Упрощенная система управления перемещением ЧПУ

Недавно меня попросили объяснить кому-то из членов моей семьи систему управления движением, используемую в станках с ЧПУ. Понимая, что у этого человека вообще не было опыта в производстве — и уж точно не было опыта работы с чем-то настолько сложным и техническим — мне пришлось связать свое объяснение с чем-то обычным и простым, что позволило им легко визуализировать аналогию… например, с вождением автомобиля. автомобиль.

Хотя эта тема очень сложна и носит технический характер, я думаю, что эта аналогия неплохо упрощает тему, но все же дает заинтересованным людям адекватное базовое понимание того, что происходит. Очевидно, что такой продвинутый технологический предмет может занять большую часть целого семестра в колледже, чтобы получить полное понимание, но для нас, простых людей, я думаю, что аналогия с вождением вполне подойдет. Но, прежде чем мы начнем, нам нужно заложить основу. Вам необходимо понять основы того, как команда, которая начинается в нашем мозгу, проходит через управление ЧПУ и, наконец, проявляется как движение одной из линейных осей станка.

Давайте представим нашу программу обработки деталей (диалоговую или G-код) не более чем списком команд. Эти команды организуются системой ЧПУ и распределяются по разным категориям для каждой из отдельных осей станка, а затем передаются на соответствующую ось. Как только сервопривод получает команду для конкретной оси, эта команда разбивается на простое требование напряжения, необходимое для перемещения оси в соответствии с командой, и это напряжение затем подается на двигатель… заставляя двигатель вращаться, что приводит к перемещению оси. Когда ось движется, ее текущее положение постоянно контролируется датчиком положения, установленным на конце двигателя, или стеклянной шкалой, установленной по длине оси. Это устройство контроля обеспечивает обратную связь с сервоприводом, поэтому при необходимости можно вносить изменения в команды напряжения… большее напряжение означает, что двигатель вращается быстрее, и ось наверстывает отставание; а меньшее напряжение означает, что двигатель вращается медленнее, поэтому ось замедляется, если она начинает слишком далеко опережать заданное движение.

Теперь, с этим покончено, давайте применим нашу аналогию с вождением. Прежде всего, нам нужно выполнить несколько команд… скажем, маршрут, по которому мы будем двигаться к конечному пункту назначения, является траекторией резца, а знаки ограничения скорости на этом пути будут действовать как заданная скорость подачи. Ваш мозг — это ЧПУ, ваши мышцы будут действовать как сервоприводы, а ваши конечности могут быть серводвигателями, управляющими вашими осями. Мы будем использовать наши глаза и спидометр для обратной связи. Теперь, поскольку ничто в жизни не может быть совершенным или точным, нам нужно допустить некоторый приемлемый допуск к нашим заданным позициям… Итак, скажем, вся ширина дороги — это допуск нашего позиционирования, и пока мы остаемся на асфальте, мы можно идти!

В этой первой аналогии представьте себя припаркованным на заброшенном шоссе, в глуши, а дорога прямо перед вами, как стрела. Вам приказано проехать расстояние в одну милю, следуя двойной желтой линии посреди дороги, и ограничение скорости на этой дороге составляет 100 миль в час. Для начала ваш мозг приказывает мышцам стопы нажать на педаль газа, и машина тронется с места. Чтобы следовать по желтой линии, ваш мозг будет использовать визуальную обратную связь от ваших глаз, чтобы управлять мышцами рук и поддерживать движение автомобиля по прямой линии — и в зависимости от обратной связи, полученной от спидометра, вашему мозгу также придется контролируйте мышцы лодыжек, чтобы увеличивать или уменьшать давление на педаль акселератора, чтобы поддерживать заданную скорость 100 миль в час. Позиционная толерантность здесь действительно не проблема. Хорошо, я понимаю, что это было чрезвычайно упрощено, но теперь, когда вы видите, как можно применить мою аналогию с вождением, мы можем сделать еще один или два шага вперед.

Используя те же команды, что и выше (следуя двойной желтой линии в течение одной мили, со скоростью 100 миль в час и используя всю ширину дороги в качестве приемлемого допуска), давайте перейдем к аналогии номер два… мы сидим в середине последний отрезок прямой дороги, с которой мы столкнемся на следующей миле. Дорога, проложенная перед нами, ветреная и холмистая, и действовать в рамках установленных ограничений на этот раз будет немного сложнее. Мы разгоняемся до заданной скорости в 100 миль в час, но быстро сталкиваемся с нашим первым препятствием… полный поворот на 90 градусов вправо. Понимая, что мы не можем успешно пройти этот поворот и при этом сохранить текущую скорость, мы должны снизить скорость. Мы должны найти плавную траекторию прохождения поворота, которая позволит нам поддерживать скорость, максимально близкую к заданной скорости, но не заставит нас сбежать с дороги. Реагируя на обратную связь, полученную от наших визуальных устройств, наш мозг посылает команды для управления необходимыми движениями и корректирует нашу скорость и траекторию, чтобы успешно пройти поворот.

Затем, почти сразу же, мы сталкиваемся с еще более сложным препятствием… S-образной кривой с подъемом в гору в первой половине и спуском во второй половине. Хотя эта ситуация будет обрабатываться так же, как и описанный выше простой поворот на 90 градусов — контролируя нашу скорость и траекторию для максимально плавного и быстрого пути, сохраняя при этом безопасность на дороге — теперь мы также должны реагировать на изменения высоты… увеличивая давление на акселератор при наборе высоты на первом участке поворота, но уменьшая это давление и при необходимости применяя тормоза на последнем участке, чтобы мы не превышали заданную скорость в 100 миль в час, когда гравитация начинает брать верх. Это действие и реакция будут продолжаться для каждого препятствия, с которым мы сталкиваемся, пока мы не достигнем конечного пункта назначения… конца программы!

Говоря об управлении движением, мы также должны обсудить нечто, называемое «упреждающим блокированием», которое обычно измеряется количеством блоков, которые элемент управления может обработать заранее, что позволяет ему лучше подготовиться к предстоящим препятствиям. В нашей аналогии с вождением блочный прогноз можно проиллюстрировать как ЖК-дисплей, установленный на приборной панели, который предоставит нам карту пути, чтобы мы могли изменить траекторию на нашем текущем препятствии, поэтому мы будем в лучшем положении, чтобы плавно преодолеть будущее препятствие. Очевидно, что чем сложнее становится траектория резца, тем более доступным может быть прогнозирование, которое может быть необходимо для обеспечения наиболее плавного и быстрого маршрута к финишной черте. Хотя у каждого производителя станков есть одинаковые средства обработки блоков, некоторые из них более эффективны, чем другие.

Система управления WinMax от Hurco имеет что-то под названием UltiMotion… запатентованная программная система управления движением, которая предлагает переменный блок с опережением; что позволяет системе управления видеть до 10 000 блоков в будущем, когда это необходимо, и может привести к сокращению времени цикла до 30% - особенно на более сложных траекториях, где требуется больше прогнозирования. Очевидно, что на более простых траекториях резака — таких, как в наших первых двух аналогиях выше — элементу управления потребуется гораздо меньше упреждения, чем в последнем сценарии… поэтому освобождается больше оперативной памяти элемента управления, и его можно лучше использовать для других целей. вещи. Элементы управления, которые не обладают этой уникальной способностью «адаптироваться» к текущим потребностям элемента управления, не могут переназначить какую-либо доступную оперативную память элемента управления и не могут извлечь выгоду из такого рода изменчивости.