ЧПУ для токарно-фрезерной группы станков

ЧПУ для токарно-фрезерной группы станков
Общее описание проекта
Устройства ЧПУ предназначены для управления станков токарных и фрезерных
групп, оснащения серийных или модернизируемых станков. Поддерживается синхронное
управление до 8 осей, в том числе раздельное управление 2 сервошпинделей.
Устройства ЧПУ построены по модульному принципу на базе промышленного
персонального компьютера (PC). Операционной системой является MS Windows XP,
которая на сегодняшний день является наиболее динамически развивающейся средой с
обилием прикладных программных пакетов.
Модульная
концепция
построения
УЧПУ
подразумевает
совокупность
промышленного PC, установленных в его PCI слотах многоосевого контроллера
движения, устройств ввода/вывода дискретной информации с подключенными к ним
периферийными интерфейсными модулями ввода/вывода, а также Панели Оператора со
Станочным Пультом. К этому необходимо добавить Программное Обеспечение, которое
также построено по блочному принципу и включает в себе:

ядро CNC (библиотеки DLL, API функции)

конфигуратор, характеризующий станок

программу PLC со своим отладчиком

графический интерфейс (GUI)
Каждый из этих компонентов является самостоятельным программным продуктом и
может быть использован в других приложениях. Такой модульный принцип построения
УЧПУ позволяет достичь высокого уровня универсальности, наращиваемости аппаратной
части и легкой адаптации к любому типу станков. Разработанный для УЧПУ язык
программирования PLC (PLC-скрипт) дает возможность с помощью обычного текстового
редактора
и
легко
доступного
алфавита
составить
полное
описание
работы
электроавтоматики станка и адаптировать УЧПУ к конкретному станку интегратором
средней квалификации. Для упрощения процесса разработки и отладки программы
интерфейса PLC прилагается специальная программа-отладчик, фиксирующая наличие
синтаксических и логических ошибок.
Конструктивно устройство ЧПУ состоит из блока управления, пульта оператора,
периферийных модулей ввода/вывода дискретных сигналов и штурвала. Пульт оператора
может быть в исполнении либо с унифицированным станочным пультом, либо с
контактным монитором (Touch Screen) – виртуальным станочным пультом.
В качестве контроллера движения в УЧПУ используются 4, 6, 8-осевые контроллеры
PCI-7344, PCI-7354, PCI-7356, PCI-7358 фирмы National Instruments (США). Они
обеспечивают синхронное управление серво или шаговыми приводами, а также
амплифайерами со временем сервоцикла 62,5 мкс/ось. Встроенный ПИД сервоалгоритм
позволяет отказаться от дорогостоящих сервоприводов и использовать на станках
экономичные амплифайеры, управляющие шаговыми моторами, двигателями постоянного
тока, синхронными и асинхронными двигателями.
Основные функциональные возможности УЧПУ серии CNC:

Полное конфигурирование станка системным интегратором и параметрическая
привязка к станку – привязка осей к каналам управления, ввода позиционных,
динамических и кинематических параметров осей, характеризация энкодеров и
шаговых двигателей, характеризация шпинделей, штурвалов, измерительного
щупа, револьверных головок.

Простой и эффективный инструмент разработки и отладки программы PLC
инженером-интегратором.

Встроенное инструментальное ПО, позволяющее осуществить тюнинг приводов.

Графический 2D симулятор, работающий как в реальном масштабе времени
(синхронно с движениями станка), так и отдельно без движения для визуализации
траектории движения инструмента, с возможностью выбора плоскостей симуляции
и возможностью масштабирования.

Монитор – “12.1 TFT/LCD 800x600”, “15 TFT/LCD 1024x768”, цветной,
плоскопанельный, с полнофункциональной мембранной клавиатурой.

10 программируемых пользователем кнопок в исполнении со станочным пультом.

Поддержка двух одновременно и независимо работающих шпинделей (два
сервошпинделя или два шпинделя с коробкой передач).

Возможность подключения двух штурвалов.

Дискретные входы/выходы – 96 или 192 вх/вых (опционально до 384 вх/вых) побайтно программируемых на ввод или вывод. Входы с оптоизолированной
развязкой
(3...32В,
50мА)
или
5V
TTL
уровнями,
выходы
релейные
электромеханические (3A 30 VDC, 3A 250VAC) или 5V TTL уровнями (Pull-Up
резистор). Кроме этого оптоизолированных и запрограммированных 16 входов и 16
выходов.

Возможность программирования входов/выходов на активный высокий или низкий
уровни.

Программируемые по уровню флаги на каждую ось - +Lim, -Lim, Home, Fault,
Enable – с цифровой фильтрацией от помех и оптоизоляцией.

Управление шаговыми приводами в режимах Step/Dir или CW/CCW с частотой до
8МГц.

Управление сервоприводами и амплифайерами аналоговое в программируемом
диапазоне ±10В и разрешением 16 бит.

Входы для устройств обратной связи – инкрементальных квадратурных энкодеров
с частотой опроса 20МГц. Цифровые фильтры помех на всех входах энкодеров. А
также аналоговые входы в программируемом диапазоне ±10В с разрешением 16
бит и входы для датчиков Холла.

Сервоалгоритм – ПИД с периодом сервоцикла 62.5 мкс/ось (в исполнении 8 осей
62.5 мкс/пару осей).

