Рассмотрим перечень задач применительно к системам ЧПУ, работающим в автономном режиме или в составе АСУ ТП и ГАП. Основным способом реализации задач является программный способ. Структура многоцелевых систем ЧПУ аналогична структурам управляющих ЭВМ. Решаемой задаче ставится в соответствие не конструктивный, а программный модуль, являющийся, как было показано в п.1.1., частью функционального программного обеспечения (ФПО) и хранящийся в памяти.
Ввод и хранение функционального программного обеспечения. Настройка современной системы ЧПУ для решения определенного круга задач осуществляется однократно (после первого включения или аварийных ситуаций) путем загрузки информационного массива – функционального программного обеспечения. Для ввода ФПО используются: в автономных системах – встроенная энергонезависимая память, в АСУ ТП и ГАП – канал связи с ЭВМ верхнего уровня.
Ввод и хранение управляющей программы. Управляющая программа (УП), как и ФПО, может вводиться с перфоленты или по каналу связи с ЭВМ верхнего уровня. Память для хранения УП должна быть энергонезависимой. Вводимая УП обычно представлена в коде ISO. Если ёмкость памяти системы ЧПУ недостаточна для хранения всей УП, то организуют так называемый режим подкачки: во время выполнения одной части УП по мере памяти вводят следующую часть.
Реализация циклов. Выделение повторяющихся (стандартных) участков программы, называемых циклами, является эффективным методом сокращения УП. Так называемые фиксированные циклы характерны для определенных технологических операций (сверление, зенкерование, расточка и т. д.) и встречаются при изготовлении многих изделий. Программные технологические циклы соответствуют повторяющимся участкам данного изделия.
Интерпретация кадра. Управляющая программа состоит из составных частей – кадров. Отработка очередного кадра требует проведения ряда предварительных процедур, называемых интерпретацией кадра. Для обеспечения непрерывности контурного управления процедуры интерпретации (i +1)-го кадра должны быть реализованы во время управления по i -му кадру.
Интерполяция. Под интерполяцией понимают получение с требуемой точностью координат промежуточных точек траектории движения по координатам крайних точек и заданной функции интерполирования.
Управление приводами подач. Сложность управления зависит от привода. В общем случае задача сводится к организации позиционных следящих систем для каждой координаты. На вход системы поступают коды (код), соответствующие результатам интерполяции. Этим кодам должно отвечать положение по координате – линейное или угловое перемещение. Кроме управления в режиме движения по заданной траектории, необходима организация некоторых вспомогательных режимов. Так, при использовании в следящих системах в качестве датчиков положения вращающихся трансформаторов, индуктосинов, различного типа фотоимпульсных датчиков необходимо выполнять их согласование перед первым (и после аварийных ситуаций) включением. Согласование заключается в подборе кода задания из системы ЧПУ, отвечающего истинному положению датчика обратной связи. После согласования включение приводов происходит без ударов. Режим установки в «фиксированный нуль» станка позволяет привести в соответствие значение абсолютных координат в управляющей программе с истинным положением перемещающихся узлов. Нулевое положение фиксируется специальным датчиком. Управление приводами при установке в фиксированный нуль обеспечивает движение до фиксирующего датчика. Режим установки в плавающий нуль предполагает движение рабочего органа в точку, координаты которой хранятся в памяти системы ЧПУ. Это положение принимается за начальное для дальнейших расчётов. Наконец, при любом движении по координатам с целью избежать аварий ведётся контроль выхода за допустимые значения (сравнение текущих координат с граничными значениями, опрос состояния конечных выключателей). При необходимости осуществляется аварийная остановка привода.
Коррекция на размеры инструментов. Коррекция управляющих программ на длину инструмента сводится к параллельному переносу координат, т. е. смещению. Учет фактического радиуса инструмента сводится к формированию траектории, эквидистантной запрограммированной.
Логическое управление. Это управление технологическими узлами дискретного действия, входные сигналы которых производят операции типа «Включить», «Отключить», а выходные фиксируют состояние «Включено», «Отключено». Примером может служить управление автоматизированной коробкой передач, насосами смазки, подачи охлаждающей жидкости и пр.
Управление приводом главного движения. Управление предусматривает включение и отключение привода, стабилизацию скорости, а в некоторых случаях – управление углом поворота как дополнительной координатой.
Смена инструмента. Эта задача характерна для станков типа «обрабатывающий центр». Задача имеет две фазы: поиск гнезда магазина с требуемым инструментом и замену отработавшего инструмента. Перспективной следует считать замену движения магазина с инструментами движением захвата робота, управление которым можно рассматривать как управление по дополнительным координатам. При этом накопитель инструментов упрощается, превращаясь в стационарную площадку (стол).
Коррекция погрешностей механических и измерительных устройств. Любой конкретный агрегат механообработки можно аттестовать с помощью измерительных средств достаточно высокого класса точности. Результаты такой аттестации в виде таблиц погрешностей (внутришаговая ошибка, накопленная ошибка, люфты) заносятся в память системы ЧПУ. При работе текущие показания датчиков агрегатов корректируются данными из таблиц погрешностей.
Адаптивное управление механообработкой. Чаще всего адаптация осуществляется изменением контурной скорости и скорости привода главного движения. Необходимая информация получается от дополнительно устанавливаемых датчиков – момента сопротивления, мощности привода главного движения, вибраций, температуры и др. Из-за отсутствия непрерывной обратной связи по формируемым размерам изделия часть системы механообработки не охватывается обратной связью. В этих условиях оптимизации производится только по косвенным критериям. Организация обратной связи непосредственно от изготовляемого изделия является одной из основных проблем повышения качества механообработки.
Накопление статистической информации. К нему относятся фиксация текущего времени и времени работы, определение коэффициентов загрузки оборудования, учет продукции и т. д.
Автоматический встроенный контроль. Организация такого контроля в зоне обработки особенно актуальна для ГАП. Наиболее просто задача решается установкой измерительного щупа (контактного или бесконтактного) в одно из гнезд магазина обрабатывающего центра или строго фиксированным выдвижением щупа за инструмент.
Приведенный перечень может быть дополнен следующими задачами: обмен с ЭВМ верхнего уровня; согласованное управление оборудованием технологического модуля; управление транспортом и складом; связь с оператором; управление внешними устройствами; техническая диагностика технологического оборудования. Этот перечень отнюдь не исключает постановки новых задач, однако и перечисленных достаточно, чтобы понять, насколько сложны современные системы ЧПУ механообработкой.