48140

Числове програмне управління і класифікація верстатів з ЧПУ

Конспект

Информатика, кибернетика и программирование

Етапи підготовки процесу обробки деталі на верстаті з ЧПУ: І бюро програмного управління ІІ цех; а збирання вихідної інформації креслення деталі дані про інструмент технологічні дані по режимах обробки б розрахунок програми в табличний запис програми г перфорація програми на перфораторі д перфострічка е ПЧПУ верстатом ж шафа електроавтоматики з верстат и заготовка к оброблена деталь. На підставі...

Украинкский

2013-12-07

16.41 MB

91 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT 99

Числове програмне управління і класифікація верстатів з ЧПУ

У верстаті з ЧПУ система управління виконує багато функцій верстатника. Але система повинна навчитися управляти верстатом.

Системі необхідно “ знати ”, коли і в якому порядку користуватися інструментами, на яких режимах різання працювати, як досягти необхідної точності форми і розмірів оброблюваної деталі. Цю вхідну інформацію верстат з ЧПУ отримує у вигляді програми, записаної на перфострічці або іншим способом.

Рисунок 1.1. Етапи підготовки процесу обробки деталі на верстаті з ЧПУ:

І- бюро програмного управління, ІІ- цех;

а- збирання вихідної інформації (креслення деталі, дані про інструмент, технологічні дані по режимах обробки),   б- розрахунок програми,

в- табличний запис програми,                     г- перфорація програми на перфораторі,

д- перфострічка,    е- ПЧПУ верстатом,     ж- шафа електроавтоматики,

з- верстат,               и- заготовка,                   к- оброблена деталь.

У програмі задається траєкторія руху інструменту щодо заготовки. Ця траєкторія формується за допомогою окремих, керованих за програмою, приводів столу, санчат і інших механізмів.

Технолог-програміст складає програму на підставі креслення і технологічного процесу обробки деталі. При цьому технологічна інформація кодується на перфострічку, яка і передається в цех і встановлюється в пристрої ЧПУ верстатом. Етапи підготовки процесу обробки деталі на верстаті з ЧПУ показані на рис.1.1. Можливо також автоматичне програмування за допомогою ЕОМ, яка замінює в значній частині програміста і складає програми для верстатів з ЧПУ.

Основним елементом програмного управління є пристрій управління, що включає пристрій для зчитування інформації з перфострічки. Остання має отвори, які обумовлюють в процесі руху стрічки електричні сигнали, що відповідають закодованій управляючій програмі. Ця програма запам'ятовується в пам'яті пристрою ЧПУ. На підставі цієї інформації пристрій ЧПУ (ПЧПУ) задає швидкості і величини переміщень виконавчих механізмів верстата, що реалізовують рух інструменту або столу із заготовкою. Структурна схема верстата з ЧПУ показана на рис. 1.2.

Рисунок 1.2. Спрощена структурна схема верстата з ЧПУ:

1- ПЧПУ,             2- блок ручного управління і сигналізації,          3- блок зчитування інформації,

4- кодовий перетворювач,  5- блок управління приводом санчат,  6- блок технологічних команд,

7- блок управління приводом переміщення стола,                  8- кабель управління технологічними командами,          9- шафа силового електрообладнання,       10- кабель передачі команд на електрообладнання верстата,          11- кабель зв’язку з приводом столу,           12- кабель зв’язку з двигунами,    13- двигун приводу санчат.

Класифікація верстатів з ЧПУ і їх конструктивні особливості

За технологічними можливостями верстати з ЧПУ (як і універсальні) діляться на наступні групи:

1. Верстати токарної групи призначені для обробки зовнішніх і внутрішніх поверхонь деталей типу тіл обертання (з прямолінійними і криволінійними контурами, з складними внутрішніми порожнинами), а також для нарізування зовнішніх і внутрішніх різьб.

2. Верстати свердлувально-розточувальної групи призначені для свердлення і розточування деталей різного квалітету точності, а також для комплексної свердлувально-розточувальної обробки.

3. Верстати фрезерної групи призначені для фрезерування деталей простої і складної конфігурації, корпусних деталей (з декількох сторін і під різними кутами), а також для комплексної свердлувально-фрезерно-розточувальної обробки різних деталей.

На верстатах вказаних трьох груп при їх оснащенні інструментальними магазинами з автоматичною зміною інструментів можлива комплексна механічна обробка без перестановки деталі на інші верстати.

4. Верстати шліфувальної групи призначені для фінішної обробки деталей. Вони підрозділяються на ряд підгруп залежно від виду оброблюваних поверхонь: круглошліфувальні, плоскошліфувальні, внутрішньо-шліфувальні, шліце-шліфувальні.

5. Верстати електрофізичної групи підрозділяються на електроерозійні (вирізні і прошивочні), електрохімічні, лазерні.

6. Багатоцільові верстати призначені для свердлувально-фрезерно-розточувальної обробки призматичних корпусних і плоских деталей, а також для токарної обробки деталей типу тіл обертання з подальшим їх свердленням, фрезеруванням і розточуванням.

За принципом зміни інструменту верстати з ЧПУ можна розділити на три групи:

– з ручною зміною;

- з автоматичною зміною в револьверній головці;

- з автоматичною зміною в магазині.

За принципом зміни заготовок верстати з ЧПУ підрозділяються на верстати з ручною і автоматичною (за допомогою маніпуляторів або роботів) зміною заготовок. Верстати з автоматичною зміною заготовок, оснащені автоматичними приверстатними накопичувачами заготовок, можуть експлуатуватися протягом тривалого періоду часу без участі оператора. Такі верстати отримали назву гнучких виробничих модулів.

Основні технічні характеристики верстатів з ЧПУ

1. Клас точності позначається наступними буквами:

П — підвищеної точності;

В — високої точності;

А — особливо високої точності

С — особливо точні (прецизійні). По кожному класу точності і групі верстатів нормується допустима величина похибки.

2. Вид ЧПУ позначається індексами, що входять в найменування моделі верстата:

Ф1 — верстати з цифровою індикацією (зокрема з попереднім набором координат);

Ф2 — верстати з позиційними і прямокутними системами управління;

Ф3 — верстати з контурними прямолінійними і криволінійними системами управління;

Ф4 — верстати з універсальною системою управління для позиційно-контурної обробки;

Ц — верстати з цикловим програмним управлінням.

3.   Основні параметри верстата:

- найбільший діаметр оброблюваного виробу (для токарних верстатів);

- найбільший діаметр свердлення (для свердлувальних верстатів);

- діаметр розточувального шпинделя (для розточувальних верстатів);

- ширина столу (для фрезерних верстатів) і т.ін.

4.   Наявність інструментального магазина.

5.   Наявність пристрою автоматичного завантаження заготовок.

6.   Габарити верстата і його маса.

7.   Число керованих координат і число одночасно керованих координат.

Схема осей координат токарного верстата

Початкова вісь Z є віссю основного шпинделя верстата (рис. 1.3). Якщо вісь Z поворотна, її положення характеризує перпендикуляр до площини кріплення деталі. Вісь Z паралельна осі основного шпинделя, і її напрям від пристрою для кріплення деталі до інструменту є додатним. Вісь X завжди горизонтальна і перпендикулярна осі Z (рис. 1.3): якщо вісь Z розташована горизонтально, то додатним напрямом осі X є напрям управо, якщо встати лицем до лівого торця верстата; якщо вісь Z розташована вертикально, то додатним для осі X вважається напрям управо, якщо встати лицем до передньої площини верстата. У токарних верстатах додатним напрямом осі Z, що співпадає з віссю обертання деталі, є напрям у бік заднього центру, а додатним напрямом осі X є напрям до оператора по радіусу від центру координат. Вісь Y перпендикулярна площині XZ; для визначення додатного напряму осі Y необхідно повернути вісь X на 90° навколо осі Z за годинниковою стрілкою, якщо дивитися уздовж осі Z в додатному напрямі.

Рисунок 1.3. Схема осей координат токарного верстата:

  1.  інструментальний супорт, 2- шпиндель.

Число одночасно керованих координат визначає траєкторію руху інструменту щодо заготовки.

При складній обробці на фрезерних, токарних і багатоцільових верстатах застосовують ПЧПУ з безперервним (контурним) управлінням одночасно по декількох координатах. Існують ПЧПУ з управлінням одночасно по трьом, чотирьом і п'яти координатам. Останні використовуються у верстатах з складною траєкторією інструменту. У токарних верстатах зазвичай застосовуються ПЧПУ з одночасним управлінням по двох координатах, а в токарно-револьверних і токарно-карусельних — по трьом координатам.

Точність верстата. Вплив механіки верстата на точність.

Верстати з ЧПУ вимагають високої точності виконання команд на переміщення (1—2 мкм для більшості верстатів).

Для прецизійної обробки на верстатах з ЧПУ необхідна висока точність виготовлення всіх його деталей, вузлів і верстата в цілому. Точність власне верстата визначається точністю виготовлення його деталей і вузлів (особливо направляючих корпусних деталей, що утримують інструмент і заготовку), точністю виготовлення приводів механізмів, якістю збирання верстата, жорсткістю його елементів, зазорами в сполучених деталях, умовами тертя в направляючих при переміщенні робочих органів і т.ін. Жорсткість шпинделя і інших відповідальних вузлів верстата повинна перевершувати жорсткість аналогічних вузлів, призначених для традиційних верстатів.

При зрушуванні з місця виконавчий орган починає рух не одночасно з дією управляючого сигналу, а тільки після того, як будуть вибрані зазори в передачах, відбудеться деяка деформація елементів, а зусилля, що впливає на керований орган, перевершить опір сил тертя і сил різання. Дію вказаних чинників особливо важливо враховувати при конструюванні ходових гвинтів — останніх ланок передач до виконавчих органів більшості металорізальних верстатів з ЧПУ. Саме тому у верстатах з ЧПУ застосовують кулькові гвинтові пари, що відрізняються високими точністю, зносостійкістю і жорсткістю завдяки застосуванню гайок з попереднім натягом. Ходовий гвинт жорстко кріпиться в осьовому напрямі, для чого застосовують упорні підшипники з попереднім натягом.

У верстатах з ЧПУ в порівнянні з традиційними верстатами кінематичні кола, що передають рух від двигуна до виконавчого механізму, значно коротші завдяки застосуванню автономних приводів для всіх робочих рухів. Коробка швидкостей токарного верстата має жорсткий шпандель з широким діапазоном частоти обертання; рух шпинделю передається через клиноремінну передачу; зміна частоти обертання здійснюється автоматичною коробкою швидкостей, що розташована окремо від бабки шпинделя. Ці конструктивні особливості дозволяють значно збільшити статичну і динамічну жорсткість приводу.

Верстати з ЧПУ оснащуються такими направляючими кочення, що забезпечують високу точність переміщень виконавчих механізмів, а також механічними передачами без зазорів.

Точність переміщення робочих органів у великій мірі залежить від точності спрацьовування за часом механізмів зупинки: електромагнітних муфт, електродвигунів, гальмівних пристроїв. Для зменшення часу гальмування і пуску конструктори прагнуть зменшити махові маси деталей, що обертаються, і електромеханічну постійну часу приводу.

Завдання наладчиків.

Верстати з ЧПУ, що є високоточним і високопродуктивним устаткуванням, достатньо складні за конструкцією і, як наслідок, в експлуатації. Їх ефективне використання в значній мірі залежить від організації робіт на підприємстві і технічній підготовленості обслуговуючого персоналу. Наладчики верстатів з ЧПУ повинні уміло вирішувати наступні основні завдання: постійно утримувати верстати в технічно справному і робочому стані; скорочувати простої верстатів і підвищувати ефективність їх використання; підвищувати продуктивність праці і знижувати трудомісткість робіт по ліквідації відмов верстатів.

Кваліфіковано обслуговувати верстати ЧПУ можуть лише фахівці, добре підготовлені в таких областях, як обчислювальна техніка, автоматизовані системи управління, електро - і гідроприводи і т.ін. Висококваліфікований наладчик, що володіє необхідними теоретичними знаннями по окремих підсистемах верстатів з ЧПУ і практичними навиками, швидко виявить несправність і прийме оперативні заходи по усуненню відмов устаткування. Наладчик зобов'язаний добре знати роботу всіх підсистем верстата ЧПУ і їх функціональний взаємозв'язок.

Класифікація і види промислових роботів.

Введення

Промислові роботи (ПР) — це автоматичні маніпулятори з програмним управлінням. Промислові роботи є універсальним засобом комплексної автоматизації виробничих процесів і характеризуються здібністю до швидкого переналагодження маніпуляційних дій за їх послідовністю, швидкістю і змістом.

В результаті можливості швидкого переналагодження промислових роботів забезпечують найбільший ефект в умовах частої зміни об'єктів виробництва, а також при автоматизації ручної праці. Застосування промислових роботів в масовому виробництві дозволяє в короткі терміни комплектувати засобами автоматизації автоматичні лінії різного призначення.

Як показує досвід, комплексне застосування промислових роботів дозволяє підвищити продуктивність праці в середньому в 1,5—2 рази, коефіцієнт використання устаткування в 1,5—1,8 рази, а також істотно поліпшити ритмічність і організацію виробництва.

Використання промислових роботів відкриває перспективи створення принципово нових технологічних процесів, не пов'язаних з обмеженнями, що накладаються безпосередньою участю людини.

Промислові роботи. Основні поняття

Маніпулятор — пристрій, що містить робочий орган, який призначений для імітації переміщень і робочих функцій людини, і керований оператором або що діє автоматично. Залежно від методу управління маніпулятори діляться на три групи:

- з ручним управлінням, тобто керовані оператором;

- автоматичні, тобто керовані за програмою без участі оператора (автоматичний маніпулятор що не перепрограмовується називається автооператором);

- з комбінованим (або інтерактивним) управлінням, тобто керовані як автоматично, так і уручну з почерговою зміною методів в часі.

Промисловий робот — автоматична машина, що є сукупністю маніпулятора і пристрою управління, що перепрограмовується. ПР це машина, що призначена для виконання у виробничому процесі рухових управляючих функцій які заміщують аналогічні функції людини при переміщенні предметів виробництва і (або) технологічного оснащення.

Основними структурними складовими частинами промислових роботів є виконавчий пристрій, система управління і інформаційна система (рис. 1.4).

Виконавчий пристрій реалізує рухові функції ПР і в загальному випадку складається з маніпулятора і пристрою пересування.

Система управління — сукупність функціонально взаємозв'язаних і взаємодіючих засобів управління, що забезпечують навчання (програмування), збереження програми і її відтворення (тобто зчитування інформації і передачу управляючих сигналів виконавчим органам ПР).

Інформаційна система — сукупність взаємозв'язаних і взаємодіючих технічних засобів, що забезпечують отримання, перетворення, обробку і передачу інформації про стан ПР і зовнішнього середовища.

Залежно від виконуваних функцій ПР підрозділяються на підйомно-транспортні (допоміжні), виробничі (технологічні) і універсальні.

Підйомно-транспортні ПР призначені для обслуговування основного технологічного устаткування і виконують наступні допоміжні операції: транспортування, установку і зняття заготовок, деталей, інструменту і пристосувань; очищення баз деталей і устаткування; транспортно-складські операції.

Рис 1.4. Структурна схема ПР, основні елементи конструкції і види рухів робочих органів:

1 – шляхопровід;  2 – основа;  3 – корпус:  4 – рука;  5 – захватний пристрій;  6 – робоча зона і система координат основних рухів ПР;  σ – напрямок руху затискання (захват) деталі;  σ і φxz – орієнтуючі рухи,  XX; ZZ;  φxy і φxz – транспортуючі рухи, XY, ZX – координатний рух

Виробничий ПР призначений для безпосередньої участі в технологічному процесі як виробнича або оброблювальна машина, що виконує основні технологічні операції — згинання, зварювання, фарбування, збирання і т.ін.

Універсальний ПР може виконувати функції як підйомно-транспортних, так і виробничих ПР.

Функціональні можливості ПР багато в чому визначаються типом системи програмного управління (СПУ) і характером виконання програм.

Жерсткопрограмовані ПР виконують дії, передбачені програмою, яка не коректується при зміні зовнішнього середовища. Адаптивні ПР оснащені сенсорними датчиками, що одержують в процесі роботи інформацію про об'єкти і явища зовнішнього середовища і на основі отриманих відомостей коректують програму управління. Гнучкопрограмовані (інтегральні) ПР формують програму своїх дій на основі поставленої мети і інформації про об'єкти і явища зовнішнього середовища.

У ПР застосовуються три типи СПУ, що класифікуються залежно від характеру і дискретності переміщень:

- позиційні (від точки до точки);

- контурні (по безперервній траєкторії);

- комбіновані (універсальні), тобто позиційно-контурні.

За способом представлення завдання СПУ діляться на електромеханічні, циклові (ЦПУ), аналогових (АПУ), числові (ЧПУ) і аналого-числові (гібридні).

У електромеханічних СПУ інформація задається за допомогою упорів, реле часу, кулачків розподільного механізму, копірів і т.ін.

У системах ЦПУ управляючі команди задаються в числовому вигляді, а геометрична інформація — за допомогою механічних упорів або кінцевих вимикачів.

У аналогових СПУ, що використовують як елементну базу операційні підсилювачі постійного струму, інформація задається в аналоговому вигляді.

У системах ЧПУ (позиційних і контурних) інформація задається у вигляді цифрових кодів, що зберігаються на швидкозмінних носіях. У аналого-числових СПУ інформація задається в різному вигляді — числовому, аналоговому і т.ін.

Основні технічні показники промислових роботів

Основними технічними показниками ПР є наступні: вантажопідйомність; число ступенів рухливості; число рук (захоплень на одну руку); тип приводу; тип системи управління; число програмованих координат; спосіб програмування переміщень; об'єм пам'яті (запам'ятовуючого пристрою системи управління); погрішність позиціонування; геометрична інформація; габарити; величини і швидкості переміщень вузлів; форма і розміри робочої зони; вид системи координат основних переміщень.

Вантажопідємність ПР — це найбільша маса об'єкту маніпулювання, при якій гарантуються його захоплення, утримування і забезпечуються задані експлуатаційні характеристики ПР (маса захватного пристрою у вантажопідйомність не входить). По вантажопідємності ПР діляться на надлегкі (0,08-1 кг), легкі (1,25—10 кг), середні (12,5-200 кг), важкі (250—1000 кг) і надважкі (1250 кг і більше).

Число ступенів рухливості ПР визначається як сума можливих координатних рухів об’єкту маніпулювання щодо нерухомої ланки (стійки, опорної системи, підставки і тому подібне), при цьому рух, що забезпечує затискання об’єкту маніпулювання захватним пристроєм, не враховується.

Під погрішністю позиціонування розуміється відхилення положення робочого органу ПР від заданого управляючою програмою. Оскільки ПР, як правило, не мають вимірювальної системи і програмуються методом навчання, в більшості випадків погрішність позиціонування визначається повторюваністю приходу ланки ПР в задану точку протягом ряду циклів.

Об’єм пам’яті запам’ятовуючого пристрою ЧПУ — це найбільша кількість інформації, яка може в нім зберігатися. У системі ЧПУ об’єм пам’яті визначає багато в чому якість системи, її технологічні можливості і зручність завдання програми.

Форма і розміри робочої зони, в якій знаходиться об’єкт маніпулювання, залежать від конструкції і компоновки ПР.

Система координат основних переміщень визначає кінематику механічної системи ПР і форму його робочої зони. До основних рухів не відносяться рухи затиску об’єкту маніпулювання і орієнтуючі рухи захватного пристрою, одновимірні з його розмірами, і у ряді випадків додаткові переміщення основи ПР.

Види систем координат приведені нижче.

Рис.1.5. Система координат головних переміщень ланок ПР (а) і відповідні їм структурні кінематичні схеми ПР (б).

1.1, 1.2 - Прямокутна система (плоска і просторова),

2.1, 2.2 - полярна система координат (плоска, циліндрична, сферична),

3.1, 3.2, 3.3 - ангулярна плоска система, ангулярна просторова (циліндрова і сферична)

1. Прямокутна (Декартова) система (плоска і просторова) характеризується переміщенням об’єкту маніпулювання в певну точку простору шляхом прямолінійних рухів ПР по трьом (просторова система) або двом (плоска система) взаємно перпендикулярним координатним осям X, Y і Z.

2.  Плоска полярна система характеризується переміщенням об’єкту маніпулювання в одній координатній площині у напрямі радіусу-вектора r і кута у.

3.  Циліндрична полярна система координат характеризується переміщенням об’єкту маніпулювання в основній координатній площині в напрямах радіусу-вектора r і кута у, а також по осі Z, перпендикулярній до цієї площини.

4.  Сферична полярна система координат характеризується переміщенням об’єкту маніпулювання в точку простору у напрямі радіусу-вектора г, а також в результаті кутових переміщень у і g цього радіусу в двох взаємно перпендикулярних площинах.

5.  Ангулярна (кутова) система — плоска або просторова (циліндрова і сферична) — характеризується тим, що переміщення об’єкту маніпулювання у напрямку радіусу-вектора r здійснюється шляхом відносних кутових поворотів ланок руки ПР, що мають постійну довжину.

Системи координат основних переміщень ланок ПР і відповідні їм структурні кінематичні схеми ПР приведені на рис. 1.5.

Класифікація і види ПЧПУ.

Поява мікропроцесорів і МІКРОЕОМ, створення електронних елементів з високим ступенем інтеграції привело до якісних змін в техніці управління.

Вперше з'явилася можливість уніфікації апаратних вирішень ПЧПУ для різних груп верстатів. Це дозволило різко скоротити число модифікацій ПЧПУ, час їх проектування і виготовлення. Наприклад, гамма ПЧПУ на базі МІКРОЕОМ “ Електроніка 60“ звелася практично до трьох близьких модифікацій типів 2С85; 2С42; 2Р22. Інша гамма систем ЧПУ реалізується на двох спеціалізованих МІКРОЕОМ “ Електроніка НЦ-31“ і “ Електроніка НЦ80-31“. Остання система володіє модульною структурою і дозволяє збільшувати число керованих координат нарощуванням модулів, зокрема модуля програмованого командоапарату.

Основна трудомісткість проектування модифікації УЧПУ визначається тепер програмним математичним забезпеченням (ПРЗ). Мікропроцесорні ПЧПУ для різних верстатів, маючи однакову апаратну частину, розрізняються складом ПРЗ. При цьому базова частина ПРЗ для різних верстатів залишається незмінною. До базового ПРЗ відносяться програмні блоки операційної системи, блок управління дисплеєм, мова високого рівня для програмування циклів, мова програмування електроавтоматики.

Першорядного значення набуває розширення функцій ПЧПУ, можливість зберігання і редагування програм. Програмне управління розповсюдилося практично на всі групи металорізальних верстатів, створені контрольно-вимірювальні машини з ЧПУ.

Виникли нові типи металообробного устаткування — гнучкі виробничі модулі (ГВМ) і на їх основі гнучкі виробничі системи (ГВС), що дозволили автоматизувати серійне і крупносерійне виробництво. При цьому автоматизація виробництва розповсюдилася не тільки на процес виготовлення виробів, але і на етапи підготовки виробництва, диспетчеризацію і планування. За продуктивністю ГВС наближаються до жорстких спеціалізованих автоматичних ліній, що використовуються в масовому виробництві. Проте ГВС володіють гнучкістю, необхідною в серійному і великосерійному виробництві, поступаючись по цьому параметру тільки ГВМ і універсальним верстатам з ЧПУ (рис. 1.6).

Під гнучкістю устаткування розуміють його здатність проводити обробку різної номенклатури деталей. Гнучкість залежить в значній мірі від конструкції верстатів, вантажно-транспортних систем, типів інструментальних магазинів, типів оброблюваних деталей і систем управління. Загальна гнучкість устаткування може бути визначена через коефіцієнти операційної (або конструктивної) і адаптаційної гнучкості.

Рис. 1.6. Області застосування різних видів автоматичного управління верстатами (обробка корпусних деталей):

1 збільшення гнучкості, 2- збільшення продуктивності

Операційна гнучкість визначає здатність системи пристосовуватися до змін в номенклатурі оброблюваних деталей і визначається числом різних деталей певного класу, що обробляються на ГВС.

Адаптаційна гнучкість показує здатність системи пристосовуватися до відмов окремих пристроїв (поломка інструменту, збій ПЧПУ, відмова транспортного пристрою) і визначається вірогідністю функціонування системи у разі таких відмов. Коефіцієнт адаптаційної гнучкості багато в чому залежить від побудови технологічного процесу, системи діагностики, ступеня резервування окремих елементів, виду структури системи управління.

Створення ГВС стало можливим завдяки використанню ЕОМ у сфері виробництва в цілях управління і планування. Електронне управління дозволило створити нові компоновки верстатів. Механічні зв'язки координат замінюються багатокоординатним управлінням електроприводами із завданням законів руху кожного приводу в системі ЧПУ.

Область техніки, що відноситься до побудови механізмів і машин з електронним управлінням, отримала назву мехатроніка. Мехатроніка інтенсивно розвивається у верстатобудуванні і інших областях машинобудування.

Природно, що пристрій ЧПУ для кожної з груп має свої особливості визначені конструкцією верстата і технологією обробки. Крім того, усередині груп можна провести подальше ділення за різними ознаками: числу керованих координат, виду програмоносія, приводу подач, типу електронних елементів і т.ін. Слід виділити деякі загальні показники, які визначають системи ЧПУ верстатами.

Під системою ЧПУ розуміють сукупність спеціалізованих пристроїв, методів і засобів, необхідних для здійснення числового програмного управління верстатом. Власне ПЧПУ складає частину цієї системи і конструктивно виконується, як правило, у вигляді окремої шафи або блоків (для мікропроцесорних систем).

Все різноманіття структур систем ЧПУ (основні з них приведені в табл. 1.1) можна поділити на дві великі групи.

Таблиця 1.1 Основні види структур систем ЧПУ

Позначення

Визначення

ЧПУ

NC

Числове програмне управління (Numerical Control) Управління обробкою на верстаті за програмою, заданою в кодованому вигляді (алфавітно-цифровому або унітарному коді)

ОСУ

HNC

Оперативна система ЧПУ (Hand NC) з ручним завданням програми на пульті управління (на клавішах або іншій апаратурі)

Комп'ютерна ЧПУ

CNC

Система управління з МІКРО-ЕОМ (Computer NC). Система містить одну або декілька МІКРО-ЕОМ (мікропроцесорів) з програмною реалізацією алгоритмів

-

DNC

Система управління групою верстатів від загальної ЕОМ (Direct numerical Control), що здійснює зберігання програм і розподіл їх по запитах від пристроїв управління верстатів ( у верстатів можуть бути встановлені пристрої різних типів, зокрема CNC)

ПК

PLC

Програмований командоаппарат (Programmable Controller). Пристрій виконання логічних функцій, зокрема релейної автоматики, може входити до складу системи ЧПУ

АДУ

АС

Адаптивне управління (Adaptive Control) забезпечує виконання самонастройки режимів різання або автоматичної компенсації похибок. Може входити до складу системи ЧПУ.

ГВС

FMS

Гнучка виробнича система (Flexible manufacturing systems). Узагальнюючий термін. Комплекс технологічного устаткування і системи управління від ЕОМ, що володіє властивістю автоматизованого переналагодження при виробництві виробів певної номенклатури.

ГВМ

FMM

Гнучкий виробничий модуль (Fm-modules). ГВС, що складається з одиниці технологічного устаткування (багатоопераційного верстата) з локальним накопичувачем-транспортером заготовок, деталей і інструменту.

ГАЛ

-

Гнучка автоматизована лінія (ділянка) ГВС, що включає декілька ГВ-модулів, із загальною системою управління від ЕОМ, транспортом і складом заготовок. ЕОМ ділянки виконує функції зберігання і передачі до ПЧПУ управляючих програм, поточну диспетчеризацію, оперативне планування.

ГАЦ

FMF

Гнучкий автоматизований цех (Fm-factory), ГВС, що включає декілька ГВ- ліній і ГВ - модулів із загальною транспортною системою, складом заготовок і деталей (виробів), ієрархічною системою управління від ЕОМ, зв'язаних каналами передачі інформації

Автоматичний завод, що складається з ГАЦ, зокрема цехи автоматичної збірки і упаковки готової продукції. Центральна ЕОМ заводу має канали зв'язку з ЕОМ нижнього рівня ієрархії і  здійснює управління всіма підрозділами заводу і довгострокове планування.

