Функционирование системы ЧПУ
Мы рассмотрели по отдельности работу трех подсистем, составляющих основу СЧПУ. Теперь поговорим о функционировании всей системы в целом.
Программист создает управляющую программу, в которой содержится закодированная информация о траектории и скорости перемещения исполнительных органов станка, частоте вращения шпинделя и другие данные, необходимые для выполнения обработки. Подсистема управления читает эту программу, расшифровывает ее и вырабатывает профиль перемещения.
Профиль перемещения можно представить в виде графика, который показывает, в какой точке должен находиться исполнительный орган станка через определенные промежутки времени. В соответствии с профилем перемещения подсистема управления посылает на соответствующий двигатель строго определенное количество электрических импульсов. Двигатель вращает ходовой винт, и исполнительный орган станка перемещается в указанную позицию (координату). Датчики обратной связи отправляют в подсистему управления информацию о действительной достигнутой позиции исполнительного органа. Происходит сравнение фактической и требуемой (теоретической) позиций. Если между ними есть разница (ошибка перемещения), то подсистема управления посылает скорректированное на величину ошибки число электрических импульсов на двигатель. Этот процесс повторяется снова и снова, пока исполнительный орган станка не достигнет требуемой позиции с определенной (очень высокой) точностью. Вообще, некоторая ошибка перемещения присутствовать будет всегда. Главное, чтобы она была настолько маленькой, что ей можно было бы пренебречь.
Мы рассмотрели простейший вариант – перемещение вдоль одной оси. Давайте усложним задачу. Пусть требуется переместить рабочий стол прямолинейно, но не параллельно ни одной из осей станка (рис. 1.12). Для того чтобы выполнить такое перемещение, система ЧПУ вынуждена строить между точками 1 и 2 множество опорных точек и двигать рабочий стол по этим точкам «ступенчато», попеременно включая подачу то по одной оси, то по другой. При этом нужно поддерживать такое соотношение скоростей движения по осям, чтобы траектория перемещения соответствовала заданной траектории. Работу по расчету этих промежуточных опорных точек выполняет специальное устройство, входящее в состав подсистемы управления, – интерполятор. Интерполятор непрерывно в соответствии с заданными перемещениями поддерживает функциональную связь между опорными точками и оценивает отклонения от заданной траектории, стремясь свести их к минимуму. Эти «ступеньки» имеют некоторое отклонение от заданной траектории перемещения. Величина отклонения полученной «ступенчатой» траектории будет равна или кратна цене импульса (разрешению) системы ЧПУ или импульса, формируемого датчиком обратной связи. Так как в современных станках разрешение системы ЧПУ приближается к 0,001 мм (1 мкм), то получаемое перемещение можно рассматривать как гладкое.
Рис. 1.12. При перемещении из точки 1 в точку 2 система ЧПУ строит множество опорных точек и перемещает исполнительный орган «ступенчато», попеременно включая подачу то по одной оси, то по другой
Рассмотренная интерполяция называется линейной. Если же необходимо выполнить перемещение по дуге, то интерполяция будет круговой (рис. 1.13). В случае перемещения по дуге выполняется так называемая линейная аппроксимация дуги, то есть замена дуги маленькими прямолинейными отрезками. Поэтому исполнительный орган станка также будет двигаться по «ступенчатой» траектории, которая визуально будет казаться абсолютно гладкой.
Рис. 1.13. Схема круговой интерполяции