Логическая задача ЧПУ

Выполнением основных операций обработки деталей по заданной управляющей программе далеко не исчерпываются функции ЧПУ. На современных станках автоматизированы многочисленные вспомога­тельные операции, условно называемые операциями технологического обеспечения. К числу вспомогательных операций относятся: управле­ние автоматической сменой инструмента; управление переключениями в приводах подачи, связанными с ограничениями рабочей зоны; управ­ление переключениями в приводе главного движения; управление зажимными приспособлениями, охлаждением, смазыванием, перемеще­нием ограждений и так далее. Все эти функции выполняет система цик­ловой электроавтоматики (СЦЭА).

СЦЭА называется САУ механизмами и группами механизмов, поведение которых определяется множеством дискретных опера­ций с отношениями следования и параллелизма. При этом отдель­ные операции инициируются электрическими управляющими сигнала­ми, а условия их смены формируются под влиянием осведомительных сигналов, поступающих со стороны объекта управления. СЦЭА обеспе­чивает: подготовку к работе и работу станка в заданных режимах; ин­дикацию состояния электрооборудования станка и самой системы ав­томатики во всех режимах; выход из аварийных ситуаций; хранение информации при отключении питания; защиту электрооборудования и некоторые другие.

СЦЭА создают для решения ЛЗ ЧПУ. Эта задача распадается на большое число независимых, в то же время и связанных между собой (через взаимные блокировки) подзадач, где отдельная подзадача опи­сывает циклический процесс некоторого дискретного механизма (объ­екта) на станке.

Все сложные циклические процессы на станке с ЧПУ представля­ются в виде циклов автоматики и операций. Циклом автоматики станка с ЧПУ называют последовательность действий, вызываемых по имени одним из трех следующих информационных слов (кадра) управ­ляющей программы: «Скорость главного движения», «Функция инст­румента», «Вспомогательная функция». Цикл автоматики состоит из операций. Под операцией понимается любое независимое действие дискретного механизма, выполняемое одним двигателем, открывае­мое самостоятельным управляющим сигналом, подтверждаемое или неподтверждаемое при закрытии осведомительным сигналом.

Дискретные механизмы станка делится на следующие функцио­нальные группы: привод главного движения и шпиндель; дискретная группа в приводах подачи; механизм автоматической смены инстру­мента; зажимные приспособления станка; механизм уборки стружки; система охлаждения; люнеты; задняя бабка и пиноль токарного станка и другие.

Отдельные механизмы могут выполнять не один, а несколько взаимоисключающих циклов, называемых ортогональными. В качестве примеров ортогональных групп циклов можно привести: группу циклов смены диапазона частоты вращения шпинделя; группу циклов выбора направления вращения и остановки шпинделя; циклы поиска инстру­мента; циклы включения частоты вращения шпинделя.

Общая структура вспомогательного технологического обеспече­ния построена по иерархической системе: функциональные группы дискретных механизмов; ортогональные группы циклов автоматики для каждого механизма и операции каждого отдельного цикла автоматики.

Обобщенной моделью решения ЛЗ ЧПУ является функциональ­ный автомат. При решении ЛЗ ЧПУ в качестве операционного автомата выступают исполнительные цикловые механизмы объекта (станка), а функции управляющего автомата выполняет СЦЭА, что отражено на рис. 3.5. Множество двоичных или цифровых осведомительных сигна­лов х (от конечных и путевых выключателей, датчиков параметров), по­ступающих со стороны объекта, определяют его текущее состояние. Множество управляющих сигналов у (тала включить-выключить) под­держивают состояние объекта неизменным или переводят объект в но­вое состояние. СЦЭА имеет и внешний интерфейс, так как получает из­вне от других управляющих устройств команды управления (например имена вызываемых циклов) и сообщает другим устройствам управле­ния о своих состояниях (например о выполнении полученного задания).

Внутренняя структура СЦЭА построена по принципу функцио­нального автомата и представлена на рис. 3.6.

Роль операционного автомата играет информационная модель по­ведения объекта, то есть модель воспроизводимых циклов автоматики. Роль управляющего автомата играет система логического управления.

В качестве управляющих сигналов выступают логические функ­ции f(x), определяющие текущее состояние а воспроизводимых циклов автоматики в информационной модели и переходы между состояниями этой модели. В качестве осведомительных сигналов выступают имена операций или процедур {z}, которые являются функциями устойчивых состояний а циклов автоматики: {z}=f(a} В дальнейшем имена f{z} транслируются во внешние управляющие сигналы у. Некоторые со­стояния а информационной модели (например начальные или заключи­тельные состояния циклов) представляют интерес и для внешних уст­ройств управления. Внешние управляющие сигналы у поступают для начальной инициации циклов.

Общая конфигурация системы управления цикловой автоматикой приведена на рис. 3.7.

В эту конфигурацию входят: технологический пульт станка, СЦЭА, объект, представленный компонентами системы управления на станке, устройство ЧПУ. В автоматическом режиме система управле­ния электроавтоматикой получает от устройства ЧПУ команды у на за­пуск циклов, а сигналы а уведомляют устройство ЧПУ о завершении циклов на станке. В ручном режиме оператор с помощью органов управления технологического пульта или панели управления устройст­ва ЧПУ вызывает отдельные переходы циклов или полные циклы командами и. Реакция СЦЭА на нерегулярные ситуации (смена режима, нажатие кнопки аварийного останова, тайм-аут, срабатывание путевых ограничительных выключателей и других) проявляется в останове станка в текущей операции или переводе в заданное состояние. Во всех режимах СЦЭА воздействует на объект управления командами у. В ре­зультате подачи на объект управления управляющего воздействия вы­полняются вспомогательные операции технологического обеспечения, а по мере завершения отдельных стадий этих операций изменяются значения осведомительных сигналов х. Отработка операций на станке визуализируется с помощью средств индикации по сигналам и, являю­щимся подмножеством множества y.

В настоящее время существуют различные варианты взаимодейст­вия СЦЭА с устройством ЧПУ. Известны следующие варианты: СЦЭА строят в виде специализированного логического автомата и размещают в автономном шкафу электроавтоматики; СЦЭА встроена в устройство ЧПУ; за СЦЭА резервируется один из процессоров мультипроцессор­ного устройства ЧПУ; функции СЦЭА возлагают на процессор одно­процессорного устройства ЧПУ, где взаимодействие задач ЧПУ осуще­ствляется на программном уровне. Последний вариант взаимодействия СЦЭА и устройства ЧПУ представлен на рис. 3.8.

Рассмотрим фазы решения ЛЗ ЧПУ в автоматическом режиме. На­чальная фаза состоит во вводе управляющей программы в память уст­ройства ЧПУ и последующей ее активизации. ЛЗ ЧПУ представлена в управляющей программе именами вызываемых циклов. Само описание циклов введено в память заранее и постоянно там хранится. Непосред­ственный вызов циклов производится из рабочего кадра управляющей программы. С этого момента начинается вычислительный процесс, со­стоящий в анализе осведомительных сигналов, вычислении переходов по циклу с одновременным вызовом необходимых операций и проце­дур, выдаче управляющих воздействий на станок. Степень сложности ЛЗ ЧПУ оценивается косвенно по числу входов-выходов СЦЭА.