АСУТП

САМ

Автоматична система автоматичної підготовки виробництвом на ЕОМ (Computer Aided Manufacturing) (у широкому сенсі)

САПР

CAD або CAE

Автоматична система проектування (CA- Design) або (Ca-engineering) автоматична система конструювання і проектування за допомогою ЕОМ

-

CAP

Автоматична система планування виробничих процесів на ЕОМ (Computer Aided Planning)

-

CAQ

Автоматична система контролю продукції з використанням ЕОМ (CA Quality)

СКАП

САПР/

АСУП

CIM

Інтегрована система проектування і управління виготовленням продукції (Computer Integrated Manufacturing) або система комплексної автоматизації виробництва

Позначення

Визначення

ОЗП

RАМ

Оперативний запам’ятовуючий пристрій з довільною вибіркою (Random access memory)

LAN

Локальна система зв'язку (Local Arid Network)

ПЗП

RОМ

Постійний запам’ятовуючий пристрій (Read-only memory), тільки для читання

PROM

Програмований ПЗП (Programmable ROM)

СПЗП

EROM

ПЗП зі стиранням (Erasable ROM)

ППЗП

EPROM

ПЗП, що перепрограмовується користувачем (Erasable programmable ROM)

ЕПЗП

Ea ROM

Електрична програмована ПЗП  (Electrically alterable ROM)

-

FPROM

ППЗП, програмоване в умовах експлуатації (Field programmable ROM)

СІС

MSI

Інтегральні схеми  (ІС) середнього ступеня інтеграції (Medium scale integration)

БІС

-

МС більшого ступеня інтеграції

МП

MP

Мікропроцесор (Microprocessor)

ЦП

CPU

Центральний процесор (Central processing unit)

До першої відносяться пристрої з постійною структурою (NC), що мають схемну реалізацію алгоритмів роботи (інтерполяції, типових циклів і т.ін.). Ці пристрої випускають з початку освоєння ЧПУ для різних груп верстатів: токарних (”Контур-2ПТ”, Н22), фрезерних (”КОНТУР-ЗП”, НЗЗ); координатно-розточувальних (” Розмір 2М”, П33), шліфувальних (Ш-Ш м, П-Ш), електроерозійних (”Контур-2П-67”).

До другої групи (CNC) відносяться пристрої з програмною реалізацією більшості алгоритмів роботи (див. табл. 1.1).

Ці алгоритми записуються в постійний пристрій (ПЗП), що запам'ятовує, при виготовленні УЧПУ. Управління здійснюється від мікропроцесора або вбудованої МІКРОЕОМ. У пристроях є можливість формувати типові цикли обробки стосовно різних технологічних завдань. Ця частина ПРЗ зазвичай зберігається в ППЗП (див. табл. 1.1) і може бути видозмінена при замовленні ПЧПУ або на заводі-виготівнику верстата. Системи CNC дозволяють програмувати логіку роботи електроавтоматики силового устаткування верстата. Таким чином УЧПУ типу CNC виконує функції програмованого командо-апарата (ПК) (див. табл. 1.1). Програмування електроавтоматики виконується зазвичай на заводі-виготівнику верстата і рідше при замовленні ПЧПУ.

Наладчик ПЧПУ для першої групи пристроїв повинен знати апаратно-схемну частину системи. Апаратні частини в ПЧПУ другої групи для різних верстатів мало відрізняються один від одного. Крім того, наладка зазвичай зводиться до визначення плат, що відмовили, і заміни їх на резервні. Наладчик повинен розуміти склад і уміти користуватися діагностичними тестами.

Знайшли також застосування прості позиційні ПЧПУ із завданням програми безпосередньо у верстата на штекерних панелях або декадних перемикачах. Цей напрям згодом привів до створення пристроїв з ручним введенням програми в електронну пам'ять з клавіатури пульта (класу HNC). У останніх мікропроцесорних системах така можливість є у всіх пристроях.

Окрім автономних пристроїв управління верстатами все більшого значення набувають системи з управлінням ділянкою верстатів від центральної ЕОМ (див. табл. 1.1).

По вигляду рухів виконавчих механізмів верстата, що визначаються програмною геометричною інформацією, ПЧПУ підрозділяють на позиційні, контурні і комбіновані (такі, що забезпечують виконання функцій позиційних і контурних пристроїв).

Характеристики приводу подач визначаються не тільки локальними зв'язками між окремими елементами приводу, але в значній мірі алгоритмом роботи ПЧПУ, і, у свою чергу, впливають на побудову цього алгоритму.

Позиційні пристрої ЧПУ забезпечують автоматичне переміщення робочого органу верстата на координату, задану програмою, без обробки в процесі переміщення робочого органу. Ці пристрої застосовують в свердлувально-розточувальних і інших верстатах. Переміщення інструменту від однієї точки (координати) обробки до іншої виконується на прискорених ходах. Специфічною для цього класу ПЧПУ є вимога забезпечення точності тільки при зупинці в заданій координаті. Вид траєкторії при переміщенні з однієї координати в іншу не задається. Проте час переміщення повинен бути мінімальним. Враховуючи значний відсоток холостих ходів у верстатах з позиційними системами ЧПУ, до приводу подач пред'являються вимоги високої швидкодії і забезпечення значних швидкостей переміщення при малій дискретності. У багатоцільових верстатах і ГВМ частка холостих ходів зростає через переміщення, що виконуються при зміні інструменту.

Операція позиціонування виконується також при інших видах управління верстатами. Тому в більшості випадків привід подач верстатів з ЧПУ (окрім інших вимог) повинен задовольняти також вимогам, що пред'являються до цього приводу в позиційних системах.

Контурні прямокутні (колінеарні) системи ЧПУ застосовують у верстатах, у яких обробка проводиться лише при русі по одній координаті і оброблювана поверхня паралельна (колінеарна) з направляючою даної координати. У більшості верстатів застосовують прямокутні координати, тому такі системи отримали назву прямокутних. У цих системах, так само як і в позиційних, програмуються кінцеві координати переміщення. Проте, крім того, в програмі задається швидкість руху відповідно до необхідного режиму різання, і переміщення виконується по черзі по кожній з координатних осей. У цих системах відставання або випередження (розузгодження) за швидкістю щодо запрограмованого значення безпосередньо не викликає погрішності обробки, оскільки при цьому інструмент продовжує рух по заданій траєкторії. Виникає лише порушення розрахункового режиму різання і пов'язана з цим зміна шорсткості оброблюваної поверхні і пружних деформацій системи верстат — деталь.

Прямокутні системи управління застосовують у верстатах фрезерної, токарної і шліфувальної груп.

Контурні криволінійні системи ЧПУ застосовують у верстатах багатьох груп. Вони забезпечують формоутворення при обробці в результаті одночасного узгодженого руху по декількох керованих координатах. У загальному випадку число координат може бути більше трьох. Програму руху приводу подач по окремих координатах при контурній і об'ємній обробці розраховують, виходячи із заданої форми оброблюваної деталі і результуючої швидкості руху, що визначається режимом різання. Розузгодження приводу подач може привести до помилки при обробці контуру.

Контурні системи є найбільш складними як з погляду алгоритму роботи ПЧПУ, так і з погляду вимог, що пред'являються до приводу подач.

Різновидом контурних систем ЧПУ є синхронні (або синфазні) системи, вживані в основному в зубообробних верстатах. ПЧПУ задає постійне співвідношення швидкостей по двох або більшому числу координатних осей верстата, а формоутворення забезпечується завдяки конфігурації інструменту. Співвідношення швидкостей руху по осях задається програмою і зберігається на весь час обробки даної деталі. В більшості випадків потрібно не тільки забезпечити певне співвідношення середніх швидкостей руху по координатах, але також зберегти певну неузгодженість (синфазність) в приводах координат. Одна з координат верстата (зазвичай головний привід) служить базовою і на ній встановлюють вимірювальний перетворювач (датчик). Синфазна система входить як складовий елемент в ПЧПУ токарно-гвинторізних верстатів для забезпечення режиму нарізування різьби.

Комбіновані системи ЧПУ, що відповідають в повному об'ємі вимогам позиційних і контурних пристроїв, застосовують в основному для управління багатоцільовими верстатами і ГВМ. Створення комбінованих систем дозволило скоротити номенклатуру ПЧПУ.

Циклові системи програмного управління містять в цифровому вигляді тільки інформацію про цикл і режими обробки, а величина переміщення робочих органів задається настройкою упорів, що впливають на шляхові перемикачі. Циклові системи програмного управління відрізняються від числових порівняльною простотою. Відповідно технологічні можливості їх менш широкі. Верстати з цикловим програмним управлінням доцільно застосовувати в серійному і крупносерійному виробництві при тривалій обробці партії деталей.

Багато систем з мікропроцесорним управлінням виконують самодіагностування. У разі виявлення помилки її умовне позначення (код) висвічується на екрані ПЧПУ. Це полегшує завдання наладчику.

Напрямок і найменування координатних осей, по яких переміщаються механізми верстата, керовані за програмою, нормовані Міжнародним стандартом ІСО. Як указувалося вище, вісь переміщення шпинделя, який передає силу різання, позначається через Z незалежно від того, обертає шпиндель інструмент або заготівку. Вісь зорієнтується горизонтально. На верстатах із заготовками, що обертаються, (токарних і ін.), вісь X паралельна поперечним санчатам супорта. За додатний напрям руху по осях приймається напрям руху, при якому збільшується відстань між заготівкою і утримувачем інструменту. Додатний рух по осі Y повинен бути вибраним залежно від напряму руху по осях С і Z для отримання правої декартової системи – координат. Регламентується також індексація інших координат.

Дискретність (ціна імпульсу) — це переміщення механізму, відповідне одному імпульсу управляючої програми. Дискретність переміщення визначає значення помилки, обумовленої відображенням траєкторії руху в цифровій формі. Щоб понизити цю. погрішність, доцільно зменшити дискретність. Проте це приводить до збільшення управляючої частоти для забезпечення необхідної швидкості переміщення. При зростанні частоти ускладнюються ПЧПУ, привід подач і вимірювальні перетворювачі зворотного зв'язку. Крім того, зниження дискретності не скрізь є виправданим, оскільки система верстат — деталь може вносити істотно великі похибки. Виходячи з вимог точності і продуктивності в верстатах фрезерної і свердлувальної груп, в більшості випадків приймається дискретність 10 мкм, для багатоцільових, координатно-розточувальних, шліфувальних, електроерозійних вирізних верстатів 0,5—1 мкм. У токарних і фрезерних верстатах підвищеної точності дискретність також не повинна перевищувати 1 мкм.

Підготовка управляючих технологічних програм. Носії технологічних програм.

Створення УП є одним з головних виробничих етапів при використанні устаткування з ЧПУ. Без урахування трудомісткості цього етапу не можна визначити область застосування і ефективність верстатів ЧПУ.

Підготовка УП для обробки деталі на верстаті з ЧПУ в загальному випадку означає підготовку і нанесення на носій програми  необхідних команд, які можуть бути автоматично прочитані і виконані системою управління і самим верстатом. Наладчик верстатів з ЧПУ повинен добре знати процес підготовки УП, легко читати програму на перфострічці і уміти при необхідності коректувати програму. Наладчик повинен уміти визначити причини браку при виготовленні деталі або поломки інструменту, які можуть виникнути в результаті, неправильно складеною УП, або із-за збоїв в системі ЧПУ, або із-за відмов механічних вузлів.

При програмуванні вирішальне значення має збір і впорядкування інформації перед тим, як вона буде нанесена на носій програми. Спочатку з креслення оброблюваної деталі отримують геометричну інформацію, тобто розміри елементів деталі (наприклад, координати отвору, радіус дуги кола контуру, що фрезерується, і т.ін.). Потім, користуючись довідниками і інструкціями, формують технологічну інформацію, індивідуальну для кожного технологічного переходу (наприклад, вид інструменту, частоту обертання інструменту, подачу і так далі). На основі геометричної і технологічної інформації по кожному переходу і складають УП.

При підготовці УП детально вивчають технологічні операції; визначають послідовність переходів і найбільш раціональний режим їх виконання, що забезпечує отримання деталі заданих розмірів за мінімальний машинний час.

Існують наступні методи підготовки УП (рис. 2.1): ручне програмування, при якому збір і впорядкування інформації і нанесення її на носій програми здійснює технолог-програміст;   машинне програмування, при якому такі роботи, як кодування інформації, визначення переміщень інструменту, вибір режимів різання і оптимальної послідовності виконання переходів і т.ін., виконує ЕОМ; машинне програмування біля верстата, оснащеного мікропроцесорним ПЧПУ (у найбільш доконаному виді – це завдання УП з клавіатури ПУЧПУ в режимі діалогу, в процесі якого багато питань призначення режимів різання вирішуються МІКРОЕОМ ПЧПУ і використовуються типові технологічні цикли, що зберігаються в пам'яті ПЧПУ).

Рисунок 2.1. Методи підготовки УП

І – ручне програмування, ІІ – машинне програмування за допомогою ЕОМ,

ІІІ – запис УП на носій в вигляді міні-касети або електронної пам’яті,

ІV – машинне програмування біля верстата, що оснащений мікропроцесорним ПЧПУ;

1- вихідні дані за геометричними параметрами деталі,     2- технологія обробки,

3-інструмент і пристосування,    4- розрахунок програми на клавішних апаратах,

5- перфорація стрічки з УП,        6- запис програми розрахунку на ЕОМ,

7- підготовка перфострічки з УП,               8- ЕОМ.            9- програма процесора,

10- програма постпроцесора для певного верстата,           11- УП,

12- ПЧПУ з завданням програми на перфострічці,            13- верстат,

14- магнітна міні касета (або блок електронної пам’яті,

15- пристрій запису програм на магнітну міні-касету(або блок електронної пам’яті).

Методи кодування УП, вид носія програми і щільність запису на ньому, способи зчитування інформації з УП є основними показниками систем ЧПУ і залежать в основному від елементної бази ПЧПУ.

Для першого покоління ПЧПУ характерні наступні показники: програмний носій на магнітній стрічці; запис УП у фазомодульованому вигляді або унітарному коді (послідовності імпульсів); мала щільність запису і, як наслідок, значна довжина УП; проте пристрій ЧПУ спрощується і забезпечується його надійність. Таке рішення відповідало рівню розвитку техніки в той період.

Майже одночасно в якості програмоносія почали застосовувати перфострічку із завданням УП в кодованому вигляді. Спочатку використовували перфострічку на п’ять доріжок (код БЦК-5), потім перфострічку на вісім доріжок із записом УП по Міжнародних стандартах кодування інформації (ІСО).

Стандартизація кодування в ПЧПУ другого покоління дозволила уніфікувати підготовку УП і застосовувати однакове введення програми в різних ПЧПУ. Стандартизація кодування УП зберігається при розширенні технологічних можливостей верстатів і відповідно розширенні функцій ПЧПУ (ГОСТ 20999-83).

В період створення ПЧПУ другого покоління розвиваються методи автоматичного програмування на універсальних ЕОМ; при цьому крім траєкторії руху інструменту щодо заготівки програмуються параметри режимів обробки.

Створення управляючою МІКРОЕОМ з електронною пам'яттю зумовило подальше вдосконалення ПЧПУ. Системи ЧПУ третього і четвертого поколінь забезпечують не тільки редагування УП, але і завдання нової УП безпосередньо по кресленню деталі (оперативні системи управління). У міру введення мов високого рівня, типових циклів і самонастройки режимів різання, програмування розповсюджується на все складніші види обробки; підготовка УП і їх редагування здійснюються безпосередньо на верстаті. Це дозволило підвищити оперативність виробництва, скоротити час наладки і перевірки УП, виключити етап підготовки перфострічки, підвищити надійність роботи ПЧПУ.

Наступним етапом, пов'язаним із створенням гнучких виробничих систем, є автоматичний розрахунок УП за допомогою ЕОМ верхнього рівня.

УП записують на перфострічку у вигляді послідовності фраз (якщо верстат має магнітну міні-касету або електронну касету, то УП спочатку записують на перфострічку, а потім переписують на відповідний носій програми ПЧПУ).

Кожна фраза містить інформацію (геометричну і технологічну), необхідну для обробки певної ділянки деталі або для виконання спеціальних функцій (початок програми, прискорене підведення інструменту і т.ін.). Послідовністю фраз в програмі визначається послідовність обробки деталі на верстаті.

Кожна фраза складається з деякого числа рядків, в яких записують кодові позначення символів програми. Декілька послідовно записаних рядків, що визначають одне поняття, утворюють слово.

Декілька слів, що визначають групу дій за деякий проміжок часу, складають кадр.

Фразами задають тільки ту інформацію, яка змінюється по відношенню до попередньої фрази. Застосовують адресну систему запису, при якому використовують буквені адреси, що передують числовій інформації. Застосування буквених адрес дозволяє проводити запис слів у фразах в будь-якій послідовності і використовувати єдиний спосіб кодування для верстатів різного технологічного призначення і різного рівня автоматизації; при цьому за певними командами управління закріплені відповідні символи коду адреси.

На рис. 2.2 приведений фрагмент перфострічки на вісім доріжок. Відстані між отворами і базовою кромкою повинні бути витримані в межах заданих допусків. Невиконання цієї умови (у тому числі і для транспортного отвору діаметром = 1,17 мм) може привести до неправильного читання УП, записаною на стрічці. Необхідно витримувати не тільки допуск (± 0,05 мм) на крок (тобто відстань між центрами отворів, дорівнює 2,54), але і (щоб уникнути накопиченої похибки) допуски на суму кроків. Наприклад, за стандартом відстань, що відповідає 50 крокам, повинна бути (127±0,5) мм, а що відповідає 100 крокам - (254±1,0) мм [замість (127±2,5) мм і (254±5) мм, якщо скласти допуски на крок]. Застосовують білу і чорну паперову перфострічку (чорна стрічка практично нечутлива до замаслення).

Рис.2.2 Фрагмент перфострічки на вісім доріжок.

Кодом називається умовне позначення цифри, числа і букви. Кодування необхідне для складання УП, нанесення її на програмоносій і правильному зчитуванні УП системою управління верстатом.

Вимоги, що пред'являються до коду: максимальна стислість запису; легкість його зчитування людиною після нетривалого тренування; мінімальна вірогідність помилки при його автоматичному зчитуванні і записі.

Числом називається послідовність цифр (0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 і 9) з урахуванням їх розрядності. Процес кодування чисел називається численням. В якості основи для побудови системи числення можна використовувати будь-яке ціле число, що перевищує одиницю. Будь-яке число Z можна записати наступним чином:

Z = ZiBn-1 + ZjBn-2+ ZkBn-3 + . + ZrBn-n,

де 0 < Zi,j,k. <B – 1;   B > 1 – основа числення;    n — розряд числа.

У десятковій системі числення основа B = 10, а Bn=10n визначає вагу n-го розряду. Число в цій системі є сумою добутків цифр (0; 1; 2; .; 9) на вагу відповідного розряду числа. Наприклад, число 341 = 3·102 + 3·101 + 1·100, а число 341,79 = 3·102 + 3·101 + 1·100 +7·10-1 + 9·10-2.

Такий вид запису, маючи найбільшу наочність, викликає великі труднощі при його реалізації засобами обчислювальної техніки, оскільки пристрій для зчитування такої інформації не може в одному рядку розрізняти десять можливих цифр. Тому для кожного розряду числа потрібно мати десять рядків для запису цифр від 0 до 9, тобто, наприклад, для запису п'ятирозрядного числа необхідно п'ятдесят рядків.

У двійковій системі числення основа В = 2. При цьому десяткові цифри від 0 до 9 відображаються у вигляді чотирьохрозрядних двійкових чисел (табл. 2.1).

Таблиця 2.1 Таблиця відповідності десяткових цифр двійковим числам

десяткові цифри

двійкові числа

десяткові цифри

двійкові числа

0

0000

5

0101

1

0001

6

0110

2

0010

7

0111

3

0011

8

1000

4

0100

9

1001

Таким чином, для запису всіх цифр від 0 до 9 при двійковій системі потрібно чотири рядки проти 10 рядків при десятковій системі. Проте читання чисел, що мають п'ять і більш десяткових розрядів в двійковій системі практично неможливо. Наприклад, число 7842,041 в двійковому коді матиме наступний вигляд: 7842,041 = 1111010100010, 0000101001111111. При цьому необхідно провести досить тривалі обчислення.

Тому була розроблена комбінована двійково-десяткова система числення, яка в даний час знайшла найбільш широке практичне застосування.

Допустимо, що потрібно перемістити стіл верстата по осі X на 273,41 мм при дискретності 0,01 мм. Отже, в програмі нам потрібно вказати, що по осі X необхідно переміститися на 27341 імпульс. Спочатку кожну цифру числа 27341 записують в двійковому коді (див. табл. 2.1): 2 = 0010; 7=0111; 3 = 0011; 4 = 0100; 1 = 0001. Потім набивають ці цифри послідовними рядками на перфострічку і отримують двійково-десятковий код заданого числа, оскільки номер n кожного з п'яти рядків, що відповідають десятковому розряду числа, визначає коефіцієнт К, на який потрібно помножити записану в рядку (у двійковому коді) цифру, щоб отримати потрібне число (наприклад, 2·104 = 20000; 7·103 = = 7000 і т.ін.). Якщо перед записаним у двійково-десятковому коді числом розташований покажчик X (у відповідному коді), то система управління верстатом прочитає наступну вказівку: перемістити виконавчий орган верстата (наприклад, стіл) по осі Х на 273,41 імпульс.

Кодування управляючої інформації

Міжнародним стандартом ІСО регламентовані єдині (для всіх видів верстатів) правила кодування інформації УП на носієві даних (перфострічці, магнітній стрічці і т.ін.). УП записують у вигляді послідовності кадрів. Перед кодуванням інформації проводять умовний запис кадру, використовуючи для цього буквені, графічні і цифрові символи, значення яких приведені в табл. 2.2 і 2.3.

Зміст кадру УП також регламентований. Кожен кадр повинен містити: слово "Номер кадру"; інформаційні слова або слово ("Допускається не використовувати"); символ "Кінець кадру". Залежно від виконання верстата зміст кадру може розрізнятися, але послідовність запису символів повинна відповідати стандарту на формат кадру.

При використанні символів табуляції вони проставляються перед кожним словом (за винятком слова "Номер кадру") в кадрі УП.

Таблиця 2.2 Буквені символи кодування інформації і їх значення.

Символ

Значення

A

Кут повороту навколо осі X

B

Кут повороту навколо осі Y

C

Кут повороту навколо осі Z

D

Друга функція інструменту

E

Друга функція подачі

F

Перша функція подачі

G

Підготовча функція

H

Не визначений

I

Параметр інтерполяції або крок різьблення паралельно осі X

J

Параметр інтерполяції або крок різьблення паралельно осі Y

K

Параметр інтерполяції або крок різьблення паралельно осі Z

L

Не визначений

M

Допоміжна функція

N

Номер кадру

O

Не визначений

P

Третинна довжина переміщення, паралельного осі X

Q

Третинна довжина переміщення, паралельного осі Y

R

Переміщення на швидкому ходу по осі Z або третинна довжина переміщення, паралельного осі Z

S

Функції головного руху

T

Перша функція інструменту

U

Вторинна довжина переміщення, паралельного осі X

V

Вторинна довжина переміщення, паралельного осі Y

W

Вторинна довжина переміщення, паралельного осі Z

X

Первинна довжина переміщення, паралельного осі X

Y

Первинна довжина переміщення, паралельного осі Y

Z

Первинна довжина переміщення, паралельного осі Z

Таблиця 2.3 Графічні і цифрові символи кодування інформації і їх значення

Символ

Найменування

Значення

Гт

Табуляція

Символ, що управляє переміщенням друку в наступну знакову позицію в тому ж рядку. Призначений для управління пристроями друку при друці УП

ПС

Кінець кадру

Кінець кадру УП

%

Початок програми

Початок УП (використовується також для зупинки носія даних при зворотному перемотуванні)

(

дужка ліва

На верстаті не відпрацьовується інформація, що записана за цим знаком

)

дужка права

+

Плюс

Математичний знак

-

Мінус

Математичний знак

.

Крапка

Десятковий знак

/

Пропуск кадру

Знак означає, що записана за цим знаком до символу "Кінець кадру" інформація може відпрацьовуватися або не відпрацьовуватися на верстаті (залежно від положення перемикача на пульті ПЧПУ. Перед символами "Номер кадру" і "Головний кадр" знак діє на цілий кадр УП

;

Головний кадр

Головний кадр УП

Інформаційні слова в кадрі рекомендується записувати в такій послідовності: "Підготовча функція" (G); "Розмірні переміщення" (X, Y, Z, U, V, W, Р, Q, R, A, B, C); "Параметр інтерполяції або крок різьблення" (L, J, K); "Функція подачі" (відноситься тільки до певної осі і повинне слідувати безпосередньо за словом "Розмірне переміщення" по цій осі; слово "Функція подачі", що відноситься до двох і більше осям, повинно слідувати за останнім словом "Розмірне переміщення", до якого воно відноситься); "Функція головного руху" (S); "Функція інструменту" (T); "Допоміжна функція" (M). Слова "Розмірні переміщення" і "Параметр інтерполяції або крок різьблення" не повинні повторюватися в одному кадрі УП.

Кожна УП повинна починатися символом "Початок програми", після якого ставиться символ "Кінець кадру". Далі слідують кадри зі своїми номерами.

При розміщенні на носієві даних декількох УП перед символом "Початок програми" першою УП допускається записувати ще один символ "Початок програми". 

Перед символом "Початок програми" може бути записана будь-яка інформація (примітки по наладці верстата, різні ідентифікатори програми і т.ын.), що не містить символу "Початок програми".

УП повинна закінчуватися символом "Кінець програми" або "Кінець інформації". Перед символом "Початок програми" і після символів "Кінець програми" і "Кінець інформації" на перфострічці рекомендується залишати ділянки з символом "Порожньо".

При необхідності працювати в режимі "Пропуск кадру" (наприклад, для здійснення налагоджувальних переходів при наладці верстата і виключення цих переходів після закінчення наладки) перед символами "Номер кадру" і "Головний кадр" треба записувати символ "Пропуск кадру".

При записі слів з використанням десяткового знаку можуть бути опущені незначущі нулі, що стоять до і після знаку (наприклад, запис Х1030 – розмір 1030,0 мм по осі X); розмір, представлений одними нулями, може бути записаний одним нулем.

У керівництві по ПЧПУ, що додається до верстата, описуються формат кадру і УП.

Таблиця 2.4. Підготовчі функції

Підготовча функція

Ознака

Значення

G00

I

Позиціонування. Швидке переміщення в задану точку. Раніше задана робоча подача не відміняється. Переміщення по осях можуть бути нескоординовані

G01

I

Лінійна інтерполяція. Переміщення із запрограмованою подачею по прямій до точки

G02 і G03

I

Кругова інтерполяція Рух по дузі відповідно в додатному і від’ємному напрямі із запрограмованою подачею

G04

Пауза. Затримка у відробітку на час, що встановлений на пульті або заданий в кадрі.

G06

I

Параболічна інтерполяція. Рух по параболі із запрограмованою подачею

G08

Розгін. Плавне збільшення швидкості подачі до запрограмованого її значення на початку руху

G09

Гальмування в кінці кадру. Плавне зменшення швидкості подачі до фіксованого значення при наближенні до заданої точки

G17, G18, G19

II

Площина обробки Завдання відповідно площин XY, ZX, YZ для таких функцій, як кругова інтерполяція. Корекція ріжучого інструменту і ін.

Підготовча функція

Ознака

Значення

G33, G34,  G35

I

Різьблення. Нарізування відповідно з остійним кроком та з кроками, що збільшуються і зменшуються

G40

III

Відміна корекції інструменту, заданої однією з функцій G41-G52

G41, G42

III

Корекція діаметру або радіусу інструменту при контурному управлінні. Ріжучий інструмент розташований зліва або праворуч від оброблюваної поверхні, якщо дивитися у напрямку руху інструменту

G43, G44

III

Корекція діаметру або радіусу інструменту відповідно додатна або від’ємна. Вказівка відповідно про додавання (або віднімання) значення зміщення інструменту, встановленого на пульті, з координатами, заданими в кадрах.

G45 - G52

III

Корекція діаметру або радіусу інструменту при прямолінійному формоутворенні.

G53

IV

Відміна зсуву, заданого однією з функцій G54-G59

G54 -G59

IV

Зсув нульової точки деталі щодо нуля верстата по X, Y, Z, XY, ZX, YZ. Корекція довжини або положення інструменту на величину, встановлену на пульті

G60-G61

V

Точне позиціонування. Позиціонування в межах однієї або двох зон допуску, а також вибір сторони підходу при позиціонуванні.

G62

V

Швидке переміщення. Позиціонування в межах однієї або двох зон допуску, а також вибір сторони підходу при позиціонуванні

G62

V

Швидке переміщення. Позиціонування великою зоною допуску для економії часу

G63

-

Нарізування різьби мечиком. Позиціонування із зупинкою шпинделя при досягненні заданого положення.

G80

VI

Відміна постійного циклу, заданого однією з функцій  G81- G89

G81-G89

VI

Постійні цикли. Послідовність часто вживаних при обробці отворів команд. Постійні цикли приведені в табл. 2.5

G90

VII

Абсолютний розмір. Відлік переміщення  в абсолютній системі координат з початком в нульовій точці системи ЧПУ

G91

VII

Розмір в прирощеннях. Відлік переміщення щодо попередньої запрограмованої точки.

G92

-

Установка абсолютних накопичувачів положення.

G94, G95

VIII

Одиниця частоти обертання шпинделя (відповідно мм/хв і мм/об).

G96

IX

Одиниця швидкості різання (м/хв). Запрограмоване значення швидкості різання підтримується автоматично регулюванням частоти обертання шпинделя

G97

IX

Одиниця вимірювання головного руху (об/хв)

У ПЧПУ реалізується значне число підготовчих і допоміжних функцій. Підготовчі функції пов'язані з режимами роботи, формою руху, циклами обробки і так далі Перелік цих функцій і їх кодування, що рекомендується, приведені в табл. 2.4. Об'єднання функцій в групи по ознаках, вказаних в другій колонці, визначає можливість взаємної відміни їх дії. Прочерк означає, що функція діє тільки в тому кадрі, в якому вона вказана. Якщо в одному кадрі необхідно декілька підготовчих функцій, то їх записують в порядку зростання номерів їх ознак.

