Структура логічної задачі в системах електроавтоматики пристроїв ЧПУ

На сучасних верстатах, крім основних операцій обробки, підлягають автоматизації численні допоміжні операції, які умовно називаються операціями технологічного забезпечення. До цих допоміжних операцій відносяться: керування автоматичною зміною інструмента, керування переключенням у приводах подачі, пов’язане з обмеженнями робочої зони; керування переключеннями у приводі головного руху; керування затискними пристроями, охолодженням, змащуванням, пересуванням огородження тощо. Всі ці функції виконуються системою циклової електроавтоматики, яка забезпечує підготовку до роботи, роботу верстата у заданих режимах, індикацію стану електрообладнання верстата і самої системи автоматики в усіх режимах, вихід з аварійних ситуацій, збереження інформації при відключенні живлення, захист електрообладнання тощо.

Таким чином, під системою циклової електроавтоматики розуміють систему автоматичного керування механізмами та групами механізмів, поведінка яких визначається множиною дискретних операцій з відношеннями слідування та паралелізму. Причому окремі операції ініціюються електричними керуючими сигналами, а умови їх зміни формуються під впливом інформаційних сигналів, які поступають з боку об’єкта управління.

Системи циклової електроавтоматики створюються для розв’язку логічної задачі ЧПУ.

Декомпозиція логічної задачі ЧПУ на складові наведена у табл. 6.1.

Таблиця 6.1

Декомпозиція реалізації логічної задачі ЧПУ

В результаті декомпозиції за рівнями реалізації функцій логічна задача розпадається на більше число незалежних, але пов’язаних між собою через взаємні блокування підзадач, де окрема підзадача описує циклічний процес деякого дискретного механізму (об’єкта) на верстаті.

Під процесом циклової електроавтоматики розуміють відповідним чином подану програму управління в реальному часі деяким дискретним механізмом або групою механізмів верстата.

Процес складається з окремих ситуацій, кожна з яких реалізує функцію управління в деякому стані керованого об’єкта. В конкретний момент часу в кожному процесі діючою (активною) є лише одна ситуація. Кожна ситуація складається з декількох фаз. В першій здійснюється прийом і підготовка даних, необхідних для виконання логічних дій і розгалужень. Далі виконується фактичний аналіз даних з наступним прийняттям рішення. Потім виконуються дії у відповідності з прийнятим рішенням, але у цій фазі можливі варіанти.

Якщо зміна ситуації не передбачається, то ці дії будуть полягати у підтримці необхідних характеристик вихідних сигналів. Якщо прийняте рішення про перехід до нової ситуації, то будуть викликані дії, пов’язані із завершенням ситуації, які за суттю можуть бути віднесені до наступної ситуації, оскільки є частиною процесу визначення її початкового значення. За цим варіантом фаза завершується фактичним призначенням нової ситуації по даному процесу. Управління ситуаціями циклічно (синхронно) передається від однієї активної ситуації одного процесу до іншої активної ситуації іншого процесу. На цю процедуру можуть накладатися асинхронні процеси, які ініціюються за перериванням.

Взаємодія ставить перед процесом завдання по виконанню деякої нової функції. Завдання можуть надходити із зовнішнього середовища, від зовнішніх по відношенню до системи електроавтоматики процесів управління або від інших процесів системи електроавтоматики, наприклад: завдання початкового запуску всіх процесів електроавтоматики; завдання переведення в автоматичний режим роботи електроавтоматики; завдання на аварійну зупинку роботи електроавтоматики; завдання на відпрацювання функцій, пов’язаних із початком або завершенням управляючої програми ЧПУ; завдання на відпрацювання циклів-функцій управляючої програми ЧПУ тощо. Таким чином, всі складні циклічні процеси, що виконуються на верстаті з ЧПУ, можна подати у вигляді циклів автоматики по відпрацюванню типових операцій технологічного забезпечення.

Циклом автоматики верстата з ЧПУ називають фіксовану (незмінну) послідовність дій, яку викликають в управляючій програмі ЧПУ за ідентифікатором її типу. Цикл автоматики складається з операцій, причому під операцією можна розуміти будь-яку незалежну дію дискретного механізму, яка виконується одним двигуном, відкривається самостійним керуючим сигналом, а при закритті підтверджується або не підтверджується інформаційним (сповіщаючим) сигналом.

В управляючій програмі ЧПУ застосовують такі ідентифікатори (інформаційні слова кадру) для операцій технологічного забезпечення: “Функція подачі”, “Швидкість головного руху”, “Функція інструмента”, “Допоміжна функція”.

