Очень краткий словарь числового программного управления

23 Июля 2012

КОРРЕКЦИЯ НА РАЗМЕР ИНСТРУМЕНТА

Управляющая программа описывает контуры детали, а УЧПУ управляет движением инструмента. Поскольку инструмент имеет отличные от нуля размеры, и резание производится разными его точками, траектория его движения не совпадает с контуром детали. Для удобного учета размеров инструмента предназначен набор функций коррекции. Различают коррекцию на длину и коррекцию на радиус инструмента. Коррекция на длину представляет собой смещение вдоль одной координатной оси, а коррекция на радиус обеспечивает движение центра инструмента на расстоянии заданного радиуса от запрограммированного контура. При этом происходит смещение по двум осям. Сумма квадратов этих смещений равна квадрату радиуса. Отметим, что коррекция на радиус работает в одной плоскости и для своей нормальной работы требует решения задачи об обходе внешних и внутренних углов и просчета контура движения вперед. При обходе внешнего угла возникает участок контура, не описанный кадром управляющей программы. При просчете программы вперед определяются фрагменты контура, ширина которых меньше диаметра инструмента. На токарных станках часто применяется табличный ввод коррекций по номеру инструмента, когда одновременно с коррекцией на радиус и длину по номеру инструмента вводится смещение, что равнозначно вводу плавающего нуля. УЧПУ FMS- 3000 использует два способа задания коррекции: табличный, по функции Т, и через функции D и Н. Первый обычно используется в токарных станках. Кроме того, УЧПУ FMS-3000 имеет уникальную возможность трехмерной коррекции размера и формы инструмента.

ЛЮФТ

С точки зрения ЧПУ люфт может быть двух видов: внутри контура управления положением или вне его. Если люфт имеет место между двигателем и датчиком положения, УЧПУ не в состоянии его скомпенсировать, так как не имеет информации о положении вала двигателя. Такая ситуация, возникающая на станках с линейными датчиками положения «на конечном звене» (индуктосины или оптические линейки), приводит к ударным нагрузкам в механических передачах, снижает точность и чистоту поверхности получаемых деталей. Если датчик положения установлен непосредственно на валу двигателя, люфт возможен между датчиком и «конечным звеном», то есть тем, что определяет реальное положение инструмента относительно детали. Этот люфт - величина постоянная, он может быть измерен и введен в УЧПУ для компенсации. В любом случае без люфта лучше, чем с ним, а мнение о том, что наличие датчика положения «на конечном звене» решает все проблемы, - всего-навсего распространенное заблуждение. УЧПУ FMS-3000 имеет стандартную возможность компенсации люфта между датчиком и конечным звеном.

НУЛЕВЫЕ ТОЧКИ

При работе станка в разных случаях удобно принимать за начало координат разные точки. При включении станка УЧПУ начинает отсчет от того положения, в котором находились координаты в момент включения, поскольку датчики положения, используемые на станках, относительные, а не абсолютные, то есть выдают в УЧПУ информацию только об изменении своего положения. Для того чтобы УЧПУ имело верное представление о физическом положении органов станка, необходимо произвести выход в ноль. Положение, зафиксированное выходом в ноль, называют абсолютным нулем станка, но при работе используются плавающие нули. Смещения плавающих нулей относительно абсолютного вводятся в УЧПУ оператором в зависимости от положения заготовки и выбора нулевой точки автором управляющей программы. К точке, указанной в управляющей программе, добавляются смещение от коррекции на размер инструмента и смещение плавающего нуля, что дает положение органов станка относительно абсолютного нуля. УЧПУ FMS-3000 имеет удобный интерфейс для объявление точек нулевыми.

ОБМЕННЫЕ ЯЧЕЙКИ

Обменные ячейки служат для обмена информацией между базовым программным обеспечением и электроавтоматикой. Назначение и формат (бит, байт, 16- или более разрядное слово) каждой ячейки определяются базовым ПО и описываются в инструкции, которой пользуются при программировании электроавтоматики. С точки зрения электроавтоматики те ячейки, которые устанавливаются базовым ПО, являются входами, а те, что пишутся электроавтоматикой, выходами. Богатый набор обменных ячеек УЧПУ FMS-3000 позволяет программе электроавтоматики пользоваться всеми необходимыми данными.

