Русская Википедия:Числовое программное управление
- REDIRECT ЧПУ
Числовое программное управление (сокр. ЧПУ; Шаблон:Lang-en, сокр. Шаблон:Lang-en2 — компьютерное числовое управление) — область техники, связанная с применением цифровых вычислительных устройств для управления производственными процессами[1].
Оборудование с ЧПУ может быть представлено:
- станочным парком, например, станками (станки, оборудованные числовым программным управлением, называются станками с ЧПУ) для обработки металлов (например, фрезерные или токарные), дерева, пластмасс;
- приводами асинхронных электродвигателей, использующих векторное управление;
- характерной системой управления современными промышленными роботами;
- Периферийные устройства, например: 3D-принтер, 3D-сканер.
История
Сменяемые программы, нанесённые на перфокарты с помощью двоичного кода, использовались уже в жаккардовом ткацком станке, созданном в 1804 году. На перфокартах были закодированы два возможных положения исполнительного механизма — опуская или поднимая челнок, можно было программировать простые одноцветные узоры.
В XIX веке были разработаны механические исполнительные устройства на основе кулачкового механизма, похожие на используемые в механическом пианино. Хотя они позволяли плавно варьировать параметры движения обрабатывающих инструментов, процесс создания алгоритма обработки и требовал создания полноразмерных моделей детали.
Изобретателем первого станка с электронным числовым управлением (Шаблон:Lang-en, Шаблон:Lang-en2) является Джон Пэрсонс (Шаблон:Lang-en2), работавший инженером в компании своего отца Шаблон:Lang-en2, выпускавшей в конце Второй мировой войны пропеллеры для вертолётов. Он впервые предложил использовать для обработки пропеллеров станок, работающий по программе, вводимой с перфокарт. В качестве привода впервые использовались шаговые искатели.
В 1949 году ВВС США профинансировали Шаблон:Lang-en2 разработку станка для контурного фрезерования сложных по форме деталей авиационной техники. Однако компания не смогла самостоятельно выполнить работы и обратилась за помощью в лабораторию сервомеханики Массачусетского технологического института (MIT). Сотрудничество Шаблон:Lang-en2 с MIT продолжалось до 1950 года. В том году MIT приобрел компанию по производству фрезерных станков Шаблон:Lang-en2 и отказался от сотрудничества с Шаблон:Lang-en2, заключив самостоятельный контракт с ВВС на создание фрезерного станка с программным управлением.
В сентябре 1952 года станок был впервые продемонстрирован публике — про него была напечатана статья в журнале Шаблон:Lang-en2. Станок управлялся с помощью перфоленты.
Первый станок с ЧПУ отличался особой сложностью и не мог быть использован в производственных условиях. Первое серийное устройство ЧПУ было создано компанией Шаблон:Lang-en2 в 1954 году и со следующего года стало устанавливаться на станки. Широкое внедрение станков с ЧПУ шло медленно. Предприниматели с недоверием относились к новой технике. Министерство обороны США вынуждено было на свои средства изготовить Шаблон:Num с ЧПУ, чтобы передать их в аренду частным компаниям.
Шаблон:Нет АИ 2. Базовыми системами ЧПУ в СССР были НЦ-31 и 2Р22 (токарная группа) и 2С42 и 2Р32 (фрезерная группа).
Серийный выпуск собственных образцов промышленного оборудования с ЧПУ был освоен в Болгарии[2].
Числовое программное управление также характерно для систем управления современными промышленными роботами.
Аббревиатура «ЧПУ» соответствует двум англоязычным — Шаблон:Lang-en2 и Шаблон:Lang-en2, — отражающим эволюцию развития систем управления оборудованием.
- Системы типа NC (Шаблон:Lang-en), появившиеся первыми, предусматривали использование жестко заданных схем управления обработкой — например, задание программы с помощью штекеров или переключателей, хранение программ на внешних носителях. Каких-либо устройств оперативного хранения данных, управляющих процессоров не предусматривалось.
