В соответствии с международной классификацией все УЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие основные классы: NC (Numerical Control); SNC (Stored Numerical Control); CNC (Computer Numerical Control); DNC (Direct Numerical Control); HNC (Handled Numerical Control); VNC (Voice Numerical Control) и PCNC (Personal Computer Numerical Control).
Системы класса NC. Выпуск систем этих классов уже прекращен. Это наиболее простые системы управления с ограниченным числом информационных каналов. В составе этих систем отсутствует оперативная ЭВМ. Внешним признаком УЧПУ классов NC и SNC является способ считывания и отработки УП.
В системах класса NC принято покадровое чтение перфоленты: после включения станка и УЧПУ читаются первый и второй кадры программы; станок начинает выполнять команды первого кадра, в это время информация второго кадра программы находится в запоминающем устройстве УЧПУ; после выполнения первого кадра станок начинает отрабатывать второй кадр, который для этого выводится из запоминающего устройства; в процессе отработки станком второго кадра устройство читает третий кадр программы, и т. д.
Основным недостатком этого режима работы является то, что для обработки каждой следующей заготовки приходится вновь читать все кадры перфоленты, в процессе такого чтения нередко возникают сбои из-за недостаточно надежной работы считывающих устройств. Вероятность сбоев объясняется также очень большим числом кадров перфоленты, поскольку для работы таких систем в программе должно быть записано каждое элементарное действие станка, кроме того, перфолента быстро изнашивается и загрязняется. А если в кадре записаны действия, которые станок выполняет очень быстро, то УЧПУ за это время может не успеть прочитать следующий кадр.
Системы класса SNC. Эти системы сохраняют все свойства систем класса NC, но отличаются от них увеличенным объемом памяти. Системы класса SNC позволяют прочитать все кадры программы и разместить информацию в запоминающем устройстве большой емкости. Перфолента читается только один раз перед обработкой всей партии одинаковых деталей и поэтому мало изнашивается. Все заготовки обрабатываются по сигналам из запоминающего устройства, что резко уменьшает вероятность сбоев, а следовательно, и брак деталей. В настоящее время УЧПУ класса SNC также не выпускаются.
Системы класса CNC. УЧПУ на базе ЭВМ, совмещающих функции управления станком и решение почти всех задач подготовки УП. В УЧПУ класса CNC даже первого поколения резко возрастают возможности по сравнению с УЧПУ классов NC и SNC.
Основу УЧПУ классов CNC составляют ЭВМ, запрограммированная на выполнение функций ЧПУ. В системах класса CNC возможно изменять и корректировать в период эксплуатации как УП обработки детали, так и программы функционирования самой системы в целях максимального учета особенностей данного станка.
В устройство CNC УП может быть введена с перфоленты, с дискеты или по каналу внешней связи, и вручную с пульта УЧПУ. Ряд систем имеет встроенную СПП и т.д. Это приводит к резкому уменьшению числа кадров УП, к сокращению сроков ее подготовки и к соответствующему повышению надежности работы станка. Системы класса CNC позволяют достаточно просто выполнять в режиме диалога доработку и отладку УП и их редактирование.
Системами класса DNC можно управлять непосредственно от центральной ЭВМ, минуя считывающее устройство станка. Однако наличие ЭВМ не означает, что необходимость в УЧПУ у станков полностью отпадает. В одном из наиболее распространенных вариантов систем DNC каждый вид оборудования на участке сохраняет свои УЧПУ классов NC, SNC, CNC.
В функции DNC входит управление и другим оборудованием автоматизированного участка, например автоматизированным складом, транспортной системой и промышленными роботами, а также решение некоторых организационно-экономических задач планирования и диспетчеризации работы участка. УП для оборудования участка хранятся в памяти ЭВМ, управляющей группой станков, откуда они передаются на станки по каналам связи.
Оперативные УЧПУ класса HNC позволяют ручной ввод программ в электронную память ЭВМ УЧПУ непосредственно прямо с ее пульта. Программа, состоящая из достаточно большого числа кадров, легко набирается и исправляется с помощью пульта УЧПУ. После отладки она фиксируется до окончания обработки партии. Современные УЧПУ класса HNC построены на базе лучших УЧПУ класса CNC и отличаются от них отсутствием устройств для ввода УП с перфолент, но они имеют входы для их подключения. Эти устройства позволяют вести программирование с пульта УЧПУ в режиме диалога.
