Рабочие режимы в механообрабатывающих станках с ЧПУ

Для систем ЧПУ, использующих средства вычислительной техники и гибко осуществляющих автоматическое управление технологическим оборудованием, характерны следующие режимы:

• • режим ввода информации, когда осуществляется ввод управляющей программы или исходных данных для нее вручную, от внешнего носителя или через канал дистанционной связи, синтаксический и грамматический анализ вводимой информации, вывод и индицирование ошибок, размещение вводимой информации в памяти системы;
• • автоматический рабочий режим, при котором осуществляется обработка детали в соответствии с управляющей программой, автоматическое регулирование подачи, ускоренная отработка управляющей программы, накопление эксплуатационной информации, в том числе счет деталей, заготовок, учет брака, регистрация времени обработки и др.;
• • режим вмешательства оператора в процесс автоматического управления, при котором выполняются операции технологической остановки, т. е. прерывания обработки в ситуации, заранее предусмотренной технологом — составителем программы обработки, пропуск кадров программы и их отработка без выдачи управляющих команд, зеркальное отражение участков траектории и масштабирование раздельно по координатам, а также коррекция технологических режимов, кодов инструментов и кодов приспособлений спутников и др.;
• • ручной режим, при котором реализуются настройка станка и ручное управление перемещениями, отладка управляющей программы, отработка перемещений инструмента при задании скорости перемещений вручную, набор и отработка кадров программы, их запоминание и хранение, формирование программы в целом из отдельных кадров, визуализация кадров и их отдельных фраз, ввод различных видов коррекции, диагностирование механизмов станка, инструмента, системы автоматического управления и др.;
• • режим редактирования, заключающийся в поиске нужного кадра программы и выводе его на устройство индикации, коррекции кадров, их замене, вставке и удалении и внесении различного рода поправок;
• • режим вывода информации, когда составленная управляющая программа выводится на те или иные внешние устройства: перфоратор, печатающее устройство (принтер), компакт-кассету, во внешнюю память, на устройство записи на неразрушаемый носитель, например на компакт-диск, а также в канал связи с другим компьютером и/или в локальную сеть;
• • режим вычислений, когда осуществляется расчет требуемых величин по заданным формулам, например, режимов резания или параметров геометрических преобразований, формирование управляющей программы на основе входной информации, представленной в сжатом виде, формирование геометрических моделей и др.;
• • дисплейный режим, когда выполняются выделение и визуализация информации, ведение диалога, декодирование сообщений системы, включая преобразование информации, представленной в машинном виде, в «открытый текст», использование «меню», визуализация двухи трехмерных графических объектов и управление их перемещением в пространстве и др.;
• • режим диагностирования, в процессе которого формируются, аварийные и диагностические предупреждения.

Особо следует рассмотреть работу блока интерполяции. Интерполяционные расчеты выполняются на высокой скорости, характерной для устройств вычислительной техники, во время пауз между осуществлением механических движений. Цель этих расчетов состоит в том, чтобы, учитывая требуемую траекторию движения исполнительного органа и его фактическое положение, достигнутое в результате предыдущего шага, определить направление движения на следующем шаге еще до того, как он будет фактически осуществлен.

Интерполяция может выполняться различными методами. Рассмотрим интерполяцию по методу оценочной функции как наиболее универсальный и наиболее широко применяемый метод. Различают линейную и дуговую (круговую) интерполяции по методу оценочной функции.

Рис. 17.3. Схема линейной интерполяции по методу оценочной функции.

При линейной интерполяции отрезки прямой линии, в общем случае непараллельные осям координат, аппроксимируются ломаной линией, отрезки которой равны между собой и соответствуют цене одного элементарного шага по координатным осям, причем эти отрезки параллельны координатным осям.

