6.4.1. Структура логічної задачі в системах електроавтоматики пристрою з 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 переключеннями у приводах подачі, пов’язаними з обмеженнями робочої зони; керування переключеннями у приводі головного руху; керування затискними пристроями, охолодженням, змазуванням, 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.

Структура декомпозиції логічної задачі ЧПУ на складові наведено у табл. 6.1.

Таблиця 6.1

Декомпозиція реализації логічної задачі ЧПУ

Рівень	Структурний компонент	Елементи реалізації
1	Логічна задача ЧПУ	Система циклової електроавтоматики верстата
2	Підзадачі ЧПУ	Управляючі приводи дискретних механізмів або груп механізмів верстата
3	Цикли ЧПУ	Окремі вузли дискретних механізмів верстата
4	Операції	Виконавчі двигуни вузлів

В результатів 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 впливів. 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 або 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, підтверджується або не підтверджується при закритті інформаційним (сповіщаючим) сигналом.

В управляючій програмі ЧПУ застосовують такі ідентификатори (інформаційні слова кадру) для операцій технологічного забезпечення: "Функція подачі", "Швидкісь 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; G94 - в мм/хв, G95 - в мм/об.

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: G96 - в м/хв, G97 - в 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 F0020, слово S0800 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 (табл. 6.2).

Таблиця 6.2

Кодування швидкостей методом геометричної прогресії

Код Величина Код Величина Код Величина Код Величина Код Величина 00 0 останов 20 10,0 40 100 60 1000 80 10000 01 1,12 21 11,2 41 112 61 1120 81 11200 02 1,25 22 12,5 42 125 62 1250 82 12500 03 1,40 23 14,0 43 140 63 1400 83 14000 04 1,60 24 16,0 44 160 64 1600 84 16000 05 1,80 25 18,0 45 180 65 1800 85 18000 06 2,00 26 20,0 46 200 66 2000 86 20000 07 2,24 27 22,4 47 224 67 2240 87 22400 08 2,50 28 25,0 48 250 68 2500 88 25000 09 2,80 29 28,0 49 280 69 2800 89 28000 10 3,15 30 31,5 50 315 70 3150 90 31500 11 3,55 31 35,5 51 355 71 3550 91 35500 12 4,00 32 40,0 52 400 72 4000 92 40000 13 4,50 33 45,0 53 450 73 4500 93 45000 14 5,00 34 50,0 54 500 74 5000 94 50000 15 5,60 35 56,0 55 560 75 5600 95 56000 16 6,30 36 63,0 56 630 76 6300 96 63000 17 7,10 37 71,0 57 710 77 7100 97 71000 18 8,00 38 80,0 58 800 78 8000 98 80000 19 9,00 39 90,0 59 900 79 9000 99 Швидко

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. Приклади кодування чисел за цих методом наведені у табл. 6.3.

Таблиця 6.3

Кодування швидкостей методом арифметичної прогресії

Значення швидкості Кодове число тризначне чотиризначне п’ятизначне 1728 717 7173 71728 150,3 615 6150 61503 15,25 515 5153 51525 7,826 478 4783 47826 0,1537 315 3154 31537 0,01268 213 2127 21268 0,008756 188 1876 18756 0,0004624 046 0462 04624

Символічний метод кодування передбачає позначення швидкостей подачі та головного руху умовним числом з двох або більше розрядів, сутність якого 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 Т1218: Т – адрес; 12 – номер інструмента; 18 – номер коректора. Якщо програмується номер інструмента без указівки номера коректора, то друга група цифр містить нулі - Т1200. Якщо програмується номер коректора для заданого в одному з попередніх кадрів інструмента, то перша група цифр містить нулі, наприклад, Т0018.

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 табл. 6.4.

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.

Таблиця 6.4

Загальноприйняті значення допоміжних функцій

Функція Назва Значення М00 Запрограмоване зупинення Зупинення без втрати інформації по закінченні відпрацювання кадра, після чого відбувається зупинення шпинделя, системи охолодження, подачі М01 Зупинка з підтвердженням Аналогічно М00, але виконується тільки при попередньому підтвердженні з пульта М02 Кінець програми Завершення відпрацювання програми деталі та зупинення шпинделя, подачі, включення системи охолодження після виконання всіх команд у кадрі М03 (М04) Обертання шпинделя за годинниковою стрілкою (проти годинникової стрілки) Включення шпинделя у напрямку, при якому гвинт з правою різзю закручується у заготовку (викручується із заготовки) М05 Зупинка шпинделя Зупинення шпинделя, вимкнення системи охолодження М06 Заміна інструмента Виклик циклу заміни інструмента М07, М08, М50, М51 Ввімкнення системи охолодження Ввімкнення відповідно системи охолодження 1, 2, 3, 4 М09 Вимкнення системи охолодження Відміна команд М07, M08, M50, M51 М10 (М11) Затискання (розтискання) Команда на затискання (розтискання) оброблюваної деталі, приладу або шпинделя М13 (М14) Обертання шпинделя Включення обертання шпинделя за годинниковою стрілкою (проти годинникової стрілки), включення системи охолодження М15 (М16) Перехід "у плюс" ("у мінус") Вибір напрямку швидкого ходу або подачі М19 Зупинка шпинделя Зупинення шпинделя у заданій кутовій позиції М20 Кінець стрічки Завершення відпрацювання програми деталі та зупинення шпинделя, вимкнення системи охолодження після виконання всіх команд у кадрі. Встановлення у вихідне положення М31 (М32) Відміна блокування (ввімкнення блокування) Команда на тимчасову відміну блокування (ввімкнення блокування) М36, М37 Діапазон подачі Задання діапазону подачі шляхом перемикання кінематичного зв’язку М38, М39 Діапазон частоти обертання шпинделя Задання діапазону частоти обертання шпинделя шляхом перемикання кінематичного зв’язку М40 ... М45 Перемикання передач Перемикання у приводі подачі, якщо є засоби перемикання М55, М56 Зміщення інструмента Лінійні зміщення інструмента у положення 1, 2, що визначаються жорсткими механічними та іншими видами упорів або датчиків М60 Зміна заготовки Ввімкнення циклу, який забезпечує заміну заготовки у робочій позиції М61, М62 Зміщення заготовки Лінійне зміщення заготовки у положення 1, 2, які визначаються електричними, механічними або іншими видами датчиків, упорів М71, М72 Кутове зміщення заготовки Кутове зміщення заготовки у положення 1, 2, які визначаються електричними, механічними або іншими видами датчиків, упорів

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 взаємовиключальних циклів, які називаються ортогональними. Як приклади ортогональних груп циклів можна навести групу циклів зміни діапазонів частоти обертання шпинделя (М38, М39); групу циклів вибору напрямку обертання і зупинення шпинделя (М03 … М05). Цикли пошуку інструмента (Т00 … Т99) і цикли включення частоти обертання шпинделя (S00 … S99) 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.