе и погрешностей станка, система диагностики неисправностей, возможность изменения программным способом функций системы управления при ее эксплуатации, реализация функций электроавтоматики и др.

Кроме того существуют системы ЧПУ других классов:

SNC (Stored Numerical Control) — системы ЧПУ с однократным чтением всей перфоленты перед обработкой партии одинаковых заготовок;

ЧПУ класса SNC лишены недостатков систем класса NC, они последовательно, кадр за кадром, считывают всю программу и размещают информацию в своем запоминающем устройстве большой емкости (16 килобайт и более). Перфолента читается только один раз, перед обработкой всей партии одинаковых деталей, и поэтому мало изнашивается. Управление обработкой всех заготовок осуществляется по сигналам из запоминающего устройства, что резко уменьшает вероятность сбоев, а следовательно, и брак деталей. Системы SNC позволяют осуществлять однократный ввод управляющих программ при длине перфоленты от 40 до 310 м.

DNC (Direct Numerical Control) — системы прямого числового управления группами станков от одной ЭВМ;

Создание и применение систем класса DNC связана с общей тенденцией развития современных комплексно-автоматизированных производств. В таких производствах управление работой участков, состоящих из станков с ЧПУ, транспортно-складирующих, загрузочных средств, осуществляется от центральной вычислительной машины. Однако наличие центральной ЭВМ не означает, что необходимость в устройствах ЧПУ у станков при этом полностью отпадает. В одном из наиболее распространенное вариантов построения систем DNC каждый вид оборудования на участке сохраняет свои системы ЧПУ классов NC, SNC, CNC. Нормальным для такого участка является режим работы, при котором управляющие команды на УЧПУ всех видов оборудования подаются по проводам непосредственно от ЭВМ, минуя считывающие устройства. Это приводит к повышению надежности работы каждой единицы оборудования и всего участка в целом. Одновременно автоматизируется процесс подготовки УП с помощью ЭВМ. Вместе с тем в условиях временного выхода из строя вычислительной машины такой участок сохраняет работоспособность, поскольку каждый вид оборудования может paботать от перфоленты, подготовленной заранее на случай аварийной ситуации.

HNC (Handled Numerical Control) — оперативные системы ЧПУ с ручным набором программ на пульте управления.

Подготовка и отладка управляющих программ — процесс длительный и трудоемкий. При изготовлении простых по конфигурации деталей целесообразно было бы исключить этот процесс. Такая возможность на современных станках в принципе имеется. Она реализуется при использовании режима ручного ввода данных. Однако у большинства станков в этом режиме возможен ввод с пульта только одного кадра программы с последующей его отработкой на станке. Это слишком непроизводительно. Поэтому в последнее время разработаны так называемые оперативные системы числового программного управления класса HNC с ручным вводом программ с пульта УЧПУ. Программа из достаточно большого числа кадров легко набирается и исправляется с помощью клавиш или переключателей на пульте УЧПУ. После отладки программа фиксируется до окончания обработки партии одинаковых заготовок. Системы класса HNC обеспечивают как позиционное, так и контурное управление станками.

Список литературы

1. ГОСТ Р 50369—92. Электроприводы. Термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1993. — 16 с.
2. Завгороднев П. И. Работа оператора на станках с программным управлением : учеб. пособие для техн. училищ / П. И. Завгороднев. — М. : Высш. шк., 1981. — 136 с.
3. Программное управление станками и промышленными роботами : учебник / [В.Л.Косовский, Ю.Г.Козырев, А.Н.Ковшов и др.]. — М. : Высш. шк., 1989. — 272 с.
4. Сергиевский Л. В. Пособие наладчика станков с ЧПУ / Л. В. Сергиевский, В.В.Русланов. — М.: Машиностроение, 1991. — 176 с.
5. Соломенцев Ю. Н. Управление гибкими производственными система ми / Ю. Н. Соломенцев, В.Л.Сосонкин. — М.: Машиностроение, 1988. — 552 с.
6. Сосонкин В. Л. Микропроцессорные системы числового программного управления станками / В.Л. Сосонкин. — М. : Машиностроение, 1985. — 288 с.
7. Черпаков Б. И. Металлорежущие станки : Учебник для нач. проф. образования / Б. И. Черпаков, Т. А. Альперович. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 368 с.
8. Числовое программное управление станками / [В.Л. Сосонкин, О. П. Михайлев, Ю. А Павлов и др.]; под ред. В. Л. Сосонкина. — М.: Машиностроение, 1981. — 398 с.
9. Чудаков АЛ. Проектирование систем управления станками и ста ночными комплексами : гл. 1.8 // Машиностроение : энциклопедия. Т. FV-7. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование. — М.: Машиностроение, 19