В общем случае такие системы позволяют вести подготовку УП непосредственно у станка по чертежу детали. Ряд УЧПУ позволяют вести программирование параллельно с работой станка.
УЧПУ класса VNC позволяют вводить информацию непосредственно голосом. Принятая информация преобразуется в УП и затем в виде графики и текста отображается на дисплее. УЧПУ класса VNC не получили распространения в промышленности.
УЧПУ класса PCNC являются дальнейшим развитием устройств класса CNC и его подклассов и разновидностей. Если устройства класса CNC базируются на специализированных управляющих ЭВМ, специально разработанных для этой цели, то устройства класса PCNC построены на базе серийных персональных компьютеров (PC). Такое решение позволило существенно упростить и сократить время разработки УЧПУ, и как следствие – их стоимость, а унификация интерфейсов материнской платы PC привела к унификации интерфейсов остальных компонентов СЧПУ, что в итоге позволило достигнуть почти полной их взаимозаменяемости в рамках группы станка.
В настоящее время УЧПУ PCNC делятся по особенностям архитектуры на четыре подкласса PCNC-1…PCNC4, а также любительские устройства PCNC-Hobby. Кроме того, из класса PCNC «вырос» уже достаточно самостоятельный класс устройств DMC (Distributed Motion Control), представляющих собой распределенную систему управления, построенную на ПЛК, объединенных общей локальной сетью.
СИСТЕМА «УЧПУ-СТАНОК»
Упрощенная структурная схема управления станком с ЧПУ приведена на рис. 1. В качестве примера показано устройство ЧПУ трехкоординатного вертикального сверлильно-расточного станка с револьверной головкой. Устройство 1 ЧПУ состоит из следующих основных узлов: блока 2 ручного управления и сигнализации, блока 3 считывания информации, кодового преобразователя 7, блока 4 технологических команд, блока 5 управления приводами продольной и вертикальной подачи, а также приводом шпинделя; блока 6 управления приводом поперечной подачи, кабеля 8 управления технологическими командами, силового блока 9 релейных (дискретных) команд, кабелей передачи команд на электрооборудование станка 10,связи с приводами продольной и вертикальной подачи, а также с приводом шпинделя 11,связи с двигателем поперечной подачи 12.
Рисунок 1 – Упрощенная структурная схема управления станком с ЧПУ:
1 – устройство ЧПУ; 2 – блок ручного управления и сигнализации; 3 – блок считывания информации; 4 – блок технологических команд; 5 – блок управления приводами продольной и вертикальной подачи и приводом шпинделя; 6 – блок управления приводом поперечной подачи; 7 – кодовый преобразователь; 8– кабель управления технологическими командами; 9–силовой блок релейных команд; 10 – кабель передачи команд на электрооборудование станка; 11 – кабель связи с приводами продольной и вертикальной подачи, а также с приводом шпинделя; 12 – кабель связи с двигателем поперечной подачи; 13 – двигатель поперечной подачи.
Станок с ЧПУ работает следующим образом:
– заданная программа, в которой отражены геометрические размеры обрабатываемой детали и технологические команды, считывается с программоносителя (перфолента, магнитная лента, дискета, CD, жесткий диск и т.п.) блоком 3;
– данная информация обрабатывается кодовым преобразователем 7 и переносится на блоки 5, 6 управления приводами и на блок 4 технологических команд;
– блоки управления приводами через кабели связи 11, 12 передают управляющие команды на приводы, обеспечивая перемещение узлов станка по продольной, поперечной и вертикальной координатам (осям) в соответствии с заданной программой, а также нужную частоту вращения шпинделя;
– от блока технологических команд 4 через кабель 8 сигналы поступают в блок релейных команд 9,на выходе которого (кабель 10)формируются дискретные команды требуемых параметров (ток, напряжение) управления электроавтоматикой станка;
– за ходом обработки может наблюдать оператор посредством блока 2;
– с помощью этого же блока оператор может осуществлять ручное управление процессом и при необходимости вводить соответствующие коррекции.