Загрузка управляющей программы через USB порт (USB Flash Card) или сеть
Ethernet (10/100 Mb/s).

Одновременная 8-ми координатная интерполяция.

Неограниченное количества кадров просматриваемых вперед (Full Look Ahead),
что позволяет обрабатывать детали со сложной поверхностью на максимально
возможной скорости без толчков и ударных воздействий.

Движение кубическими сплайнами – интерполяция по кривым позволяет менять
направление постепенно, и система управления поддерживает более высокую
среднюю рабочую подачу, чем при перемещении по полигональной траектории.

Программная компенсация люфтов по всем осям.

Возврат
на
профиль
в
обратной
последовательности
с
неограниченным
количеством ходов по всем осям.

Поддержка функций измерительного щупа.

Поддержка параметрического программирования. Использование локальных и
системных переменных, выполнение арифметических и логических операций,
формирование выражений с применением тригонометрических функций.

Форматированный вывод информации в текстовый файл в процессе реализации
управляющей программы.

Неограниченное число уровней вложенности подпрограмм.

Поддержка программирования повторяющегося отрезка управляющей программы.

Задание значений позиций и скорости обработки в формате плавающей запятой.

Возможность ориентации и позиционирования сервошпинделя на заданный угол.

Возможность блокировки осей, не участвующих в процессе обработки.
Операторские функции:

Ручной/автоматический режим работы

Режим ручных подач – рабочий, толчковый

Задание абсолютных и относительных движений по отдельным осям

Задание подач от штурвала, задание подач от штурвала в векторном режиме

Вращение шпинделя в рабочем, а сервошпинделя и в толчковом режимах

Процентное управление скоростью подач движения и шпинделя

Смена инструмента

Выбор дюймовой или метрической системы измерений

Конфигурирование до 6 независимых рабочих систем координат

Аварийный стоп

Задание времени и периода смазки направляющих

Задание параметров дозатора масла воздушного охлаждения

Загрузка, редактирование и хранение управляющих программ

Старт/стоп управляющей программы

Ручной режим ввода данных одной строкой (MDI)

Режим покадровой обработки

Режим отработки кадров в указанном диапазоне с автоматическим определением
начальных условий (G и M-функций)

Технологический останов по санкции оператора с выходом на ручной режим и
обратно

Просмотр локальных, общих и системных переменных.
Интерфейсные функции:

Индикация на табло:
o Позиций в машинной системе координат, рабочей системе координат,
остатки пути в обеих системах координат
o Программной или фактической скорости вектора движения инструмента
относительно детали
o Программной или фактической скорости шпинделя
o Процента корректора подач
o Процента корректора скорости вращения шпинделя
o Номеров текущих инструментов и их корректоров
o Готовности ЧПУ в целом
o Готовности подсистем станка (гидросистемы, пневмосистемы)
o Ошибки ЧПУ
o Выходов на лимиты осей

Экран установки смещения координат и корректоров инструментов, параметров
дозаторов смазки направляющих и масла воздушного охлаждения

Экран выбора, загрузки и хранения управляющей программы

Оперативный текстовый редактор программ

Экран выполнения кадров управляющей программы с процентной строкой

Экран активных G и M кодов управляющей программы

Отображение состояния дискретных входов/выходов и аналоговых входов в
реальном масштабе времени

Вывод предупреждающих сообщений

Экран обнаруженных ошибок и сбоев с классификацией их на ошибки CNC и PLC

Экран 2D симулятора
Подготовительные функции:

Быстрое позиционирование (G00)

Линейная (G01), круговая и винтовая интерполяции (G02, G03) в 2-х и 3-мерном
пространстве

Пауза (G04)

Точный останов в конце кадра (G09)

Движение в полярных координатах (G15, G16)

Указание плоскости для круговой интерполяции и эквидистантной компенсации
радиуса инструмента (G17, G18, G19)

Выбор дюймовой или метрической системы измерений (G20, G21)

Масштабирование, вращение и зеркальное отображение (G22, G23, G24, G68, G69,
G150, G151)

Контроль скорости вращения шпинделя (G25, G26)

Выход в референтные точки (G28, G29, G30)

Измерительные функции (G31)

Резьбонарезание (G33, G34)

Компенсация радиуса инструмента (G40, G41, G42)

Смещение длины инструмента (G43, G44, G49)

Выбор локальной, машинной и множества рабочих систем координат (G52, G152,
G53, G54 – G59)

Режим точного останова (G61)

Режим слияния движений (G64)

Многопроходные токарные циклы (G70 – G73, G76, G170)

Многопроходные циклы расточки торцовых и цилиндрических канавок (G74, G75)

Однопроходные постоянные циклы точения и нарезания резьбы (G77 – G79)

Режимы стружкодробления (G160 – G162)

Глубокое сверление и точение (G171, G172)

Программируемые циклы: сверления, нарезания резьбы и расточки (G80 – G86,
G180, G183, G700 – G702)

Программируемые циклы обработки карманов, выступов и пазов (G300 – G308)

Задание перемещений в абсолютных координатах и в приращениях (G90, G91)

Режим постоянной скорости резания и установка максимальной скорости вращения
шпинделя (G96, G92)

Задание подач по времени перемещения, по скорости и на оборот шпинделя (G93,
G94, G95)

Задание уровней возврата по оси Z при выходе из фрезерных циклов (G98, G99).