- Более современные системы ЧПУ, называемые CNC (Шаблон:Lang-en), — системы управления, позволяющие использовать для модификации существующих/написания новых программ программные средства. Базой для построения CNC служат современный (микро)контроллер или (микро)процессор:
- микроконтроллер,
- контроллер с программируемой логикой,
- управляющий компьютер на базе микропроцессора.
Возможна реализация модели с централизованным автоматизированным рабочим местом (например, Шаблон:Lang, Шаблон:Lang) с последующей загрузкой программы посредством передачи по промышленной сети.
Крупнейшими производителями станков с числовым программным управлением по состоянию на 2013 год являются Германия (14 млрд долл), Япония (13 млрд долл), Китай (8 млрд долл). Крупнейшими потребителями станков являются: Китай (11 млрд долл), США (8 млрд долл), Германия (7 млрд долл)[3].
Аппаратное обеспечение
Структурно в состав ЧПУ входят:
- пульт оператора (или консоль ввода-вывода), позволяющий вводить управляющую программу, задавать режимы работы; выполнить операцию вручную. Как правило, внутри шкафа пульта современной компактной ЧПУ размещаются её остальные части;
- дисплей (или операторская панель) — для визуального контроля режимов работы и редактируемой управляющей программы/данных; может быть реализован в виде отдельного устройства для дистанционного управления оборудованием;
- контроллер — вычислительное устройство, решающее задачи формирования траектории движения режущего инструмента, технологических команд управления устройствами автоматики станка, общим управлением, редактирования управляющих программ, диагностики и вспомогательных расчетов (траектории движения режущего инструмента, режимов резания);
- ПЗУ — память, предназначенная для долговременного хранения (годы и десятки лет) системных программ и констант; информация из ПЗУ может только считываться;
- ОЗУ — память, предназначенная для временного хранения управляющих программ и системных программ, используемых в данный момент.
В роли контроллера выступает промышленный контроллер, как то: микропроцессор, на котором построена встраиваемая система; программируемый логический контроллер либо более сложное устройство управления — промышленный компьютер.
Важной характеристикой CNC-контроллера является количество осей (каналов), которые он способен синхронизировать (управлять) — для этого требуется высокая производительность и соответствующее программное обеспечение.
В качестве исполнительных механизмов используются сервоприводы, шаговые двигатели.
Для передачи данных между исполнительным механизмом и системой управления станком обычно используется промышленная сеть (например, CAN, Profibus, Industrial Ethernet).
Крупнейшие производители систем ЧПУ (по данным на 2009 год)[4]:
- Fagor Automation — 8037, 8055, 8060, 8065, 8070;
- FANUC — 0i-MD, 0i-TD, 0i-PD, 0i Mate-MD, 0i Mate-TD, 30i-MODEL B;
- Fidia — nC 12R, nC 15, C10, C20, C40;
- HAAS;
- Heidenhain — TNC 128, TNC 320, TNC 620, TNC 640, MANUALpus 620, CNC PILOT 640;
- Mitsubishi Electric — C70, M70V, M700V;
- Rexroth Bosch Group — IndraMotion MTX micro, IndraMotion MTX standard, IndraMotion MTX performance, IndraMotion MTX advanced;
- Siemens — Sinumerik 802D, 808D, 810D, 828D, 840D.
Программное обеспечение
После того как составлена управляющая программа, оператор при помощи программатора вводит её в контроллер. Команды управляющей программы размещаются в ОЗУ. В процессе создания или после ввода управляющей программы оператор (в данном аспекте выполняющий функцию программиста) может отредактировать её, включив в работу системную программу редактора и выводя на дисплей всю или нужные части управляющей программы и внося в них требуемые изменения. При работе в режиме изготовления детали управляющая программа кадр за кадром поступает на выполнение. В соответствии с командами управляющей программы контроллер вызывает из ПЗУ соответствующие системные подпрограммы, которые заставляют работать подключенное к ЧПУ оборудование в требуемом режиме — результаты работы контроллера в виде электрических сигналов поступают на исполнительное устройство — приводы подач, либо на устройства управления автоматикой станка.