ОРИЕНТАЦИЯ ШПИНДЕЛЯ

Под ориентацией шпинделя подразумевают его останов в заранее известном положении. Ориентация требуется для вывода из растачиваемого отверстия резца, установленного на борштанге. После ориентации инструмент отводится в направлении, противоположном вылету резца, на безопасное расстояние, после чего борштанга выводится из отверстия. Ориентация также необходима на фрезерных станках с автоматической сменой инструмента в шпинделе. В УЧПУ FMS-3000 ориентация является одной из задач, решаемых электроавтоматикой.

ПАРАМЕТРЫ

Параметры служат для настройки базового программного обеспечения под модель станка и под конкретный станок. Набор параметров УЧПУ позволяет учитывать те признаки станка, которые меняются редко, или не меняются никогда. Например, количество и наименования координат остаются неизменными, а коэффициент приведения дискретности датчика положения к дискретности УЧПУ может быть изменен при замене датчика положения. УЧПУ FMS-3000 имеет обширную систему параметров, позволяющую осуществить привязку базового программного обеспечения к широкой гамме станков.

ПЛАВАЮЩИЕ НУЛИ

Автор управляющей программы начинает отсчет перемещений от той точки детали, которая кажется ему наиболее удобной. Оператор станка устанавливает заготовку, исходя их своих соображений. В результате между нулевой точкой детали и абсолютным нулем станка имеется разница. Эта разница, введенная в УЧПУ, позволяет сделать избранную нулем точку детали началом отсчета для управляющей программы. Обычно в УЧПУ есть возможность иметь несколько таких точек, которые меняются функциями G54,55,56 и т.д. Функция G53 устанавливает программирование относительно абсолютного нуля. УЧПУ FMS-3000 имеет 6 групп плавающих нулей, доступных не только оператору, но и управляющей программе через функции макроязыка.

ПОДАЧА

Подачей называют скорость перемещения координат, в то время как термин «скорость» употребляют в отношении шпинделя. В управляющей программе подача задается функцией F в миллиметрах в минуту. Большинство станков имеют корректор подачи, позволяющий оператору изменять текущую подачу даже во время движения, снижая ее до нуля или повышая на десятки процентов. Если в движении участвуют несколько координат, подача равна корню квадратному из суммы квадратов их скоростей. Если координаты линейные, подача представляет собой скорость движения инструмента относительно детали. При участии в интерполяции круговых осей реальная скорость инструмента зависит от радиусов поворотов, и подача является условной величиной. На токарных станках используется задание подачи в миллиметрах на оборот шпинделя и функция поддержания постоянной скорости резания. В этих случаях скорость координат определяется информацией о скорости шпинделя, поступающей с его датчика положения. УЧПУ FMS-3000 позволяет задавать подачу не только в целых миллиметрах в минуту, но и с десятичной дробью.

ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ

Под позиционированием, в отличие от интерполяции, подразумевается перемещение в заданную точку по одной или нескольким координатам на максимальной для каждой оси подаче. При этом движение по координатам может заканчиваться не одновременно. Позиционирование применяется, когда нужно выйти в заданную точку за минимальное время, а траектория не имеет значения. В УЧПУ FMS-3000 в зависимости от параметра функция позиционирования GO может выполняться как в виде позиционирования, так и с интерполяцией осей.

ПРОСМОТР ПРОГРАММЫ ВПЕРЕД (look ahead)

Геометрия управляющей программы содержит не только траекторию движения инструмента, но и контурную подачу. 1/1 то, и другое - требования технолога, выполнить которые одновременно невозможно. Точное выполнение траектории требует снижения подачи до нуля на стыках кадров, а сохранение контурной подачи приводит к сглаживанию углов за счет рассогласования. Традиционный подход отдает предпочтение подаче, при этом отклонение от траектории зависит от настройки привода, подачи и ее коррекции, то есть нестабильно. Просмотр управляющей программы вперед (look ahead) является популярной сейчас функцией УЧПУ, которая позволяет установить компромисс между подачей и траекторией, снижая подачу на поворотах для прохождения контура с заданной точностью. В УЧПУ FMS-3000 действует одна из группы G-функций, задающая приоритет подачи, приоритет траектории или компромисс с заданным ограничением отклонения от траектории.

