СОВРЕМЕННОЕ  СОСТОЯНИЕ  И  ПЕРСПЕКТИВЫ  РАЗВИТИЯ  СИСТЕМ  ЧПУ

Максимов  Сергей  Павлович

канд.  техн.  наук,  доцент  Филиал  Южно-Уральского  государственного  университета  в  г.  Златоусте,  РФ,  г.  Златоуст

Е-mail:  

Колосов  Виктор  Эдуардович

студент,  филиал  Южно-уральского  государственного  университета  в  г.  Златоусте,  РФ,  г.  Златоуст

Морозов  Константин  Николаевич

студент,  филиал  Южно-уральского  государственного  университета  в  г.  Златоусте,  РФ,  г.  Златоуст

CURRENT  STATE  AND  PROSPECTS  OF  DEVELOPMENT  OF  CNC  SYSTEMS

Sergey  Maksimov

postgraduate,  South  Ural  State  University,  Chelyabinsk,  Russia ,  Chelyabinsk

Viktor  Kolosov

student,  South  Ural  State  University,  Zlatoust  branch,  Russia ,  Zlatoust

Konstantin   Morozov

student,  South  Ural  State  University,  Zlatoust  branch,  Russia ,  Zlatoust

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена  структура  и  назначение  устройств  ЧПУ.  Приведены  их  функциональные  возможности.  Определены  основные  направления  и  тенденции  развития  систем  ЧПУ  металлорежущего  оборудования.

ABSTRACT

It  was  considered  structure  and  purpose  of  CNC  devices.  Also  it  was  given  their  functionality.  It  was  determined  directions  and  tendencies  of  development  to  CNC  systems  of  metal  cutting  equipment.

Ключевые  слова:  станок  с  ЧПУ;  функциональная  схема;  система  ЧПУ;  PCNC;  направления  развития.

Keywords:   numerical  control  machine;  functional  diagram;  CNC  system;  PCNC;  directions  of  development.

Технический  прогресс  заключается  в  создании  более  совершенных,  современных  и  экономически  эффективных  машин  и  механизмов.  Решение  этих  задач  возможно  при  использовании  прогрессивного  оборудования,  технологической  оснастки  и  инструмента,  средств  механизации  и  автоматизации,  станков  с  ЧПУ  и  других  передовых  технологий.

Оснащение  предприятий  современными  высокопроизводимыми  станками  определяет  эффективность  его  работы,  качество  производимой  продукции  и  культуру  производства.  Поэтому  оценка  текущего  уровня,  перспектив  развития  станкостроения  и  разработка  прогрессивного  металлорежущего  оборудования  с  ЧПУ  является  одним  из  критических  направлений  развития  отечественного  машиностроения.

Смена  поколений  систем  ЧПУ  радикально  меняет  потребительские  свойства,  структуру,  архитектуру  и  математическое  обеспечение  систем  ЧПУ  (рисунок  1).  Накопленный  опыт  в  области  ЧПУ  к  настоящему  времени,  в  значительной  мере  пересматривается  под  возрастающими  потребностями  станкостроителей  и  конечных  потребителей  металлорежущего  оборудования.

Возможности  станков  определяет  в  основном  система  ЧПУ.  В  соответствии  с  международной  классификацией  различают  следующие  классы  системы  ЧПУ:  устройства  ЧПУ  с  постоянной  структурой  —  класс  NC  и  переменной  —  класс  CNC  [1].

Структура  системы  ЧПУ  призвана  решать  следующие  основные  группы  задач.  Первая  группа  —  геометрические  задачи,  которые  обеспечивают  управление  следящими  приводами  станка  с  целью  получения  детали  с  заданной  геометрией  [4].  Вторая  группа  —  логические  задачи.  Они  организуют  управление  электроавтоматикой  станка.  Третья  группа  —  технологические  задачи.  Задачи  этой  группы  обеспечивают  оптимизацию  технологического  процесса  и  стабильность  заданных  параметров.  Четвертая  группа  —  задачи  диспетчеризации.  Они  призваны  обеспечивать  управление  на  прикладном  уровне  четырьмя  предыдущими  задачами  в  режиме  реального  времени.  Пятая  группа  —  терминальные  задачи,  которые  обеспечивают  диалог  с  оператором,  отображение  состояния  системы,  разработку,  верификацию  и  хранение  управляющих  программ.

Рисунок  1.  Функциональная  схема  классического  станка  с  ЧПУ

Устройство  ЧПУ  класса  CNC  (Computer  Numerical  Control).  Системы  с  переменной  структурой  имеют  большие  возможности,  поскольку  содержат  мини-ЭВМ  на  основе  микропроцессоров.  В  память  этой  мини-ЭВМ  УП  может  быть  введена  как  вручную  с  пульта  управления,  так  и  путем  загрузки  с  внешнего  носителя  или  сети.  В  кадрах  УП  могут  иметь  записи  как  команд  на  отдельные  движения  рабочих  органов,  так  и  команд,  которые  задают  целые  группы  движений,  называемые  постоянными  циклами.  Они  так  же  хранятся  в  запоминающем  устройстве  системы  ЧПУ.  Это  позволяет  существенно  уменьшить  число  кадров  программы  и  повысить  надежность  работы  оборудования  [2].