Підготовча функція використовується також при записі інших підпрограм. Найбільшою мірою це відноситься до запису постійних циклів. Кодування постійних циклів свердлувально-розточувальної обробки, що рекомендується, приведене в табл. 2.5.

Таблиця 2.5. Рекомендоване кодування постійних циклів свердлувально-розточувальної обробки

Код функції

Рух при обробці

Дія в кінці обробки

Рух в початкове положення після обробки

Типове використання

пауза

шпиндель

G81

Робоча подача

-

-

Швидке відведення

Свердління отворів

G82

Робоча подача

+

-

Швидке відведення

Свердління, зенкування

G83

Подача з періодичним виведенням інструменту

-

-

Швидке відведення

Глибоке свердління

G84

Обертання шпинделя в заданому напрямку, робоча подача шпинделя

-

реверс

Відведення на робочій подачі

Нарізання різьби мечиком

G85

Робоча подача

-

-

Відведення на робочій подачі

Розточування, розвертання

G86

Вмикання шпинделя, робоча подача

-

зупинка

Швидке відведення

Розточування

G87

Вмикання шпинделя, робоча подача

-

зупинка

Ручне відведення

Розточування

G88

Вмикання шпинделя, робоча подача

+

зупинка

Ручне відведення

Розточування

G89

Робоча подача

+

-

Відведення на робочій подачі

Розточування, розвертання

Розмірні переміщення повинні задаватися в абсолютних значеннях або прирощеннях. Спосіб управління розмірними переміщеннями вибирається підготовчою функцією (G 90-"абсолютний розмір"; G91-"Розмір в прирощеннях"). Лінійні переміщення задаються в міліметрах і їх десяткових долях, рідше в дюймах. У останньому випадку повинна бути записана підготовча функція, що вказує на одиницю вимірювання. Кутові розміри задаються в радіанах або градусах. Знаки плюс або мінус повинні передувати першій цифрі кожного розміру, указуючи напрямок переміщення (знак плюс можна не ставити).

Слово "Функція подачі" може визначати як результуючу швидкість подачі, так і складові цієї швидкості по координатних осях. У кадрі результуюча швидкість подачі записується під адресою F після всіх слів "Розмірні переміщення". "Слово "Функція подачі", що відноситься до певної осі координат, записується безпосередньо за словом "Розмірне переміщення" по цій координаті. Розмірність швидкості подачі кодується підготовчою функцією G94 або G95.

Слово "Швидкість головного руху" записується з адресою S і визначає лінійну швидкість точки контакту інструменту з деталлю в мм/хв. (підготовча функція G96)  або частоту обертання шпинделя (столу) в об/хв. (підготовча функція G97).

Для кодування швидкостей подачі і головного руху застосовуються декілька методів.

Рекомендується використовувати метод прямого позначення як найбільш наочний (наприклад, швидкість подачі 20 мм/хв. записується чотиризначним десятковим числом 0020).

При кодуванні методом геометричної прогресії значення швидкостей подачі і головного руху задаються двозначними кодовими числами.

Символічний метод кодування передбачає позначення швидкостей подачі і головного руху одно - або двохрозрядними кодовими числами, заданими в інструкції по програмуванню для конкретного верстата з ЧПУ.

Слово "Функція інструменту" використовується для вказівки інструменту і коректора. У цьому слові з адресою Т записується кодове число з однією або двома групами цифр. У слові з однією групою цифр задається тільки номер інструменту або його позиція, а коректор для цього інструменту визначається іншим словом з адресою D. У слові з двома групами цифр перша група цифр визначає номер (або позицію) інструменту, а друга - номер коректора довжини, положення або діаметру інструменту. Наприклад, слово Т1218 позначає адрес (Т), номер інструменту (12) і номер коректора (18). Якщо програмується номер інструменту без вказівки коректора, то друга група цифр містить нулі (Т1200), а якщо програмується коректор для заданого в одному з попередніх кадрів інструменту, то нулі містить перша група цифр (Т0018).

Слово "Допоміжна функція" визначає команду виконавчому органу верстата або ПЧПУ. Допоміжні функції задаються словами з адресою М і двозначним десятковим кодовим числом (М00-М99). Кодування допоміжних функцій приведене в табл. 2.6.

Більшість допоміжних функцій виконуються до початку переміщень, запрограмованих в тому ж кадрі, і діють до відміни або заміни їх командами аналогічного призначення. У одному кадрі в порядку зростання кодових номерів може бути записане декілька команд різним виконавським органам верстата з ЧПУ.

Структуру кадру для конкретного верстата з ЧПУ визначає формат УП — умовний запис кадру з максимальним об'ємом інформації, що визначає набір вживаних слів, порядок їх розташування і об'єм інформації кожного слова.

Символи "Початок програми", "Головний кадр", "Кінець кадру", "Пропуск кадру" позначаються відповідно до табл. 2.3, явна десяткова кома позначається символом "DS".

За адресою кожного слова "Розмірне переміщення" слідують дві цифри, перша з яких показує число розрядів перед десятковою комою, що відокремлює цілу від дробової частини числа, друга, — число розрядів після коми. Якщо можна опустити нулі, що стоять перед першою і після останньої значущих цифр в словах "Розмірні переміщення", то за адресою слова "Розмірне переміщення" повинні слідувати три цифри. Якщо опускаються нулі, що стоять перед першою значущою цифрою, то нулем повинна бути перша цифра. Якщо опускаються нулі, що стоять після значущої цифри, то нулем повинна бути остання цифра.

Таблиця 2.6. Кодування допоміжних функцій

Код функції

Функція починає діє

Функція діє

Назва

до початку переміщення в кадрі

після виконання переміщення в кадрі

до відміни (заміни) відповідної допоміжної функції

тільки в тому кадрі де вона записана

M00

X

X

Програмована зупинка

M01

X

X

Зупинка з підтвердженням

M02

X

X

Кінець програми

M03

X

X

Обертання шпинделя за годинниковою стрілкою

M04

X

X

Обертання шпинделя проти годинникової стрілки

M05

X

X

Зупинка шпинделя

M06

X

Зміна інструмента

M07

X

X

Вмикання охолодження №1

M08

X

X

Вмикання охолодження №2

M09

X

X

Вимикання охолодження

M10

X

X

Затискання

M11

X

X

Вивільнення

M12- M18

Не визначені

M19

X

X

Орієнтація шпинделя

M20- M29

Постійно не визначені

M30

X

X

Закінчення інформації

M31- M47

Не визначені

M48

X

X

Відміна M49

M49

X

Відміна ручної корекції

M50- M57

Не визначені

M90- M99

Постійно не визначені

Якщо абсолютні розміри завжди додатні, то між адресою і наступним числом не ставлять ніякого знаку; якщо розміри або додатні, або від’ємні, то між адресою і наступним за ним числом ставиться знак плюс.

За адресою безрозмірних слів слід записувати одну цифру, що показує число цифр в слові. Якщо можна опустити нулі, що стоять перед першою значущою цифрою, то за адресою безрозмірних слів повинні слідувати дві цифри, перша з яких нуль.

Приклад запису формату:

% : /DSN03 G02X+ 053 Y + 053Z + 053F031S04T04M02*

У прикладі приведений запис УП для ПЧПУ, що сприймає явну десяткову кому, з символами початку програми, головного кадру і пропуску кадру. Провідні нулі у всіх словах дозволяється опускати:

N03 – тризначний номер кадру

G02 – двозначна підготовча функція

X + 053 – переміщення по осі X із знаком плюс або мінус, п'ять цифр зліва від десяткової коми і три цифри справа

Y + 053 – те ж, для осі у

Z + 053 – те ж, для осі Z

F031 – швидкість подачі, три цифри зліва від десяткової коми і одна цифра справа

T04 – чотиризначна функція головного руху Т04 – чотиризначна функція інструменту

M02 – двозначна допоміжна функція

*- символ "Кінець кадру"

Умовний запис формату УП показує, як слід формувати його при конкретному програмуванні для даного верстата.

У керівництві по верстату приводяться також наступні відомості: перелік і призначення всіх реалізованих підготовчих і допоміжних функцій; таблиці кодів швидкостей подач і головного руху; таблиці кодових номерів позицій інструменту; перелік номерів коректорів з вказівкою їх призначення і особливостей застосування; межі розмірних переміщень по всіх осях координат; перелік всіх сприйманих символів заданого кодового набору; перелік і кодові номери всіх підпрограм, що зберігаються в пам'яті ПЧПУ.

Запис інформації на перфострічку.

Після кодування інформації УП у вигляді послідовності кадрів відповідно до викладеними вище правилами здійснюють запис УП на програмоносій, найбільш поширеним видом якого є перфострічка.

Якщо УП вводять з клавіатури прямо в пам'ять ПЧПУ за допомогою буквено-цифрових і індексних клавіш, то необхідність в перфострічці відпадає.

Запис УП на перфострічку проводять шляхом перфорації на ній кодових отворів. Код визначається місцем перфорації на рядку (рис. 2.3). Символи формату УП подаються комбінаціями кодових отворів на перфострічці. Цю операцію при ручному програмуванні виконують на пристрої підготовки перфострічки. У рядку перфострічки отвори перших семи доріжок (сигма 1 - сигма 7) є інформаційними, а отвори восьмої доріжки (p) служать для контролю на парність. Доріжка 6 називається транспортною або синхродоріжкою.

Рисунок 2.3. Розташування доріжок на перфострічці:

1- рядок, 2- крок перфорації, 3- кодові отвори, 4- базова

кромка, 5- транспортні отвори, 6 транспортна доріжка.

У табл. 2.7 приведено розташування отворів на перфострічці (“1” - знак отвору), що утворюють кодові комбінації відповідно буквам, символам і знакам, вказаним в табл. 2.2 і 2.3.

Для перфорації стрічки при ручному програмуванні широко використовується установка "Брест - 1т", до складу якої входять перфоратор (типу ПЛ або ін.), електрична машинка для друку (ЕМД), зчитуючий пристрій для контролю стрічок і електронний блок управління.

Основними режимами роботи установки "Брест - 1т" є наступні:

"Підготовка даних" - перфорування тексту УП, що набирається на клавіатурі ЕМД;

"Роздруківка" - друкування тексту УП, що зчитується з перфострічки;

"Реперфорація" - виготовлення дубліката перфострічки;

"Порівняння" - перевірка ідентичності перфорації двох перфострічок;

"Порівняння з клавіатурою" - контроль тексту УП на перфострічці шляхом порівняння його з текстом, що набраний на клавіатурі ЕМД;

"Порівняння і друк"- порівняння перфорації двох перфострічок з перфорацією третьої перфострічки і друк тексту УП.

На всіх режимах роботи передбачені контроль і виправлення виявлених помилок. При автоматичній підготовці УП функції пристрою "Брест-1Т" виконує периферійне устаткування ЕОМ, а контроль УП проводиться за допомогою ЕОМ.

Помилки в УП виникають як при завданні початкових даних, так і в процесі її розрахунку і запису. Розрізняють помилки геометричні, технологічні і помилки перфорації.

Геометричні помилки з'являються при завданні розмірів деталі і заготовки, координат налагоджувальних точок інструментів і початкових положень робочих органів верстата, а також при розрахунку траєкторії інструменту. Для виявлення геометричних помилок застосовують графічні пристрої - електромеханічні (графічні пристрої) і електронно-променеві (дисплеї).

Технологічні помилки пов'язані з неправильним вибором ріжучого інструменту, пристосувань для закріплення інструменту і заготовок, послідовності обробки і параметрів режимів різання. Ці помилки найповніше виявляються при пробній обробці заготовки на верстаті.

Помилки перфорації є наслідком неточних дій при перфорації стрічки або збоїв в роботі пристрою підготовки перфострічки. Більшість таких помилок виявляються при прогоні перфострічки (у режимі її прискореного контролю) в ПЧПУ верстата.

Помилки кодування можуть бути одиночні, подвійні і т.ін. Одиночна помилка - це неправильне значення в якому-небудь одному розряді коді (0 замість 1 і навпаки), подвійна - те ж, але в двох розрядах коду і т.ін. Статистично встановлено, що найчастіше зустрічаються одиночні помилки. Якщо вдається виявити 100 % одиночних помилок до початку різання, то по сигналу помилки зупиняється зчитуючий пристрій ПЧПУ, а оператор оповіщається про помилку за допомогою світлового або звукового сигналу. Якщо ж помилка не виявляється, то вона може привести до браку оброблюваної деталі, а іноді і до поломки інструменту. Для уникнення цього необхідно, щоб одиночні помилки самокорегувались схемою переробки даних в ПЧПУ верстата.

Як правило, в ПЧПУ виправляються тільки одиночні помилки, оскільки розпізнавання і виправлення подвійних помилок, що зустрічаються значно рідше, викликає ускладнення системи діагностики.

Таблиця 2.7. Розташування отворів на перфострічці

Кодова комбінація

символ

Назва символу

P

7

6

5

4

C*

3

2

1

0

0

0

0

0

0

0

0

Пусто

Пропуск рядка

1

0

0

0

1

0

0

0

ВШ

Повернення на крок

0

0

0

0

1

0

0

1

ГT

Табуляція

0

0

0

0

1

0

1

0

ПС

Кінець кадру

1

0

0

0

1

1

0

1

ВК

Повернення каретки

1

0

0

1

1

0

0

1

КН

Кінець носія

1

0

1

0

0

0

0

0

Пропуск

Зсув каретки на крок

1

0

1

0

0

1

0

1

%

Початок програми

0

0

1

0

1

0

0

0

(

Кругла дужка ліва

1

0

1

0

1

0

0

1

)

Кругла дужка права

0

0

1

0

1

0

1

1

+

Плюс

0

0

1

0

1

1

0

1

Мінус

1

0

1

0

1

1

1

1

/

Пропуск кадру*

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

0

0

1

0

2

0

0

1

1

0

0

1

1

3

1

0

1

1

0

1

0

0

4

Цифри

0

0

1

1

0

1

0

1

5

0

0

1

1

0

1

1

0

6

1

0

1

1

0

1

1

1

7

1

0

1

1

1

0

0

0

8

0

0

1

1

1

0

0

1

9

0

0

1

1

1

0

1

0

:

Головний кадр

0

1

0

0

0

0

0

1

А

0

1

0

0

0

0

1

0

В

1

1

0

0

0

0

1

1

С

0

1

0

0

0

1

0

0

D

1

1

0

0

0

1

0

1

E

1

1

0

0

0

1

1

0

F

0

1

0

0

0

1

1

1

G

0

1

0

0

1

0

0

0

H

1

1

0

0

1

0

0

1

I

1

1

0

0

1

0

1

0

J

0

1

0

0

1

0

1

1

К

1

1

0

0

1

1

0

0

L

0

1

0

0

1

1

0

1

M

0

1

0

0

1

1

1

0

N

1

1

0

0

1

1

1

1

O

Букви. Символи адрес

0

1

0

1

0

0

0

0

P

1

1

0

1

0

0

0

1

Q

1

1

0

1

0

0

1

0

R

0

1

0

1

0

0

1

1

S

1

1

0

1

0

1

0

0

T

0

1

0

1

0

1

0

1

U

0

1

0

1

0

1

1

0

V

1

1

0

1

0

1

1

1

W

1

1

0

1

1

0

0

0

X

0

1

0

1

1

0

0

1

Y

0

1

0

1

1

0

1

0

Z

1

1

0

1

1

1

1

1

ЗБ

Забій

При побудові кодів з розпізнаванням помилок для УП верстатів з ЧПУ в більшості випадків використовують контроль "по модулю", в основі якого лежить наступна залежність:

modm (n) = К, де К = т — (n – т (n/m) ) число "по модулю", що додається до n, після чого n + т ділиться на т без залишку;  [n/m] — ціла частина від ділення n на т; n – задане кодоване число: т – модуль.

Використовувати число "по модулю" для контролю правильності перфорації і зчитування можна різними способами.

У коді ІСО прийнято, щоб в кожному рядку перфострічки число перфорацій було парне [mod2(n)= 0] . Для забезпечення цієї умови служить восьма доріжка перфострічки, на якій автоматично пробивається отвір, якщо кількість решти отворів в даному рядку є непарним, контроль проводиться при зчитуванні інформації.

Можлива побудова кодів, що самокорректуються, і відповідних їм логічних схем, які не тільки реєструють помилку, але і коректують її, внаслідок чого задане число читається правильно, не дивлячись на наявність помилки. Але такий код вимагає істотного збільшення числа доріжок на перфострічці.

Число N доріжок, на яких кодується інформація, пов'язане з числом М доріжок, необхідних для виявлення і коректування одиночних помилок, наступною залежністю:

2n < 2м/ (M+ 1).

Тому для контролю введення УП з перфострічки коди, що самокорректуються, не застосовуються, проте їх використовують для контролю інформації, записаної в пам'яті ПЧПУ.

Не менш важливим, чим контроль помилок перфорації, є контроль помилок, допущених технологом при програмуванні. Ці помилки бувають геометричні (вони є причиною неправильних переміщень і приводять до браку оброблюваних деталей або поломки інструменту) і технологічні (вони обумовлені неправильним вибором режиму різання і є причиною зниження продуктивності верстата, виникнення вібрацій, швидкого зносу інструменту і його поломки).

Досвід експлуатації верстатів з ЧПУ показав, що найчастіше на стадії розробки УП зустрічаються геометричні помилки, для виявлення яких використовують графічні пристрої — плотери (графопобудовники).

За допомогою таких пристроїв можна викреслити УП дуже детально (з вказівкою видів інструментів і їх номерами, визначенням напряму руху і т.ін.).

Незрівнянно великою швидкодією володіють дисплеї, за допомогою яких зображення УП висвічується за долі секунди. Дисплеї дозволяють також значно спростити введення виправлень в УП, для чого використовують електронний олівець, що є, як правило, фотодіодом, який при попаданні на нього світлового променя замикає електричний ланцюг. Зафіксоване положення променю в момент замикання дозволяє автоматично з'ясувати, який елемент УП замінюється. Якщо потрібно змінити радіус елементу, контур якого відображений на дисплеї, то для виправлення достатньо електронним олівцем підкреслити зображення цього радіусу і набрати на клавіатурі його нову величину.

За допомогою графічних пристроїв або дисплеїв можна також виявити і деякі технологічні помилки, наприклад, невідповідність типу інструменту запрограмованому технологічному переходу і ін.

Ручне програмування

При ручному програмуванні по кресленню деталі складають таблицю з УП, в яку вносять в тимчасовій послідовності всі робочі рухи верстата, необхідні для обробки деталі. Кожен відрізок УП містить досить багато додаткової інформації (у вигляді команд, характерних для відповідного верстата), що враховує властивості оброблюваного матеріалу, розміри і положення інструменту, швидкість різання і т.ін. Потім отримані УП переносять на перфострічку.

Рисунок 2.4. Креслення заготовки (а) і її розміри в абсолютних координатах (б);

                          штриховою лінією показаний контур заготовки до обробки

Процес ручного програмування розглянемо на прикладі підготовки УП для чорнової обробки чавунної литої заготовки (рис. 2.4) на токарно-револьверному верстаті з двома револьверними головками (рис. 2.5), розташованими на одному супорті. На шестигранній головці (з вертикальною віссю обертання) закріплюють стрижньові і розточувальні інструменти, а на круглій (з горизонтальною віссю обертання) — різці для зовнішньої обробки.

Спочатку розробляють технологічні переходи, вибирають інструменти і їх розташування на револьверних головках, визначають метод кріплення заготівки і режим різання для кожного переходу.

Рисунок 2.5. Взаємне розташування інструментів, закріплених в круглій 3 і шестигранній 2 револьверній головках, і заготовки, що закріплена в патроні1.

Позначивши буквами A, B, C, D, E і F (див. рис. 2.4, а) елементи заготовки, що підлягають обробці, і використовуючи дані про інструмент (розміри і ріжучі властивості якого приводяться в довідковій документації), технолог визначає інструмент для кожного переходу обробки і заповнює технологічну карту (табл. 2.8).

Таблиця 2.8. Технологічна карта

Позиція

револьверних головок

Технологічні

дані

круглої

шестигранної

Діаметр обробки, мм.

Швидкість різання, мм/хв.

Частота обертання, об./хв.

Подача, мм/об.

Подача, мм/хв.

Торець А

R1

215

120

180

0,45

82

Торець Е

125

120

300

0,4

120

Знімання фаски D і обточування циліндруC

R2

125

120

300

0,25

75

Обточування закруглення B

149

120

250

0,25

62

Розточування отвору F

H1

75

90

390

0,25

100

З табл. 2.8 видно наступне: торці А і Е обробляються інструментом, закріпленим у позиції R1 круглої головки; елементи В, С і D обробляють інструментом, закріпленим у позиції R2 круглої головки; отвір F розточують різцем, закріпленим у позиції HI шестигранної головки. Взаємне розташування інструментів в револьверних головках і заготівки також визначене (див. рис. 2.5). Після того, як вирішені технологічні питання, переходять до геометричних розрахунків.

Якщо верстат працює в абсолютній системі координат, то креслярські розміри перераховують в абсолютні розміри в системі координат, в якій зазвичай,одна вісь співпадає з лівим торцем деталі, а друга — з віссю деталі (див. рис. 2.4, б). Наприклад, абсолютний розмір (X) 37,5 відповідає радіусу отвору діаметром 75мм, абсолютний розмір (Z) 115 – довжині деталі 115мм і т.ін.

Потім визначають траєкторію руху кожного інструменту (рис. 2.6). Розглянемо, наприклад, траєкторію підрізного різця, встановленого у позиції R1 (рис. 2.6, а). У початковій точці центр радіусу закруглення вершини різця має координати (X) 125 і (Z) 250мм, а радіус закруглення при вершині різця дорівнює 1,5мм. Ці координати визначаються, як правило, за умови, що центр супорта знаходиться в "нульовій" точці, а також з урахуванням радіусу круглої револьверної головки і вильоту різця. З початкової точки різець рухається із швидкістю швидких переміщень по горизонталі до точки 1 з координатами (X) 125 і (Z) 51,5; координата (Z) враховує радіус закруглення вершини різця 1,5мм, так що відстань між передньою кромкою різця і точкою 1 складає 50мм. З точки 1 різець опускається (із швидкістю робочої подачі) до точки 2 з координатами (X) 74,5 і (Z) 51,5, здійснюючи підрізування торця. З точки 2 різець переміщається (із швидкістю швидких переміщень) в точку 3 (початок підрізування правого крайнього торця) з координатами (X) 75 і (Z) 116,5. З точки 3 різець опускається (із швидкістю робочої подачі) в точку 4 з координатами (X) 32 і (Z) 116,5,а потім переміщається в точку з координатами (X) 50 і (Z) 140, в якій проводиться поворот револьверної головки. В результаті цього повороту підводиться прохідний різець, встановлений у позиції R2, і почнеться виконання наступного технологічного переходу.

Рисунок 2.6. Траєкторія руху підрізного (а), прохідного (б) і розточувального (в) різців.

Рисунок 2.7. Визначення кінцевих положень різця при обробці фаски (конусу).

На рис. 2.6, б показана траєкторія прохідного різця, а на рис. 2.6, в — траєкторія руху розточувального різця, встановленого у позиції H1 шестигранної револьверної головки.

Зазвичай інструкції по ручному програмуванню мають допоміжні таблиці, що спрощують розрахунок. На рис. 2.7 приведена таблиця для розрахунку кінцевих положень різця при обробці фаски (конуса), якщо радіус закруглення при вершині різця 1,5мм.

Для визначення траєкторії прохідного різця, закріпленого у позиції R2 круглої револьверної головки, при обробці фаски виконують наступні обчислення.

1. Розраховують координату (Z2) точки 2 (див. рис. 2.6, б): (Z2)=102,5+а=103,13. Тут 102,5 — координата (Z) вершини фаски на деталі (див. рис. 2.4, б); а = 0,63 при а = 45° (див. рис. 2.7).

2. Розраховують координату (Х2) точки 2 (див. рис. 2.6, б): (Х2) =62,5+1,5=64. Тут 62,5 — координата (X) вершини фаски (див. рис. 2.4, б); 1,5 – радіус вершини різця.

3. Розраховують координату (Zj) точки 1 (див. рис. 2.6, б):

(Zx)=(Z2)+12,5+2-1,5=103,13 + 12,5 + 3 = 118,63. Тут 12,5 = (Z)115 –(Z) 102,5 (див. рис. 2.4, б); 1,5 – радіус вершини різця.

4. Для визначення катета прямокутного трикутника з а = 45° (див. рис. 2.7) визначають різницю (Zx) -(Z2)= 118,63 – 103,13 = 15,5.

5. Розраховують координату (Xt) точки 1 (див. рис. 2.6, б):

(Xi)=(Х2)–15,5= 64–15,5 = 48,5.

Після визначення координат траєкторії переміщення інструментів здійснюють кодування інформації УП за допомогою спеціальних бланків (табл. 2.9). Розглянемо цей процес, вважаючи, що ПЧПУ верстата має лінійну і кругову інтерполяцію. Для того, щоб приступити до кодування, необхідно ознайомитися з наступними кодами команд, які приводяться в інструкції до верстата: N – номер фрази; S – код частоти обертання шпинделя (об/хв.); М – допоміжні команди; G — підготовчі функції; ±Х, +Z — коди переміщення; Y і К — коди положення дуг кіл, F — код подачі.

Таблиця 2.9. Бланк кодування інформації УП

Номер фрези

Код швидкості шпинделя

Допоміжні  команди

Підготовчий код

Коди переміщень

Код розташування дуги

Код подачі

Xнапр

Zнапр

N

S

M

M

M

G

X

Z

Y

K

F

Вибір частоти обертання шпинделя, поворот кругової револьверної головки в-1, вибір абсолютних координат

N001

S01*

M27*

M21

G90*

Вмикання шпинделя вперед, прискорене підведення (7500 мм/хв.) в вихідне положення

N002

M03*

G73*

X125,00

Z250,00

F90*

Охолодження, вмикання, прискорене підведення (7500 мм/хв.) до точки 1.

N003

M08

Z051,50

Переміщення з швидкістю 120 мм/хв. до точки 2

N004

G01*

X074,50

F54

Прискорене переміщення з швидкістю 2500 мм/хв. до точки 3

N005

Z116,50

F99

Зміна частоти обертання шпинделя, переміщення з подачею 82 мм/хв. в точку 4.

N006

S02*

X032,00

F50

Прискорене переміщення ( 2500 мм/хв.) в точку повороту револьверної головки

N007

X050,00

Z140,00

F99

Поворот круглої револьверної головки в положення R = 2

N008

M28*

M22

Номери кадрів управляючої програми, позначаються трьохрозрядним числом, і тому перший кадр має номер 001. Далі йде код S01*, який означає, що частота обертання шпинделя 180 об/хв., як і передбачено в табл. 2.8. (Тут і далі коди, позначені знаком "*", показують, що ці команди діють до появи нової команди, в даному випадку S02.) Допоміжні команди: М27 — поворот круглої револьверної головки вгору; М21 — поворот головки до позиції R1. Підготовчий код G90 — позиціонування в нульовій точці.

Кадри від N001—N008 відносяться до управління роботою інструменту, закріпленого у позиції R1; кадри N009—N013 — до інструменту, закріпленого у позиції R2; кадри N014—N022 — до інструменту, закріпленого у позиції H1.

У табл. 2.9 приведена інформація тільки на перших вісім кадрів (всього чорнова обробка займає 22 кадри). Після заповнення цієї таблиці здійснюють запис УП відповідно до правил, що викладені вище.

Розглянутий приклад є простим. Природно, що для багатьох випадків процес програмування набагато складніший. Наприклад, при фрезерній обробці значно складніше провести розрахунки заданих різним способом дуг кіл, прямих, дотичних до дуг кіл і т.ін.

Крім того, в даному прикладі не використовувалися підготовчі функції типових циклів і підпрограми на окремі ділянки обробки. У пристроях ЧПУ починаючи з третього покоління (2С75, "Електроніка НЦ-31" і ін.) такі можливості є. Це істотно полегшує завдання ручного програмування.

У зв'язку із зростаючою складністю верстатів і розвитком обчислювальної техніки створюється велика кількість систем автоматизації підготовки УП на універсальних ЕОМ,  МІКРОЕОМ, персональних комп’ютерах. Для ряду верстатів (токарних, шліфувальних) при обробці деталей простої конфігурації використовується програмування у верстата з мікропроцесорним ПЧПУ. В цьому випадку термін "ручне програмування" також передбачає використання елементів автоматизації підготовки УП.

Рисунок 2.8. Програмований зсув нуля при зміні інструменту (а) і лінійному переміщенню (б).

Залежно від прийнятого методу підготовки УП (див. 2.1) змінюється і супровідна документація, яка в загальному випадку включає: операційне креслення деталі; карту наладки верстата і інструменту; операційно-розрахункову карту (при ручній підготовці УП); УП на носії програми і її роздруківку; графік траєкторії інструментів (у разі викреслювання його при контролі УП); акт перевірки УП.

Операційне креслення містить вказівки про взаємне розташування базових поверхонь деталі, кріпильного пристосування і інструменту, а також опис технологічних переходів.

Карта наладки верстата заповнюється технологом-програмістом в процесі ручної підготовки УП або видається при підготовці УП на ЕОМ.

