Адаптивное управление
Современные системы ЧПУ позволяют организовать адаптивное управление в самом широком смысле этого слова, вплоть до полной перестройки ФПО при переходе к новому объекту управления или новому изделию.
Для автоматической адаптации системы ЧПУ к неточной установке заготовки (коррекция УП с автоматическим определением положения заготовки) и автоматического определения размеров инструмента необходимо наличие на объекте управления средств встроенного контроля. В качестве простейшего средства может быть использован щуп с замыканием контактов при касании любой поверхности. С помощью этого щупа можно произвести обмер заготовки с целью определения её положения относительно координатной системы станка. Можно также провести оптимальный выбор исходной точки обработки таким образом, чтобы припуски со всех сторон были бы примерно одинаковы. Этот обмер может производиться автоматически с определённым шагом, зависящим от точности. Обработка результатов измерений может производиться либо в системе ЧПУ, если достаточна её вычислительная мощность, либо в ЭВМ верхнего уровня. Автоматический встроенный контроль позволяет реализовать следующую процедуру установки заготовки. С помощью робота и универсального механизма закрепления (магнитного, вакуумного, пневматического) заготовка устанавливается на столе станка. Затем выполняется обмер. Возможны различные подходы к реализации рассмотренной процедуры.
Наиболее просто задача решается, если на заготовке имеются два отверстия с известными координатами (х 1, у 1; х 2, у 2)центров в системе координат заготовки. Будем считать, что система координат заготовки совпадает с системой координат станка, если обеспечено точное базирование. В результате обмера определяются координаты (х' 1, у' 1; х' 2, у' 2) центров контрольных отверстий в системе координат станка. Решение этой задачи для случая, когда максимально возможная погрешность Δ позиционирования робота меньше радиуса контрольного отверстия, представлено на рис. 3.23. Путём фиксации координат при касании щупа (х*, y *) определяются координаты х' 1, у' 1 центра одного из отверстий. Аналогично определяются и координаты х' 2, у' 2.
Если радиус контрольного отверстия меньше погрешности Δ позиционирования робота, то предварительно с помощью сканирования осуществляется поиск контрольного отверстия. Сканирование сопровождается пробными движениями щупа вдоль координатной оси (до «провала» в отверстие). Начальная точка сканирования определяется координатами х 1– Δ и у 1– Δ (рис. 3.24).
Рис. 3.23. Траектория движения щупа при определении координат центра контрольного отверстия
Рис. 3.24. Траектория движения щупа при поиске контрольного отверстия
Полученные координаты х' 1, у' 1 и х' 2, у' 2 центров контрольных отверстий используются для определения смещения начала координатных осей станка относительно начала координатных осей детали, а также угла поворота одной системы относительно другой.
Для коррекции УП необходимо обеспечить автоматический контроль размеров инструмента непосредственно на станке. Только в этом случае можно учесть вылет инструмента, зависящий не только от его длины, но и от конкретной ситуации закрепления его на станке, а также учесть износ инструмента. Наиболее просто определяются размеры с помощью обращенного измерительного щупа. В этом случае на столе станка организуются две или три взаимно перпендикулярные поверхности с точно известными координатами по соответствующим осям. Размер инструмента определяется по факту касания кромки инструмента с одной из упомянутых поверхностей.
Особо отметим перспективность реализации на нижнем уровне адаптивного однопараметрического и многопараметрического управлений. Возможность повышения качества управления за счёт адаптации к конкретным условиям обработки обоснована и не вызывает сомнений [74]. Широкое внедрение адаптивных методов в числовое программное управление сдерживалось жёсткостью средств управления со структурой типа NС. Введение даже простейших законов адаптивного управления (например, за счёт изменения скорости подачи в зависимости от мощности привода главного движения) приводило к необходимости специальных аппаратурных разработок, учитывающих конкретный тип УЧПУ и технологического оборудования. Необходимость специальных разработок, конструктивного размещения дополнительных блоков, невозможность работы с адаптацией по накопленному архиву перфолент, составленных без учёта адаптации, – все это ограничивало широкое внедрение адаптивного управления в системах типа NС.
Расширение в АСУ ТП и ГАП функций автоматического контроля, наличие в системах ЧПУ преобразователей АЦП и ЦАП и энергонезависимой памяти позволяют ввести адаптивное управление программным способом без дополнительных аппаратурных затрат. Дополнительно используются лишь унифицированные входы приёма аналоговых сигналов по числу датчиков контролируемых для адаптации параметров. Адаптивное управление возможно как по новым управляющим программам, так и с использованием архива УП.
Алгоритмы интерполяции
В современных системах ЧПУ реализована поддержка следующих видов интерполяции: линейная, круговая, полиномиальная, сплайн-интерполяция.
При отработке линейной траектории координаты её точек могут быть определены следующим образом [1]:
где X 1, Y 1 – координаты начальной точки траектории; X 2, Y 2 – координаты конечной точки траектории; F – контурная скорость; T – длительность такта работы интерполятора, с.
Для расчёта координат точек круговой траектории могут быть использованы следующие выражения [1]:
где I, J – координаты центра дуги; α – текущее значение угла поворота по дуге:
при движении против часовой стрелки,
при движении по часовой стрелке.