С  разработкой  устройств  класса  CNC  расширился  круг  функциональных  возможностей  программного  управления,  которые  раньше  не  могли  быть  реализованы.  Так  появилась  возможность  редактирования  и  хранения  УП  на  рабочем  месте,  коррекции  и  диагностики  работы  оборудования,  изменения  программным  способом  функций  системы  управления  при  ее  эксплуатации.  Существенно  увеличились  возможности  индикации  на  дисплее,  диалогового  общения  с  оператором  и  реализации  функций  электроавтоматики.

В  настоящее  время  активно  внедряются  и  совершенствуются  системы  ЧПУ  типа  PCNC  (Personal  Computer  Numerical  Control),  которые  поддерживают  аналогичный  с  ПК-платформой  стиль  управления  (рисунок  2).

Рисунок  2.  Система  ЧПУ  типа  PCNC

Внедрение  систем  типа  PCNC  обусловлено  растущими  требованиями  потребителей  к  возможностям  пользовательского  интерфейса  и  структуре  диалога,  к  модульному  построению  систем  ЧПУ  с  целью  оптимизации  их  стоимости  и  возможности  модернизации.  При  разработке  математического  обеспечения  ЧПУ  производители  систем  управления  должны  руководствоваться  концепцией  объектно-ориентированного  программирования.  При  этом  объектно-ориентированный  подход  используют  не  только  на  уровне  технологии  программирования  (для  повышения  надежности  и  визуализации  процесса  программирования),  но  и  на  уровне  макропроектирования  системы  [3].

Совершенствование  систем  ЧПУ,  по  мере  модернизации  электронных  компонентов,  технологий  и  алгоритмов  их  работы,  происходит  стремительными  темпами.  При  этом  основными  тенденциями  развития  в  области  ЧПУ,  в  настоящее  время,  могут  являться:

·     создание  понятийных  языков  программирования  и  эргономичных  интерфейсов  для  создания  управляющих  программ  (УП);

·     применение  модульного  принципа  при  организации  структуры  станка,  как  на  уровне  аппаратных,  так  и  программных  составляющих;

·     включение  функций  программной  совместимости  с  предыдущими  версиями  УП;

·     значительное  расширение  функционала  существующих  систем  ЧПУ  за  счет  наращивания  возможностей  программного  обеспечения;

·     разработка  и  применение  модулей  аппаратной  части  с  открытой  архитектурой,  что  позволяет  расширить  возможности  оборудования  под  конкретные  технологические  задачи;

·     использование  функции  многоканальности  при  реализации  одновременной  загрузки  нескольких  УП  на  одной  системе  ЧПУ;

·     разработка  алгоритмов,  программной  и  аппаратной  поддержки  для  высокоскоростной  обработки.  Современные  ЧПУ  поддерживают  функцию  интерполяции  с  малой  дискретностью  вычислений  и  алгоритмы  предпросмотра  кадра,  что  дает  возможность  определять  траекторию  инструмента  и  изменять  при  необходимости  режимы  обработки;

·     объединение  отдельных  станков  в  группы  и  организация  удаленного  (сетевого)  управления  в  пределах  технологической  цепочки  производства.

·     построение  модели  фактического  результата  обработки,  дополнительно  к  визуализации  технологических  перемещений,  в  рамках  функций  моделирования  процесса  изготовления  детали;

·     использование  расширенной  диагностики  оборудования.

Основные  тенденции  развития  систем  ЧПУ  показаны  на  рисунке  3.

Рисунок  3.  Тенденции  развития  систем  ЧПУ

Таким  образом,  основными  тенденциями  развития  систем  ЧПУ  нового  поколения  являются  принадлежность  к  классу  персональных  систем  управления  PCNC  и  обязательное  использование  принципов  открытой  архитектуры.  Эти  направления  определяют  новую  организацию  системы  ЧПУ,  в  которой  даже  модули  с  традиционными  наименованиями  и  которые  решают  традиционные  задачи  имеют  новое  функциональное  и  алгоритмическое  значение,  а  также  и  новую  программную  реализацию.

Список  литературы:

1.Ловыгин  А.А,  Теверовский  Л.В.  Современный  станок  с  ЧПУ  и  CAD/CAМ  система  Издательство:  ДМК  Пресс,  2012  г.  —  279  с.

2.Рекомендации  при  выборе  устройств  ЧПУ  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://stanki-katalog.ru/st_6.htm  (Дата  обращения  20.12.2014).

3.Сосонкин  В.Л.,  Мартинов  Г.М.  Системы  числового  программного  управления:  Учебное  пособие.  Издательство:  Логос,  2005.  —  296  с.

4.Фельдштейн  Е.Э.  Обработка  деталей  на  станках  с  ЧПУ:  учебное  пособие/  Е.Э.  Фельдштейн,  М.А.  Корниевич.  Минск:  Новое  знание,  2006.  —  287  с.