На рис. 17.3 изображен процесс линейной интерполяции, т. е. поиска направления следующего шага с целью аппроксимации с минимальными отклонениями отрезка прямой линии ОК после того, как в результате предыдущего шага исполнительный орган оказался в точке M (Zj, х,). Для простоты будем считать, что начало О аппроксимируемого отрезка прямой ОК совмещено с началом координат.

Разность угловых коэффициентов отрезков О К и ОМ обозначим F'_и=* х, / Zj — х_к/z_K, или, с точностью до положительного множителя ZjZ" отбрасывание которого не изменит знака F'_m примем F_u = х, z_K — х_к Zj.

Величина F_u называется оценочной функцией. Она может быть положительной или отрицательной в зависимости от того, по какую сторону от прямой ОК лежит текущая точка М.

Из рис. 17.3 видно, что если F_u> 0, то для приближения к заданному отрезку ОК следующий шаг надо совершить по оси Z, а если F_u< 0 — то по оси X. После шага по оси X новое значение текущей координаты (для I квадранта) определяется выражением х_/4, = х, + I, а новое значение оценочной функции F_t+_U определится из соотношения F_l+, _у = (х, + 1) Z_K-x_KZjF_u + z_K- После шага по оси Z новое значение текущей координаты будет Zj+i ⁼ Zj+ 1, а новое значение оценочной функции будет равнять- ^ся F_u+, = х, z_K — x^Zj.,) = F_u — x_r Начальное значение оценочной функции равно нулю.

Рис. 17.4. Схема дуговой интерполяции по методу оценочной функции.

Затем этот процесс повторяется, пока с точностью до цены шага интерполяции не будет достигнута точка К. Величины x_Kw Z_K называются константами линейной интерполяции.

При дуговой (круговой) интерполяции ломаной линией аппроксимируются участки дугового контура, как это изображено на рис. 17.4. Дуга окружности может быть геометрически однозначно задана разными способами. Для определенности будем считать, что дуга окружности задана такими параметрами, как координаты начальной и конечной точек интерполируемой дуги, координатами центра О этой дуги, а также признаком направления движений по этой дуге. В нашем случае движение осуществляется в I квадранте против часовой стрелки и центр дуги помещен в начало координат. Методика интерполяции легко обобщается на случай движения в остальных квадрантах и против часовой стрелки.

Расстояние (радиус-вектор) от начала координат до текущей точки траектории с координатами х, и Zj определяется соотношением.

Оценочная функция определяется знаком разности квадратов текущей длины радиуса-вектора R_fJ фактической траектории и заданного значения радиуса дуги R, т. е.:

Как видно из рис. 17.4, дуга окружности радиуса R делит плоскость квадранта, в котором она расположена, на две области. Область, в которой F_u < 0, находится внутри дуги, область, где F_u > 0, — вне дуги, а на самой дуге F_u = 0. Таким образом, если F_u> 0, то шаг делается в отрицательном направлении оси Z; если F_u< 0, то шаг делается в положительном направлении оси X. Начальное значение оценочной функции равно нулю.

При шаге по оси Z получаем Zj+_x = Z, — 1, а оценочная функция в таком случае равна.

При шаге по оси X получаем x_J+_l^ssx_J + 1. Оценочная функция при этом.

Величины (—2z,+ 1) и (2х,+ 1) называются константами дуговой (круговой) интерполяции в точке с координатами х, и z_r

Аналогично можно получить расчетные соотношения для оценочной функции в других квадрантах и при других направлениях движения. Суть заключается в том, чтобы записать выражения для новых значений координат при шаге в соответствующем квадранте по тем или иным осям в заданном направлении и полученные новые значения координат подставить в выражение для оценочной функции при дуговой интерполяции.

Интерполяция применяется для того, чтобы сократить объемы информации, вводимой в устройство ЧПУ, ограничившись лишь тем объемом, который необходим для однозначного определения траектории исполнительного органа.

Кроме задач интерполяции устройство ЧПУ выполняет все функции обработки информации, которые назывались выше.