У карті, що використовується при налагодженні інструменту поза верстатом на спеціальних пристосуваннях, записані координати вершин інструментів.

Операційна розрахунково - технологічна карта (див. табл. 2.9), що призначена для ручної підготовки УП, передує написанню УП в заданому форматі або безпосередній перфорації стрічки.

Приведений приклад ручного програмування відносився до конкретної деталі токарної обробки. Проте можна виділити ряд елементів, які, будучи загальними для різних УП, полегшують запис і розуміння підготовленої програми. Деякі з вказаних елементів розглянуті нижче.

Узгодження координат. Для узгодження системи координат деталі (у якій задані координати опорних точок траєкторії інструменту) з системою координат верстата разом із зміщенням нуля відліку переміщень робочих органів (встановлюваним уручну з пульта управління) застосовується програмоване зміщення нуля, який кодують підготовчою функцією G92 в кадрі, що відпрацьовується без переміщення робочих органів верстата.

Програмоване зміщення нуля використовується також для врахування в УП змін розміру інструменту при їх зміні або зношуванні. Наприклад, після повороту різцеутримувача (рис. 2.8, а) для заміни свердла різцем функція G92 (у кадрі обліку зміщення нуля) записується в наступному вигляді (i — номер кадру):

Величини X і Z приведені (у фігурних дужках) в прирощеннях, а значення i визначає номер кадру. «…» вказують на те, що в кадр можуть входити також інші функції.

Лінійне переміщення (рис. 2.8, б) записується в такому вигляді

Функція G91 показує, що величини задані в прирощеннях. Якщо ж вони задаються в абсолютних значеннях, то замість функції G91 слід вказати функцію G90:

Коли ПЧПУ має можливість працювати тільки в одному із способів завдання розмірів, то ці підготовчі функції не указуються. Більшість ПЧПУ третього покоління дозволяють виконати програмування обома методами. Проте початкуючим програмістам рекомендується користуватися завданням в прирощеннях (функція G91), оскільки в цьому випадку зберігається пряме співвідношення між вказаним в кадрі переміщенням інструменту, і його фактичним переміщенням.

Нижче приведені приклади завдання величин в абсолютній системі координат. Слід пам'ятати, що незалежно від того, чи переміщається шпандель з інструментом щодо заготовки або заготовка щодо інструменту, при програмуванні передбачається, що переміщається інструмент.

Позиціонування на швидкому ходу кодується функцією G00. У разі руху з точки Т0 в точку Т1 запис в кадрі має такий вигляд:

При такому записі рух виконується одночасно по всіх координатах з максимальною швидкістю, тому у разі руху по трьом координатам результуюча швидкість більше максимальної швидкості по координаті  рази.

У тих випадках, коли позиціонування доцільно виконати з почерговим рухом по координатах, то замість вказаного кадру записують три:

Переміщення на робочій подачі задається ділянками інтерполяції: при русі по прямому колу — лінійна інтерполяція; при русі по дузі кола – кругова інтерполяція. Швидкість робочої подачі задається словом "Функція подачі". У це слово входить адреса F і величина подачі, які діють на всіх інтерпольованих ділянках до її заміни.

Для ділянки переміщення з точки Т0 в T1 з лінійною інтерполяцією:

Для ділянки переміщення з круговою інтерполяцією, що складається з дуг T0T1 і T1T2 (рис. 2.9), записуються два кадри. Причому указується напрямок руху (за годинниковою стрілкою або проти) функціями G02 і G03, а в першому кадрі указується площина інтерполяції (див. табл. 2.4):

У ПЧПУ класу CNC програмування руху по колу може проводитися завданням радіусу R кола.

У багатьох з цих ПЧПУ передбачено також безеквідістантне програмування, тобто завдання інформації не по траєкторії руху центру інструменту (еквідістанті ), а по параметрах обробленої поверхні, вказаної в кресленні деталі.

Нарізування   різьблення   з постійним кроком (рис. 2.10) кодується підготовчою функцією G33 (див. табл. 2.4). При траєкторії, показаній на рис. 2.10, записується чотири кадри:

прискорене підведення (Т0Т1)

нарізання різьби з(Т1 Т2) кроком, що заданий параметром К

прискорене відведення (Т2Т3)

відведення по осі Z3 Т0)

Рисунок 2.9. Параметри задані при русі по дузі з круговою інтерполяцією.

Рисунок 2.10. Параметри задані при нарізанні .

Гальмування в кінці відробітку кадру використовується досить часто для зменшення динамічної помилки приводу, наприклад при реверсуванні.

На рис. 2.11 показана ділянка фрезерування канавки, в якому при підході до точки T1 потрібно понизити швидкість. В цьому випадку рух по траєкторії T0-T1-T2 записується двома кадрами з застосуванням підготовчої функції G09 (див. табл. 2.4):

При розробці УП приведені елементи програми слід розглядати в їх взаємозв'язку з попередніми кадрами.

Приклади програмування

Рисунок 2.11. Ділянка руху з гальмуванням в точці Т1.

У більшості ПЧПУ другого покоління програмування руху інструменту виконується виходячи з траєкторії його центру (еквідістанти). Тому спочатку по кресленню деталі необхідно визначити еквідістанту. У ПЧПУ третього покоління програмування може вестися безпосередньо по кресленню деталі, а еквідістанта враховується введенням корекції на радіус інструменту. Проте якщо розуміти відмінність еквідістантного контура від контура деталі, легко визначити похибки обробки, обумовлені неточностями завдання УП. Тому розглянемо фрезерування по контуру з розрахунком еквідістанти (рис. 2.12). Для того, щоб отримати необхідну форму   деталі, фреза повинна переміщатися по дотичній до лінії або кола, відтворюючого контур оброблюваної заготовки. При цьому лінія, що сполучає центр фрези з точкою дотику, буде перпендикулярна контуру оброблюваної заготовки. Точка зламу прямої контуру деталі і переходу прямої в дугу позначені 1-8. В першому кадрі УП доцільно для безпеки записати відміну команд і корекцій:

Рисунок 2.12. Програмування за еквідістантою:

I – поверхня заготовки, II – закінчення швидкого переміщення фрези, III – стіл верстата,

IV – еквідістанта, V – кріпильні болти,  VI – фреза діаметром 12,7мм.

Рисунок 2.13. Визначення положення центру фрези в точці 2 на рис.2.12.

Рисунок 2.14. Визначення еквідістанти при перетинанні прямої і дуги.

Автоматизація підготовки управляючих програм.

Створення системи автоматизації підготовки УП (САП УП) на універсальних ЕОМ зводиться до розробки необхідного для цього програмно-математичного забезпечення. Перфорація стрічки і контроль УП виконуються з допомогою периферійного устаткування, що є на обчислювальному центрі. САП УП створюються також на базі автоматизованого робочого місця (АРМ) і МІКРОЕОМ.

Розрахунок УП на універсальних ЕОМ має велике значення також у зв'язку з постійним швидким розвитком систем автоматичного проектування (САПР). Створюється можливість одночасно з кресленням деталі проектувати технологію виготовлення деталі і отримати УП на перфострічці або іншому носії програм. Системи автоматичної підготовки програм на ЕОМ можна поділити на два види: універсальні, розраховані на широку групу верстатів, і спеціалізовані, орієнтовані на конкретні умови застосування верстатів (обмеження по інструменту, видам обробки і тому подібне). Обидва типи систем знаходяться в безперервному розвитку: нарощуються завдання, що вирішуються при підготовці УП; удосконалюються вхідні мови. САП все більш зливаються за складом математичного забезпечення із загальною системою технологічної підготовки виробництва. Остання включає розрахунок режимів різання, операційну технологію і розробку технологічного маршруту.

САП, розрахована на певну групу верстатів з ЧПУ, повинна бути пристосована до різних модифікацій верстатів усередині цієї групи. Для цього універсальні системи будують з двох основних частин (процесора і процесора поста), зв'язаних між собою проміжною мовою.

Процесор — це частина системи, що розв’язує проблемно-орієнтовані завдання, тобто завдання, загальні для всіх верстатів даної групи. Процесором проводяться всі геометричні і більшою чи меншою мірою технологічні розрахунки, вирішуються завдання трансляції початкової інформації, записаної на вхідній мові (на мові ЦОМ). Важливо відзначити, що процесори підвищеного рівня мають бібліотеку з даними про інструмент, про оброблювані матеріали, про верстати і навіть про основні пристосування для затискання деталей і інструменту. Це дозволяє технологові-програмістові скоротити відомості, записувані в початкові дані.

Процесор поста — це частина системи, що розв’язує  верстатно-орієнтовані завдання, тобто завдання, зв'язані з урахуванням конкретного типу верстата і його системи управління. Процесором поста вирішуються завдання кодування інформації, обліку розташування нульових точок, обліку динамічних характеристик приводів подач і т.ін. Деякі завдання можуть вирішуватися як в процесорі, так і в процесорі поста, якщо є необхідна бібліотека даних, наприклад вибір застосованих на верстаті подач і частот обертання. Доцільно, щоб процесор поста був мінімального об'єму і по можливості простим і щоб один процесор міг працювати з десятками процесорів поста.

З метою уніфікації стиковки процесорів поста з процесором і передачею інформації між ними Міжнародним Комітетом Стандартів ІСО була розроблена проміжна мова (CILDATA).

При забезпеченні виходу з процесора на уніфікованій проміжній мові можлива уніфікація процесорів поста між підприємствами, що експлуатують різні САП.

Мова програмування включає словник із смисловим змістом і правила написання текстів початкових програм. У простому випадку мова програмування може бути набором спеціальних форм і таблиць з правилами заповнення їх рядків і стовпчиків. Для роботи з САП технологові досить ознайомитися з мовою системи.

Рисунок 2.19. Використання автоматизованого робочого місця для підготовки УП.

Власне система програмування є комплексом обчислювальних програм, що знаходяться на машинних носіях інформації ЕОМ (магнітних стрічках, перфострічках, дисках і т.ін.). При необхідності введення системи в дію обчислювальні програми заносяться в оперативну пам'ять машини. Здійснюється введення початкових програм на мові програмування, розшифровка їх змісту, виконання необхідних обчислень, кодування результатів розрахунку.

Рівень автоматизації систем програмування визначається співвідношенням між об'ємом інформації, що задається програмістом, і інформацією, закладеною в УП. Спостерігається тенденція до безперервного підвищення автоматизації систем програмування, в яких можна виділити три рівні. На самому нижньому рівні ЕОМ виконує розрахунок на підставі докладних вказівок технолога про всі операції, послідовність і характер переміщення, види інструменту і т.ін. Напівавтоматичний метод програмування передбачає участь технолога по тих елементах обробки, для яких відсутня формалізація технології обробки, а в решті випадків задаються узагальнені вказівки про обробку зон (нормалізовані схеми обробки), використовувані інструменти і режими різання. При найбільшому ступені автоматизації програмування початкова інформація містить тільки дані про остаточну форму деталі і заготовки. Всі необхідні технологічні рішення (послідовність обробки, режими різання, необхідні інструменти з наявного набору, облік собівартості обробки і т.ін.) виконуються системою програмування ЕОМ з оптимізацією окремих операцій.

Ефективною є підготовка УП на МІКРОЕОМ у поєднанні з планшетним копіювальником АРМ (рис. 2.19). Координатні дані зчитуються з креслення і автоматично перетворяться ЕОМ в дані для УП. Планшетний кодувальник працює в двох режимах: 1) фіксація даних при натисненні кнопки; 2) послідовна вибірка з певним кроком, заданим оператором. У першому випадку автоматично генеруються значення кодів ІСО: G 00, G01 (позиціонування, лінійна інтерполяція) або G02, G03 (кругова інтерполяція, що проходить через три крапки).

На базі великих і середніх ЕОМ розроблені ефективні системи автоматизованої підготовки і контролю УП для верстатів з ЧПУ.

Діалогові методи програмування на ПЧПУ

Все мікропроцесорні ПЧПУ дозволяють виконати підготовку УП у верстата з клавіатури пульта. Така можливість у багатьох пристроях поєднується з іншими методами введення УП: з перфострічки; міні-касети; електронної пам'яті і т.ін. Причому введення з клавіатури пульта може бути суміщений з обробкою, тобто верстат в цей час не простоює. Природно, що введення завдання УП з клавіатури пульта верстата застосовується для простих видів обробки. Істотно полегшують цехове програмування діалогові методи введення УП. При використанні таких методів на екрані дисплея ПЧПУ висвічується послідовність питань, на які повинен відповісти оператор натисненням певних буквених або цифрових клавіш. Ці питання можуть також задаватися у вигляді переліку, з якого треба вибрати бажаний варіант.

Діалоги виконуються з текстом, орієнтованим на певну групу верстатів і характерну для цієї групи технологію обробки. Перелік варіантів обробки або питань, пропонованих діалогом, висвічується на екрані дисплея. При цьому застосовуються два методи звернення до інформації. Згідно першого методу на загальному полі екрану висвічується перелік запитань з привласненням кожній позиції порядкового номера. Вибір позиції (рядку) виконується натисненням відповідної номеру рядка цифрової клавіші на пульті. Пропонований для вибору перелік називають також "м е н ю", а спосіб завдання УП — за допомогою "меню".

Згідно другого методу поряд з екраном дисплея розміщується ряд кнопок. Напроти цих кнопок відводиться поле дисплея, на якому висвічуються скорочені слова, що позначають варіанти обробки або режими роботи ("меню"). Для вибору треба натиснути кнопку, яка знаходиться напроти слова. Ці кнопки називаються кнопками "Меню" або віртуальними  (перепризначуваними).

Перший метод виконання діалогу має перевагу в частині можливості використання більшого поля дисплея, що дозволяє висвічувати повніший текст питань. Перевагою другого методу є простота введення, обумовлена тим, що кожна кнопка знаходиться напроти питання. Це дозволяє легко виконати різного роду блокування.

Для контролю УП в деяких діалогових системах передбачено викреслювання на дисплеї контура деталі і траєкторії руху інструменту. Така система підготовки УП реалізована на ПЧПУ "Електроніка НЦ80-31" (рис. 2.20). Система має назву "Діалог Т" і займає об'єм пам'яті близько 10 Кбайт. Пунктиром на рисунку показана запрограмована траєкторія руху інструменту. У цій системі при завданні УП вирішується ряд технологічних завдань: розбиття припуску, контроль траєкторії рухи і інші розрахунки, пов'язані з підготовкою УП.

Рисунок 2.20. Загальний вигляд дисплейного блоку ПЧПУ

                        "Електроніка НЦ80-31" (1 виконання):

1 – касета зовнішньої пам’яті (ЦМД), 2 – графічне зображення токарної обробки, 3 - кнопки «меню», 4 – кнопка режимів, 5 – цифрова клавіатура.

Для завдання УП в діалогових системах не вимагається знання умовних зображень і формату кадру. По даним, що вводиться оператором, МІКРО-ЕОМ формує УП у вигляді, необхідному для роботи ПЧПУ. Зокрема, може формуватися автоматично програма у вигляді форматів ІСО, у разі потреби вона відображується на дисплеї.

Система "Діалог Ш" підготовки УП для круглошліфувальних верстатів, реалізована в ПЧПУ "Електроніка МС2101.04". "Діалог Ш" забезпечує введення і редагування інформації про геометрію деталі, характеристики матеріалу заготівки, необхідну послідовність виконання технологічних операцій, константи верстата, константи технології. На підставі цих даних система розраховує або вибирає з констант параметри, що визначають виконання конкретних технологічних переходів, і проводить генерацію УП в коді ІСО. "Діалог Ш" забезпечує зберігання введеної інформації на ЗП ЦМД.

Діалогова система складається з п'яти технологічних форматів: 1) "Бібліотека УП"; 2) "Загальні дані"; 3) "Геометричні дані"; 4) "Послідовність переходів"; 5)"Технологічні дані". Блок-схема зв'язку форматів з вказівкою на кнопки "меню" приведена на рис. 2.21. Окрім цих форматів в системі є допоміжні формати: "Константи верстата" (F6) і "Константи технології" (F7). Ці формати не доступні операторові верстата. Вони використовуються на верстатобудівному заводі при стиковці з ПЧПУ.

УП для круглошліфувальних верстатів виконують у вигляді послідовності технологічних переходів. На кожному переході задаються загальні дані, геометричні дані, технологічні дані. Послідовність технологічних переходів вибирається оператором. УП задається безпосередньо з креслення. При цьому може бути використана технологічна карта.

На основі даних форматів "Геометричні дані" і "Послідовність переходів" автоматично формується "меню" формату "Технологічні дані", яке відповідає вибраному циклу обробки, корекції або правки. Заповнення формату "Технологічні дані" числовими значеннями технологічних параметрів виконується автоматично, шляхом використання констант, що зберігаються в пам'яті ЕОМ; є можливість редагування цих даних оператором-технологом. Такий спосіб завдання УП називають також методом "лоцмана".

Рисунок 2.21. Блок-схема зв’язку форматів системи "Діалог Ш":

Режими: 1 – введення і редагування УП, 2 -  введення констант, 3 – робота з бібліотекою УП;

Кнопки: S18 – змінювання сторінки всередині формату,  S19 – змінювання формату, S36 – кнопка виклику режиму введення і редагування,  S37 – кнопка виклику формату роботи з бібліотекою даних на ЗП ЦМД, S38 – кнопка виклику формату константи.

Вибране "меню" формату "Технологічні дані" заповнюється числовими даними після натиснення кнопки "меню" "Автоматичний розрахунок". Кожному формату в режимі редагування відповідає фіксований склад "меню".

Формат "Бібліотека УП". ПЧПУ дозволяє одночасно звертатися до двох УП. По одній УП може проводитися обробка на верстаті, тоді як інша УП може формуватися і редагуватися. Формат "Бібліотека УП" передбачає відображення на екрані повного списку УП, що зберігаються на ЦМД. "Меню" формату "Бібліотека УП" дозволяє за допомогою функціональних кнопок будь-яку УП із відображеного на екрані списку переводити в ОЗП.

Ідентифікація кожної УП проводиться по номеру деталі (креслення) в цифровому вигляді. Вибір відповідного рядка з номером УП (із загального переліку на екрані) проводиться за допомогою курсору у вигляді зірочки (*). Після закінчення перезапису УП (з пам'яті на ЦМД в ОЗП) може бути проведений її перегляд або редагування. Після закінчення редагування натисненням кнопки "Генерація" проводиться формування УП в коді ІСО і включення її в штатну пам'ять на ЦМД.

Завдання інформації на описуваних нижче форматах "Загальні дані", "Геометричні дані" і "Послідовність переходів" проводиться в режимах введення і редагування. Режим введення забезпечує завдання оператором значень параметрів в послідовності, передбаченій в інструкції.

Режим редагування дозволяє операторові вибрати параметр, числове значення якого можна задати або відредагувати.

Формату "Загальні дані" відповідає одне "меню" — твердість матеріалу всієї деталі. Кнопкове "меню" дозволяє вибрати систему вимірювання твердості (HRC; НВ; HV). При натисненні однієї з відповідних клавіш в набірному полі на екрані дисплея з'являється напис "ТВЕРДІСТЬ НВ" (HRC або HV). Число набирається за допомогою цифрової клавіатури. Після натиснення клавіші "Кінець введення" інформація з набірного поля переноситься в основне технологічне поле екрану.

Введені дані зберігаються в пам'яті ЕОМ і виводяться на екран в наступному форматі "Геометричні дані". У випадку, якщо твердість якого-небудь ступеня виробу відрізняється від загальної твердості деталі, необхідно (за допомогою клавіатури "меню" формату "Геометричні дані") змінити твердість для цього ступеня.

Облік твердості матеріалу заготовки здійснюється системою при виборі режимів обробки, що указуються у форматі "Технологічні дані". Відповідно до цього алгоритму оброблювані матеріали по твердості підрозділяються на три групи:

1) легкошліфовані матеріали (HRC < 30) — сталі в стані постачання (відпалені, нормалізовані, покращені); 2) середньошліфовані матеріали (HRC 30—50) – сталі, що пройшли термічну обробку, а також спеціальні сталі; 3)важкошліфовані матеріали (HRC > 50) — азотовані і цементовані сталі. Окружна швидкість V обертання оброблюваної деталі складає до 60 м/хв. для легко шліфованих матеріалів, до 45 м/хв. для середньо шліфованих матеріалів і до 30 м/хв. для важко шліфованих матеріалів. Розраховані по заданій твердості константи швидкості, не враховують фактичного діапазону твердості оброблюваного матеріалу, стану шліфувального круга і його ріжучої здатності, що визначається режимами правки і ступенем затупленості круга. Тому оператор може коректувати величину окружної швидкості.

Формат "Геометричні дані" забезпечує введення і редагування геометричної інформації, необхідної для обробки деталі на верстаті. Вся геометрична інформація береться безпосередньо з креслення деталі. До складу формату входить "меню", що забезпечує введення загальної для циліндра і конуса інформації, а також даних, відповідних циліндровій або конічній поверхні.

При натисненні на відповідну функціональну кнопку кнопкового "меню" в набірному полі екрану висвічується найменування і розмірність вибраного параметра (функції). Цифрова інформація набирається на цифровій клавіатурі пульта управління ПЧПУ і також висвічується в набірному полі екрану дисплея. Кнопкою "№ СТУП" вводиться номер оброблюваного ступеня, до якого відноситься геометрична інформація.

Кнопками "меню" вводяться координата Z (мм), діаметр оброблюваного ступеня D (мм), допуск на обробку ступеня (мкм), вид поверхні оброблюваного ступеня (гладка, переривиста, конус, циліндр), а також твердість ступеня (якщо ця твердість відрізняється від твердості виробу, заданої за допомогою формату "Загальні дані"). Передбачена можливість корекції величини твердості (у HRC, НВ або HV).

Рисунок 2.22. Формат «Геометричні дані» з заповненою інформацією по обробці конусу (поле «меню» не заповнене).

Рисунок 2.23. Формат «Послідовність переходів»

Підготовка креслення деталі для введення УП полягає в приведенні основних геометричних розмірів до абсолютного вигляду від єдиної бази відліку і в розкритті допоміжної інформації. Повинні бути приведені абсолютні розміри всіх (у тому числі і необроблюваних) ступенів з відліком по координаті Z від лівого торця деталі і з відліком від осі деталі для координати D. На ступені з конусною поверхнею вказуються абсолютна координата торця, правий діаметр конуса і конусність. На кресленні повинні бути також приведені і розкриті числові значення допусків на обробку. Всі (зокрема необроблювані) ступені деталі повинні бути пронумеровані по порядку зліва направо.

На рис. 2.22 представлений формат "Геометричні дані" із заповненою інформацією по обробці конуса. Конусність відображається з додатним (якщо діаметр справа більший за діаметр зліва) або від’ємним (діаметр зліва більший за діаметр справа) знаком.

На рис. 2.23 представлений формат "Послідовність переходів". Цикли обробки можуть відрізнятися за режимом обробки ступеня: чорнове, чистове або змішане шліфування. За допомогою кнопок "меню" вибираються цикли корекції похибки верстата і правки шліфувального круга: осьова орієнтація, узгодження по ПАК, правка правого торця круга, правка периферії шліфувального круга.

У полі "меню" рис. 2.23 показаний можливий вибір переходів, що є на даній сторінці формату. Щоб вибрати один з них, треба натиснути розташовану поряд кнопку (на рисунку не показана). Номер послідовності, який слід дати цьому переходу, встановлюється курсором. Натиснення кнопки напроти напису "Возв." викликає повернення попереднього формату. У полі коментарів вказано, що переходи вибираються в режимі редагування ("Ред.").

Прийняті скорочення ("ПАК" — прилад активного контролю; "Соглас." — узгодження і т.ін.) швидко засвоюються оператором.

У верхньому полі екрану дається вказівка з необхідності заповнення рядків ("Виберіть параметр").

Вся функціональна і цифрова інформація висвічується у відповідному набірному полі екрану. Для перенесення її в технологічне поле екрану використовується кнопка "Кінець набору".

Окремою кнопкою "Обробка" можна відмінити або призначити виконання переходу обробки ступеня, корекції погрішностей або правки шліфувального круга. Запис про виконання або невикористання переходу з'являється у відповідному рядку технологічного поля екрану в колонці з найменуванням "Обраб." (обробка). Якщо в рядку є запис "Ні", то відробіток даного переходу відміняється. Якщо ж в колонці "Обраб." немає ніяких записів (див. рис. 2.23), то перехід, записаний в даному рядку, виконуватиметься.

На екрані формату «технологічні дані» висвічуються довідкові дані: номер УП і оброблюваного ступеню (СТ), номер переходу (№), що визначає цикл обробки на даному ступені, вигляд і форма поверхні, геометричні дані Z, D, В, назва циклу обробки. Значення технологічних параметрів, необхідні для даного циклу, висвічуються автоматично на основі масиву констант. Ці ж параметри можуть призначатися і коректуватися оператором в допустимому діапазоні величин.

На рис. 2.24 приведені приклади відображення на екрані технологічних параметрів, отриманих автоматично на основі інформації попередніх форматів.

На основі введеної інформації автоматично формується УП в коді ІСО. Блоки, що виконують це завдання (генератор УП-ІСО), займають об'єм1,5 Кбайт пам'яті. Решта частини, включаючи діагностичну УП, 16 Кбайт.

При виконанні представлених в "меню" операцій, пов'язаних з можливістю втрати інформації, а саме: стирання переходу, стирання УП, запис УП, система перепитує оператора про виконувану дію. Наприклад:

                       Стирання УП – Стирання УП. Ви упевнені?

                       Стирання переходу — Стирання переходу. Ви упевнені?

Для запуску операції необхідно провести повторне натиснення вибраної клавіші.

Рисунок 2.24. Формат «Технологічні дані» для обробки ступеню врізанням (а) і обробці в рядок(б).

На екрані дисплея висвічуються також відомості про відмови ПЧПУ і помилках оператора. Деякі рекомендації оператору-наладчику по усуненню цих дефектів приведені в табл. 2.10.

Таблиця 2.10. Помилки оператора і рекомендації оператору-наладчику.

№ п/п

Повідомлення оператору

Рекомендовані дії оператора

1

Касета зіпсована

Перезаписати касету

2

ЗП ЦМД зіпсований

Перезаписати ЗП ЦМД в ПЧПУ

3

Касета переповнена

Видалити з касети непотрібні УП

4

Не визначені переходи

Повернутися в задані послідовності технологічних переходів

5

В бібліотеці деталі немає

Перевірити рядок в якому стоїть «*». Якщо в рядку немає номеру деталі, то перемістити  «*» до необхідного рядка. Якщо в рядку є номер деталі:

а) видалити УП

б) зробити розмітку і перезапис касети

6

Введення не завершене

а) продовжити введення,

б) повторити натискання клавіші. Раніше введена інформація стирається.

7

Помилка в переходах

а) провести корекцію УП,

б) повторити натискання клавіші «Технологічний перехід не враховується».

8

Введіть константи

Генерація УП неможлива.

а) ввести константи верстата і технології,

б) аналогічно п. 7.б.

9

Виберіть параметр

а) виберіть параметр з «Меню»,

б) натисніть любу режимну клавішу по необхідності.

10

Задайте число виду: ХХХ, ХХ

а) введіть число,

б) в режимі «Редагування» виберіть параметр з «Меню».

СТРУКТУРА І ЕТАПИ РОЗВИТКУ СИСТЕМ ЧПУ

Система ЧПУ складається з двох основних частин — ПЧПУ і приводу виконавчих механізмів. ПЧПУ виконується у вигляді окремої стійки і включає вузол введення управляючих програм (УП), електронні блоки управління, вузол цифрової індикації або дисплей і т.ін.

До складу приводу входять блоки управління і силові підсилювачі, двигун, датчики зворотного зв'язку за швидкістю і положенням. Блоки управління приводу і силові підсилювачі в більшості систем ЧПУ вбудовуються в шафу електроавтоматики верстата. У ПЧПУ є електронний блок, що формує сигнали управління приводом. Двигуни і датчики зворотного зв'язку встановлюються на верстаті. Привід включає також кінематичну передачу механізму.

Наладчик  СЧПУ повинен знати принцип роботи всіх блоків СЧПУ, а також розуміти взаємозв'язок цих блоків, принцип побудови і склад ПРЗ.

Рисунок 3.1. Структурна схема СЧПУ зі схемною реалізацією алгоритмів роботи:

Дx, Дy, Дz – двигуни приводів подач відповідно по координатах X , Y, Z; ТГ – тахогенератор( датчик зворотного зв’язку за швидкістю); ИП – вимірювальний перетворювач (датчик зворотного зв’язку за положенням); Дш – двигун шпинделя (зв'язок верстата з ПЧПУ відображена тільки для привода подачі по Y).

СЧПУ — спеціалізований обчислювальний пристрій, призначений для вирішення обмеженого ряду завдань, виконання цих функцій пов'язане з проведенням арифметичних і логічних операцій в певній послідовності, що отримала назву алгоритм  роботи СЧПУ. Алгоритм роботи здійснюється шляхом спеціальної побудови електронних схем (функціональних вузлів і блоків) або шляхом спеціальної побудови ПРЗ (СЧПУ на базі МІКРОЕОМ). У останньому випадку алгоритм міститься в пам'яті системи.

