РАЗВИТИЕ НА СИСТЕМИТЕ ЗА ЦПУ.
Първите системи за ЦПУ са били изградени върху базата на
електронни вакуумни лампи, характеризирали са се с големи габарити, значителна
консумацията на енергия, ниска работна надеждност. Това, заедно с високата
цена, е било пречка за широката промишлена реализация на идеята.
С появата на транзисторите се създава възможност за
преодоляване на основните недостатъци на електронните лампи. Масовото
производство на полупроводниковата техника води до многократно понижаване на
цената. Втората половина на петдесетте години на 20-ти век (1956-1959 гг.)
бележи първото по-осезаемо навлизане на устройствата за ЦПУ в механичните
цехове. Със смяната на елементната база в цифровата схемотехника се редуват и
поколенията устройства за ЦПУ- интегрални схеми с ниска и средна степен на
интеграция, големи интегрални схеми, микропроцесори.
Първата система с ЦПУ с широко практическо приложение е
тип NC.
Системи за ЦПУ тип NC.
Системите за ЦПУ тип NC са построени с използване на интегрални схеми с ниска и
средна степен на интеграция- д
о около 100 активни елемента (транзистори) в един чип.
Броят на чиповете достига до хиляда и повече, разположени в десетки платки.
Интегралните схеми са обединени в блокове с точно определени функции- например
блок за въвеждане, блок за управление, блок за интерполация и др. Отделните
блокове (апарати) са свързани в предварително дефинирана и практически
неизменяема схема, откъдето идват и другите названия на тези системи- апаратни
системи или системи със схемна реализация.
Управляващата програма се записва непосредствено в ISO-код върху програмоносител, наречен перфолента. Перфолентата в изходния си вид е плътна
непрозрачна хартиена или пластмасова лента с ширина
Всеки знак от ISO-кода на УП се пренася в стандартизиран двоичен код като отделен ред,
разположен напречно на перфолентата. За целта се използва специализиран електронно-механичен
перфоратор.
Всеки ред носи 8 бита информация, представена чрез перфорации- наличието на
кодова перфорация означава “
Върху перфолентата се образуват 8 пътечки. Между третата и четвъртата е
перфорирана синхронна пътечка с по-малки по диаметър перфорации, чието
предназначение е да определя момента на едновременното четене на информацията
от даден ред. Присъствието на осмата пътечка исторически е обосновано от
невисоката надеждност на първите перфоратори. В нея се пробива отвор тогава,
когато двоичното число в реда по стандарт трябва да бъде с нечетен брой
перфорации. Така винаги броят на правилно нанесените перфорации е четен. При
първичния контрол на записа, извършван от системата за ЦПУ, нечетният брой
перфорации се съобщава като аларма.
Използването на перфоленти се ограничава от ниската им механична трайност
при многократна употреба, особено в цехови условия. Извън цеха и в надеждан
контейнер перфолентата може да се съхранява практически неограничено време без
загубване на информацията. Затова тя е подходяща за архивиране и създаване на
библиотека от успешно работили УП, които могат да се използват по заявка и
по-нататък.
Перфолентата като програмоносител се използва при по-старите системи за
ЦПУ.
Тези системи имат възможност да управляват сложни
технологични процеси с принципно неограничена дължина. Гъвкавостта на
производството при преминаване към обработката нараства многократно, тъй като
за въвеждането на новата програма е достатъчно изготвянето на нова перфолента.
Съществуват и някои възможности за редактиране на УП. Става възможна
реализацията на едно революционно решение- въвеждането на корекциите на
инструментите. Върху декадни превключватели, разположени на пулта за
управление, се набират стойностите на действителните размери на актуалния в момента инструментален
комплект. Тези стойности могат да се коригират във всеки един момент, ако
реалният ход на технологичния процес го изисква. Например това става при
принудителна подмяна (поради счупване и др.) на даден инструмент с едноименен,
но различен по размери, или поради естественото износване на режещата част. NC-системата автоматично отчита действителните размери на
инструменти и води режещата му част по траекторията, заложена в УП. Това
позволява една и съща УП да се използва многократно с различни екземпляри на
едноименни инструмента. Появяват се фиксирани цикли (за повтарящи се рутинни
обработки), улесняващи програмирането и намаляващи обема на УП.
