1-5. Современные модели УЧПУ
Все современные модели УЧПУ строятся на базе ПЭВМ (ПК) и, следовательно, относятся к классу CNC. Поэтому основные направления развития УЧПУ в большинстве случаев связаны как с повышением потенциальных возможностей используемых в УЧПУ ПК, так и с расширением (определением) собственно компьютерных возможностей для процессов управления оборудованием. Разработчики систем ЧПУ разных стран работают примерно в одном направлении, стремясь к следующему: повысить мощность и быстродействие используемого в УЧПУ ПК с одновременным его удешевлением, развить специальное программное обеспечение, особенно в направлении использования CAD/CAM систем, усилить быстроту подготовки УП, придать модели УЧПУ большую универсальность, упростить программирование, особенно, сложных деталей, повысить эффективность УП в процессах управления оборудованием (особенно важно при сверх скоростных методах обработки), повысить наглядность процессов программирования и обработки путем применения программ по визуализации процессов, расширить информационную базу УЧПУ путем подключения УЧПУ к сети INTERNET и т.д.
Выше сказанное можно сформулировать в следующие положения.
Основными направлениями развития систем программного управления в мире являются:
· увеличение производительности вычислений, которая отражается на качестве управления и напрямую влияет на производительность и качество обработки за счет применения все более производительной вычислительной техники и совершенствования алгоритмов управления;
- совершенствование интерфейса пользователя: предоставление все более развитых средств моделирования и визуализации технологического процесса изготовления деталей, контроля за этим процессом;
- совершенствование средств формального описания технологического процесса (составление управляющих программ) при переналадке оборудования, максимальное освобождение человека-оператора от рутинных управляющих операций, обеспечение интеллектуального автоматического контроля за технологическим процессом и состоянием оборудования;
- обеспечение возможностей построения из систем управления иерархических сетей, совершенствование средств и способов подготовки, сортировки и обработки информации, обмениваемой по таким сетям, для предоставления управляющему персоналу максимально оперативной и объективной информации о состоянии производства.
Центральное место в современном технологическом, в частности, механообрабатывающем оборудовании занимают системы ЧПУ, во многом определяющие его основные технические характеристики. Системы ЧПУ, в задачи которых входит кроме прочего, сделать процесс общения человека-оператора с технологическим оборудованием максимально удобным и эффективным, становятся необходимым условием для обеспечения конкурентоспособности любого механообрабатывающего оборудования. Потребители при покупке оборудования изначально исходят не только из факта наличия системы управления как таковой, но из того, насколько она отвечает современным представлениям об интерфейсе пользователя: диагональ и угол обзора экрана, оснащенность средствами интуитивно понятной пользователю визуализации и диагностики технологического процесса, эргономичность органов управления.
Повышение требований к системам управления уже привело появлению совсем нового направления в устройстве моделей УЧПУ — к появлению систем ЧПУ класса “Hi-End ”. Этот тренд — все более широкое применение функций искусственного интеллекта, которые позиционируются как “умные решения”. Для изготовления деталей с высокой степенью чистоты поверхности, при которой финишная обработка практически не требуется, программа контурной обработки может быть дополнена функцией наноинтерполяции. “Умная” система компенсации температурной деформации осуществляет поправку на температурную деформацию шпинделя по оси Z, уровень точности поправки зависит от конкретных рабочих условий. На базе элементов искусственного интеллекта построена система автоматического контроля (диагностики) состояния (износа) инструментов – система регулирования жизненного цикла инструментов. Она следит за длительностью и частотой эксплуатации инструментов и автоматически заменяет их в случае превышения эксплуатационных параметров. Система компенсации ударных и вибрационных возмущений осуществляет автоматическое управление подачей при обходе углов. Есть системы ЧПУ, которые осуществляют одновременное управление 10-ю каналами, 32-мя осями (координатами) и 8-ю шпинделями (и более). Максимальное количество одновременно интерполируемых осей (координат) может достигать 24 и более.
Следует указать, что в СЧПУ высокого уровня должна быть в наличии программа RTCP (Rotary Tool Control Point — контроль положения кончика инструмента. Функция RTCP у всех производителей объявлена как опция, то есть теоретически ее наличие не гарантируется. Функция RTCP является обязательной к использованию для программирования непрерывной 5-осевой обработки. Все современные 5-осевые станки оснащаются стойками ЧПУ поддерживающими эту функцию. Однако, все еще используются старые 5-осевые станки, в которых эта функция не предусмотрена. Также встречаются случаи, когда на обычный 3-осевой станок устанавливают дополнительный наклонно-поворотный стол. И даже если стойка ЧПУ поддерживает одновременное управление пятью осями, может оказаться, что функции RTCP у нее нет. Функция RTCP является функцией стойки ЧПУ. При ее включении стойка начинает отслеживать положение кончика инструмента относительно обрабатываемой детали и автоматически выполнять все необходимые компенсационные движения. Все кинематические особенности станка, а также все точные размеры расположения центров вращения заложены в стойку ЧПУ. Перед использованием функции RTCP станок обязательно должен быть предварительно откалиброван на месте своей установки. Также необходимо иметь средства прецизионного измерения вылета каждого применяемого инструмента. Функция RTCP в современных стойках ЧПУ допускает различные способы задания направления оси инструмента, это могут быть пространственные углы, углы Эйлера, углы наклона и поворота. Но самым простым и часто используемым способом является задание в программе непосредственно углов наклона поворотных осей станка. Такой способ позволяет легче читать программу и проще понимать ориентацию инструмента относительно заготовки. Стойка ЧПУ при активной функции RTCP выполняет следующее:
- Автоматически компенсирует длину инструмента.
- Автоматически применяет необходимые компенсационные движения по всем трем линейным осям при программировании наклона инструмента.
- Линеаризует траекторию движения инструмента при одновременном программировании линейных и поворотных осей, и в реальном времени выполняет компенсационные движения.
- В случае если хотя бы одна из поворотных осей станка реализована столом, применяет трансформацию программной системы координат в реальном времени.
Особенности программирования при использовании функции RTCP:
- Программа выдается постпроцессором в системе координат детали так, как будто программный ноль в CAM системе находится в точке пересечения наклонной и поворотной осей. В реальном станке часто эти оси вообще не пересекаются.
- Никакие компенсационные движения постпроцессор не рассчитывает. Инструмент всегда наклоняется относительно своего кончика.
- Постпроцессор решает обратную кинематическую задачу для преобразования вектора ориентации оси инструмента в углы наклона и поворота, реализованные на станке.
- Постпроцессор контролирует ограничения рабочей зоны наклонной оси станка. Поворотная ось обычно может вращаться неограниченно.
- Постпроцессор не выполняет линеаризацию траектории движения инструмента.
- Система координат трансформируется динамически при наклонах и поворотах стола. Программные оси XYZ не совпадают со станочными.
- Если наклон не равен нулю, тогда ось Z в программе не совпадает с осью инструмента. То есть отвод инструмента нужно делать по 3 координатам. Это справедливо даже если наклонная и поворотная оси реализованы столом.
Коррекция на радиус инструмента при использовании функции RTCP обычно не применяется, хотя современные стойки ЧПУ ее поддерживают. Обычно это опция называется «3D коррекция на радиус инструмента», плюс необходимо иметь ее расширение для многоосевой работы.
Указанное полностью соответствует направлениям работы как российских фирм и организаций, так и работам крупнейших фирм мира с тематикой СЧПУ: SIEMENS, GE Fanuc Automation, Heidenhain, Okuma Machinery, Mitsubishi Electric и др.
Кратко рассмотрим модели УЧПУ некоторых российских и зарубежных фирм.