Свойства и поколения систем чпу

Первые станки с ЧПУ нашли массовое применение в начале 60-х г. ХХ в. Их внедрение, прежде всего, позволило повысить коэффициент использования технологического оборудования за счёт ликвидации простоев, связанных с ручным обслуживанием станков. В соответствии с существовавшим в то время уровнем развития электроники конструкторы систем ЧПУ первого поколения стремились поставить непосредственно у станка как можно более простое электронное оборудование. Получили распространение системы с записью управляющей программы на магнитную ленту. При записи никакого кодирования информации не применялось – задание на перемещение инструмента отображалось, например, фазой аналогового сигнала от датчика положения инструмента. Несомненным достоинством систем ЧПУ первого поколения являлась простота средств управления на нижнем уровне (непосредственно у станка). Вместе с тем быстро проявились их существенные недостатки: невозможность изменения управляющей программы без перезаписи всей ленты и удлиненный цикл технологической подготовки производства.

При всех своих недостатках системы ЧПУ первого поколения сыграли важную роль в прогрессе механообработки. С помощью этих систем была повышена производительность технологического оборудования (практически до технических пределов), облегчен труд станочников и несколько сокращена потребность в них. Резервы дальнейшего повышения эффективности производства в механообработке лежали в сфере подготовки управляющих программ, а также в сфере повышения надежности систем управления.

Второе поколение систем ЧПУ – так называемых систем NС (Numerical Control – числовое управление) – было связано с переходом вычислительной техники на транзисторы. Появилась возможность размещать цифровые вычислительные устройства непосредственно у станка. В этих системах управляющая программа поступает к станку в закодированном виде на перфоленте. Используется стандартизированный входной язык кодирования, управляющих программ согласно инструкциям ISO.

Для систем NСхарактерна ориентация отдельных структурных единиц на выполнение соответствующих задач – интерполяции, ввода управляющей программы, управления контурной скоростью и т. д. Таким образом, алгоритмы функционирования в системах NCзаданы структурно и не поддаются оперативным изменениям. В системах NСудалось несколько расширить функции управления станком, например, вводить с помощью клавиатур некоторую заранее оговоренную коррекцию (на размер инструмента, скорость подачи). Системы NС былипредставлены множеством типов: «Зигзаг», «Контур», «Размер», Н-22, Н-33, Н-55; «Луч», «Курс», «Салют», «Модуль 2Т», ИЛКО-ЗМ и др.

Недостатки систем NСсвязаны, прежде всего, с жесткостью их структуры. Эти системы не приспособлены для управления разными объектами, отсюда – обилие типов и трудности эксплуатации. Хранение управляющей программы на перфоленте и её ввод частями (кадрами) приводит к необходимости использовать фотосчитывающее устройство в фазе изготовления изделия, что снижает надёжность системы. Отладка управляющих программ непосредственно на станке крайне затруднена из-за необходимости перебивать перфоленту.

В связи с широким внедрением в 70-х г. ХХ в. интегральных микросхем появилась возможность перенести к станку ещё более мощные вычислительные средства – микроЭВМ и память достаточного объёма. Системы ЧПУ третьего поколения получили название СNС (Computerized Numerical Control – числовое управление от вычислительной машины). Системы CNCобеспечивают унификацию средств управления, т. е. являются многоцелевыми. Они обладают целым рядом достоинств (см. п. 1.1). Это наиболее перспективный тип систем ЧПУ как для управления автономными объектами, так и для работы в составе АСУ ТП и ГАП. Отечественная промышленность выпускала системы CNCтипов 2У-32, 2У-85, 2С-42, 2Р-22, НЦ-31, НЦ 80-31, «Размер-4» и другие на базе микроЭВМ широкого назначения.

Системы СNСимеют ряд разновидностей, характерные черты которых отражаются и в их названиях. Так известны HNC (Hand NC)– системы с ручным заданием УП, SNC (Speicher NC) – системы с хранением УП во внутренней памяти, VNC (Voice NC) – системы, приспособленные к голосовому управлению. Системы CNCс наиболее полным составом сервисных технических и программных средств, наиболее полно приспособленные к диалоговому режиму с оператором, иногда называют TNC (Total NC). При всех различиях в ориентации определяющим свойством перечисленных систем является сходство их структуры с ЭВМ.

Следующий этап развития систем ЧПУ был связан с желанием исключить перфоленту и перфоввод, а также объединить в общей системе подготовку управляющих программ и изготовление изделий. Предпосылкой создания систем четвёртого поколения стало появление в середине 70-х г. ХХ в. сравнительно недорогих мини-ЭВМ серии СМ, на которые можно было возложить функции ЭВМ верхнего уровня управления группой станков ЧПУ. За системами такого типа в механообработке утвердилось название «системы DNC » (Direct Numerical Control – прямое числовое управление). Правильнее, видимо, было бы в этом случае употреблять термин АСУ ТП как более общий. Наиболее перспективной среди возможных вариантов оказалась структура с ЭВМ на верхнем уровне и системами СNС(многоцелевыми) на нижнем уровне. Достоинства такой организации АСУ ТП приведены в п. 1.1. Представляет интерес тот факт, что очевидный вариант непосредственного управления группой станков от одной ЭВМ с большими вычислительными ресурсами хотя и дал название «DNC», но не оправдал себя на практике. Такая структура ведёт к низкой живучести – отказ ЭВМ приводит к остановке всего участка и массовому браку.

Многоцелевые системы ЧПУ в составе ГАП, ориентированные на безлюдную технологию, автоматизированную технологическую подготовку производства и автоматический контроль, следует отнести к системам ЧПУ пятого поколения.

Разработчики современных систем числового программного управления (ЧПУ) выделяют 5 основных архитектурных вариантов, которые существуют на рынке [3]. Первый вариант – это классические системы CNC (Computer Numerical Control). Такие системы выпускаются фирмами с богатой традицией производства высококачественной собственной микроэлектронной аппаратуры. Однако эти фирмы под влиянием пользователей технологического оборудования, желающих иметь гибкий интерфейс оператора, предлагают модификацию PCNC-1 с персональным компьютером в качестве терминала (второй вариант). Следующим шагом в развитии систем с ЧПУ стала реализация двухкомпьютерного варианта PCNC-2 (третий вариант). Несколько позднее появились системы PCNC-3, ядро которых реализовано на отдельной плате, устанавливаемой в корпусе промышленного персонального компьютера (четвертый вариант). С бурным развитием микропроцессорной техники и повышением производительности микропроцессоров все большее распространение получает однокомпьютерный (пятый) вариант системы PCNC-4. Классификация архитектурных решений систем ЧПУ приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Классификация архитектурных решений систем ЧПУ