РАССОГЛАСОВАНИЕ

Рассогласованием называют разницу между заданным и реальным (текущим) положением координаты. Превышение допустимой величины рассогласования УЧПУ считает сбоем, но само по себе рассогласование не является чем-то вредным или ошибочным. Наличие рассогласования естественно и неизбежно при движении координаты.
Среди множества задач, УЧПУ решает задачи слежения за координатой и движения координаты. Задача движения определяет заданное положение координаты по требованиям управляющей программы, или ручных перемещений, с учетом заданной подачи, ее коррекции, условий разгона, торможения, ограничений размеров перемещений и т.п. Заданное положение обновляется каждый тик таймера. Если координата должна стоять на месте, заданное положение остается неизменным. Задача слежения получает с датчика положения информацию о текущем положении координаты, вычисляет рассогласование и пропорционально ему выдает задание (управляющее воздействие) на привод подачи координаты. Коэффициент, на который умножается рассогласование, чтобы получить задание на привод, называется добротностью. А подача, с которой будет двигаться координата в установившемся режиме, пропорциональна заданию на привод. Если задача движения оперирует только числами в виртуальном пространстве, то задача слежения имеет дело с реальным материальным объектом, поведение которого прогнозируемо, но непредсказуемо. Даже если нет движения, рассогласование может иметь место из-за дрейфа нуля привода. Когда задача движения начинает изменять заданное положение, возникает рассогласование. В первый тик таймера движения это рассогласование будет равно приращению за тик таймера. На первый взгляд может показаться, что в идеальном случае рассогласование всегда должно быть таким. Представьте, задача движения добавляет некоторую величину к заданному положению, задача слежения умножает эту величину на добротность и выдает задание на привод, который к началу следующего тика таймера перемещает координату в точку, которая была заданным положением в предыдущем тике. На практике так не получается. Попытки подобного управления приводят к перерегулированию, то есть координата проезжает дальше, чем задано, а это в станках недопустимо. Эмпирически можно порекомендовать, чтобы рассогласование составляло около 1 мм при подаче 1000 мм/мин. В описании систем ЧПУ и станков встречаются упоминания о движении «без рассогласования». Это просто другая трактовка термина.
Соотношение подачи и рассогласования должны быть одинаковым для всех координат станка, иначе при интерполяции движение пойдет по ошибочной траектории. При выполнении управляющей программы завершение кадра и переход к следующему происходит при выдаче задачей движения заданного положения, соответствующего точке, записанной в кадре, если иное не указано специально (позиционирование, торможение в конце кадра G9, просмотр программы вперед). То есть текущее положение еще отстает от заданного на величину рассогласования, а уже начался следующий кадр. В результате - «заваливание» углов детали на величину, пропорциональную рассогласованию и подаче. Но только так можно достичь постоянства подачи на траектории, от чего зависит чистота получаемой поверхности. Надо быть готовым к тому, что две детали, выполненные по одной управляющей программе, но на разных подачах, будут отличаться в размерах. В УЧПУ FMS-3000 при установившемся режиме движения рассогласование пропорционально текущей подаче, а вопрос повышения геометрической точности при максимально возможном сохранении заданной подачи решается функцией просмотра программы вперед.

