В СЧПУ программа работы станка задается в виде определенного комплекса чисел или знаков, записанных на программоносителе (перфоленте, магнитной ленте, перфокарте, ОЗУ и т.д.). Системами с программированием цикла и режимов работы оснащаются станки автоматы и полуавтоматы, а также станки с автоматической сменой режимов работы.
2. По принципу управления движениями: позиционные и контурные. Позиционные системы управления, в свою, очередь делятся на:
а) системы с установкой координат без определенного линейного перемещения между отдельными точками обработки с заданной точностью. При этом все исполнительные узлы могут перемещаться в любом направлении одновременно, но не взаимосвязано. Траектория движения инструмента при этом существенного значения не имеет и определяется в основном конструкцией станка и его кинематической схемой. Например, в станках сверлильно-расточной группы необходимо вначале установить ось сверла над центром будущего отверстия, что может осуществляться одновременным, но несогласованным движением сверла по осям X и Y, т.е. в плоскости, перпендикулярной оси сверла, а затем дать рабочее движение (т.е. подачу) по оси Z, вдоль оси сверла. Перемещения в таких системах задают в абсолютных координатах или приращениях, а работа систем основана на сравнении показаний абсолютных и неабсолютных датчиков перемещения с координатными данными, заданными программой.
б) системы с прямоугольным последовательным перемещением исполнительных органов от пункта к пункту в процессе формообразования детали. Такие системы можно назвать системами с программированием прямых, параллельных направлению движения исполнительных органов. Перемещения в позиционной системе с необходимой точностью, определяемой ее разрешающей способностью, как правило, задают в абсолютной системе координат, имеющей фиксированное начало отсчета, которое может изменяться по программе или вручную.
Рабочее движение в позиционных системах ПУ, т.е. движение подачи, всегда осуществляется по одной координате. Системами с программированием прямых могут считаться токарные, карусельные и фрезерные станки.
Системы контурного (непрерывного) управления являются функциональными. В таких системах производится непрерывное, одновременное и согласованное движение исполнительных органов и заготовки, что обеспечивает обработку криволинейных контуров и поверхностей на станках токарной, фрезерной, строгальной и др. групп. Программа задается в относительных координатах или в приращениях, определение которых на криволинейных участках контура производится автоматически, с помощью специальных устройств - интерполяторов.
Само собой разумеется, что контурные СПУ в принципе можно применять вместо позиционных, т.к. они также обеспечивают приход инструмента в заданную точку с высокой точностью, хотя координаты у них обычно заданны в относительной системе. Однако из-за наличия интерполятора контурные СПУ всегда были намного сложнее и дороже позиционных и в связи с этим их применяли только в станках, предназначенных для обработки деталей с криволинейными образующими взамен копировальных станков, где эффект от применения СПУ был особенно велик.
Появление инструментальных магазинов в среднем на 30-40 инструментов, необходимость в связи с этим автоматически изменять частоту вращения шпинделя в широких пределах, иметь коррекцию размеров инструментов и индикацию положений рабочих органов станка, упрощения программирования за счет введения стандартных циклов, переход на следящий режим позиционирования для обеспечения высокой точности - все это привело к резкому усложнению позиционных СПУ. Добавление в такую СПУ интерполятора не на много увеличивает ее сложность и стоимость, но делает ее универсальной.
В связи с этим большинство современных СПУ выполняют как универсальные. И только простейшие СПУ до некоторой степени сохраняют это разделение.
Подразделение СПУ на позиционные, контурные, универсальные привело к некоторым изменениям в нумерации и обозначении станков с ЧПУ. Так, в обозначении станков с ЧПУ обозначают дополнительным индексом в конце: Ф1 - станки с цифровой индикацией и пред набором координат, Ф2 - с позиционными системами ПУ, Ф3 – с контурными системами ПУ , Ф4 - с универсальными системами для позиционной и контурной обработки, С1, С2, С3 - количество управляемых координат. Например, токарный станок с контурной СПУ и управлением по 2-м координатам обозначают 1А616Ф3С2.
В зависимости от наличия или отсутствия обратной связи СПУ подразделяются на замкнутые и разомкнутые системы управления. Система управления с разомкнутым контуром значительно проще и дешевле в изготовлении, но в ней отсутствует контроль исполнения команды, что снижает ее точностные показатели. В СПУ с замкнутым контуром датчик обратной связи следит за положением исполнительного органа и вносит необходимые коррективы в работу СПУ. Такие системы обладают большей точностью, но они сложнее, менее надежны и соответственно дороже СПУ с разомкнутым контуром.
По характеру информации, выраженной в программе различают системы непрерывные, дискретные и дискретно-непрерывные.
Программа в СПУ с фазовой модуляцией считывается с магнитной ленты в виде синусоидального напряжения, имеющего угол сдвига фазы относительно опорного напряжения, пропорциональный заданному перемещению, а воспроизведенное движение контролируется датчиками перемещения также в угол сдвига фаз синусоидальных напряжений. Фаза напряжений, характеризующее заданное и фактическое перемещения, сравниваются в так называемом фазовом индикаторе, который выдает сигнал следящему приводу в виде выпрямленного напряжения. Фазовая система ПУ по сравнению с другими СПУ имеет минимальный объем электронного оборудования и надежные в работе датчики положения.
Дискретная (импульсная) система - это такие СПУ, в которых информация о перемещении инструмента или изделия выражена соответствующим числом импульсов.