Програмоносителят не е чувствителен към електромагнитни смущения. Оптималната
структура на отделните блокове, построени за изпълнение на точно определена
функция, осигурява значително бързодействие, което се дължи и на възможността
за паралелна работа на блоковете. В системата няма неизползвани резерви,
блоковете са натоварени в степен, близка до проектния максимум. Поради това
цената на система тип NC е значително по-ниска от цената на изместилата я
по-късно система тип СNC, организирана по принципа на програмната реализация.
Недостатъците на системата са свързани с
незадоволителната степен на интеграция и значителната консумацията на енергия
на интегралните схеми, които не позволяват реализирането на памет с достатъчен
обем. Това предопределя редица негативни показатели, като:
- невъзможност за организиране на програмна библиотека в
системата за ЦПУ;
- невъзможност за въвеждане на цялата програма в паметта на
системата;
- четене на програмата изречение по изречение в процеса на
изпълнението й върху машината, което води до грешки поради ниската надеждност
на четящото устройство;
- невъзможност за редактиране на програмата непосредствено
върху машината, тъй като за това е необходимо изготвяне на нова лента;
- невъзможност за работа с подпрограми, които по
предварително условие трябва да са записани в паметта и др.
Списъкът на недостатъците се допълва от това, че
електромеханичните връзки в схемата са многобройни и присъствието им води до
чести повреди поради оксидацията и чувствителността към сътресения.
В днешно време системите тип NC не се използват.
Системи за ЦПУ тип CNC.
През 1970-те години се появява следващото поколение на
системите за ЦПУ, което се нарича CNC- Computerized или Computer Numerical Control. Последователността, характерът и обемът на извършваните
операции се определят не от специалните схеми, както е при системите тип NC, а от специално системно програмно осигуряване.
При първите системи за ЦПУ тип CNC системното програмно осигуряване е било въвеждано в
паметта от перфолента и е могло да бъде променяно многократно. Системите тип CNC от това поколение се наричат системи със свободно
програмируеми алгоритми.
Следващото поколение системи тип CNC е построено на елементната база на микропроцесорите и са
системи с твърдо програмирани алгоритми, които се записват и съхраняват в
постоянна и енергонезависима памет. Записът на системното програмно управление
в паметта, веднъж въведен, не се променя.
В същото време в паметта е заделено пространство, в което
записите могат да се променят многократно. Това позволява да се съхраняват
голям брой УП, които могат да се редактират от обслужващия персонал в режим на
диалог. В паметта се записват и специални програми, описващи цикъла на работа
на автоматизиращите устройства и системи, например тези за смяна на
инструментите, на заготовките и др. В тази част от паметта на системата тип CNC се съдържат редица фиксирани цикли, поддържат се
корекционни регистри с данни за размерите на инструментите и др.
В съвременните системи за ЦПУ широко се използват носителите на информация,
прилагани в компютърната техника. Дискетата
и CD имат голяма плътност
на записване на информацията, с което значително превъзхождат перфолентата.
Въвеждат се в съответните устройства за привеждането им в движение и прочитане
на информацията.
Флаш-паметите се характеризират с още по-голяма плътност на записа, много висока скорост
на прочитане/запис и висока надеждност. Използват се в два варианта- флаш-карта и USB-стик, които се въвеждат в съответните портове на системата за ЦПУ.
Изображение на дисплея при
трансфериране на УП от компютър към системата за ЦПУ www.heidenhain.com
За бързо и надеждно трансфериране на УП, особено на такива с голям обем,
все повече се използват възможностите на информационните
мрежи- Ethernet, интранет и интернет. Така УП може да се генерира в едно представителство
на фирмата, а да се трансферира до друго, разстоянията между които може да се
измерват с десетки хиляди километри.
Ethernet е локална мрежа, специално ориентирана за използване в цеха.
Интранет е корпоративна информационна мрежа, организирана на принципа на интернет.
В нейните рамки е възможен свободен достъп до фирмените уеб-сайтове, но те са
невидими за браузерите в интернет. Т.е. интранет е информационна мрежа,
обслужваща само корпорацията и достъпът до нея на външни потребители е
ограничен. Подобно на интернет, отделните й възли може да са разположени в
различни точки от света. В същото време потребител от интранет може да
комуникира с интернет.
Дистанционна връзка е възможна и между един компютър (или работна станция)
и система за ЦПУ. На фигурата е показано изображението на дисплея при
трансфериране на УП от компютър към системата за ЦПУ.