Полезные ссылки по теме

Каталог справочник металлорежущих станков с ЧПУ

Паспорта и руководства металлорежущих станков с ЧПУ

Босинзон М.А. Современные системы ЧПУ и их эксплуатация : учебник для нач. проф. образования / М. А. Босинзон ; под ред. Б. И.Черпакова. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 192 с. ISBN 978-5-7695-5184-0

stanki-katalog.ru

Оптимизация адресов страниц: термин ЧПУ

Под ЧПУ в SEO подразумевают понятие «человекопонятные урлы». Это такие адреса страниц, которые комфортно воспринимаются людьми и легко запоминаются. Первоначальный термин SEF URL (search engines friendly url) при переводе с английского означает «дружественный поисковым системам URL».

Но акценты в английском и русском термине довольно сильно отличаются. Поэтому  термины SEF URL и ЧПУ не являются взаимозаменяемыми. Несмотря на то, что в обоих терминах имеется в виду «дружественность» урла, в английском варианте подразумевается дружественность по отношению к поисковым системам, а в русском — дружественность к самому пользователю, человеку.

Профессионалы из сферы поисковой оптимизации считают url сайта, доступный для комфортного понимания пользователем, также оптимально воспринимаемым и системами поиска. Это опять отсылает нас к тесной связи понятий ЧПУ и SEO.

Требования к виду ЧПУ: оптимизация url сайта

Для полного понимания всех плюсов адресов ЧПУ, нужно правильно ими пользоваться. Если за ориентир брать SEO, то к виду ЧПУ предъявляются определенные условия, позволяющие URL страницы стать значимым при SEO-оптимизации ресурса.

Требования оптимизация адресов страниц таковы:

Однако на этапе разработки сайта не каждый раз получается создать по-настоящему хорошие ЧПУ. Правда, не всегда в этом есть необходимость, особенно если требования для ЧПУ и SEO выполнялись примерно одинаково, то они будут работать.

Не годятся для ЧПУ продвижения такие урлы:

1. Путь к странице состоит из набора разных параметров и сочетаний цифр, которые легко поймет любой программист, но для обычного пользователя такой урл будет совсем неинформативным.
2. По урлу нельзя понять уровень вложенности страницы.
3. Урл не помогает сориентироваться на ресурсе.

Нужно отметить, что некоторые движки, которыми пользуются для создания веб-сайта, автоматически создают урлы. Соответственно, сгенерированные урлы и выглядят не самым «дружественным образом».

Роль ЧПУ в оптимизации сайта: влияет ли ЧПУ на продвижение?

Напоследок необходимо прояснить тесную взаимосвязь ЧПУ и продвижения, а также значение дружественных урлов в оптимизации ресурсов. Понятный адрес у страницы хорош для восприятия не только пользователем, но и роботами для поиска, которым при помощи ЧПУ легче определить связи расположенных на сайте документов и саму структуру ресурса. Тем более что понятная поисковым системам структура стала очень важным фактором ранжирования.

Также оптимизация url сайта имеет почти такое же важное значение в ранжировании, как и  TITLE. Именно поэтому ЧПУ оптимизация  так важна.

 

Роль ЧПУ в веб-аналитике

Правильная структура в ЧПУ также очень важна для веб-аналитики. Она необходима для того, чтобы при анализе сайт четко разделялся на сегменты.

Вернемся к вопросу : влияет ли ЧПУ на продвижение? Однозначно, да.

semantica.in