Обоснование необходимости ЧПУ

Оборудование с программным управлением известно давно и существовало наряду с ручным и механическим принципом управления. Особенно среди токарных станков, где в работе участвует большое число инструментов, совершающих различные движения относительно заготовки.

Простейшим примером являются обычные токарные станки, оснащённые копирными линейками для точения конических поверхностей.

К числу сложных станков такого типа относят токарно-копировальные автоматы и токарно-револьверные автоматы, где траектория движения инструментов задаётся вращением криволинейных кулачков, насаженных на общем распределительном валу.

Существуют ещё путевые, цикловые и временные системы управления, которые задают перемещение инструменту системой соответствующих упоров, переключателей, датчиков.

Потребность в создании такого оборудования была вызвана необходимостью обработки криволинейных поверхностей без участия человека, для большей точности и стабильности обработки в течение длительного времени.

Однако достигалось это за счёт значительных затрат. Во-первых, связанных с изготовлением самих программоносителей (линеек, кулачков), пригодных только для деталей одного типоразмера, а во-вторых, необходимых для настройки и наладки этих программоносителей.

Например, в кулачковых автоматах каждое движение передаётся от кулачка к инструменту с помощью системы толкателей, рычагов, тяг, шарниров, опор и прочее. Увеличение числа движений усложняет кинематическую схему станка и его настройку, увеличивает габаритные размеры. Отсюда число движений инструмента (технологических переходов) не превышает 10-20, а значит и сложность изготавливаемых изделий невелика.

Как бы там ни было, но затраты на создание такого оборудования велики, и оправданы только в крупносерийном и массовом производстве деталей, хотя потребность программируемого оборудования в мелкосерийном производстве не меньше.

В связи с этим возникла необходимость создания станков с таким программным управлением, которое отличалось бы гибкостью наладки станка на изготовление деталей других типоразмеров за счёт универсальности программоносителя и невысокой стоимости.

Был изобретён числовой принцип представления управляющей информации, записанной на перфоленте или магнитных носителях. Такая программа физически не связана с размерами обрабатываемого изделия, как это имеет место в копирах и кулачках автоматов.

Появляется возможность сократить трудоёмкость наладки, автоматизировать подготовку управляющих программ, получить сложную траекторию перемещения инструмента, значительно увеличить концентрацию переходов в одной операции. По своему принципу работы такие станки являются полуавтоматами, в которых установка и снятие изделий выполняется вручную, а все остальные действия – автоматически.

Таким образом, появление станков с ЧПУ означало революционные изменения в станкостроении, механической обработке и управлении процессами производства, в целом.

Классификация систем с ЧПУ

Как уже отмечалось, на станке с ЧПУ в систему автоматического управления вводится информация в виде чисел, характеризующих все элементы его работы, включая траекторию движения и позиционирование заготовки или инструмента. По технологическому назначению различают контурное управление, позиционное управление и комбинированное.

При контурном (непрерывном) управлении в каждый момент времени обеспечивается координация относительного расположения инструмента и заготовки, как по пути, так и по скорости перемещения.

Таким образом, программируется не только величина перемещения по каждой координате, но и закон перемещения, что особенно важно для обработки фасонных поверхностей. Контурные устройства с ЧПУ предназначены для токарных и фрезерных станков, обрабатывающих изделия со сложным контуром.

При позиционном (координатном) управлении обеспечивается лишь относительное перемещение инструмента и заготовки в заданную позицию.

Таким образом, программируются отдельные дискретные положения инструмента на плоскости или в пространстве. Позиционные системы используют на сверлильных, координатно-расточных и т.п. станках.