Функції, що виконують СЧПУ, можна розділити на основну і додаткові: основною функцією є управління приводами подач верстата відповідно до заданої програми; до додаткових функцій, що розширюють технологічні можливості обробки, відносяться коректування положення і розмірів інструменту, цифрова індикація положення інструменту щодо деталі, попередній набір величини переміщення, ручна зміна швидкості подач і т.ін.

На рис. 3.1 показана структурна схема СЧПУ з схемною реалізацією алгоритмів роботи. Такі СЧПУ (типу Н33 і ін.) широко експлуатувалися в промисловості в минулому столітті.

Зчитувач перфострічок (СП) – блок, де знаходиться перфорована стрічка з програмою. СП (зазвичай фотоелектричного типу) зчитує записану на перфострічці програму (в межах одного кадру), перетворює її в електричні сигнали і передає в блок введення програм (ВВП). Останній управляє роботою СП, приймає від нього і розшифровує черговий кадр програми, після чого передає цей кадр в блок буферної пам'яті (ББП), де для кожного елементу інформації, записаної під відповідною адресою на перфострічці, є елементи пам'яті. ББП в контурних СЧУ необхідний, щоб не переривати обробку деталі під час введення в інтерполятор наступного кадру. Час введення інформації від ББП в інтерполятор дуже малий. Він визначається швидкодією електронних схем і практично не відчувається приводом подачі. Якщо ж наступний кадр програми вводити в інтерполятор безпосередньо від СП, то в період такого введення (0,05—0,10сек.)  приводи подач зупиняються (сповільнюються) і на поверхні утворюються дефекти ("складки").

Блок корекцій еквідістанти (БКЕ) перераховує (відразу ж після введення чергового кадру в ББП) введені величини, з урахуванням корекції введеного еквідістантного контура. Після цього ці дані зберігаються в ББП до надходження від інтерполятора сигналу закінчення кадру. БКЕ є додатковим блоком контурного ПЧПУ і застосовується при управлінні фрезерними верстатами. При обробці циліндричною фрезою в програмі задається траєкторія руху центру фрези. За наявності БКЕ радіус вживаної фрези може відрізнятися від запрограмованого. При цьому різниця між діаметрами запрограмованої і використовуваної фрези з відповідним знаком набирається за допомогою перемикачів на панелі управління. Таким чином, інструмент рухатиметься не по закладеній в програмі еквідістантній траєкторії, а по скоректованій (за допомогою БКЕ) еквідістанті, що відповідає використаній фрезі. Це створює великі зручності, оскільки не вимагає точного обліку діаметру фрези в програмі.

У ПЧПУ є додатковий блок введення корекції (БВК) на розміри або положення інструменту.

Блоки СП, БВП, ББП, а також БКЕ і БВК складають групу блоків введення і зберігання інформації. Їх основне завдання ввести, розшифрувати, підготувати і зберігати інформацію, необхідну для блоків відробітку програми (інтерполятора і блоку завдання швидкості).

Інтерполятор (ИНТ) є одним з основних вузлів ПЧПУ. Решта всіх блоків обслуговує його, тобто готують для нього інформацію, задають швидкість його роботи, перетворюють сформовані ним імпульси на електричні сигнали управління приводами подач.

Суть роботи інтерполятора полягає в перетворенні введених за програмою в нього чисел в певне число імпульсів, відповідним чином розподілених по керованих координатах. Число цих імпульсів по кожній з координат дорівнює величинам чисел, що вводяться в інтерполятор по відповідних адресах (X, Y, Z). Якщо швидкість подачі в даному кадрі не міняється, вихідні імпульси інтерполятора (при лінійній інтерполяції) повинні розташовуватися рівномірно в часі по кожній з координат.

Кожен імпульс, що виходить з інтерполятора, обумовлює переміщення робочого органу верстата по відповідній координаті на одну дискрету – величину переміщення на один імпульс.

Інтерполятори контурних ПЧПУ можна розділити на лінійні і лінійно-кругові. Перші можуть проводити лише лінійну інтерполяцію; другі — як лінійну, так і кругову (при якій побудована за допомогою імпульсів ступінчаста траєкторія, що виробляються інтерполятором, розташовується уздовж дуги кола заданого програмою радіусу).

Блок завдання швидкості (БЗС) регулює швидкість роботи інтерполятора відповідно до заданої швидкості подачі. Крім того, БЗС автоматично підтримує постійність швидкості подачі при будь-якому напрямі руху, а також здійснює автоматичний розгін і гальмування в межах одного кадру відповідно до команд, закладених в програму. БЗС генерує частоту, що подається на вхід інтерполятора.

На виході інтерполятора видаються імпульси управління по кожній з координат відповідно до запрограмованої величиною і швидкістю переміщення.

Блок управління приводом (БУП) перетворить імпульси, що надходять від інтерполятора, в електричні сигнали, що діють на приводи подач. Робочий орган верстата переміщується на відповідне число дискрет.

Блок управління електроавтоматикою верстата (БУА) необхідний для зв'язку ПЧПУ з верстатом. БУА приймає від БВП задані програмою коди (у вигляді адрес S, Т, М) технологічних команд, розшифровує їх і передає на виконавчі механізми верстата. У складніших верстатах БУА крім розшифровки номерів технологічних команд здійснює досить складні цикли управління (наприклад, цикл заміни інструменту у верстатах з інструментальним магазином).

Блок цифрової індикації (БЦИ) здійснює індикацію положення інструменту щодо нуля верстата (або нуля деталі). При цьому БЦИ порівнює задані від програми і дійсні величини абсолютних координат положення інструменту, виділяє прирощення по кожній з координат. БЦИ інформує робочого про положення інструменту щодо деталі, допомагає здійснювати різні налагоджувальні операції.

Панель управління (ПУ) з розташованими на ній органами управління і індикації служить для управління роботою ПЧПУ. За допомогою цих органів оператор включає і вимикає ПЧПУ, пускає і зупиняє програми, регулює швидкість подачі, вводить величину корекції діаметру фрези. З допомогою ПУ встановлюють різні налагоджувальні режими: наприклад, покадровий відробіток програми (з перервою до натиснення кнопки "Пуск програми"), ручне введення величин переміщень по будь-якій з осей (попередній набір), а також ручне управління приводами верстата.

На ПУ відображаються номер кадру, номер заданого програмою інструменту, і положення інструменту щодо деталі. У мікропроцесорних СЧПУ на клавіатурі ПУ може вводиться управляюча програма.

Панель управління верстатом (ПСУ) розташовується на верстаті. З допомогою ПСУ в режимі "наладка", оператор здійснює ручне переміщення робочих органів верстата, виводить інструмент в початкове положення, пускає і зупиняє привід головного руху, включає і вимикає гідросистему, включає охолоджування і т.ін. Деякі кнопки ПСУ можуть дублюватися на пульті ПЧПУ.

На машинобудівних підприємствах експлуатуються верстати з системами програмного управління (ПУ) різних років випуску або, як прийнято говорити, системами ПУ різних поколінь. Тому значення етапів розвитку пристроїв ПУ має не тільки пізнавальне значення, але також дозволяє правильно приймати рішення по організації експлуатації і модернізації устаткування. Різноманітність систем ПУ пояснюється головним чином швидким їх моральним старінням, обумовленим бурхливим розвитком електроніки.

Основним чинником, що зумовив необхідність створення і розвитку верстатів з ПУ і промислових роботів, є потреба в автоматизації металообробки в середньо – і дрібносерійному виробництві.

Створення систем ПУ є своєрідним переломним моментом в розвитку верстатобудування, ознаменувавши початок якісно нового етапу. Поєднання високої продуктивності, властивої спеціальним верстатам, з гнучкістю, властивою універсальному устаткуванню, зробило верстати з ПУ головним засобом автоматизації серійного і дрібносерійного виробництва.

Використання високоміцних важкооброблюваних сталей породило нові методи їх обробки. Створення металокерамічного інструменту з окисної кераміки дозволило збільшити швидкості різання до величин, при яких ручне управління верстатом у багатьох випадках стало неможливим. Все це також викликало необхідність в створенні верстатів з ПУ. І нарешті, потреба машинобудування і авіабудування у верстатах для багатокоординатної обробки деталей складної конфігурації зумовила розвиток верстатів з ПУ, оскільки на традиційних верстатах така обробка практично неможлива.

Можливість створення верстатів з ПУ була обумовлена розвитком електроніки і обчислювальної техніки. Промислове освоєння напівпровідникових елементів, а потім інтегральних схем дозволило розробити пристрої ПУ високої надійності і малих габаритів.

На рубежі 60-х років з'явилися перші універсальні, транзисторні ЕОМ і були створені пристрої ПУ на напівпровідникових елементах. З 70-х років починають освоюватися інтегральні елементи, причому ступінь інтеграції безперервно росте. З'явилися ПЧПУ на елементах середнього і потім великого ступеня інтеграції. Характерно, що темпи зростання випуску ЕОМ у всіх країнах істотно перевищували як загальні темпи збільшення промислового виробництва, так і темпи збільшення випуску продукції машинобудування.

Застосування універсальних ЕОМ для розрахунку програм дозволило підвищити ефективність верстатів ПУ і поліпшити організацію технологічного процесу в цілому. Завдання програми в числовому вигляді викликало зміну всього процесу організації виробництва, способів підготовки і передачі інформації про технологію і геометрію оброблюваної деталі.

Нижче приведено чотири головні етапи в розвитку верстатів з ПУ.

1. Початок промислового випуску. У цей період використовуються пристрої ПУ на дискретній напівпровідниковій техніці і застосовуються методи ручної підготовки управляючих програм (УП). На заводах створюються бюро по підготовці УП. Перші промислові зразки вітчизняних верстатів з ПУ були створені в ЕНІМБ в 1956-1957 рр. З 1959 р. починається серійний випуск верстатів з ПУ.

2. Широке впровадження в промисловість верстатів з ПУ. У цей період застосовуються пристрої ПУ на інтегральних елементах. Освоюються системи підготовки УП з автоматичним розрахунком траєкторії руху (формоутворення) на ЕОМ за даними креслення. Розширюється типаж верстатів з ПУ і області їх застосування.

3. ПЧПУ виконуються на елементах середнього степеню інтеграції (СІС), а потім більшого ступеня інтеграції (БІС), мікропроцесорах і на базі МІКРОЕОМ. Розширюється номенклатура багатоцільових верстатів з магазинами інструменту. З'являються верстатні модулі, оснащені ПР і магазином заготовок. Верстати об'єднуються в ділянки, керовані від ЕОМ. При підготовці УП на ЕОМ визначаються не тільки траєкторії руху робочих органів верстата і інструментів, але також технологічні параметри (режими обробки і тому подібне).

4. Створення гнучких верстатних модулів і гнучких виробничих систем (ГПС) на основі включення верстатних роботизованих модулів в загальну систему автоматизованого управління. Цей період завершиться до 2000 р. появою повністю автоматизованих цехів і заводів.

Разом із створенням нових структур гнучких виробничих систем для цього етапу характерним є збільшення об'єму математичного забезпечення систем ЧПУ, виконаних на основі МІКРОЕОМ, які стають складовою частиною складнішої структури управління ГПС. Нарешті, автоматичні системи управління виробництвом (АСУВ) все більше зв'язуються з системою автоматичного проектування виробів (САПР), що виготовляються на цьому виробництві. При цьому забезпечується якнайкраще узгодження можливостей устаткування заводу з вимогами до виробу.

Змінюється як конструкція верстатів з ПУ, так і пристрої управління. Пристрій ЧПУ розділяються на ряд видів (поколінь), що змінюють один одного, і можуть бути класифіковані по ряду взаємозв'язаних ознак: елементній базі, типу програмного носія, виконання приводу.

ПЧПУ першого покоління з введенням програми на магнітній стрічці в унітарному коді або фазовому вигляді вже не використовують на підприємствах. В більшості випадків верстати модернізуються і оснащуються при цьому сучасними ПЧПУ з введенням програми на перфострічці або з клавіатури ПЧПУ. Одночасно замінюється привід подач верстата на досконаліший.

ПЧПУ першого покоління на дискретній елементній базі (напівпровідникових транзисторах) з введенням на перфострічці опинилися більш "живучі" і тривалий час експлуатувалися на багатьох підприємствах.

Значного поширення в промисловості набули верстати з пристроями ПУ другого покоління на елементах малого і середнього ступеня інтеграції (типів Н22, Н33, Н55 і ін.).

О сих пір найпоширенішими є ПЧПУ третього покоління на МІКРОЕОМ і четвертого — на спеціалізованих однокристальних ЕОМ з використанням спеціальних розроблених для управління верстатами БІС. Найближчими роками все більшого значення набувають системи ЧПУ з відкритою архітектурою на базі персонального комп’ютера.

Функціональні можливості ПЧПУ в пристроях другого покоління визначаються схемною реалізацією алгоритмів управління. У системах третього і четвертого поколінь схемна реалізація алгоритмів замінюються програмними. Функції ПЧПУ розширюються і все більшою мірою визначаються складом програмно-математичного забезпечення (табл. 3.1).

Таблиця 3.1. Покоління  ПЧПУ

Покоління ПЧПУ

Типи елементів

Моделі пристроїв

І. Елементна база і структура

1

Дискретні напівпровідникові елементи (пристрої ПУ з обмеженими технологічними функціями).

ПРС1-58; ПРС-3К; К-4МИ К2П-67; КЗП-68; УМС-2

2

3

МІКРО-ЕОМ («Електроніка 60»; «Електроніка НЦ-03» і т.ін.), БІС (589 серія і ін.).

Програмна реалізація алгоритмів управління; збереження УП в пам’яті; розширені технологічні функції.

15МП; «Розмір 4 М»; 2С42; 2С85; 2У32; 2М43;

«Електроніка НЦ-31»

4

Блочне мультипроцесорне виконання. Напівзаказні ІС.

Мови високого рівня для програмування технологічних функцій, електроавтоматики, діалогу.

«Електроніка МС2101»;

3С100; 3С200

ІІ. Носії програм

1

Магнітна стрічка (унітарний код або фазовий запис).

П’ятидоріжкова перфострічка (код БЦК-5)

ПРС1-58; ПРС31-3К; К-4МИ

К2П-67; КЗП-68

2

Восьмидоріжкова перфострічка (код ІСО-7 біт).

Н22; Н33

3

Перфострічка, завдання УП за допомогою клавіатури.

2С85; 2С42; 2Р22

4

Касета електронна або на ЦМД (цифрових магнітних доменах); магнітна стрічка (міні-касета).

«Електроніка НЦ-31»;

«Електроніка МС2101»

ІІІ. Приводи подач

1

Електрогідравлічний кроковий до 1 КГц.

ШД4М

2

Електрогідравлічний кроковий до 8 КГц.

Електрогідравлічний кроковий до 16 КГц.

Безрезисторне форсування.

ШД5Д1

ШД5Д1М

ЕС(Болгарія)

3

Слідкуючий тиристорний і транзисторний  постійного струму з револьвером, індуктосином або оптичним імпульсним датчиком.

ЭТ3С; ЭТ6; ЭШИР

4

Слідкуючий змінного струму і цифровий привод постійного струму з безколекторним двигуном з оптичним імпульсним або кодовим датчиком.

Вдосконалення апаратних засобів дозволяє розширити технологічні функції ПУЧПУ як загальні для всіх груп верстатів, так і специфічні для кожного типу верстата.

ПЧПУ оснащуються дисплейно-діалоговими системами завдання УП з графічним відображенням деталі на чорно-білому або кольоровому екрані. Діалогові системи завдання УП різні для окремих груп верстатів: токарних, фрезерних, шліфувальних, зубообробних і т.ін.

ПЧПУ з апаратною і програмною реалізацією алгоритмів управління розділяють на підкласи відповідно групам верстатів. При цьому проводиться типізація по вигляду алгоритму управління рухом приводу подачі. Ця ознака характерна в основному для ПЧПУ другого покоління.

При розгляді розвитку ПЧПУ необхідно враховувати також прогрес в області підготовки управляючих програм (УП). На першому етапі створення верстатів з ПУ застосовувався ручний метод розрахунку програм. Він замінюється програмуванням на ЕОМ заводу (цеху). У верстатах з пристроями третього і четвертого поколінь з вбудованою МІКРОЕОМ при простій конфігурації деталей програмування виконується безпосередньо у верстата. В цьому випадку використовуються типові цикли і дисплейно-діалоговий пристрій введення УП. Такі системи отримали назву оперативних систем програмного управління.

Одним з основних показників системи ЧПУ третього і четвертого поколінь, що визначають її технічний рівень, є об'єм пам'яті.

Об'єм пам'яті визначається кількістю інформації, що запам'ятовується в ній, і вимірюється в тисячах одиниць двійкової інформації (Кбіт) або тисячах байтів (Кбайт). Один байт складає вісім одиниць двійкової інформації (біт). Іноді указують також об'єм пам'яті в кількості слів, які можна запам'ятати. Величина слова визначається розрядністю процесора ЕОМ в двійковому численні. У більшості ПЧПУ застосовується 8 – або 16-розрядні процесори: слово дорівнює одному або двом байтам.

Рисунок 3.2. Залежність технологічних функцій ПР від об’єму (К) пам’яті ПЧПУ:

А – завантаження і розвантаження деталей і інструмента в орієнтовану тару,

Б- фарбування деталей складної конфігурації, зварювання, з навчанням УП,

В - завантаження і розвантаження неорієнтованих деталей, контроль деталей, наявність тактильних датчиків,

Г – зборочці роботи з контролем, обробкою статистичної інформації і видачею інформації на корекцію УП виготовлення деталей, технічний зір,

Д – сприйняття мови.

У міру збільшення об'єму пам'яті розширюються технологічні функції устаткування, керованого цим ПЧПУ. Як приклад на рис. 3.2 приведена залежність функцій ПР від об'єму пам'яті ПЧПУ.

ЕЛЕМЕНТНА БАЗА

Основою мікроелектроніки є інтегральна мікросхема, з використанням якої виконуються блоки і вузли пристроїв. У корпусі інтегральної мікросхеми всі елементи сполучені певним чином. Під час подачі на вхід схеми сигналу на виході видаються сигнали, що відповідають виконуваній нею логічній функції. Головною характеристикою мікросхеми є ступінь інтеграції, тобто число елементів (вентилів) в корпусі. По ступеню інтеграції мікросхеми діляться на чотири класи: ІС – інтегральні схеми, що містять до 40 вентилів; СІС — середні інтегральні схеми, що містять сотні вентилів; ВІС – великі інтегральні схеми, що містять тисячі вентилів; НВІС – надвеликі інтегральні схеми, що містять десятки тисяч вентилів.

ІС виконують елементарні логічні функції, а також служать для прийому і передачі сигналів між вузлами пристрою або виходу на шину. На базі СІС формують різного роду регістри, лічильники, дешифратори, елементи пам'яті невеликого об'єму і ін. На основі ВІС і НВІС формують, як правило, мікропроцесори і вузли пам'яті великого об'єму.

Транзисторні ІС можна розділити на дві групи: біполярні і типу метал-оксид (діелектрик)  – напівпровідник (МОП).

ІС групи МОП по структурі бувають двох типів: p-МОП – з позитивним (p) носієм і n-МОП з негативним (n) носієм. Крім цього бувають комплектарні (взаємодоповнюючі) КМОП- структури.

Особливістю МОП-СТРУКТУР є мале споживання потужності, що дозволяє збільшити ступінь інтеграції.

ІС на основі біполярних транзисторів залежно від технології виготовлення бувають наступних модифікацій: ТТЛ – ( тиристорно - транзисторна логіка); І2Л (інтегральна інжекційна логіка), ЕЗЛ (емітерно - зв'язана логіка), ІС з біполярними транзисторами мають високу швидкодію, проте ступінь інтеграції цих схем обмежений споживаною потужністю.

ІС, що виготовлені за різними технологіями, мають різні рівні вхідних і вихідних сигналів. Стандартними прийняті рівні ТТЛ- схем, що розраховані на живлення 5В; при використанні інших ІС передбачаються перехідні схеми перетворення рівнів.

У МОП-СТРУКТУРАХ функції пасивних елементів (резисторів) виконують МОП-ТРАНЗІСТОРИ, на затвори яких подається постійний потенціал. На рис. 3.3, а представлена схема ІС типу І-НЕ, що виконується на p-МОП транзисторах. Транзистор Т1 є навантаженням, на його затвор подається постійний потенціал Ср. Затвори транзисторів Т2 і Т3 є логічними входами схеми, при подачі на обидва ці входу потенціалів логічних одиниць вони відкриваються і на виході встановлюється потенціал логічного нуля. Схеми вимагають від’ємної напруги джерела Е живлення, що ускладнює їх сполучення з ТТЛ- схемами.

Рисунок 3.3. Схема ІС типу І-НЕ, що виконана на p–МОП (а) і КМОП (б) транзисторах.

Мікросхеми із структурою типу p-МОП мають той же (що і мікросхеми із структурою n-МОП) принцип виконання логічних операцій, але з додатною напругою джерела живлення; технологія їх виготовлення дещо складніша, проте швидкодія набагато вища.

Технологія КМОП- схем складніша за попередні унаслідок використання транзистори як p-МОП, так і n-МОП типу. Основною перевагою КМОП- схем є мала споживана потужність в статичному режимі, що пояснюється відсутністю в цих схемах пасивних елементів, що поглинають потужність. На рис. 3.3, б представлена схема ІС типу І-НЕ на КМОП- транзисторах типу p (Т1, Т2) і типу n (Т3, Т4). Напруга сигналу логічної одиниці, що подається на входи, відкриває транзистори ТЗ, Т4 і закриває транзистори T1, Т2. Залежно від комбінації вхідних сигналів на виході встановлюється або низький рівень (на обох входах одиниці), або високий (решта всіх комбінацій). При будь-якій комбінації вхідних сигналів струм тече не через всю схему. ІС із структурою типу КМОП з додатною логікою мають рівні логічних сигналів, сумісні з рівнями ТТЛ- схем.

Рисунок 3.4. Схема ІС на основі біполярних транзисторів модифікації ЕСЛ:

а – діодно – транзисторна схема, що виконує логічну функцію,

б – транзисторна схема, що виконує функцію АБО

Недоліком структури типу КМОП є порівняно низька швидкодія ІС, обумовлене наявністю в схемах паразитних ємкостей. Достоїнствами КМОП- схем є можливість широкого діапазону зміни напруги джерела живлення (3—12 В), висока перешкодостійкість (в порівнянні з n-МОП схемами), а також можливість використання батарейного живлення.

Основною перевагою ІС на біполярних транзисторах є їх висока швидкодія. Серія К511 має високу перешкодозахищеність і застосовується в пристроях автоматики верстатів. Вона складається з невеликого набору логічних ІС, тригерів, десяткового лічильника і десяткового дешифратора. На рис. 3.4, а представлена діодно- транзисторна схема, що виконує логічну функцію І—НЕ. Діоди Д1 і Д2 спільно з резистором R1 виконують логічну функцію І, транзистор Т1 і резистор R3 – функцію НЕ; діод Д3 служить для зв'язку між цими двома схемами, а через резистор R2 подається напруга зсуву Е1; Е2 — напруга живлення.

На рис. 3.4, б представлена транзисторна схема, що виконує логічну функцію АБО. На бази транзисторів Т1, Т2, через резистори R3, R4 подається низький потенціал. При подачі високого рівня на будь-який з входів транзистори Т1 або Т2 відкриваються; рівень напруги на резисторі R5 зростає, і транзистор ТЗ, зв'язаний по емітеру з транзисторами Т1 і Т2, закривається. Резистор R1 обмежує струми через транзистори Т1 і Т2. На виході схеми через резистор R2 встановлюється високий рівень. На базу транзистора Т3 подається напруга зсуву Есм. Через порівняно складну технологію ці схеми дорогі, вимагають підвищеної потужності живлення і мають низький захист від перешкод унаслідок того, що для підвищення швидкодії транзистори схем працюють в ненасичених режимах. Транзисторні схеми застосовують в основному у великих ЕОМ, де потрібна висока швидкодія.

У різних цифрових пристроях (у тому числі і в системах ЧПУ) найширше застосовуються схеми тиристорно - транзисторної логіки (ТТЛ) серії К155. Ця серія складається приблизно з 80 найменувань ІС різного функціонального призначення. Серед них ІС, що виконують логічні функції І, НЕ, І-НЕ, АБО-НЕ,    І-АБО-НЕ, ВИКЛЮЧНЕ АБО. СІС виконують функції регістрів, лічильників, дешифраторів, суматорів, комутаторів, запам'ятовуючих пристроїв. У складі серії є ВІС ОЗП і ПЗП. Основним елементом ТТЛ- схем є багатоемітерний транзистор, що реалізовує логічну операцію І. Число логічних входів схеми визначається числом емітерів в транзисторі. На рис. 3.5, а приведена схема ІС ТТЛ- структури, що виконує логічну функцію І—НЕ. На вході схеми встановлений транзистор Т1, колектор якого сполучений з базою транзистора Т2. Резистор R1 обмежує струм через Т1; резистор R2 є навантаженням Т2.

Рисунок 3.5. Схема ІС:

а – ТТЛ – структура, що виконує функцію І-НЕ, б – І2Л-схема, що виконує функцію НЕ.

Основним недоліком ТТЛ- схем є підвищена споживана потужність, що ускладнює джерела живлення і що вимагає спеціальних заходів по охолоджуванню пристроїв. Зменшення споживаної потужності призводить до зниження швидкодії (підвищенню часу затримки). Для підвищення швидкодії ТТЛ- схем в транзистори вводять нелінійний зворотний зв'язок за допомогою діодів Шоттки (структура ТТЛШ), що перешкоджає насиченню транзисторів. По ТТЛШ- схемі будуються малопотужні ІС, такі, що мають високу швидкодію (серія К555). ІС серії К555 споживає в чотири рази меншу потужність, чим аналогічні по виконуваних функціях і швидкодії ІС серії К155. Результат порівняння ще більш вразливіший при порівнянні показників серії К1533.

Так само як КМОП- схеми, І2Л-схеми не мають пасивних елементів. Вони працюють при низькій напрузі живлення (приблизно 1В) і споживають малу потужність при порівняно високій швидкодії, маючи кращий серед даних схем показник якості.

Принцип інжекційного живлення полягає в тому, що за допомогою транзистора-інжектора Ті (рис. 3.5, б) реалізується коло генератора струму бази багатоколекторного транзистора Т, що виконує функцію інжектора вхідного логічного сигналу, – функції НЕ. Функцію НЕ-АБО можна отримати, об'єднавши колекторні кола двох схем НЕ.

Розглянемо докладніше ІС серії К155 (ТТЛ- структура), що застосовуються в багатьох ПЧПУ другого покоління (Н22, НЗЗ і ін.) і є ІС низького ступеню інтеграції, розміщені в 14-штирьковому прямокутному пластмасовому корпусі. Модифікації відрізняються числом елементів в корпусі, числом входів і виконуваними функціями. Всі елементи серії можна розділити на три групи: група 1ЛБ55 (базова), що виконує логічні функції І-НЕ (сім модифікацій); група 1ЛР55 (розширювана), що виконує логічні функції И-АБО-НЕ з можливістю розширення по функції АБО (дві модифікації); група 1ЛП55, що підключається до елементів групи 1ЛР55 для розширення по функції АБО (дві модифікації).

Базова група (1ЛБ55) включає три елементи: основний елемент І-НЕ; елемент І-НЕ з великим коефіцієнтом розгалуження (для можливості підключення до виходу елементу великого числа входів інших елементів); елемент І-НЕ з відкритим колекторним виходом.

Основні елементи І-НЕ мають чотири модифікації: 1ЛБ551 (містить в одному корпусі два елементи І-НЕ на чотири входи); 1ЛБ552 (містить один елемент на вісім входів); 1ЛБ553 (містить чотири елементи на два входи); 1ЛБ554 (містить три елементи на три входи). Всі елементи серії К155 мають додатну напругу (+5 В) колекторного живлення. При цьому базові струми протікають в напрямі від бази до емітера, що на принципових схемах відображено відповідним напрямом емітерної стрілки. Транзистори елементів надійно закриваються нульовим потенціалом і не вимагають спеціального джерела напруги зсуву в базових колах. Як сигнал логічної одиниці в елементах прийнятий високий рівень напруги (+2,4V і вище), логічного нуля – низький рівень напруги (+0,45V і нижче).

Рисунок 3.6. Схема І-НЕ основного елемента ІС типу ТТЛ з закритим (а) і відкритим (б) виходом.

Елементи типу І—НЕ (рис. 3.6, а) складаються з чотирьох транзисторів (Т1-Т4), діода (Д1) і резисторів (R1-R4). Основою елементу (як і всіх елементів серії) служить багатоемітерний транзистор Т1, що виконує функції І. Якщо хоч би на один вхід багатоемітерного транзистора поданий низький рівень напруги, від бази до емітера через резистор R1 протікає струм і транзистор відкритий. Відкритий транзистор Т1 подає на базу транзистора Т2 низький рівень напруги і замикає його, внаслідок чого на транзистор ТЗ через резистор R3 — теж подається низький рівень напруги і він закривається. Транзистор Т4 відкритий високою напругою, поданою на його базу через резистор R2, завдяки чому і на виході елементу встановлюється високий рівень напруги, що надходить через резистор R4, відкритий транзистор Т1 і діод Д1.