Трансферирането на УП от компютъра към системата за ЦПУ е известно и като
управление тип DNC (Direct Numerical Control). При него УП може да
бъде напълно заредена в паметтта на системата за ЦПУ или да остане записана в
компютъра и подавана за отработване на порции в режим на непрекъсната връзка
“компютър-система за ЦПУ”. При DNC, освен УП, могат да се трансферират данни за корекциите на инструментите,
параметрите и множество друга информация, например, данни за сканиран и
дигитализиран образ на детайл. DNC има възможност от един или няколко компютъра да се управляват едновременно
повече от една ММ с ЦПУ, а също така други технологични устройства, като
роботи, манипулатори, робокари и др.
Системите за ЦПУ тип CNC се прилагат широко в съвременните ММ с ЦПУ.
Системи за ЦПУ тип PCNC.
Успоредно със системите за ЦПУ тип CNC в последните години се развиват системите тип PCNC, базирани на използването на персонален компютър с
промишлено или универсално предназначение. Системното програмно осигуряване се
записва върху твърдия диск и може да бъде променяно многократно. Системите тип PCNC работят с операционната система MSDOS или с Windows (различни версии). По-често се работи в средата на Windows. PCNC е система за ЦПУ с отворена архитектура, което позволява
увеличаване на обектите на управление, съдържанието и сложността на системното
програмно осигуряване. Възможен е обмен на информация чрез интернет.
Днес системата за ЦПУ е с голямо бързодействие и голям
обем на паметта, с широки възможности за управление на технологични процеси с
практически неограничена сложност, с висока надеждност и развити
самодиагностични функции. Принципът на ЦПУ обединява в автоматични технологични
модули (АТМ) и гъвкави автоматизирани производствени системи (ГАПС) разнородно
технологично и транспортно оборудване, с което се създават автоматични
участъци, цехове и заводи, работещи без или със силно ограничение на обслужващ
персонал. Връзката чрез интернет позволява контакт с клиенти, със софтуерни и
сервизни служби, отдалечени понякога на хиляди километри.
ЦПУ е навлязло широко в съвременната промишленост. По
своя размах, икономически и социален ефект, отражение върху начина на мислене
на инженерите, специалистите и техниците то не е просто етап в развитието на
програмното управление, а качествено ново ниво в областта на обработката на
материалите чрез рязане.
Хибридни системи за ръчно-цифрово програмно управление.
Генерирането на УП за обработване на единични детайли или малки партиди от
няколко детайла, например, за нуждите на ремонтната дейност, е подходящо да се
извърши с използването на възможностите на хибридна система за ръчно-цифрово
програмно управление. Тя съчетава традиционно познатото ръчно управление с
високата производителност на ЦПУ.
Върху металорежещата машина, например стругова машина, с хибридна система
за управление е установена заготовката 1 за първия детайл, която трябва да бъде
обработена съгласно чертежа 9. Главното движение се получава от главния
двигател 10 по команда, набирана ръчно върху ПУ на хибридната система за
ръчно-цифрово програмно управление 5. Тъй като традиционната кинематична верига
за задвижване на работните органи остъства, операторът подава ръчни команди към
супортите както следва:
- чрез електронните колела 2 (за супорта по ос Z) и 4 (за супорта по ос X) за малки и точни премествания;
- чрез джойстика 3 за установъчни движения със скоростта на бързия ход.
Електронните сигнали от 2, 3 и 4 постъпват в системата за управление 5, в
която се формират силови управляващи сигнали към подавателните двигатели 7 и 8.
След окончателната обработка на детайла последователността от движения на
супортите и другата технологична информация се запаметява след натискане на
бутона 6. Така създадената part-програма може да се използва по-нататък за обработване на останалите
детайли от партидата.
Програмирането се облекчава от възможността за използване на менюта от
фиксирани цикли. Обработването на цилиндрични и челни повърхнини може да се
извърши само с ръчно управление, а точното и производително обработване на
по-сложни повърхнини се базира на използването на фиксирани цикли- за
обработване на конусни и сферични повърхни, резби, прорязване на стандартни
канали и канали със свободна форма върху цилиндричната и челната повърхнина,
грубо и чисто струговане на несложни контури и др.
За обработването на сложни контури се прилага графичното им генериране
върху машината.
Възможно е програмиране на технологични преходи като фрезоване, несъосно
пробиване и т.н., извършвани с въртящ се инструмент и работно подавателно
движение на вретеното като ос С.