Інформаційне слово “Функція подачі” визначає результуючу швидкість подачі, яку записують під адресою F після усіх слів з розмірними переміщеннями. Якщо необхідно визначити складові цієї швидкості за координатами, то адреса F записується безпосередньо за розмірним переміщенням цієї координати. Розмірність швидкості подачі кодується в залежності від встановленої в кадрі підготовчої функції: G 94 – в мм/хв, G 95 – мм/оберт.

Інформаційне слово “Швидкість головного руху” починається з адреси S і визначає лінійну швидкість точки контакту інструмента із заготовкою або частоту обертання шпинделя (стола). Варіант подання розмірності швидкості головного руху кодується в залежності від встановленої в кадрі підготовчої функції: G 96 – в м/хв, G 97 – об/хв.

Значення швидкості визначається комбінацією цифр, що слідує за адресою інформаційного слова.

Для кодування швидкостей подачі та головного руху застосовують такі методи: прямого позначення, геометричної та арифметичної прогресій, символічний.

Метод прямого позначення є найбільш наочним і тому рекомендованим: швидкість подачі 20 мм/хв записується чотиризначним числом F 0020, слово S 0800 позначає виклик циклу, який встановлює частоту обертання 800 хв^-1.

При кодуванні методом геометричної прогресії швидкість подачі та головного руху умовно позначають двозначним кодом в діапазоні від 00 до 99, а дійсні значення утворюють геометричну прогресію: 0; 1.12; 1.25; 1.40; …; 80 000.

Кодування методом арифметичної прогресії передбачає подання швидкостей подачі та головного руху три-, чотири- або п’ятизначними кодовими числами. Перша цифра кодового числа представляє собою десятковий множник, значення якого на 3 більше кількості цифр ліворуч від коми у значенні швидкості, що кодується. Якщо число, що кодується, менше за 1, то перша цифра кодового числа утворюється вирахуванням з числа 3 кількості нулів, що стоять праворуч від коми у значенні швидкості. Наступні цифри кодового числа позначають значення швидкості, округлене з точністю до двох, трьох або чоторьох знаків. Наприклад, значення швидкості 150, 3 кодується тризначним кодом 615, чотиризначним – 6150 та п‘ятизначним - 61503.

Символічний метод кодування передбачає позначення швидкостей подачі та головного руху умовним числом з двох або більше розрядів. Сутність цього методу подається у вигляді таблиці відповідності в інструкції з програмування для конкретного верстата з ЧПУ.

Інформаційне слово “Функція інструмента” використовується для призначення інструмента і його коректора (для корекції траєкторії руху із врахуванням радіуса і довжини інструмента). Функція інструмента задається кодовим числом під адресою T з однією або двома групами цифр. У першому випадку слово вказує тільки номер викликаного інструмента або його позиції, а номер коректора для цього інструмента визначається іншим словом з адресою D. У другому випадку друга група цифр визначає номер коректора довжини, положення або діаметра інструмента. Наприклад, у слові Т 1218: Т – адреса; 12 – номер інструмента; 18 – номер коректора. Якщо програмується номер інструмента без вказання номера коректора, то друга група цифр містить нулі, наприклад, Т 1200. Якщо програмується номер коректора для заданого в одному з попередніх кадрів інструмента, то нулі містить перша група цифр, наприклад, Т 0018.

Інформаційне слово “Допоміжна функція” визначає різноманітні команди цикловим механізмам електроавтоматики верстата, а також самому пристрою ЧПУ.

Допоміжні функції задаються словами з адресою М і умовним двозначним кодом в діапазоні від 00 до 99. Деякі загальноприйняті допоміжні функції наведені у розділі 7.

Інші допоміжні функції визначають при створенні конкретного верстата і конкретного пристрою ЧПУ. В одному кадрі може бути записано в порядку зростання кодових номерів декілька команд різним виконавчим механізмам верстата.

Дискретні механізми верстата можна поділити на наступні функціональні групи: привід головного руху і шпиндель; дискретна група у приводах подачі; механізм автоматичної зміни інструмента; механізм автоматичної зміни заготовки; затискні пристосування верстата; механізм прибирання стружки; система охолодження; люнети; задня бабка і піноль токарного верстата та інші. Окремі механізми можуть виконувати не один, а декілька взаємовиключаючих циклів, які називаються ортогональними. Як приклади ортогональних груп циклів можна навести групу циклів зміни діапазонів частоти обертання шпинделя (М 38, М 39), групу циклів вибору напрямку обертання і зупинення шпинделя (М 03… М 05). Цикли пошуку інструмента (Т 00… Т 99) і цикли включення частоти обертання шпинделя (S 00… S 99) також представляють подібні ортогональні групи.

Таким чином, загальна структура допоміжного технологічного забезпечення побудована за ієрархічною схемою: функціональні групи дискретних механізмів, ортогональні групи циклів автоматики для кожного механізму, операції кожного окремого циклу автоматики.