4.5.1. Геометрическая задача чпу.

[9, с. 21-37]

ГЗ ЧПУ формулируется так: отобразить геометрическую информацию чертежа в совокупность таких формообразующих движений станка, которые материализуют чертеж в конечном изделии. Формообразующие движения воспроизводятся обычно следящими приводами подачи станка. Следящие приводы подачи расположены так, что они соответствуют координатной системе станка, в которой и осуществляется в процессе обработки управляемое относительное движение инструмента и заготовки. При этом координатная система должна быть такой, чтобы ГЗ ЧПУ была реализуемой. ГЗ ЧПУ реализуется с помощью управляющей программы, состоящей из кадров. Последовательная активизация кадров управляющей программы, то есть последовательная обработка содержащейся в них информации сопровождается выдачей оперативных команд на исполнительные приводы станка, приводит к последовательному обходу запрограммированного контура от одной опорной точки к следующей. Во избежание приостановки подачи на стыке двух элементарных участков, то есть в момент активизации очередного кадра, этот очередной кадр должен быть заранее подготовлен к оперативным расчетам и отработке. Кадр, подготовленный в таком виде, называется буферным.

Основным содержанием переработки информации в автоматическом цикле является подготовка буферного кадра и отработка рабочего кадра. Подготовка буферного кадра состоит в преобразовании информации из того вида, в котором она представлена на физическом программоносителе или в памяти устройства ЧПУ в тот вид, который наиболее удобен для выполнения расчетов, связанных с отработкой рабочего кадра.

Любой кадр управляющей программы в конце концов становится буферным, а затем и рабочим. Информация рабочего кадра носит обобщенный характер. Она укрупнено описывает ГЗ ЧПУ (то есть ту траекторию, которую необходимо воспроизвести), но ничего не говорит о способах ее решения (то есть о том, какими должны быть команды, оперативно выдаваемые на следящие приводы подачи). Вычислительная процедура устройства ЧПУ, обеспечивающая переход от укрупненного описания заданного перемещения к оперативным командам в функции времени для исполнительных приводов называется интерполяцией.

Интерполяция осуществляется над целыми числами, каждая единица которой соответствует наименьшему перемещению или углу поворота РОС, контролируемому в процессе управления. Такое соответствие понимают как дискретность перемещения. Поскольку контроль перемещения на станке вдоль каждой координатной оси выполняет датчик обратной связи по положению следящего привода подачи, постольку и дискретность перемещения определяется ценой деления шкалы этого датчика.

В общем случае заданное перемещение на уровне рабочего кадра представлено целым числом дискрет. Под дискретой понимается управляющая команда, поступающая на вход следящего привода подачи. Следящий привод подачи отрабатывает каждую дискрету в виде некоторого элементарного перемещения.

На практике интерполяция осуществляется следующим образом. В очередном вычислительном цикле, выполняемом с максимально высокой скоростью в машинном масштабе времени, определяют, в какие приводы подачи должны быть выданы дискреты на текущем этапе оперативного управления. Результат сохраняют в буфере, который опрашивают с частотой, соответствующей скорости подачи для ведущей координаты. Таким образом, расчеты машинного масштаба привязывают к реальному времени, развитие событий в котором определяется технологическими соображениями.

Возможна принципиально иная схема интерполяции – интерполяция на постоянной текущей частоте. В этом случае, в каждом периоде постоянной частоты и для каждой координаты в отдельности рассчитывают число дискрет, которые в этом периоде должны быть отработаны исходя из скорости подачи, заданной для привода конкретной координаты. Если результаты расчета окажутся дробными, так как часть от дискреты при управлении не имеет физического смысла, то пачки дискрет, подготовленные к выдаче в приводы подачи в определенном периоде постоянной частоты, округляют до целых чисел. При этом дробные остатки накапливают и учитывают в последующих периодах. В этой связи выдачи пакетов дискрет в приводы от периода к периоду неравномерны.

Выдачи дискрет при линейной интерполяции равномерны и вычисляют достаточно просто. При круговой интерполяции частоты управляющих дискрет неравномерны и вычисления при круговой интерполяции сложнее.

В целом интерполяционный процесс есть совокупность непрерывно повторяющихся (до полной отработки всей информации кадра) вычислительных циклов, которые завершаются определением комбинации управляющих дискрет, выдаваемых на приводы или выдаваемых на приводы пачек управляющих дискрет.

Заключительный этап решения ГЗ ЧПУ состоит в отработке управляющих дискрет следящими приводами подачи в формообразующей системе координат станка. В качестве примера рассмотрим отработку управляющих координат с использованием следящего привода произвольного типа (см. рис.4.5).

Рис. 4.5. Схема отработки управляющей координаты следящим приводом

Здесь датчик обратной связи (по положению) передает прямую информацию о перемещении исполнительного органа. Абсолютная заданная координата исполнительного органа

, (4.16)

где – содержимое накопителя абсолютной координаты (заданной) в безразмерных координатах;Dx – дискретность перемещения исполнительного органа. Абсолютная фактическая координата

, (4.17)

где – содержимое накопителя абсолютной координаты (фактической) в безразмерных координатах. Одна управляющая дискрета приведет к перемещению исполнительного органа на величину. Действительно, если, то

. (4.18)

Следящий привод придет в движение и после перемещения исполнительного органа на величину датчик обратной связи по положению сформирует сигнал, рассогласованиестанет нулевым, а следящий привод остановится.

Сложность ГЗ ЧПУ определяется программным накопленим ее фаз:

- уровнем начального контроля исходных текстов;

- степенью автоматизации подготовительных траекторных расчетов;

- возможностями вмешательства оператора в процесс автоматического управления;

- числом алгоритмов интерполяции и богатством этих алгоритмов;

- числом управляемых координат;

- возможностями настройки и коррекции следящих приводов.