РЕЗЬБОНАРЕЗАНИЕ

Нарезание резьбы на станках с ЧПУ может производиться метчиком или резцом. При использовании метчика представляется невозможным синхронизировать вращение метчика с его продольной подачей таким образом, чтобы количество оборотов на миллиметр соответствовало шагу резьбы. Поэтому используют крепление метчика, обеспечивающее его свободный ход в продольном направлении. Поскольку в станках с ЧПУ величина перемещения контролируется, а скорость шпинделя зависит от настройки привода и не является точной величиной, при таком способе нарезания резьбы невозможно гарантировать число оборотов резьбы. Предположим, что метчик имеет 2 нитки на миллиметр, требуется нарезать 20 мм резьбы, и запрограммирована подача 100 мм/мин. То есть движение должно продолжаться 20/100=1/5 минуты, а метчик должен сделать 20*2=40 оборотов. Получается скорость шпинделя 200 об/мин. Если реальная скорость шпинделя меньше, к примеру, на 5%, метчик сделает не 40, а 38 оборотов, что соответствует 1 мм, который потребуется выбрать из свободного хода оправки метчика. При повышении глубины эта величина пропорционально растет, а величина свободного хода не бесконечна. Кроме того, свободный ход необходим для выкручивания метчика из отверстия. Даже если скорость вращения очень точно настроена, время разгона-торможения оси отличается от времени реверса шпинделя.
При нарезании резцом используется датчик положения шпинделя, а подача задается в миллиметрах на оборот. При этом реальное положение шпинделя контролируется УЧПУ. Для того чтобы нарезать резьбу в несколько проходов или делать многозаходную резьбу, существует функция синхронизации начала кадра по ноль-метке датчика положения шпинделя. УЧПУ FMS-3000, кроме обычной, позволяет нарезать разнообразные резьбы, в том числе конические и с переменным шагом.

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Системы автоматического проектирования (САПР по-русски или CAD/CAM по-английски) широко применяются для создания управляющих программ станков с ЧПУ. САПР представляют собой набор программных средств, которые позволяют создать модель поверхности детали, а затем, задав форму и размер инструмента, получить с помощью программы, называемой постпроцессором, управляющую программу для УЧПУ. Постпроцессор настраивается под используемую модель УЧПУ. Благодаря стандартной трактовке G-функций на УЧПУ FMS-3000 могут выполняться программы, подготовленные на постпроцессорах, настроенных под широко распространенные УЧПУ.

СТАНОК С ЧПУ

Станок - это механическое устройство для перемещения инструмента относительно детали. Для этого на станке есть устройства, обеспечивающие линейные движения и повороты. Эти устройства имеют двигатели и датчики положения и называются координатами. Задача УЧПУ заключается в управлении координатами по заданной траектории с заданной скоростью (подачей).
Траектория задается управляющей программой. Кроме геометрии, управляющая программа содержит технологию, которая служит для управления прочим оборудованием. Большинство станков, оснащенных УЧПУ, являются токарными, фрезерными или электроэрозионными.

ТЕХНОЛОГИЯ

В управляющей программе описывается не только геометрия движения координат, но и действия других исполнительных органов станка, управляемых электроавтоматикой. Эти команды записываются в управляющей программе технологическими функциями М, S и Т. Функция S обычно означает скорость шпинделя в оборотах в минуту, а Т - номер инструмента. Функции М от 00 до 99 могут вызывать самые разные действия, но часть их стандартна. М00 - безусловный останов программы, М01 - останов при наличии разрешения, М02 - конец программы, МОЗ - пуск шпинделя по часовой стрелке, М04 - пуск шпинделя против часовой стрелки, М05 - стоп шпинделя, М06 - смена инструмента, М08 - включение охлаждения, М09 - выключение охлаждения, МЗО - конец программы с возвратом на ее начало, М99 - возврат из подпрограммы. Технологические функции выдаются в электроавтоматику, и выполнение управляющей программы приостанавливается до получения ответа в соответствующей обменной ячейке. Технологические функции могут быть начала кадра, конца кадра и выполняемые параллельно с геометрией. То есть если в кадре, кроме технологической функции, есть геометрия, порядок работы может быть разным. В УЧПУ FMS-3000 обработка технологических функций выполняется электроавтоматикой.

ТИК ТАЙМЕРА

УЧПУ представляет дискретно не только длины, но и время. Минимальным временным интервалом является тик таймера. За это время базовое программное обеспечение должно опросить все датчики положения координат, рассчитать и выдать задание на приводы. Рост частоты таймера повышает качество управления, но ограничен быстродействием аппаратной части компьютера. В УЧПУ FMS-3000 обычно устанавливается тик таймера в 0,001 с, но при использовании достаточно мощного процессора эта величина, доступная как параметр, может быть уменьшена.

А. Дудинский
Журнал «РИТМ», октябрь 2005 г.