Якщо на всі входи елементу подається високий рівень напруги, на базу транзистора Т2 теж подається високий рівень напруги і він відкривається, відкриваючи при цьому транзистор ТЗ і закриваючи транзистор Т4. Через відкритий транзистор ТЗ на виході елементу встановлюється низький рівень напруги. Решта модифікацій елементів типу І—НЕ відрізняється тільки кількістю емітерів багатоемітерного транзистора Т1, тобто числом входів.

Схема елементу І—НЕ з великим коефіцієнтом розгалуження працює аналогічно описаній вище і відрізняється тільки тим, що з метою отримання на виході схеми сигналу більшої потужності між колектором транзистора Т2 і базою транзистора Т4 включений підсилюючий струм транзистор. Транзистор підсилює струм. що протікає від резистора R2 на базу транзистора Т4. Елемент має позначення 1ЛБ556.

Схема елементу І—НЕ з відкритим виходом (рис. 3.6, б) працює аналогічно попередній схемі (див. рис. 3.6, а), але не містить транзистора, що подає на вихід високий рівень напруги. Цей елемент застосовують в основному для підключення зовнішніх навантажень типу реле або індикаторних ламп. Існує дві модифікації елементів: 1ЛБ557 (містить дві схеми І—НЕ на чотири входи) і 1ЛБ558 (містить чотири схеми І—НЕ на два входи).

Рисунок 3.7. Схема І-АБО-НЕ (а) і підключення до неї розширювача (б).

Схема І-АБОИ-НЕ (рис. 3.7, а) має декількох багатоемітерних транзисторів (Т1-Т6). Схема (у частині Т1, Т2, ТЗ, Т4, Д1, R1, R2, R3, R4) працює аналогічно схемі І-НЕ, проте в неї додані ще один багатоемітерний транзистор Т6 і сполучений з його колектором транзистор Т5 (включений паралельно транзистору Т2), що дозволяє здійснити функцію АБО. Обидва транзистори мають одне і те ж навантаження і відкривання будь-якого з них закриває вихідний транзистор Т4 і відкриває транзистор ТЗ, в результаті на виході встановлюється низький рівень напруги.

Схема має дві модифікації: 1ЛР551 (складається з двох логічних елементів, що містять дві схеми І на два входи, об'єднані схемою АБО); ЛР553 (має чотири схеми І із загальним числом входів, що дорівнює дев’яти).

До входів К і Е підключають розширювач по АБО (рис. 3.7, б) (багатоемітерний транзистор Т7 і сполучений з ним транзистор Т2). Розширювач має дві модифікації: 1ЛП551 (містить два елементи на чотири входи); 1ЛП533 (містить елемент на вісім входів).

Умовні графічні зображення інтегральних мікросхем показані на рис. 3.8. Входи мікросхеми розташовуються зліва, виходи — справа. Функції І, АБО зображуються прямокутником з відповідним позначенням функції (позначення І-АБО). Функція НЕ позначається кружечком. Позначення схем І-НЕ (мікросхеми 1Л551-1Л558) на два, три, чотири і вісім входів приведені на рис. 3.8, а-г, а позначення схем І-АБО-НЕ 1Л551-1ЛР554) – на рис. 3.8, д-ж.

Окрім схем І-НЕ, І-АБО-НЕ в серії К155 передбачено два типи тригерів. Мікросхема 1ТК551 представляє RS- тригер (рис. 3.8, з), що має вхід S установки одиниці і вхід R установки нуля. При подачі на входи S і R нуля тригер встановлюється в відповідний стан. Тригер має два виходи – прямий (Q) і інверсний  (). Якщо тригер знаходиться в стані одиниці, то на виході – одиниця, а на виході  — нуль; якщо в стані нуль, то на виході Q — нуль, а на виході  – одиниця.

Особливістю JK- тригера є наявність входів J і K, а також тактового входу Т. При використанні тактового входу Т на входи S і R подаються одиниці. Якщо на всі входи J і K подаються одиниці, одиничний імпульс по входу Т переводить тригер в протилежний стан (аналогічно дії імпульсу на рахунковому вході потенційно-імпульсного тригера), тобто із стану "одиниця" в стан "нуль", а із стану "нуль" в стан "одиниця". Якщо хоч би на один з входів K поданий нуль, а на входах J одиниці, імпульс по тактовому входу може перевести тригер тільки в стан "нуль". Якщо хоч би на один з входів J поданий нуль, а на входах K одиниці, тригер може бути переведений тільки в стан "одиниця". Якщо нулі подаються одночасно на будь-які з входів J і K, стан тригера під дією тактових імпульсів не міняється. Часова діаграма роботи JK-тригера під дією імпульсів, що подаються на вхід Т, приведена на рис. 3.9. У одному корпусі розміщується один JK- тригер. За допомогою JK- тригерів будуються схеми лічильників і регістрів зсуву, причому принцип їх побудови аналогічний принципу побудови цих схем на потенційно-імпульсних тригерах з рахунковим входом.

Рисунок 3.8. Умовні графічні зображення інтегральних мікросхем:

а - г – схеми І-НЕ, д – ж схеми І –АБО – НЕ. З – к – тригери.

Мікросхема 1ТК552 є тригером (рис. 3.8, и), що має вхід S установки одиниці, вхід R установки нуля, а також вхід D і тактовий вхід Т. При подачі на вхід Т додатного імпульсу тригер переводиться в стан, аналогічний значенню сигналу на вході D. Якщо у момент приходу імпульсу на вхід Т на вхід D подана одиниця, то тригер встановлюється в стан "одиниця", якщо нуль — в стан "нуль". Тимчасова діаграма роботи JK- тригера приведена на рис. 3.10 (у одному корпусі розташовуються дві схеми JK- тригерів).

Мікросхема 155ТМ5 має підвищений ступінь інтеграції і містить чотири D- тригера, кожен з яких має вхід D і вихід Q; вхід D подається відразу на два тригери (рис. 3.8, к).

У останніх розробках схем ЧПУ знаходять застосування мікросхеми середнього ступеня інтеграції, що містять в одному корпусі десятки схем І, АБО, НЕ. За допомогою цих схем в одному корпусі містяться цілі функціональні вузли — регістри зсуву, лічильники, суматори, дешифратори. Умовні графічні зображення деяких з цих схем приведені на рис. 3.11.

Схема RG (рис. 3.11, а) є регістром зсуву на чотири розряди. Входи (зліва) і виходи (справа) цих розрядів позначаються як 1, 2, 4, 8. По входу МС задається режим управління (занесення інформації з входів 1, 2, 4, 8 або зсуву). Входи CI, С2 є входами синхронізації; операції проводяться по імпульсах, що поступають на ці входи. Вхід МС є входом регістра зсуву.

Схема СТ2-10 (рис. 3.11, б) є реверсивним декадним лічильником, що працює в двійково-десятковому коді. Входи 1, 2, 4, 8 служать для паралельного занесення інформації в лічильник. По входу W подається імпульс занесення в лічильник інформації з входів 1, 2, 4, 8. По входу R подається імпульс установки лічильника в нуль. Імпульс по входу +1 збільшує число, що міститься в лічильнику на одиницю. Імпульс по входу — 1 зменшує це число на одиницю. Вихід Р+ є виходом перенесення в старший розряд і реєструє переповнювання лічильника під дією імпульсу з входу +1 (перехід лічильника із стану 9(1001) до стану нуль (0000). Вихід Р — є виходом запозичення із старшого розряду.

Схема DC (рис. 3.11, в) є дешифратором цифрової індикації. Вона дешифрує двійково-десятковий код числа, що подається на її входи 1, 2, 4, 8 і відповідно до цього коду відкриває один з виходів 0-9. Ці виходи витримують високу напругу (до 60 В) і можуть бути приєднані безпосередньо до входів газорозрядної індикаторної лампи.

Рисунок 3.9. Часова діаграма роботи JK- тригера.

Рисунок 3.10. Часова діаграма роботи D- тригера.

Рисунок 3.11. Умовні графічні зображення мікросхем середньої степені інтеграції:

а – регістр зсуву, б – двійково – десятковий лічильник, в – дешифратор індикації.

ЕЛЕМЕНТИ ПАМ'ЯТІ І ЕЛЕКТРОННІ КОМПОНЕНТИ

Об'єм електронної пам'яті в значній мірі визначає технічні можливості ПЧПУ. У табл. 3.2 приведені види запам'ятовуючих пристроїв, що використовуються в ПЧПУ. ПЗП (табл. 3.2), що працює тільки на зчитування, використовується для зберігання системних (базових) алгоритмів роботи. У масковані ПЗП інформація вводиться при виготовленні ІС. Такі ПЗП виготовляються при великій серійності їх випуску, оскільки це складний і дорогий процес, і володіють високою надійністю. У корпусі ІС серії К155 є чотири елементи ПЗП (К155 РЕ21-К155 РЕ24) ємкістю 1 Кбіт, призначені для відтворення символів на екрані (знакогенератори). ПЗП з пропалюванням дешевші у виготовленні, запис інформації в них проводиться шляхом виплавленя перемичок в кристалі ІС під дією імпульсів струму. Кожна перемичка відповідає логічній одиниці певного розряду.

Процес програмування всіх типів запам'ятовуючих пристроїв, автоматизований. Інформація, що підлягає запису, зберігається на перфострічці. Запис виконується на стендах при зчитуванні сигналів з перфострічки.

Найбільше розповсюдження в системах ЧПУ четвертого покоління отримали ППЗП (див. табл. 3.2), що дозволяють за допомогою спеціальної апаратури стерти стару інформацію і записати нову. Ці ППЗП виконуються за МОП- технологією, запам'ятовуючим елементом в них є конденсатор. При записі програми конденсатор заряджається і таким чином закриває затвор елементу. На відміну від ОЗП в ППЗПУ перед записом інформації необхідно стерти за допомогою спеціального пристрою раніше введені дані. За типом стирання ППЗП виконуються двох типів: з ультрафіолетовим (СППЗП) і електричним (ЕСППЗП) стиранням. СППЗП вставляється на плату в спеціальні гнізда і при запису або стиранні виймається з них. Стирання і запис виконуються на спеціальному стенді. Стирання виконується опромінюванням ультрафіолетовим світлом через вікно в корпусі ІС. При опромінюванні відбувається розряд конденсатора в кристалі ІС. Опромінювання кварцовою лампою виконується протягом 30 хвилин. Потім можна на стенді проводити запис подачею імпульсів. Число перепрограмувань цих ІС не перевищує 5—10.

ППЗП з електричним стиранням для зміни інформації не вимагають застосування спеціальних пристроїв. Проте ступінь інтеграції ЕСППЗП менший, а час вибірки більший (табл. 3.2).

Окрім ПЗП і ППЗП в пристроях ЧПУ необхідно мати ОЗП з довільною вибіркою, що дозволяють з високою швидкодією виконувати запис і зчитування інформації. За принципом роботи ОЗП розділяються на статичні і динамічні. У статичних ОЗП інформація зберігається на тригерах, а в динамічних на ємкості, об'єднаній із затвором МОП- схеми.

Конденсатори динамічного ОЗП швидко розряджаються, унаслідок чого в такій пам'яті передбачається спеціальний режим регенерації (відновлення інформації). Цей режим в більшості випадків ЕОМ реалізує через кожних 1-2 мс, і він займає 10-15 % часу ЕОМ, знижуючи її продуктивність. Негативним є те, що режим регенерації має вищий пріоритет по відношенню до всіх інших переривань (у тому числі і до таймерного переривання). При цьому ЕОМ до закінчення режиму регенерації не реагує на таймерне переривання і не може відразу ж відпрацювати задану таймером програму. У системах ЧПУ це приводить до певних ускладнень, пов'язаних з невизначеністю за часом при управлінні приводом або при зчитуванні датчиків переміщень. Схеми управління системи ЧПУ з цим типом пам'яті мають додаткові узгоджуючи вузли.

Особливим типом ОЗП є мікропотужні (мікровати) статичні елементи пам'яті, що виготовляються на базі КМОП- елементів (по КМОП- технології). Вони характеризуються украй низькою споживаною потужністю в режимі пасивного зберігання інформації (за відсутності звернення до пам'яті). На цих елементах будуються плати пам'яті з вбудованим автономним джерелом живлення (гальванічним елементом). Це джерело автоматично підключається при виключенні ЕОМ, зберігаючи записану в ОЗП інформацію. У системах ЧПУ така пам'ять служить для зберігання управляючих програм, а іноді і для зберігання базового ПРЗ.

Найбільшою швидкодією володіють ОЗП (табл. 3.3), виготовлені по ЕСЛ- технології (10-20 нс), проте ємкість їх порівняно невелика і в системах ЧПУ вони, як правило, не застосовуються. ОЗП, виготовлені по ТТЛ- технології, використовуються в системах ЧПУ в якості різних буферних ЗП (наприклад, в якості ЗП алфавітно-цифрових індикаторів).

Для запису і зчитування УП і іншої інформації, звернення до якої не вимагає високої швидкодії, застосовують пам'ять, виконану з використанням елементарних магнітів (доменів). Такий запам'ятовуючий пристрій називають пам'яттю на цифрових магнітних доменах (ЦМД). Пам'ять на ЦМД зберігає інформацію при відключенні живлення завдяки орієнтації в просторі елементарних магнітиків.

Окрім дискретних ІС, що використовуються в якості процесорів, схем пам'яті і різних логічних схем управління, в системах ЧПУ застосовуються різного типу лінійні ІС (операційні підсилювачі), ІС перетворення даних — цифро-аналогові (ЦАП) і аналого-цифрові (АЦП) перетворювачі. Необхідні також схеми відображення інформації (індикатори).

Операційним підсилювачем є широкосмуговий лінійний підсилювач напруги постійного струму з великим коефіцієнтом підсилення (до 106). Завдяки цьому в схему вводяться глибокі від’ємні зворотні зв'язки які забезпечують постійність коефіцієнта передачі напруги. Висока стабільність параметрів дозволяє використовувати підсилювачі для виконання різних математичних операцій (звідси і термін "операційний") над аналоговими сигналами. У системах ЧПУ операційні підсилювачі використовуються в схемах управління приводами подач, а також в схемах адаптивного управління.

Основними характеристиками операційних підсилювачів є роздільна здатність, коефіцієнт підсилення (коефіцієнт передачі напруги) і полоса пропускання (швидкодія). Якість операційних підсилювачів часто визначають як добуток полоси пропускання (Мгц) на коефіцієнт підсилення. Найбільш досконалим вітчизняним операційним підсилювачем є мікросхема К544УД2.

ЦАП виробляють на виході аналоговий сигнал (напруга), величина якого відповідає коду, що подається на його вхід (цифрі). Кращі вітчизняні ЦАП  (мікросхема К594ПА1) передбачає роботу з 12-розрядним кодом, що дозволяє використовувати її в схемах управління приводами подач.

Сучасні зарубіжні ЦАП розраховані на перетворення 8 –, 12 – і 16-розрядних кодів.

АЦП, призначені для перетворення вхідних аналогових сигналів в двійковий код, застосовуються в блоках зв'язку з датчиками потужності систем ЧПУ. Вітчизняні АЦП будуються на базі мікросхем серії К597, застосовують гібридні мікросхеми, що виконують функції перетворення кут — код.

Системи ЧПУ передбачають блоки відображення цифрової і буквеної (алфавітної) інформації, причому необхідно відображати не тільки латинський алфавіт. Існують два способи формування символів — сегментний і точковий. Число сегментів коливається від 7 (що достатньо для індикації цифр) до 22. Точковий спосіб передбачає, як правило, 35 точок (сім рядків по п'ять точок в рядку).

Для відображення інформації найчастіше використовується електронно-променева трубка (ЕПТ), що дозволяє відтворювати алфавітно-цифрову і графічну інформацію. Відображення графічної інформації в системах ЧПУ використовується поки порівняно рідко. Пристрої відображення на ЕПТ передбачають, як правило, точковий спосіб відтворення символів, причому екран ЕПТ містить до 1024Х1024 точки. Екрани невеликих ЕПТ розбиваються на менше число точок. Так, екран ЕПТ, відтворюючий 256 символів (16Х16), розбитий на 128Х160 точок. При цьому в схемі управління використовуються ПЗП К155РЕ21-К155РЕ24, що виконують функції знакогенераторів 96 різних символів (російський і латинський алфавіти, цифри, знаки).

Екрани ЕПТ поки що незамінні при відтворенні кольорової і графічної інформації, а також для індикації великих масивів алфавітно-цифрових даних. З розвитком високоінтегрованих ВІС ЗП застосування в системах ЧПУ графічних індикаторів, у тому числі і кольорових, розширюватиметься. Для відтворення графічної інформації на екрані об'ємом 1024Х512 точок потрібно 64 Кбайт пам'яті, а на кольоровому екрані в три рази більше. В даний час створення динамічних запам'ятовуючих пристроїв такого об'єму, не представляє серйозної проблеми, і можна вважати, що в найближчому майбутньому в УЧПУ застосовуватимуть в основному кольорові графічні індикатори.

Для індикації порівняно невеликих масивів інформації використовується широкий набір засобів, побудованих на базі світлодіодів, рідких кристалів, газорозрядних панелей і приладів електролюмінесценцій. Світлодіоди, виготовлені з фосфіду галію, випускаються різноманітних розмірів, форм і кольору випромінювання. Вони забезпечують високий рівень яскравості і хорошу світловидатність.

Індикатори на світлодіодах широко застосовуються в панелях управління спрощених систем ЧПУ.

Широко застосовуються в системах ЧПУ точкові газорозрядні панелі, що успішно конкурують з екранами ЕПТ. Їх роздільна здатність досягає 24 ліній на 1см.

При малій товщині газорозрядна панель займає набагато менший об'єм, ніж індикатори на ЕПТ, проте останні дешевші.

Гальванічна розв'язка системи ЧПУ і електроавтоматики верстата проводиться за допомогою оптронів — приладів, поміщених в корпусах ІС і що складаються з випромінювача світла (світлодіода) і фотоприймача (зазвичай фототранзистора), зв'язаних оптично. Типова схема включення оптрона приведена на рис. 3.12.

Рисунок 3.12. Схема включення оптрона на каналі входу (а) і виходу (б) ПЧПУ:

1 – оптрон. 2 – обмотка реле.

Перспективними для застосування в системах ЧПУ є оптичні канали зв'язки, які нечутливі до різного роду електромагнітних перешкод. Вони можуть пов'язувати ПЧПУ з ЕОМ верхнього рівня в гнучких виробничих системах, а також окремо розташовані блоки системи: верстатний пульт оператора, блок електроавтоматики, блоки управління приводами і т.ін. У оптичній лінії зв'язку (на відміну від оптронів) випромінювач і приймач світла рознесені, а світло, що випромінюється світлодіодом, передається по оптичному волокну (світлопроводу).

На мал. 3.13. приведена загальна схема волоконно-оптичної системи.

Рисунок 3.13. Схема волоконно - оптичної системи:

1 – світлодіод, 2 – фотодіод. 3 – збуджувач, 4 – підсилювач.

У частині, що передає, використовується випромінюючий світло діод, сигнал якого модулюється за допомогою ТТЛ- збуджувача (формувача). Модульоване світло проходить по волоконно-оптичному кабелю до приймача, де фототранзистор перетворить світлові сигнали в первинну форму сигналу (цифрову інформацію).

ПЧПУ НА ОСНОВІ МІКРОЕОМ.

Основні поняття мікропроцесорної техніки. Мікропроцесором називають функціонально закінчений пристрій (ВІС), що виконує операції з початковими даними відповідно до програми, що надходить на його вхід. Мікропроцесорним набором є сукупність сумісних ВІС, спеціально розроблених для побудови різних мікропроцесорних систем.

МІКРОЕОМ — це конструктивно завершений обчислювальний пристрій, реалізований на базі мікропроцесорного набору ВІС і оформлений у вигляді автономного приладу зі своїм джерелом живлення, блоком зв'язку з периферійним пристроєм (інтерфейсом) введення — виводу і комплексом програмного забезпечення. Мікроконтролером називають пристрій логічного управління, виконаний на базі мікропроцесора.

Мікропроцесорна система — це будь-яка обчислювальна, контрольно-вимірювальна або управляюча система (у тому числі і система ЧПУ), побудована на основі мікропроцесора.

Мультимикропроцессорная система — це система, в якій використовується більше одного мікропроцесора, забезпечені паралельна обробка інформації і розподілене управління.

Однокристальна МІКРОЕОМ". — це ЕОМ, в якій в одному кристалі розміщені процесор, пам'ять і пристрої введення — виводу (порти).

Рисунок 3.14. Структура ЕОМ

Нові системи ЧПУ виконуються на основі мікропроцесорів (МІКРОЕОМ). Основна ідея роботи всіх МІКРОЕОМ описується загальною структурою, званою машиною Неймана (математика, що вперше запропонував цей принцип).

Модель такої машини включає чотири головні блоки, які присутні в будь-якій ЕОМ (рис. 3.14): запам'ятовуючий пристрій ЗП (ЗУ), пристрій введення-виводу (ВВ), арифметико-логічний пристрій АЛП (АЛУ) і пристрій управління ПУ (УУ). Останні два пристрої спільно утворюють центральний процесор (ЦП). Зв'язок з периферійним устаткуванням здійснюється через пристрій ВВ. Перераховані пристрої сполучені між собою рядом електричних провідників, званих шинами.

Периферійне устаткування включає різні пристрої залежно від призначення МІКРОЕОМ. У периферійне устаткування, яке може підключатися до ПЧПУ на стадії наладки або при експлуатації, обов'язково входить пристрій зчитування з перфострічки і перфоратор для виведення інформації на перфострічку. Навіть якщо ці пристрої не постачаються з системою, вони необхідні для запису і наладки програмного математичного забезпечення.

АЛП виконує арифметико-логічні операції, а в ЗП зберігаються команди і дані. Інформація в ЗП організована у вигляді слів. Кожне слово в пам'яті визначається своєю адресою. Залежно від розрядності АЛП довжина слова складає 1; 2 або 4 байти.

Значення слова, представлене в двійковому коді, називається його вмістом.

ЦП є основним блоком ЕОМ. Побудова ЦП забезпечує можливість вибору з пам'яті команд (даних) і їх пересилку в інший блок або повернення в пам'ять. Ця операція виконується завданням певних адрес пам'яті і видачею управляючого імпульсу "читання/запис". Потім при читанні ЦП проводить дешифрування вибраної з пам'яті команди і проведення обчислень або подальшої пересилки даних, згідно цієї команди. При записі ЦП виконує зворотне шифрування  команд для запису в пам'ять. Таким чином ЦП обробляє і пересилає дані або змінює послідовність операцій. Це реалізується генерацією серії електричних імпульсів, які визначають напрямок передачі даних і у разі потреби ініціюють роботу АЛП. Дані і результати обчислень АЛП пересилаються в ЗП, або в певний периферійний пристрій (термінал) за допомогою пристрою введення — виводу.

Розвиток мікроелектроніки привів до створення великих інтегральних схем (ВІС), в яких ПУ і АЛП виконано на одному кристалі, званому мікропроцесором. Залежно від складу МІКРОЕОМ і об'єму її пам'яті число кристалів ВІС, що входять в неї може бути різним.

На рис. 3.15 приведена структура МІКРОЕОМ з більшим ступенем деталізації блоків для пояснення операцій, що виконуються ЦП, зокрема елементарної операції зчитування інформації із ЗП. Лінії передачі даних управляючих сигналів розділені (останні показані пунктиром).

До складу ЦП входить не менше чотирьох регістрів, що виконують різні функції:, лічильник команд ЛК (СЧК), накопичуючий суматор (НС), регістр команд (РК) і буферний регістр (БР). У більшості мікропроцесорів регістрів не менше шести і вони виконують ряд додаткових функцій.

Пристрій управління є певною логічною схемою, робота якої синхронізується тактовим генератором ТГ (ТК). У функції ТК входить генерація управляючих імпульсів, необхідних для роботи всіх блоків МІКРОЕОМ.

ПУ ( контролер) в потрібній послідовності відкриває канали передачі даних. Елементарна операція ЦП полягає в зчитуванні за допомогою ПУ інформації із ЗП, передачі її в РК, дешифруванню і виробленню управляючих сигналів.

Дешифрування (інтерпретація) інформації, що знаходиться в РК, а також вироблення імпульсів для передачі даних одного блоку в іншій виконується ПУ.

Інформація, що зберігається в ЗУ, називається програмою. Послідовність операції може бути змінена шляхом запам'ятовування інформації по різних адресах без зміни електричної схеми пристрою. Це властивість МІКРОЕОМ збільшує гнучкість пристроїв ЧПУ, виконаних на їх основі. Вводячи в пам'ять відповідну послідовність команд, можна реалізувати різні функції управління. Програма функціонування створюється розробником ПЧПУ і споживач її видозмінювати не може. Використовуючи ці можливості, споживач створює програми управління враховуючи конкретне устаткування і оброблювані деталі.

Знання пристрою МІКРОЕОМ і програмування необхідне при розробці ПЧПУ і виконанні профілактичних ремонтних робіт.

Всі МІКРОЕОМ володіють певною системою команд, якій відповідає, з одного боку, набір двійково - кодованих символів, а з іншого – символічна мова, що складається, для полегшення роботи користувача, з скорочених назв машинних команд. Ці скорочення називаються мнемокодами.

Програма, що записана в мнемокодах, називається також програмою на мові асемблера. Потім перед перенесенням інформації в пам'ять машини програма переводиться в двійкові коди і називається програмою в машинному або в об'єктному коді. Переведення в двійковий код виконується автоматично програмою-асемблером.

Розглянута структура показує можливості використання однакових апаратних реалізацій ПЧПУ для вирішення різних завдань за допомогою програмного забезпечення МІКРОЕОМ.

Створення програмного забезпечення є трудомістким і вимагає спеціальних знань в області програмування. Програмування, у свою чергу, в значній мірі залежить від апаратної реалізації і, зокрема, від виду машинних команд і способів адресації.

Рисунок 3.15. Структура МІКРОЕОМ:

шини: 1 – адресна, 2 – інформаційна, 3 – управління, 4 – внутрішня.

Для загального уявлення машинні команди можна розбити на п'ять основних класів відповідно до виконуваних ними функцій:

1.  Команди пересилки вмісту регістрів. По цих командах ПУ виробляє управляючі імпульси, що обумовлюють пересилку інформації з регістра в регістр або в елемент пам'яті. Як правило, в таких командах указуються адреси регістра-відправника і регістра-одержувача. Одним з регістрів може бути елемент пам'яті або регістр інтерфейсу введення — виводу.

2.  Арифметичні і логічні команди. По цих командах машина виконує такі операції, як додавання, віднімання, логічне додавання або множення, утворення додаткового коду, порівняння і т.ін. Дії виконуються над операндами, що знаходяться в НС і в деякому вказаному регістрі або ж в елементі пам'яті. Команди цього типу або виконують дії над операндами, або змінюють їх.

3.  Команди пропуску, умовного і безумовного переходів. По цих командах змінюється або припиняється процес послідовного збільшення вмісту ЛК шляхом пропуску наступної команди або вибірки деякій іншої команди, розташованої за вказаною адресою. Перехід може бути умовним або безумовним.

4.  Команди, що змінюють режим роботи машини. По цих командах машина переходить в режим зупинки, очікування або зовсім припиняє роботу.

Як правило, такі команди не вимагають операндів, іншими словами, така операція не потребує вказівки регістра, адреси і т.ін.

5. Команди перевірки стану. Для оцінки інформації, що міститься в НС, можна провести операцію виводу, проте часто необхідно знати тільки стан НС (а саме, чи дорівнює нулю, додатний, чи від’ємний вміст НС і т.ін.). Такі ознаки необхідні для роботи команд умовного переходу і пропуску.

Існує певна складність при введенні оператором завдання в ЕОМ на виконання певного завдання. ЕОМ оперує бітами і даними регістрів, а люди висловлюються на природних мовах або користуються умовними математичними позначеннями. Ця суперечність долається за допомогою штучної мови, що дозволяє вживати деяку певну кількість скорочених слів, пропозицій або формул, які закодовані в ЕОМ, і вона їх може зрозуміти.

У керівництві оператора приводяться значення прийнятих в даній ЕОМ мовних позначень і побудов (конструкцій). При цьому для ЕОМ створюється програмне забезпечення, яке дозволяє сприймати послідовність бітів як певні команди або програми, що написані на штучній мові. Потім вони переводяться у необхідні для виконання операцій внутрішні бітові структури, згідно введеної програми.

Розроблені мови для ЕОМ мають різні можливості з погляду споживача і різну складність побудови. Найбільш простою є машинна мова, що утворена набором команд конкретної ЕОМ. Ця мова реалізується схемотехнічно (на апаратному рівні) або за допомогою мікропрограм самої ЕОМ.

Мова асемблера – це мова низького рівня, що відображає набір команд конкретної машини.

У універсальних ЕОМ для зв'язку з операційною системою використовуються проміжні директивні мови. Універсальні мови високого рівня типу ФОРТРАН, АЛГОЛ, ПЛ, ЛІПС мають складну структуру і не залежать ні від набору команд, ні від операційної системи конкретної машини. Для реалізації цих мов потрібний достатньо великий об'єм пам'яті ЕОМ. Істотно простіше спеціалізовані технологічні мови високого рівня, розраховані на програмування функцій пристроїв ЧПУ споживачем. До них відносяться мови програмування електроавтоматики (наприклад, мова ЯРУС, що вставлена на ПЧПУ "Електроніка МС2101" і ін.).