Управляющая система считывает инструкции специализированного языка программирования (например, G-кода) программы, который затем интерпретатором системы ЧПУ переводится из входного языка в команды управления главным приводом, приводами подач, контроллерами управления узлов станка (например, включить/выключить подачу охлаждающей эмульсии).
Разработка управляющих программ в настоящее время выполняется с использованием специальных модулей для систем автоматизированного проектирования (САПР) или отдельных систем автоматизированного программирования (CAM), которые по электронной модели генерируют программу обработки.
Для определения необходимой траектории движения рабочего органа в целом (инструмента/заготовки) в соответствии с управляющей программой используется интерполятор, рассчитывающий положение промежуточных точек траектории по заданным в программе конечным.
В системе управления, кроме самой программы, присутствуют данные других форматов и назначения. Как минимум, это машинные данные и данные пользователя, специфически привязанные к конкретной системе управления либо к определённой серии (линейке) однотипных моделей систем управления.
Программа для станка (оборудования) с ЧПУ может быть загружена с внешних носителей, например, магнитной ленты, перфорированной бумажной ленты (перфоленты), дискеты или флеш-накопителей в собственную память либо временно, до выключения питания — в оперативную память, либо постоянно — в ПЗУ, карту памяти или другой накопитель: жёсткий диск или твердотельный накопитель. Помимо этого, современное оборудование подключается к централизованным системам управления посредством заводских (цеховых) сетей связи.
Наиболее распространенный язык программирования ЧПУ для металлорежущего оборудования описан документом [[ISOШаблон:Nbsp6983]] Международного комитета по стандартам и называется «G-код». В отдельных случаях — например, системы управления гравировальными станками — язык управления принципиально отличается от стандарта. Для простых задач, например, раскроя плоских заготовок, система ЧПУ в качестве входной информации может использовать текстовый файл в формате обмена данными — например, DXF или HPGL.
См. также
Практическая организация
Программное обеспечение
Автоматизация, в том числе с использованием компьютера
Промышленная автоматизация и частные аспекты
- Промышленная автоматика
- Промышленный контроллер
- Микроконтроллер
- Встраиваемые системы
- Человеко-машинный интерфейс
- Операторская панель
Разработка и аппаратное обеспечение
Примечания
Литература
- Сосонкин В. Л., Мартинов Г. М. Системы числового программного управления. Учебное пособие для вузов. Изд. Логос, 2005 г., 296 стр. ISBN 5-98704-012-4
- Сосонкин В. Л., Мартинов Г. М. Программирование систем числового программного управления. Изд. Логос, Университетская книга, 2008 г., 344 стр. Шаблон:ISBN с опечаткой
- Босинзон М. А. Современные системы ЧПУ и их эксплуатация. Учебник для нач. проф. образования Изд. Academia, 2009 г. ISBN 978-5-7695-6060-6
- Ловыгин А. А., Васильев А. В. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система. Изд. Эльф ИПР, 2006 г., ISBN 5-900891-60-7
- Байков В. Д., Вашкевич С. Н. Решение траекторных задач в микропроцессорных системах ЧПУ. Л, «Машиностроение», 1986
Ссылки
- FSWizard — CNC-калькулятор: фрезеровка, сверлениеШаблон:Ref-ruШаблон:Ref-en
- Основы числового программного управления
- ↑ N.097 numerical control числовое программное управление, ЧПУ//Иллингуорт В., Глейзер Э., Пайл И. (ред.) Толковый словарь по вычислительным системам —М.:Машиностроение, 1990
- ↑ Для резки металла // "Красная звезда" от 31 марта 1988
- ↑ Пайвин, А. С. Основы программирования станков с ЧПУ : учебное пособие / А. С. Пайвин, О. А. Чикова ; Уральский гос. пед. ун-т, Ин-т физики, технологии и экономики. — Екатеринбург : [б. и.], 2015. — 102 с.
- ↑ Шаблон:Статья