В разомкнутых импульсных системах в качестве исполнительных устройств применяют шаговые двигатели, поэтому их часто называют шагово импульсными. В таких системах каждый импульс преобразуется в поворот вала шагового двигателя на определенный строго фиксированный угол. Число импульсов определяет величину перемещения, а частота их следования - скорость движения рабочего органа станка.
Замкнутые импульсные системы называют счетно-импульсными, т.к. в них использована счетная схема. В счетно-импульсных суммирующих системах величина перемещения рабочего органа задается в виде суммы импульсов. Каждому импульсу соответствует перемещение, например, на 0,01 мм. Заданное число импульсов фиксируется и сравнивается с числом импульсов, поступающих по мере перемещения рабочего органа от датчика обратной связи. Когда число импульсов, поступивших от датчика обратной связи сравняется с заданным числом импульсов, подается команда для прекращения движения рабочих органов.
Однако импульсные СПУ имеют и недостатки:
1. Возможность потери информации (пропадания импульсов программы), что приводит к изменению размеров детали.
2. Задание размеров в приращениях приводит к накопленной ошибке.
3. Введение в систему обратной связи с целью повышенной точности обработки усложняет конструкцию станка, снижает их надежность и долговечность.
Системы же с фазовой модуляцией в значительной мере свободны от этих недостатков благодаря непрерывному характеру управляющей информации, имеющей вид фазомодулированных синусоидальных сигналов переменного тока. Для получения информации в импульсных системах применяют преобразователь унитарного кода в фазовый, что обеспечивает простоту и надежность управления.
Шагово-импульсные системы применяют в станках с точностью обработки не выше +-0.1 мм и шероховатости поверхности 5-6 при максимальном времени обработки деталей в цикле не более 30-40 мин.
Счетно-импульсные системы с обратной связью находят применение в станках для обработки крупногабаритных деталей с циклом обработки до 2-3 часов, точностью до +- 0.1 мм и 5. Станки 6441Пр, ГФ-628, СФП-1, СФП-2 и др.
Дискретно-непрерывные системы подразделяются на аналого потенциометрические (АПСПУ) и импульсно-фазовые.
В АПСПУ происходит непрерывно воспроизведение и обработка текущих значений координатных точек траектории центра фрезы, вычисленных относительно начала координат, принятых для системы. АПСПУ является системой абсолютного отсчета со встроенным линейным интерполятором электромеханического типа. В системе предусмотрен датчик обратной связи потенциометрического типа. Программоносителем является обычно 80-колонковые перфокарты. В таких системах сравнивающие устройство сравнивает число импульсов, заданных программой с числом импульсов системы обратной связи (с числом фактически отработанных импульсов) и выдает аналоговый сигнал, пропорциональный отклонению скорости и величины перемещения рабочих органов станка от заданных программой. Этот сигнал образуется в результате отклонения от нулевого положения реверсивного счетчика, в котором выполняется одновременное сложение импульсов программы и вычитание импульсов обратной связи.
В импульсно-фазовых системах аналоговый сигнал управления образуется в результате сдвига по фазе последовательности импульсов обратной связи по отношению к последовательности импульсов программы.
АПСПУ обеспечивает выполнение следующих функций: работу станка в позиционном и контурном режиме, одновременную продольную и поперечную подачу при включенной вертикальной подаче, линейную интерполяцию контура детали, изменение положения начала координат в системе воспроизведения.
Таким образом АПСПУ характеризуется непрерывным управлением приводами продольной и поперечной подач и позиционным управлением приводом вертикальной подачи станка.
Системы ПУ, в которых помимо основного потока информации на перемещение какого-либо исполнительного узла по определенным направлениям с коррекцией или без коррекции этого перемещения, имеется ряд дополнительных воздействий в зависимости от факторов случайного характера (состояния режущей кромки инструмента, физические свойства обрабатываемого материала, тепловые колебания и другие силовые воздействия на систему СПИД), называются самонастраивающимися или адаптивными системами ПУ. Такие системы можно отнести к системам с программированием цикла и режима обработки.
Преимущества станков с ЧПУ
1. Высокая производительность за счет сокращения вспомогательного, Тп.з. и То. времени.
2. Исключение предварительных разметочных и пригоночных работ.
3. Повышение точности и идентичности деталей и, как следствие сокращение брака и пригоночных работ в процессе сборки.
4. Сокращение количества и упрощение конструкции технологической оснастки, что сокращает сроки технологической подготовки производства.
5. Обеспечивается экономия площадей для хранения деталей в процессе производства, готовых изделий, приспособлений, инструментов.
6. Значительное снижение квалификации оператора.
7. В связи с резким сокращением брака при работе на станках с ЧПУ, автоматической сменой инструмента и его перемещением относительно заготовки по программе значительно уменьшается объем контрольных операций и сокращается штат контролеров.
Благодаря этим преимуществам применение станков с ЧПУ целесообразно в следующих случаях:
1) сложные многочисленные и дорогостоящие операции по настройке и обработке;
2) обработка малыми партиями, особенно для сложных деталей;
3) деталь настолько сложная, что обработка ее в больших количествах приводит к появлению субъективных ошибок;
4) обработка деталей с большим количеством размеров, имеющих жесткие допуски, и детали с индивидуальными отклонениями размеров в партии;
5) обработка деталей подверженных конструктивным изменениям;
6) когда требуется весьма точная и дорогая оснастка;
7)сложность хранения инструментов;
8) расходы на контроль составляют значительную часть общей мости детали.