Системы ЧПУ

 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ.

Системы ЧПУ строятся на базе аппаратных и программных средств, ориентированных на применение микропроцессоров и современных микроЭВМ с периферийным оборудованием, на применении быстродействующего         автоматизированного        электропривода, обеспечивающего воспроизведение программных траекторий движения, а также системах автоматизированного проектирования, подготовки и отладки системного и прикладного программного обеспечения.

Под системой ЧПУ (числовым программным управлением) понимается управление с помощью аппаратных и программных средств, обеспечивающее быстрый переход на различные программы работы оборудования    путем набора ее или записи условным кодом на программоносителе.

В качестве программоносителей используются перфоленты, магнитные ленты и диски, программируемые постоянные запоминающие устройства, входящие в состав микропроцессорных контроллеров.

Ниже приведены некоторые термины и понятия в области системы ЧПУ, установленные ГОСТ 20523-80.

Позиционное ЧПУ - ЧПУ, при котором перемещение происходит в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются.

Контурное ЧПУ - ЧПУ, при котором перемещение происходит по заданной траектории с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки изделия.

Групповое ЧПУ - ЧПУ группой объектов от ЭВМ, имеющей общую память для хранения управляющих программ, распределяемых по запросам от объектов.

Программоноситель - носитель данных, на котором записана программа с использованием цифрового кода.

Программное обеспечение системы ЧПУ – совокупность программ и документации для реализации целей и задач систем ЧПУ.

Устройство     ЧПУ (УЧПУ)    -   устройство,    выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта, называют устройством числового программного управления,

алгоритмы работы которого реализуются схемным путем.

Программное устройство ЧПУ - устройство ЧПУ, алгоритмы работы которого реализуются с помощью программ, вводимых в память, и могут быть изменены после изготовления устройства.

Системы ЧПУ - совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное управление объектом.

Кадр управляющей программы - составная часть управляющей программы, вводимая и отрабатываемая как единое целое и содержащая не менее одной команды.

Дискретность перемещения - минимальное  перемещение, которое задается и контролируется в процессе управления.

Интерполяция - получение координат промежуточных точек траектории движения в плоскости или в пространстве.

Код - ряд правил, посредством которых выполняется преобразование данных из одного вида в другой. Применение кода (кодирование) сводится к записи информации в виде комбинации символов.

Интерфейс - совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих совместимость функциональных блоков, образующих измерительную, вычислительную или управляющую систему в соответствии с требуемыми условиями, например, видом кода, моментом

выдачи (приема) информационных и управляющих сигналов, формой представления информации(аналоговая или цифровая).

2. ЦИФРОВЫЕ КОДЫ В СИСТЕМАХ ЧПУ.

При передаче, хранении и преобразовании информации применяют ее кодирование с использованием определенного набора символов. Множество символов составляет алфавит кода. Количество символов в алфавите называют основанием кода - m. Так десятичная система счисления является кодом с основанием, равным 10. Код Морзе имеет основание 2, а его алфавит состоит из двух символов: точка и тире. Двоичная система счисления имеет также основание 2, а алфавит состоит из чисел 1 и 0. Восьмеричная система счисления имеет основание 7, и использует для кодирования числа 0,1,2,3,4,5,6,7.

Любую упорядоченную выборку символов из алфавита называют кодовой комбинацией. Число символов в кодовой комбинации называют длиной кодовой комбинации - n (разрядностью кода).

КОДОМ называют любое упорядоченное множество кодовых комбинаций.

Число кодовых комбинаций в коде называют мощностью или объемом кода. Максимальная мощность (емкость) кода равна:

                          N = mn

Максимальное число кода N max = 2 n − 1, минимальное N min= 1, динамический диапазон разрядной сетки:

                              N max

                         D=         = 2 n − 1.

                              N min

Эти же числовые параметры справедливы и для представления чисел со знаком в естественной форме (с фиксированной запятой/ точкой). Эта форма представления чисел предполагает, что положение запятой, отделяющей целую часть числа от дробной, фиксировано в разрядной сетке (запятая подразумевается, но аппаратно не реализуется).