Програму для ЕОМ, що дозволяє розуміти інформацію вихідної мови, називають інтерпретатором. Інтерпретатор проводить операції, що вказуються програмою, записаною на початковій мові.

Другим типом програми для обробки мовної інформації є транслятор. Транслятор перетворить вхідну програму на початковій мові в іншу версію цієї програми, записану в пам'ять на об'єктній мові. Остання зазвичай є машинною мовою, тобто мовою асемблера.

Вид транслятора, що перетворює програму на початковій мові в еквівалентну програму в кодах машини, називається компілятором, а процес перетворення компіляцією. При цьому перетворенні компілятор з'ясовує, чи належить вхідна програма до початкової мови, для якої написаний даний компілятор, і якщо не належить, то видає відповідне повідомлення програмісту, тобто виявляє помилки. Інтерпретатор і транслятор на відміну від компілятора перетворять програму на проміжну мову, зазвичай компактнішу, ніж машинний код, що видається компілятором.

У міру ускладнення архітектури МІКРОЕОМ, яка є основною частиною сучасних ПЧПУ, ускладнюється і система внутрішньої адресації, яку необхідно знати при роботі з ПРЗ ПЧПУ.

У ПЧПУ застосовуються в основному три види адресації: прямі, непрямі і з використанням лічильника команд. Ці види, у свою чергу, підрозділяються на ряд методів.

Наприклад, в УЧПУ "Електроніка НЦ80-31" і в ПУЧПУ, виконаних на основі ЕОМ "Електроніка 60", прийняті наступні методи адресації.

Прямі методи адресації: регістровий (операнд знаходиться у вибраному регістрі); автоінкрементний (вміст вибраного регістра автоматично нарощується), автодекрементний (вміст вибраного регістра автоматично зменшується); індексний (вміст регістра складається з індексним словом, і сума використовується як адреса операнда).

Непрямі методи адресації: непрямий-регістровий (регістр містить адресу операнда); непрямий - автоінкрементний (регістр містить адресу операнда, яка після вибірки збільшується на 2); непрямий - автодекрементний (регістр містить адресу операнда, яка після вибірки зменшується на 2);  непрямий - індексний (вміст регістра складається з індексним словом, і сума використовується як адреса операнда).

Методи адресації з використанням лічильника команд: безпосередній (операнд вибирається з комірки, наступної за командою); абсолютний (адреса операнда вибирається з комірки, наступної за адресою команди); відносний (вміст лічильника команд складається з індексним словом, і сума використовується як адреса операнда); непрямий - відносний (вміст лічильника команд складається з індексним словом, і сума використовується як адреса операнда).

Під операндом розуміють число або символ, що бере участь в операції. Наприклад, у виразі x = a +b операндами є і b.

Рисунок 3.16. Загальний вигляд ПЧПУ «Електроніка НЦ-31» (вбудовується в верстат):

1 – плата контролера привода, 2 – плата КВП (КИП), 3 – плата КЕ, 4 – плата АМТ,

5 - плата ОЗП, 6 – плата процесора, 7 – пульт оператора.

Час, витрачений на вивчення системи адресації конкретної машини, кінець кінцем виправдовує себе. Уміння правильно застосовувати різні типи адресації безпосередньо пов'язано з швидкістю і продуктивністю складання програм, хоча користувач ПЧПУ в загальному випадку може бути незнайомий з питаннями програмування МІКРОЕОМ. Зовнішні засоби завдання управляючої програми, для обробки на перфострічці або з клавіатури базуються на стандартних методах кодування УП. Ці методи аналогічні методам, що застосовувалися раніше, в ПЧПУ другого покоління з схемною реалізацією алгоритмів. У ряді ПЧПУ четвертого покоління окрім цих методів передбачено завдання УП безпосередньо по кресленню деталі.

Ручне програмування виконується зазвичай тільки для деталей з простою геометрією (наприклад, при обробці ступінчастих валів). Ручне програмування полегшується застосуванням "меню" з віртуальними клавішами, призначення яких висвічується на екрані і змінюється за програмою. Такі CNC-УЧПУ типу "Електроніка НЦ80-31" мають банк технологічних даних, який дозволяє спростити програмування. У простіших ПЧПУ для програмування застосовується символьна клавіатура. Прикладом такого рішення є система ПЧПУ "Електроніка НЦ-31", призначена для токарних верстатів.

У системах з ручним завданням УП передбачається також можливість введення УП за допомогою певного носія програм (касети електронної пам'яті, перфострічки і т.ін.). Контроль УП проводиться безпосередньо на верстаті. У зв'язку з цим необхідно передбачити розширену діагностику і захист верстата від помилок програміста.

У найбільш досконалих ПЧПУ четвертого покоління користувачеві надається можливість нарощувати математичне забезпечення ПЧПУ, наприклад в частині створення підпрограм типових технологічних циклів. Для цього розроблені спеціальні мови високого рівня. Так для ПЧПУ "Електроніка НЦ80-31" розроблена мова "ПЛ-ЧПУ". Для користування нею технолог-програміст повинен володіти основними питаннями програмування МІКРОЕОМ.

ПЧПУ на основі МІКРОЕОМ. Поява мікропроцесорів і МІКРОЕОМ, створення електронних елементів з високим ступенем інтеграції привело до якісних змін в техніці програмного управління. Досконалішими стали процеси проектування, виготовлення і експлуатації систем ЧПУ верстатами.

Вперше фахівці отримали можливість уніфікувати апаратні частини ПЧПУ для різних груп верстатів, що дозволило різко скоротити число модифікацій пристроїв, зменшити час їх проектування і виготовлення. Гамма ПЧПУ, створених на базі МІКРОЕОМ "Електроніка 60", складається з трьох модифікацій: 2С85; 2С42 і 2Р22.

ПЧПУ "Електроніка НЦ-31" і "Електроніка НЦ80-31", виконані на основі мікропроцесорної універсальної обчислювальної системи, мають модульну структуру і дозволяють збільшувати число керованих координат нарощуванням модулів.

ПЧПУ "Електроніка НЦ-31" (рис. 3.16) призначений для управління токарними верстатами із слідкуючим приводом подач і імпульсними датчиками зворотного зв'язку. Технологічне програмне забезпечення заноситься в масковане ОЗП на етапі виготовлення ПЧПУ. Пристрій забезпечує контурне управління з лінійною і лінійно-круговою інтерполяцією.

Введення програми може виконуватися двома способами: з клавіатури ПЧПУ верстата і записом на касету електронної пам'яті пристрою підготовки програм. Об'єм пам'яті касети 4К слів. Об'єм оперативної і постійної пам'яті 4К і 8К слів відповідно. ПЧПУ "Електроніка НЦ-31" складається з восьми головних блоків (рис. 3.17) і блоку вторинного живлення. Блоки П1 (П2), ОЗП і АМТ утворюють обчислювальну частину. Блоки ПО, КЕ, КІП і КП реалізують зв'язок з верстатом. Окрім вказаних до складу ПЧПУ входить блок касети зовнішньої пам'яті (КЗП), що підключається через розєм.

Рисунок 3.17. Структурна схема ПЧПУ «Електроніка НЦ -31»:

МНЦ – магістраль (загальна шина) мікроелектронних обчислювальних пристроїв ряду «НЦ»,

П1, П2 – процесори, ОЗП – оперативний запам’ятовуючий пристрій,

АМТ – адаптер магістралі МНД і програмований таймер,

КЕ – контролер електроавтоматики верстата, ОЗП, ВП – зовнішня оперативна пам'ять.

КП – контролер привода по осям X, Y верстата, ПО – пульт оператора,

КВП - контролер імпульсних перетворень в код кута повороту по осям X, Z штурвала і шпинделя верстата,

Всі функціональні модулі структурної схеми ПЧПУ взаємодіють між собою з використанням магістралі МНЦ, яка побудована за принципом "загальна шина". На МНЦ одночасно можуть взаємодіяти тільки два модулі із загального числа модулів, підключених до магістралі. Взаємодії, здійснювані модулями по МНЦ, бувають двох видів: передача управління магістраллю, обмін інформацією.

У свою чергу, взаємодія "обмін інформацією" підрозділяється на читання за адресою (ЧТ), запис за адресою (ЗАП), читання за адресою з подальшим записом за цією адресою (ЧТМ).

Всі підключені до МНЦ модулі діляться на ведені або на такі, що ведуть. Модулі, що ведуть (П1, П2, АМТ, КЕ, КІП, ПО) в процесі роботи вимагають обміну інформацією з іншими веденими модулями або переривають роботу інших модулів. Ведені модулі (ОЗП, ОЗП-ВП, КП) беруть участь в обміні інформацією тільки після адресного виклику, що поступив від ведучого модуля. Робота ПЧПУ розглянута в технічному описі.

Обмін інформацією (по МНЦ) між модулями здійснюється 16-розрядними словами. Адреса зберігання слова також представляється у вигляді 16-розрядного двійкового коду. Об'єм адресного простору, в якому можливі обміни по МНЦ, дорівнює 216 = 64К слів, де К = 1024.

Запити на обмін інформацією по МНЦ виникають від ведучих модулів асинхронно і незалежно. Для забезпечення істинності обміну у складі першого процесора (модуль П1) є функціональний вузол — арбітр магістралі, який виконує певний алгоритм надання магістралі одному з декількох модулів, що вимагали обмін.

Окрім магістралі МНЦ є додатковий канал, по якому зв'язані тільки модулі АМТ, КЕ, КІП, КП, ПО. Якщо МНЦ представити у вигляді кільцевої магістралі, то цей додатковий канал є радіальним перетворенням МНЦ. Модуль АМТ, підключений до МНЦ, перетворить (відповідним чином) сигнали на МНЦ і управляє обмінами з модулями КЕ, КІП, КП, ПО, використовуючи радіальний принцип управління. Цей додатковий канал управління збільшує функціональну гнучкість УЧПУ в цілому і дозволяє скоротити апаратну частину в модулях КЕ, КІП, КП, ПО.

Процесори П1, П2 спільно виконують програму роботи ПЧПУ, що є певною послідовністю команд, що зберігається в пам'яті ПЧПУ. Вміст ОЗП може змінюватися в процесі виконання програми. ПЗП зберігає незмінну частину програм, вміст ПЗП не змінюється в процесі виконання програм. Кожен з процесорів (П1 і П2) містить в своєму складі ПЗП об'ємом 8К слів. Кожен процесор може читати програму, розміщену у власному ПЗП. Інформація, розміщена в модулі ОЗП, доступна будь-якому з процесорів. Ця інформація може представляти або змінну частину програм, або змінні в процесі виконання програм дані. Процесори П1 і П2 побудовані на основі ВІС, що зумовило малі габарити модулів П1, П2 при їх великих функціональних можливостях.

Модуль АМТ виконує функцію перетворення магістралі МНЦ в радіальний канал управління модулями КЕ, КІП, КП, ПО. Крім цього модуль АМТ реалізує функцію відліку інтервалів часу, що програмно задаються. Дискретність завдання інтервалу Дt = 0,1 мс; максимально можлива тривалість інтервалу, що задається, 64 тисячі дискрет. Завдання на відробіток інтервалу часу може поступити в АМТ від будь-якого з процесорів (П1 або П2). Після закінчення відробітку заданого інтервалу часу АМТ повідомляє про це процесори П1 або П2, викликаючи їх переривання.

При необхідності обміну інформацією з пультом оператора або з одним з контролерів (КЕ, КІП, КП) ініціатор обміну запрошує дозвіл захоплення загальної магістралі МНЦ і після дозволу генерує адресу веденого пристрою. Модуль АМТ перетворить цю адресу в радіальну дію на ведений модуль, що викликається в обміні. Після закінчення обміну інформацією магістраль МНЦ звільняється.

При необхідності задати таймеру в модулі АМТ відробіток інтервалу часу ініціатор такого завдання через магістраль МНЦ за адресою таймера видає код значення інтервалу часу. Цей код записується в таймер, і з моменту цього запису починається відлік заданого інтервалу в реальному часі з дискретною Дt = 0,1 мс. Можна заборонити переривання процесорів П1 або П2 від таймера після закінчення заданого тимчасового інтервалу, що забезпечується адресним записом певної інформації в регістр пам'яті таймера.

Модуль КЕ забезпечує необхідне електричне узгодження сигналів між ПЧПУ і електроавтоматикою верстата. Крім того, модуль КЕ сигналізує процесору П1 про зміну стану електроавтоматики верстата, внаслідок чого відбувається переривання процесора П1 при зміні будь-якого з сигналізаторів електроавтоматики. Забезпечена можливість адресного маскування (заборони) переривання процесора П1 по будь-якому з сигналізаторів електроавтоматики верстата. Модуль КЕ пов'язаний з керованим верстатом 16 вихідними лініями, що забезпечують включення або виключення реле електроавтоматики. Кожна з цих ліній може комутувати струм 0,2 А при напрузі 27 В. Стан "Включений" або "Вимкнений" по кожній з цих ліній визначається станом 16-розрядного регістра. Під час роботи ПЧПУ будь-який з процесорів (П1 або П2) може записати на цей регістр необхідну інформацію.

Від керованого верстата на модуль КЕ поступають 16 вхідних ліній, кожна з яких визначає стан таких сигналізаторів електроавтоматики, як кінцевих вимикачів, аварійних вимикачів і ін. Вісім цих ліній можуть бути використані для організації переривань. Всі вхідні і вихідні лінії КЕ гальванічно розв'язані (через оптрони) від електричних кіл верстата.

Модуль КІП виконує наступні функції: здійснює електричне перетворення сигналів між ПЧПУ і фотоелектричними імпульсними перетворювачами (датчиками) кута повороту, розташованими на верстаті; здійснює логічне перетворення унітарного коду імпульсного перетворювача в двійковий 16-розрядний код. Електричне перетворення сигналів, що поступають від датчиків, виконується за допомогою оптронів, а логічне перетворення унітарного коду в двійковий код – за допомогою двійкового лічильника. Ці лічильники доступні (по читанню) процесорам П1, П2. Після закінчення читання лічильник обнуляється. На модуль КІП поступають унітарні коди від чотирьох датчиків, розміщених на осях X, Z, маховичку і шпинделі верстата.

Вміст лічильника, пов'язаного з датчиком шпинделя, характеризує частоту обертання шпинделя, яка забезпечує нарізування різьби. Вміст лічильників, пов'язаних з датчиками осей Х і Z, визначає відносні лінійні переміщення ріжучого інструменту верстата по цих осях. Вміст лічильника, пов'язаного з датчиком маховичка, визначає відносне лінійне переміщення різця (по осі Z або X), що задається оператором уручну (обертанням маховичка).

Модуль КП, що забезпечує управління подачею ріжучого інструменту по осях Х і Z, перетворить двійковий код швидкості подачі в пропорційний цьому коду аналоговий сигнал. До складу модуля входять два 12-розрядні регістри (по одному на координату), кожен з яких має свою фіксовану адресу в МНЦ. Будь-який з процесорів (П1, П2) може записувати в ці регістри необхідні коди швидкості. Аналоговий сигнал змінюється в діапазоні від-10Вдо+10В (дискрета зміни 5 мВ). Нульовий код відповідає відсутності руху ріжучого інструменту по відповідній осі.

Пульт оператора забезпечує взаємодію оператора з ПЧПУ. На панелі пульта розташовуються елементи індикації швидкості подачі, номера кадру програми, параметрів кадру, параметрів стану ПЧПУ і клавіші управління (режимом роботи і оперативного управління при введенні – виведенні програми і відробітку програми по кроках, або в автоматичному режимі).

Модуль ОЗП ВП, що є касетою електронної пам'яті ємкістю 4К слів, виконує наступні функції: розширення об'єму оперативної пам'яті ПЧПУ від 4К до 8К слів; введення в ПЧПУ або вивід з ПЧПУ налагодженої програми обробки деталі в цілях подальшого тиражування цієї програми для інших верстатів з подібним ПЧПУ. При відключенні касети від роз’єму  ОЗП ВП інформація в касеті зберігається протягом 100 годин завдяки використанню автономного джерела живлення.

ПЧПУ НА ОСНОВІ МІКРОЕОМ

"Електроніка НЦ80-31" ("Електроніка МС2101") (рис. 3.18) була тривалий час однією з найбільш досконалих вітчизняних систем ЧПУ. Апаратна частина пристрою виконана за блоково-модульним принципом. Залежно від типу верстата і завдань управління до складу ПЧПУ входить два або три блоки. Крім того, можна варіювати складом плат другого і третього блоків. Перший, дисплейний блок – МІКРОЕОМ "Електроніка НМС12401.1" у всіх виконань ПЧПУ – має однакову апаратну частину і відрізняється тільки ПРЗ відображення програм. МІКРОЕОМ "Електроніка НМС12401.1"; має об'єм основної пам'яті 56 Кбайт і внутрішню пам'ять на цифрових магнітних доменах (ЦМД) 32 Кбайт.

Рисунок 3.18. Загальний вигляд ПЧПУ "Електроніка МС2101.01" (перше виконання) з пультом верстата:

а – перший (дисплейний) блок, що вбудований в верстат

(1 – дисплей, 2 – клавіатура ПЧПУ, 3 – касета зовнішньої пам’яті ЦМД, 4 – пульт верстата),

б – другий блок.

Зовнішня пам'ять ємкістю 32 Кбайта на касеті, що знімається, виконана на ЦМД. Касета дозволяє готувати УП окремо від верстата. Окрім введення УП з клавіатури пульта і касети передбачена можливість введення УП з фотозчитуючого пристрою і ЕОМ верхнього рангу.

Дисплейний блок пов'язаний з другим блоком телеграфним каналом, що забезпечує швидкість передачі інформації 19,2 Кбод (1 бод дорівнює швидкості передачі інформації 1 біт/с). Зв'язок із зовнішніми периферійними об'єктами виконується із швидкістю 300 бод. Другий блок призначений для управління приводами, електроавтоматикою верстата і зберігання технологічного ПРЗ. У табл.3.4 приведені характеристики ПЧПУ "Електроніка МС2101" різних виконань, а на рис. 3.19 показана структурна схема ПЧПУ "МС2101" в двоблочному виконання. 

Обчислювач МІКРОЕОМ включає арифметико-логічний блок (АЛБ), ПЗП, ОЗП, інтерфейс радіальний послідовний (ІРПС), блок синхронізації (БС) і блок радіальних переривань (БРП).

АЛБ, призначений для виконання дії над операндами і формування адрес команд і операндів, виконаний на одній надвеликій інтегральній мікросхемі (НВІС) типу К1801ВЕ1. Ця схема містить вісім 16-розрядних регістрів загального призначення, зокрема два системних. До них відносяться покажчик, що містить адресу останньої заповненої комірки стеку, і лічильник команд, що містить адресу чергової виконуваної команди. Крім того, АЛБ має вісім регістрів загального призначення, що містять інформацію про поточний стан АЛБ.

Рисунок 3.19. Структурна схема ПЧПУ "Електроніка МС2101.04" (двоблочне виконання):

В – обчислювач, Контр. ЗП ЦМД – контролер запам’ятовуючого пристрою на МЦД, УК ПО - управління пультом оператора, ПО - пульт оператора, Д – дисплей, ЕП – управління електроприводами, ЕА – управління електроавтоматикою, АЦП – аналого-цифровий перетворювач.

Таблиця 3.4. Характеристики ПЧПУ "Електроніка МС2101"

Тип ПЧПУ

Група верстатів

Типи блоків

(мікро-ЕОМ)

Дані другого блоку

МС 2191.01 (двоблочний)

Токарна

НМС 12401.1

НМС 12402.1-02

5 – каналів зв’язку з імпульсними датчиками

3 – канали управління приводом

128 входів/64 виходи

МС 2191.04 (двоблочний)

Шліфувальна

НМС 12401.1

(рис.3.20)

НМС 12402.1-04

(рис.3.21)

5 – каналів зв’язку з імпульсними датчиками

4 – канали управління приводом ( 4 координати)

64 входи/32 виходи

4 – канали аналого-цифрового перетворення на 9 розрядів (АЦП)

МС 2191.02 (трьохблочний)

Фрезерно-свердлильні оброблювальні центри і ГПМ

НМС 12401.1

НМС 12402.1-06

НМС 12402.1 (командоаппарат

192 входи/96 виходів)

5 – каналів зв’язку з імпульсними датчиками

4 – канали управління приводом

64 входи/32 виходи

ПЗП призначений для зберігання незмінних програм ПРЗ, при зверненні до ПЗП можливо тільки читання інформації. ПЧПУ НМС 12401 (рис. 3.20) має ПЗП з об'ємом пам'яті до 12К, а ПЧПУ НМС 12402 (рис. 3.21) – до 20К слів 16-розрядних.

Рисунок 3.20. Структурна схема ПЧПУ «Електроніка НМС 12401»на трьох платах (1-й блок):

В – плата обчислювача, П1 – процесор 16-ти розрядний,

ІРПР – інтерфейс радіальний паралельний, ППЗП – перепрограмована пам'ять,

ЦМД – пам'ять на циліндричних магнітних доменах, ПВІ – дисплей (20 рядків по32 символи),

ТК – телеграфний канал. КК – контролер касети ЦМД, УК – управління клавіатурою.

Рисунок 3.21. Структурна схема ПЧПУ «Електроніка НМС 12402»на чотирьох платах (2-й блок):

ЕП – плата управління приводами, АЦП – аналого-цифровий перетворювач,

ЕА – плата управління електроавтоматикою, В – плата обчислювача.

ОЗП, призначене для зберігання змінних програм ПРЗ, операндів, векторів і організації стека, виконане на мікросхемах динамічного типу. При відключенні напруги живлення інформація в ОЗП не зберігається. Регенерація інформації забезпечується апаратними засобами.

ПЧПУ НМС 12401 має ОЗП з об'ємом пам'яті 16К, а ПЧПУ НМС 12402—8К слів (16-розрядних). ОЗП містить регістр стану, який доступний для зчитування і запису інформації.

Інтерфейс радіальний послідовний (ІРПС) містить ВІС телеграфного каналу передачі і прийому послідовної інформації, загальну схему управління і загальний регістр стану.

БС призначений для формування синхронізуючих сигналів з частотою 8 і 4 мГц, 50, 10 і 5 кГц і 500 Гц. Частота 10 кГц поступає на програмований таймер (з мінімальною дискретою 0,1 мс). Таймер містить регістр даних і регістр управління.

БРП призначений для формування переривань і векторів переривань для АЛБ.

Пристрій відображення інформації, призначений для введення графічної і буквено-цифрової інформації, виконаний на плазмовому дисплеї з робочим полем екрану 153Х153 мм.

Пристрій зв'язку з електроавтоматикою, призначений для видачі сигналів управління електроустаткуванню і прийому сигналів про стан електроустаткування, містить 32 вихідні і 64 вхідних лінії управління (максимальна частота перемикання 10 кГц). Лінії управління розділяються на канали по вісім ліній в каналі. Кожен канал має свою адресу і схему управління, що містить восьмирозрядний регістр інформації і чотирьохрозрядний регістр управління. Призначення розрядів приведене в технічному описі.

Рисунок 3.22. Структурна схема ПМО ПЧПУ «Електроніка МС 2101»:

ОС – операційна система, ДДМ – діалого-дисплейний монітор,

ПЛ ЧПУ – мова програмування технологічних функцій,

ЯРУС 2 - мова програмування електроавтоматики,

ДІАЛОГ – мова введення і редагування УП.

Пристрій зв'язку з приводами і вимірювальними перетворювачами, призначене для управління приводами, включає чотири канали зв'язку з приводами і п'ять каналів зв'язку з фотоімпульсними датчиками.

Рисунок 3.22. Структурна схема модуля управління електроавтоматикою верстата (зв’язки управління позначені одинарними лініями, інформаційні зв’язки – подвійними лініями)

Входи від імпульсного датчика зворотного зв'язку використовуються для підключення шляхових вимірювальних перетворювачів приводів і  штурвалу ручного управління (електронного маховика). Аналого-цифрові вимірюючи перетворювачі виконані дев'ятирозрядними і розраховані на напругу ± 10В.

ПЧПУ "Електроніка МС2101", має ПРЗ блоково-модульного виконання, що спрощує зміну і нарощування ПРЗ і таким чином збільшує його пристосованість і живучість. Структурна схема ПРЗ ПЧПУ "Електроніка МС2101" приведена на рис.3.22. Універсальним модулем, що забезпечує розподіл потужності процесора, запуск, зупинку і взаємодію блоків ПРЗ, є операційна система (ОС), що працює в реальному масштабі часу. ОС вирішує питання взаємодії програмних блоків, планує виконання кожного завдання відповідно до заданого пріоритету, реагує на зовнішні події, що служать сигналами для початку виконання програмних завдань.

Універсальним модулем, призначеним для систем ЧПУ різних верстатів і видів управління, є системне ПРЗ диалого-дисплейного монітора (ДДМ). Цей модуль дозволяє використовувати можливості буквено-цифрової індикації, створювати тексти "меню" для діалогового введення УП. У разі, коли здійснюють нарощування ПРЗ, ДДМ виконує завдання графічного відтворення УП. Високий рівень директив, представлений користувачеві, значно спростив і автоматизував процес програмування дисплейного блоку.

Центральне місце в ПРЗ ПЧПУ займає модуль інтерпретатора УП, мова якого ПЛ-ЧПУ призначена для вирішення основних технологічних завдань. Користування цією мовою скорочує час введення ПРЗ. У ПЧПУ "Електроніка МС2101", так само як і в інших мікропроцесорних системах, передбачено програмування електроавтоматики (ЕА) верстата, для чого ПЧПУ оснащується проблемно-орієнтованою мовою ЯРУС-2.

Технологічне ПРО включає програми М-функцій, типові підпрограми циклів. Ця частина ПРЗ, так само як і ПРЗ управління приводами і електроавтоматикою, зберігається в пам'яті другого блоку ПЧПУ.

Структурна схема модуля управління ЕА представлена на рис. 3.23. Мова програмування електроавтоматики ЯРУС-2 доступна виробнику і наладчику верстата. Це дає йому можливість оперативно коректувати функції управління електроавтоматикою при налагоджені ПЧПУ і стиковці з верстатом.

Модуль управління ЕА виконує завдання введення, редагування, трансляції, наладки і виконання програм управління ЕА, і складається з декількох функціональних частин, розташованих в дисплейному I і виконавчому II блоках.

Робота окремих функціональних частин модуля визначається режимом ЕА. Розрізняють два основні режими – режим підготовки і режим виконання програм ЕА.

Режим підготовки програм включає наступні етапи: введення і редагування (програма "Редактор"); трансляція (програма "Транслятор"); наладка (програма "Наладчик 1" для моделювання програм ЕА в блоці І без зв'язку з верстатом і програма "Наладчик 2" для наладки програм ЕА в блоці II спільно з верстатом).

У блоці II працюють три програми – "Диспетчер", "Драйвер" (для зв'язку з верстатом по вхідних і вихідних змінних) і "Наладчик 2". Програма "Наладчик 2" служить для організації автоматичного і покрокового виконання програм ЕА із завданням точок зупинки, для відображення на екрані дисплея необхідної інформації про стан вхідних і вихідних змінних.

Всі програми підсистеми ЕА, окрім "Диспетчера", зберігаються на зовнішній касеті незалежної пам'яті на ЦМД. Залежно від підрежиму роботи підсистеми ЕА вони автоматично завантажуються в оперативну зону пам'яті блоку І і виконуються. Початкові і трансльовані тексти програм ЕА теж зберігаються в пам'яті на ЦМД. Якщо програма ЕА вже налагоджена і готова, то вона може бути передана або для прошивки в ППЗП, або зберігатися в пам'яті на ЦМД В другому випадку при включенні живлення системи ЧПУ вона по телеграфному каналу автоматично завантажується з пам'яті на ЦМД блоку І в оперативну пам'ять блоку II. Вибір варіанту визначається системним параметром.

Мова ЯРУС-2 дозволяє програмувати паралельні процеси дискретної автоматики, що протікають в реальному часі, писати безпосередньо булеві скобкові формули довільної вкладеності, логічні рівняння і імплікації, предикати, що містять відношення, рівняння, нерівності між логічними і арифметичними величинами. У мові ЯРУС-2 можна викликати підпрограми. Передбачені спеціальні мовні засоби для зв'язку з системою ЧПУ і програмування пульта. На екрані дисплея висвічуються повідомлення про помилки. Вхідні і вихідні сигнали взаємозв'язані зі своїми логічними іменами за допомогою параметрів підсистеми ЕА.

Надійність УЧПУ значною мірою залежить від системи діагностування, а також від системи контролю і виправлення помилок в пам'яті.

Вхідний контроль УЧПУ виконується за допомогою спеціального тесту перевірки справності функціонування системи. Цей тест, що реалізовується програмно-апаратними засобами заводу-виробника ПЧПУ, передбачає тимчасову установку плати контролю. Крім вхідного контролю в процесі роботи ПЧПУ передбачається виконання тестів самодіагностування двох видів: до початку робочих режимів (резидентний тест); під час функціонування у фоновому режимі.

Резидентний перевіряючий тест автоматично виконує докладну діагностику вузлів безпосередньо після включення ПЧПУ. Особливістю резидентного тесту є повна його автономність по відношенню до контрольованих функціональних вузлів пристрою ЧПУ, що дозволяє забезпечити детальну перевірку всіх вузлів пристрою ЧПУ на функціонування. Виявлені несправності у функціонуванні вузла відображуються на екрані дисплея пульта управління у вигляді кодів помилок або в розшифрованому тестовому вигляді. Після закінчення повного діагностичного контролю пристрою ЧПУ за допомогою резидентного тесту, оператор отримує можливість вибрати відповідний режим роботи.

Діагностичний контроль в робочих режимах виконується в час, вільний від виконання основних операцій. При цьому пристрій ЧПУ автоматично переводиться у фоновий режим виконання діагностичних тестів. В процесі проведення кожного тесту послідовно вирішується ряд елементарних арифметико-логічних завдань. Отримані в процесі виконання тесту результати порівнюються з константами (отримані раніше відповіді), що зберігаються в пам'яті ПЧПУ.

Якщо результати виконання тестів не відповідають константам, це розглядається діагностичною системою як помилка функціонування (збій, відмова) вузла пристрою ЧПУ. При цьому на екран дисплея в зону коментарів виводиться інформація про хід помилки, яка дозволяє локалізувати несправний вузол або місце в пристрої ЧПУ.

Виявлення і виправлення помилок в пам'яті виконується за допомогою спеціального методу кодування. Найбільш поширеним є код Хеммінга, що дозволяє виправити однобітові і виявляти двобітові помилки в слові. Існують також розвиненіші схеми, що дозволяють виправляти двобітові помилки. Контроль цих помилок може реалізуватися схемними або програмними методами, а також змішаним апаратно-програмним методом. Проте всі коди побудовані по одному загальному принципу: виходячи з певних поєднань бітів контрольованих даних формуються додаткові біти, звані контрольними або бітами парності. Знаючи положення цих бітів в закодованому слові даних і їх значення (1 або 0), можна виявити певне число помилок. Автоматичне виправлення деяких з цих помилок зводиться до заміни 1 на 0 або навпаки. Звичайне число помилок, що автоматично виправляються, в слові менше числа помилок, яке можна виявити.

У системах ЧПУ окрім вказаних МІКРОЕОМ використовується також "Електроніка 60". МІКРОЕОМ побудована за модульним принципом (рис. 3.24). Обмін інформації між модулями (платами) здійснюється через єдиний канал типу загальної шини. Канал складається з 39 ліній зв'язку, 16 з яких служать для передачі адреси і даних. Управління каналом виконується центральним процесором. У режимі прямого доступу до пам'яті управління каналом передається іншому блоку МІКРОЕОМ. Зв'язок по каналу асинхронний, тобто запрошуваний адресою пристрій дає у відповідь сигнал підтвердження. У системі ЧПУ до каналу ЕОМ під'єднуються модулі запам'ятовуючого пристрою необхідного типу і об'єму, модулі зв'язку з пультом оператора і індикатором, модулі зв'язку з приводами, датчиками і електроавтоматикою верстата.

Рисунок 3.24. Структурна схема ПЧПУ типу 2М43 з мікро-ЕОМ «Електроніка 60»

Рисунок 3.25. Загальний вигляд ПЧПУ типу 2М43:

1 – дисплей, 2 – клавіатура пульта, 3 – фотозчитуючий пристрій, 4 – бобіни з перфострічкою.

Рисунок 3.26. Виносний пульт модульного виконання ПЧПУ типу 2С42:

1 – дисплей, 2 – клавіатура пульта, 3 – пульт управління верстатом

Процесор МІКРОЕОМ 16-розрядний з швидкодією 250000 оп/с. До складу ПЧПУ входить модуль зв'язку з фотозчитуючим пристроєм КОНСУЛ для введення програм з перфострічки і перфоратором для виведення відкоректованої УП. ОЗП має об'єм 4К і 16К слів, ЕППЗП – 4К слів.

Передбачено два рівні переривання команд, один з яких від внутрішнього таймера (задатчика частоти).

"Електроніка 60" використовується в багатьох пристроях ЧПУ: 2М43, 2С85, 2С42, 2Р22, 2Р32 і ін. Конструктивно ці ПЧПУ виконуються у вигляді автономної стійки (рис. 3.25) і в блоково-модульному виконанні з виносним дисплейним блоком (рис. 3.26). Вказаними системами ЧПУ оснащуються верстати всіх груп. Модифікації ПЧПУ відрізняються в основному числом керованих координат і складом технологічного програмно-математичного забезпечення, що враховує специфіку обробки на певних групах верстатів.

ПЧПУ випускаються у виконань для управління слідкуючим (2С85-62) і кроковим (2С85-63) приводами.

АЛГОРИТМИ УПРАВЛІННЯ

Під алгоритмом розуміють послідовність виконання логічних операцій, необхідних для здійснення деяких дій або рішення задачі. Алгоритм може мати словесний опис або формалізований у вигляді структурної схеми (блок-схеми, схеми алгоритму).

Ступінь деталізації поставленого завдання визначає собою вид схеми алгоритму. Правила викреслювання блок-схем алгоритмів визначаються ГОСТ 19.002-80 і 19.003-80.

Алгоритми управління мікропроцесорних ПЧПУ діляться на наступні групи.

Системні алгоритми визначають роботу МІКРОЕОМ і її взаємодію з електронними вузлами ПЧПУ (пам'яттю, дисплеєм і т.ін.) і апаратними засобами введення-виводу. ПРЗ цих алгоритмів розробляється виробником МІКРОЕОМ і зберігається в ПЗП. До системного ПРЗ відноситься також зрозуміла для МІКРОЕОМ машинна робоча програма.

Технологічні алгоритми розробляється стосовно певної групи верстатів (токарних, свердлувальних і т.ін.). Алгоритми функціонального ПРЗ також зберігаються в ПЗП.

Функціональні алгоритми є специфічними і призначені для верстата певного виконання або певної області його застосування (алгоритми програмованої електроавтоматики, технологічні цикли і т.ін.). Програми технологічних алгоритмів зберігаються в ППЗП. Вони розробляються на заводі-виробнику верстата або на заводі-виробнику ПЧПУ за замовленням. Для їх програмування використовується функціональне ПРЗ.

Програми обробки деталі, , що є зовнішніми по відношенню до алгоритмів управління, розробляються споживачем, що експлуатує верстат з ПЧПУ. Програми записуються на перфострічці або вводяться з клавіатури ПЧПУ і визначаються типом оброблюваної деталі (її геометричними розмірами, видом обробки і т.ін.).

Для роботи ПЧПУ істотне значення має алгоритм інтерполяції. Під інтерполяцією розуміють видачу інформації про траєкторію рухів інструменту в інтервалі між координатами опорних точок, заданих в УП. Якщо траєкторія руху між опорними точками задана прямою, то виконують лінійну інтерполяцію, якщо по колу, то кругову інтерполяцію.

Інтерполяцію виконують за допомогою електронних схем (у ПЧПУ Н22, НЗЗ і ін.) або з допомогою ПРЗ (у мікропроцесорних пристроях ЧПУ). Проте в обох випадках інтерполюють по одних і тих же математичних виразах.

Інтерполятор відпрацьовує програму послідовно окремими ділянками (кадрами), при лінійній інтерполяції — це ділянки прямих ліній, розташованих в просторі.

Припустимо, що необхідно відпрацювати кадр, що є відрізком АВ (рис. 3.27), розташований в площині XY (ха, уа — координати точки А, хb, yb — координати точки B). Відробіток кадру ведуть в напрямі від точки А до точки В. Особливістю інтерполятора є те, що початковою інформацією для нього є не координати точок опрацьовуваного відрізка (ха, уа, хb, yb ), а різниця координат кінцевої В і початкової А точок відрізка.

У мікропроцесорних ПЧПУ ця різниця обчислюється, а в ПЧПУ з схемною реалізацією алгоритмів задається при програмуванні. Це означає, що для кожної окремої ділянки встановлюють свою відносну систему координат (х\ y) (рис. 3.28). При цьому початок відносної системи координат співпадає з початком опрацьовуваного відрізка, тобто координати початку відрізка х′0 = 0; у′0 = 0, а координати кінця відрізка х′к = АХ; у′к = AY.

Рисунок 3.27. Відносні координати відрізка АВ.

Рисунок 3.28. Відносні координати ряду відрізків траєкторії.

При програмуванні траєкторії число відносних систем координат дорівнює числу ділянок (кадрів) відробітку (рис. 3.28).

На імпульс, що виробляється інтерполятором, привід подач відповідної координати верстата здійснює одиничне переміщення відповідно до дискретності верстата. Наприклад, для того, щоб переміститися по координаті на 5 мм при дискретності 0,01 мм, інтерполятор повинен видати по цій координаті 500 імпульсів. Величини переміщень по координатах, тобто величини хк, ук, zK, задаються в інтерполятор числом одиниць дискретності. Кадр програми, в якому необхідно відпрацювати переміщення Хк = +76,25 мм, Yк – = – 43,00 мм і zk=+7,10мм, при дискретності 0,01 мм матиме вигляд: Х+ 7625; Y — 4300; Z+0710. Інтерполятор відпрацьовує цей кадр за певний час, відповідно до швидкості подачі, що задається від програми в блок завдання швидкості. Для того, щоб робочий орган верстата переміщався виключно уздовж запрограмованого відрізка прямої, вироблені інтерполятором по кожній з координат імпульси, повинні бути рівномірно розподілені за часом. Нерівномірність проходження вироблених інтерполятором імпульсів визначається точністю інтерполятора і впливає на роботу приводів подач.

Найбільш простим типом схемного інтерполятора є лінійний інтерполятор на помножувачах з відбором імпульсів із спеціального багаторозрядного лічильника. Розглянемо принцип його роботи.

Як правило, максимальне число, що відбирається від лічильника імпульсів, на одиницю менше його повної ємкості. Так, якщо лічильник має ємкість 10000 імпульсів (десятитисячний імпульс переповнює лічильник і повертає його в стан 0), за допомогою схем відбору можна отримати 10000-1=9999 імпульсів.

Рисунок 3.29. Принцип відбору імпульсів з лічильників з’єднаних послідовно.

Лічильник ємкістю 10000 імпульсів складається з чотирьох рахункових двійково-десяткових декад, кожна з яких видає на свій вихід кожен десятий імпульс з тих імпульсів, що поступили на її вхід. Наприклад, якщо на вхід лічильника (рис. 3.29) подати 10000 імпульсів, то на виході першої, другої, третьої і четвертої декад буде 1000, 100, 10 і 1 імпульс відповідно. Імпульс, що виходить з останньої декади лічильника, означає закінчення циклу роботи (кінець відробітку кадру), внаслідок чого по кожній з координат буде відібране певне число імпульсів.

Якщо програма записана в двійково-десятковому коді, кожна одиниця в такому записі має свою вагу (див. рис. 3.29): у четвертій декаді вага для першого, другого, третього і четвертого двійкових розрядів складає відповідно 1, 2, 4, 8; у третій декаді – 10, 20, 40, 80; у другій декаді – 100, 200, 400, 800 і в першій декаді – 100, 2000, 4000, 8000. Склавши вагу всіх одиниць в чотирьох декадах, отримуємо саме число. Наприклад, число 5962 (див. рис. 3.29) в двійково-десятковому записі матиме такий вигляд: 0101, 1001, 0110, 0010; склавши вагу одиниць, отримаємо 4000+1000+800+100+40+20+2=5962. Склавши числа по кожній з декад, можна отримати будь-яке число від 1 до 9999.

Відбір цих імпульсів відбувається відповідно до наявності одиниць в двійково-десятковому записі величини переміщення в програмі. Для цього достатньо, щоб кожна з декад лічильника мала чотири вихідних кола відбору, по кожному з яких на кожні десять імпульсів, що поступили на вхід декади, було б видано 8, 4, 2 і 1 імпульс. Тоді перша декада лічильника видала б в колі відбору 8000, 4000, 2000 і 1000 імпульсів, друга 800, 400, 200, 100; третя 80, 40, 20, 10; четверта 8, 4, 2,1.

Припустимо, що кола відбору мають контакти, які замикаються за наявності відповідної інформації в УП. Тоді одиниця в четвертому двійковому розряді старшої (першою) декади замикає коло, по якому від лічильника проходить 8000 імпульсів, в третьому розряді – 4000 імпульсів і т.д. Кола відбору об'єднуються і кількість імпульсів, що поступають на вихід схеми, відповідає числу, що міститься на перфострічці.

Припустимо, що на перфострічці міститься число 5962, записане в двійково-десятковому коді як 0101, 1001, 0110, 0010. Тоді замикаються контакти, що посилають на вихід схеми 4000, 1000, 800, 100, 40, 20 і 2 імпульси, сума яких (5962 імпульси) відповідає числу, записаному в програмі (див. рис. 3.29).

Рисунок 3.30. Лінійна інтерполяція на ділянці ОА методом оціночної функції з почерговими кроками по координатах X і Y.

Принцип лінійної інтерполяції, заснований на лічильниках з відбором імпульсів з декад, застосовувався тільки в ПЧПУ першого покоління ("Контур 3П", "Контур 2ПТ" і ін.). У пристроях другого покоління типу Н22, Н33 і мікропроцесорних ПЧПУ використовуються досконаліші алгоритми. Проте лінійна інтерполяція на лічильниках з відбором також застосовується як допоміжний міні-інтерполятор. Такі міні-інтерполятори використовуються в деяких пристроях у разі двохетапної інтерполяції – грубої і точної. Груба інтерполяція видає інформацію про опорні точки через великі інтервали траєкторії. Ця інформація використовується в міні-інтерполяторі як початкова. При цьому груба інтерполяція виконується програмно, а точна (наприклад, на ділянці 2—3 мм) апаратно. Такий підхід дозволяє застосувати повільніші процесори і збільшити число керованих координат верстата.

Розглянемо алгоритми лінійно-кругової інтерполяції. Найбільшого поширення набув спосіб, що спирається на вирішення диференціальних рівнянь прямої і кола (метод цифрових диференціальних аналізаторів — ЦДА), і спосіб, в основу якого покладено вирішення рівнянь алгебри (метод оціночної функції).

У більшості ПЧПУ лінійно-кругова інтерполяція проводиться по методу оцінної функції.

ЕКСПЛУАТАЦІЯ І ДІАГНОСТУВАННЯ СИСТЕМ ЧПУ

Для обслуговування систем ЧПУ на промислових підприємствах існують спеціальні служби. Заводи-виробники ПЧПУ, організовують курси, де вивчаються питання експлуатації і наладки ПЧПУ. У керівництві до верстата з ЧПУ указується завод-виробник системи ЧПУ і можливості навчання наладчиків з питань експлуатації даного ПЧПУ.

Наладчик систем ЧПУ винен добре знати функціонування як системи в цілому, так і її окремих вузлів.

Не дивлячись на відмінності в структурах і функціях окремих систем ЧПУ, існують більш менш загальні методи перевірки працездатності систем, їх наладки і правила експлуатації. Окрім технічного опису в комплект документації, що поставляється заводом-виробником, входить інструкція з експлуатації і наладки систем ЧПУ, а також додаються тестові (перевірочні) програми для визначення правильності функціонування системи. У мікропроцесорних ПЧПУ частина тест-програм зберігається в пам'яті пристрою.

В процесі експлуатації систем ЧПУ наладчик проводить профілактичні роботи по обслуговуванню систем, перевіряє працездатність систем, здійснює пошук і усунення виникаючих несправностей.

Зміст і терміни профілактичних робіт обумовлені в інструкції з експлуатації ПЧПУ. До цих робіт відносяться: змащення рухомих частин фотозчитуючого пристрою, вентиляторів охолоджування; очищення ПЧПУ від пилу і грязі; заміна або очищення повітряних фільтрів вентиляційної системи; чищення (промивка в спирті) контактів, електронних блоків; чищення оптичної системи фотозчитуючого пристрою і т.ін.

Працездатність систем ЧПУ перевіряють, як правило, по тест-програмам не рідше за один раз на тиждень. Таку ж перевірку проводять і у разі неправильної обробки деталі на верстаті, з'ясовуючи, в чому причина — в неправильно складеній програмі або в несправності системи ЧПУ. Перевірка по тест-програмам може бути різною залежно від можливостей кожної конкретної системи ЧПУ. Найчастіше тест-програма є звичайною УП, в якій передбачені всі використовувані в системі ЧПУ режими роботи.

Перевіряючи системи ЧПУ на верстаті, наладчик спостерігає за роботою верстата згідно тест-програми (зокрема перевіряє роботу приводів подач і виконання послідовності технологічних команд).

Як звичайні УП, так і тест-програми будуються так, щоб робочий орган верстата в кінці програми повернувся в початкову точку.

Виконання верстатом технологічних команд (частота обертання шпинделя, зміна інструменту), передбачених тест-програмою, перевіряють, як правило, візуально. Спостерігають також стан різних органів індикації (наприклад, номер і код технологічний команди), передбачених системою ЧПУ. Аналогічно проводять перевірку систем ЧПУ по тест-програмам на стенді з використанням графічного пристрою замість верстата.

При перевірці працездатності системи ЧПУ без верстата (і без стенду) наладчик користується тільки засобами індикації, передбаченими в системі. У мікропроцесорних ПЧПУ результати перевірки по тест-програмам висвічуються на дисплеї. Указується код виявленої помилки. По переліку значень кодів наладчик визначає причину відмови. У ряді систем замість коду висвічується текстове найменування відмови.

Тест-програми складають так, що працездатність системи перевіряється послідовно по елементах. Це полегшує пошук можливої несправності. Наприклад, спочатку відпрацьовується переміщення окремо по кожній координаті (+Х, – X + Y, – У і т. далі). Потім перевіряють режим лінійної інтерполяції в різних поєднаннях координат і при різних величинах переміщень, режим кругової інтерполяції, режим абсолютного введення (якщо він передбачений системою), режим розрахунку еквідістанти, введення корекцій і т.ін.

Відмови (порушення працездатності) в системах ЧПУ виникають раптово і непередбачувано. Режими роботи окремих елементів змінюються поступово і можуть бути своєчасно виявлені за допомогою тест-програм.

При виявленні несправності тест-програмою можна визначити несправність в колі, блоці або навіть в групі блоків. Пошук і усунення окремих несправностей багато в чому залежать від конструкції системи ЧПУ.

Несправні елементи в системі шукають, задаючи такі режими роботи, в яких повинен брати участь цей елемент. Залежно від місцезнаходження несправності це реалізується різними методами. Наприклад, при несправності проходження сигналів в блоках введення багато разів задається кадр програми, що активує ці сигнали. Для цього складається спеціальна налагоджувальна програма, що найчастіше містить тільки один кадр, а перфострічка з цією програмою склеюється в кільце і багато разів проходить через фотозчитувач. У інших блоках необхідні сигнали можуть бути подані з тактового генератора системи.

Основними несправностями в системах ЧПУ є: вихід з ладу (відмова) окремого електронного елементу (мікросхеми, модуля); порушення монтажу (розрив струмопровідних доріжок друкованої плати або замикання сусідніх струмопровідних кіл); порушення паяних контактів; порушення контактів в роз'ємах.

При ремонті несправні електронні елементи замінюються, струмопровідні кола пропаюють. При виявленні неякісного паяння контакти запаюються наново. При порушенні контакту в роз'ємі частіше всього достатньо вийняти блок і вставити його наново; якщо це не допомагає, контакти очищаються спиртом або замінюються.

Надійність сучасних систем ЧПУ, особливо систем, побудованих на мікросхемах, висока. Середній час між відмовами в системах не менше 5000 годин. Найбільш складним елементом при наладці систем є не відмови, а збої (відмови, що самовідновлюються). Виявити і усунути причину збоїв важко, оскільки найчастіше після повторного пуску програми або проходження тесту збій пропадає.

Найбільш часті причини збоїв — дефекти перфострічки, ненадійні контакти, випадкові перешкоди. Основним прийомом відшукання і усунення причин збоїв є відтворення тих умов, при яких відбувся збій. Істотну допомогу надає також ведення експлуатаційних журналів, де фіксуються умови, при яких відбувся збій і його можлива причина.

Таблиця 3.5. Перелік кодів помилок

Помилки

Реакція

системи

Дія системи

з скидання

Причина

Текст

Код

1

2

3

4

5

ПОМ ТЛГ

Х202

+

+

Апаратна помилка телеграфного каналу

ПОМ ТЛГ

Х203

+

+

Помилка контрольної суми

ПОМ ТЛГ

Х204

+

+

Немає зв’язку між блоками 1631 і 1632

ПОМ КС

Х000

Помилка контрольної суми вмісту ПЗП

ПОМ ВЧС

Х004

+

+

Переривання процесора по вектору 4

ПОМ ВЧС

Х010

+

+

Переривання процесора по вектору 10

ПОМ ВЧС

Х024

+

+

Переривання процесора по вектору  24

ПОМ ВЧС

Х012

+

Помилка контрольної задачі

ПОМ ВЧС

Х014

+

Апаратна помилка таймера

ПОМ ВЧС

Х000

+

+

Переривання процесора по іншим векторам

ПОМ ЦМД

1 001

+

Немає розмітки штатного ЦМД

ПОМ ЦМД

1 001

+

Немає розмітки касети ЦМД

ПОМ ЦМД

1 021

+

Збій при переписуванні змісту з касети ЦМД

ПОМ ЦМД

1 002

+

- // - зі штатного ЦМД

Касета відсутня

Не вставлена касета ЦМД

ПОМ ЧПУ

1 001

+

Зіпсовані дані ЕА на ЦМД

ПОМ ЧПУ

1 002

+

Зіпсовані дані ПЧПУ на ЦМД

ПОМ ЧПУ

1 003

+

Зіпсовані дані параметрів на ЦМД

ПОМ ЧПУ

1 004

+

Зіпсовані дані коректорів на ЦМД

ПОМ ОЗП

Х010

+

Помилка контрольної суми ОЗП

ПОМ ПЗП

Х011

+

Помилка контрольної суми ПЗП

ПОМ ОГР

+X

+

Наїзд на кінцеві обмежувачі: +X

ПОМ ОГР

-X

+

Наїзд на кінцеві обмежувачі: -X

ПОМ ОГР

+Z

+

Наїзд на кінцеві обмежувачі: +Z

ПОМ ОГР

-Z

+

Наїзд на кінцеві обмежувачі: -Z

ПОМ ДАТЧИКА

+

+

+

+

Апаратна помилка прийому з датчика 1 каналу (X)

ПОМ ДАТЧИКА

+

+

+

+

Апаратна помилка прийому з датчика 2 каналу (Z)

ПОМ ДАТЧИКА

+

+

+

+

Апаратна помилка прийому з датчика 4 каналу (шпиндель)

ПОМ розузгодження

+ X

+

+

+

+

Розузгодження більше заданого по X

ПОМ розузгодження

+Z

+

+

+

+

Розузгодження більше заданого по Z

ПОМ НЕМАЄ ВІДПОВІДІ ПО М

Число

+

+

Немає відповіді про виконання функції М

ПОМ НЕМАЄ ВІДПОВІДІ ПО Т

Число

+

Немає відповіді про виконання функції Т

ПОМ НЕМАЄ ГОТОВНОСТІ ВЕРСТАТА

ГТВ

+

+

+

+

Сигнал готовності верстата відсутній

ПОМ НЕМАЄ ВІДПОВІДІ ПО S

Число

+

Немає відповіді про виконання функції G

ПОМ ЕА

2000

Активні пункти не були розраховані за 100мс.

У мікропроцесорних ПЧПУ елементи СІС і ВІС, як правило, не підлягають заміні. У разі їх відмови замінюється плата; дефектна плата відправляється для заміни на завод-виробник ПЧПУ або в спеціалізовану організацію, що виконує пуско-наладочні роботи. Причини відмови мікропроцесорних ПЧПУ в більшості випадків показуються на дисплеї. У табл. 3.5 приведений перелік кодів помилок, що висвічуються на дисплеї ПЧПУ "Електроніка МС2101.04", призначеному для управління шліфувальним верстатом.

ПЧПУ "Електроніка МС2101.04" проводить розпізнавання і первинну реакцію на збійні і аварійні ситуації, що мають місце в системі управління і на верстаті, з видачею відповідного повідомлення на екран пульта ПЧПУ. Аварійні, збійні або застережливі повідомлення з'являються на полі помилок екрану з скороченим текстом і чотиризначним номером, що ідентифікує помилки. Текстова частина не у всіх повідомленнях супроводжується кодом.

Перша з чотирьох цифр коду означає номер блоку, де відбулася збійна ситуація, друга, — ідентифікує групу помилок, а дві останні указують номер помилки в цій групі. Автоматична реакція системи на виявлені нею збійні ситуації передбачає наступні дії: видати повідомлення на екран; зняти готовність ЧПУ; зупинити привод подач ("Стоп подачі") і УП; зупинити головний привод і т.ін.

Натиснувши кнопку "Скидання помилки" на пульті ПЧПУ, оператор скидає видану на екран помилку і, якщо причина збою ліквідована, ПЧПУ переходить на нормальний режим роботи. Якщо причина збою не ліквідована, на екрані знову з'являється повідомлення про помилку і система знов реагує на неусунену збійну ситуацію. Дії системи з скидання помилки передбачають відновлення готовності ЧПУ і перезапуск системи.

Збої системи ЧПУ діляться: на системні; технологічні; збої об'єкту управління; помилки оператора. Системні збої пов'язані з несправністю апаратури і ПРЗ ПЧПУ, технологічні збої пов'язані з помилками в УП. Причиною для решти груп збоїв є несправність верстата, інтерфейсних шин ПЧПУ і помилки оператора при зверненні з ПЧПУ.

У табл. 3.5 приводиться список аварійних повідомлень і реакція системи на них.

Номер блоку ПЧПУ (1 або 2) позначений – "+".

Реакція системи: 1 — зняти готовність ПЧПУ; 2 — зупинка подачі; 3 — зупинка головного приводу.

Необхідні дії оператора: 4 — відновити готовність ПЧПУ; 5 — провести перезапуск ПЧПУ.

У табл. 3.6 приведені помилки, що відображаються;

у табл. 3.7 – помилки, що викликають зупинку подачі або що припиняють введення УП.

Діагностичні програми мікропроцесорних ПЧПУ розділяються на дві групи: оперативне діагностування, що виконується в процесі роботи ПЧПУ з верстатом; діагностування в автономному режимі перевірки ПЧПУ.

Оперативне діагностування включає перевірку функціонування апаратних засобів, контроль на парність УП і інші перевірки. Як тільки в систему ЧПУ подається живлення, автоматично ініціюється тест цих перевірок. В процесі роботи більшість з них також продовжує виконуватися.

Таблиця 3.6. Помилки, що відображаються

Помилки

Причина

Текст

Код

ПОМ ЕА

24хх

Немає відповідності арифметичного входу сигналу хх з верстата з заданим початковим значенням в описі ЕА

ПОМ ЕА

25хх

Немає відповідності логічного сигналу хх з верстата з заданим початковим значенням

ПОМ ЕА

1010

Перевищення об’єму трансльованого тексту

ПОМ ЕА

1020

Не зчитується «Транслятор» з касети зовнішньої пам’яті

ПОМ ЕА

1021

Не зчитується «Редактор» з касети зовнішньої пам’яті

ПОМ ЕА

1022

Не зчитується «Наладчик» з касети зовнішньої пам’яті

ПОМ ЕА

2002

Є неповнота по переходах в одному з пунктів програми ЕА

ПОМ УП

2201

Сигнали ПАК α і σ одночасно дорівнюють нулю

ПОМ УП

2202

Розмір не найдений, пошук розміру ПАК виконується задану кількість разів

ПОМ УП

2203

Не прийшов з КВП сигнал в циклі осьового орієнтування

ПОМ УП

2204

Не було дотику щупа осьової орієнтації до торця деталі

ПОМ УП

2205

Заборонено проводити осьову орієнтацію вузького ступеню

ПОМ УП

2206

Щуп осьової орієнтації пройшов за позицію – «300» мкм

ПОМ УП

2207

Номер G функції, що працює сумісно з функцією G32, не заданий

ПОМ УП

2208

Уставка параметра переривання в G32 не задана

ПОМ УП

2209

Координати X і Z задані одночасно в G31 і G32

ПОМ УП

2210

Виїзд на програмний упор по осі Z

ПОМ УП

2211

Закрита ступінь

ПОМ УП

2212

Торець обробити не можливо

ПОМ УП

2213

осьову орієнтацію проводити не можна

ПОМ УП

2214

Потрібній точності поверхні не відповідають

ПОМ УП

2215

Діаметр менший заданого

ПОМ УП

2216

Припуск перевищує допустимий

ПОМ УП

2217

Узгодження на даній ступені проводити не можна

ПОМ УП

2218

Врізання на швидкому ходу

ПОМ УП

2219

Припуск менший за той, що знімається при узгодженні

ПОМ УП

2220

Немає дотику в циклі узгодження

ПОМ УП

2221

Немає сигналу з КВП при шліфуванні в ПАК

ПОМ УП

2222

Немає сигналу з КВП при зачищувані торця

ПОМ УП

2241

Не задана величина повороту по осі В

ПОМ УП

2035

Немає кадрів з номером P і Q

ПОМ УП

2037

Помилка в операторі присвоювання

ПОМ УП

2038

Код G більший 99

ПОМ УП

2039

Код M більший 99

ПОМ УП

2040

Число рівнів вкладень підпрограм більше допустимого