Для представления знака выделяется специальный знаковый разряд сетки и используется два основных способа расположения фиксированной запятой: перед старшим разрядом для правильных дробей, после младшего разряда для целых дробей. Наибольшее распространение получило представление целых чисел со знаком как целых.

Выбор числовых кодов для представления целых чисел со знаком (биполярных) осуществляется с учетом следующих факторов:

  • общее количество положительных и отрицательных чисел не может превышать емкость разрядной сетки;

  • целесообразно,   чтобы      общее    количество    отрицательных  и положительных чисел было одинаково;

  • для выполнения основных арифметических и логических операций желательно использовать одинаковую аппаратуру.

Выбор числовых кодов для представления целых чисел со знаком (биполярных) осуществляется с учетом следующих факторов:

  • общее количество положительных и отрицательных чисел не может превышать емкость разрядной сетки;

  • целесообразно,   чтобы    общее    количество  отрицательных и положительных чисел было одинаково;

  • для выполнения основных арифметических и логических операций желательно использовать одинаковую аппаратуру.

Среди биполярных кодов различают:

  • прямой код со знаком;

  • обратный код;

  • дополнительный код;

  • смещенный код.

Особенности биполярных кодов рассматриваются в курсе “Элементы систем автоматики“.

Кодовым расстоянием d между двумя комбинациями называют

количество несовпадений их разрядов.

Количество единичных символов в комбинации двоичного кода

называют ее весом и обозначают l.

Имеется ряд признаков классификации кодов:

      1. По основанию: коды с основанием 2 - двухпозиционные, с основанием m больше 2 - многопозиционные.

      2. По длине кодовых комбинаций: равномерные при n= const, и неравномерные, если n ≠ const.

      3. По весу комбинаций: коды равновесные, если l = const и неравновесные в противном случае.

      4. По четности или нечетности веса комбинаций - коды четные и нечетные.

      5. По арифметическим свойствам кода: коды арифметические и комбинаторные.

К комбинаторным кодам относят равновесные, четные, нечетные коды, код Грея.

Коды, используемые для представления чисел посредством цифр, определяются как системы счисления. Наиболее часто применяются позиционные системы счисления: унитарная, двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная. У последней вместо требуемых цифр 10, 11, 12, 13, 14, 15 используются буквы латинского алфавита A, B, C, D, E, F.

Для позиционных систем характерны 3 важные характеристики:

  • количество используемых цифр равно основанию системы счисления;

  • наибольшая цифра на единицу меньше основания;

  • каждая цифра в числе умножается на основании в степени, значение

  • которой определяется позицией цифры в числе.

 

В унитарной системе счисления имеется только один цифровой символ - 1. Система используется для записи заданного количества импульсов на магнитных лентах, но является достаточно громоздкой, особенно при записи больших чисел.

Двоичная система счисления является базовой для решения задач автоматики и вычислительной технике, так как на основе аппарата булевой алгебры описывает работу устройств, имеющих два устойчивых состояния 0 и 1.

3. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ УСТРОЙСТВАМИ ЧПУ.

Задачи, решаемые устройствами ЧПУ можно разделить на 4 класса:

  • геометрические,

  • логические,

  • технологические,

  • терминальные.

Геометрическая задача - получение изделия, соответствующего чертежу, управляя приводами подачи станка и используя алгоритмы интерполяции программных траекторий движения.

Логическая задача - управления электроавтоматикой объекта управления, связанная с автоматизацией на станке вспомогательных или циклических операций (зажима - разжима, подвода - отвода, пуска - останова, автоматической смены инструмента и т.д.).

Технологическая задача - присутствует в тех случаях, когда основной рабочий процесс сам становится объектом управления (либо с целью его поддержания, либо с целью оптимизации), например, в гибком автоматизированном производстве.

Терминальная задача - поддерживается устройством ЧПУ при применении компьютера. Диалог с оператором предполагает управление объектом в различных режимах, работы по созданию и отладке программного обеспечения, информационный обмен с ЭВМ верхнего уровня.

Решения отдельных задач и их совокупности может быть осуществлено с применением систем ЧПУ различного типа, сведения о некоторых из которых помещены в последующие разделы пособия.