Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
Предисловие
В книге описано принципиально новое направление развития современных систем ЧПУ, основанное на предложенном автором методе геометрических аналогий (МГА). Применение МГА означает отказ от повсеместного использования в СЧПУ консервативной структуры машины фон Неймана, а все вычисления и преобразования информации выполняются с помощью цифровых моделей линейки, угольника, циркуля и транспортира, в свою очередь, состоящих из интерполяторов. Эти цифровые модели представляют собой необходимую и достаточную систему элементов для построения СЧПУ, подобно тому, как элементы И, ИЛИ, НЕ являются необходимыми и достаточными для построения любого логического автомата.
СЧПУ, построенные на основе МГА, обладают при эквивалентных характеристиках существенными технологическими преимуществами. Они содержат в 103—106 раз меньше транзисторов и работают на более низких тактовых частотах по сравнению с системами ЧПУ классов CNC, MPST, что позволяет обойтись без многослойных печатных плат. В них отсутствуют математическое обеспечение и запоминающее устройство большой емкости для его хранения. Эти преимущества создают необходимые предпосылки для ликвидации отставания СЧПУ при существующем состоянии отечественной электроники.
Кроме того, в книге показана взаимосвязь развития технологических машин и функций СЧПУ и сформулированы перспективные, экономически эффективные направления их развития. Книга может быть полезна широкому кругу специалистов, работающих в области систем ЧПУ, станкостроения, автоматизации технологических процессов, траекторных вычислительных устройств.
Академик АН СССР
А. А. Воронов
Введение
«Экономические эпохи различаются не тем, что производится, а тем, как производится, какими средствами труда» L Это высказывание К. Маркса устанавливает прямую зависимость общественного етроя от уровня развития средств пройзводства и в период развернутого строительства нового общества приобретает важнейшее значение.
Решения XXVII съезда КПСС требуют ускорения развития науки и внедрения самых передовых, самых смелых технических решений. Это невозможно без отказа от подражательства и копирования зарубежных образцов, способов, методов, без понимания причин и сущности путей их развития, а также учета возможностей отечественной промышленности. Идущий во след всегда отстает. Поэтому в выборе путей развития производственной техники необходимо ясное, философское понимание цели.
Что должны дать новые средства производства определено положением, высказанным В. Й. Лениным: «Производительность труда, это, в последнем счете, самое главное для победы нового общественного строя» 2. При этом, естественно, речь идет не об и нди видуа ль ной производительности труда и не о производительности труда за короткий отрезок времени —речь идет об общественной производительности труда, т. е. о суммарной выработке за все время использования данной техники, отнесенной к суммарным, разовым и текущим затратам за то же время. Очевидно, что только этот показатель определяет экономическую мощь общества и, естественно, совершенство создаваемой техники. Поэтому средства производства должны окупиться и принести максимальный экономический эффект в кратчайшее время, после которого оно может и должно быть заменено более совершенным, т. е. экономически более выгодным. У ни нереальность средств производства всегда приводит к неоправданным расходам и снижению отношения суммарной выработки к суммарным затратам, т. е, к снижению эффективности. Универсальность (приспособляемость, гибкость), необходимая для «выживания» биологическим видам,
Маркс К. Капитал, М.: Политиздат. Т. 1. 1988. 191 с.
Ленин В. И. Поли. собр. соч. 5-е изд. Т. 39. С. 21.
применительно к средствам производства эквивалентна замораживанию капиталовложений и способна только тормозить развитие производительных сил, снижать фондоотдачу. Поэтому использование универсальных средств для создания специальной техники экономически необосновано. Системы числового программного управления, во многом определяющие характеристики станков, также нужно создавать с учетом приведенных выше требований.
Следовательно, основной целью, к которой необходимо стремиться при создании технологического оборудования, в том числе систем числового программного управления, следует считать достижение минимальных суммарных затрат при изготовлении на определенного типа станках некоторого класса деталей в условиях строго определенного характера производства (серийность, материалы, виды заготовок), а не достижение и превышение абстрактного «мирового» уровня, который определяется путем механического сравнивания произвольно выбранного набора характеристик по некоторым формальным методикам. Это часто приводит к подмене целей средствами и положительных характеристик отрицательными. При таком подходе формально худшей окажется простая, дешевая и надежная система ЧПУ, обеспечивающая необходимый технический и экономический зффект, а сложная, дорогая, Ненадежная и убыточная система, содержащая, однако, большое число ЭВМ, микропроцессоров, цветных дисплеев и т. д., окажется формально лучшей. Такой подход является, по сути, следствием господствовавшей долгие годы деформации понятия экономической целесообразности, что привело к появлению массы «модной» техники, современной по используемым средствам, но малоэффективной с экономической точки зрения. В значительной мере это относится и к СЧПУ, созданным в целях достижения мирового уровня, на основе использования средств универсальной вычислительной техники. Использование универсальных средств для решения специальных, в данном случае траекторных задач, в tqm числе в реальном масштабе времени, привело к серьезным техническим трудностям и большим экономическим потерям. Поэтому необходимо помнить, что конкретная система ЧПУ должна содержать все экономически обоснованные и технически необходимые функции, обеспечивающие минимальную стоимость производимой продукции, и ни одной линией, так как бесполезное всегда вредно.
Таким требованиям в наибольшей мере отвечают агрегатиро- ванные аппаратные системы ЧПУ класса NC, основанные на методе геометрических аналогий и широком применении специальных вы чис л итёль ны х средств. В книге изложены основные положения теории и системотехники современных аппаратных СЧПУ.
На основе анализа развития функций и структур СЧПУ автором предложен метод геометрических аналогий (МГА) и на его .основе новое направление в создании систем ЧПУ для любых
видов технологического оборудования. Построение СЧПУ на основе метода геометрических аналогий означает переход от универсальных вычислительных устройств к использованию предельно специализированных решающих структур с полным распараллеливанием выполнения преобразования информации во времени. СЧПУ, построенные на основе метода геометрических аналогий, обеспечивают идеальное математическое описание траектории, как правило, в виде унитарных кодов, содержат на несколько порядков меньшее количество транзисторов, работающих на меньших тактовых частотах, что позволяет компенсировать отставание отечественной элементной базы и значительно упрощает создание специализированных базовых матричных кристаллов (БМК) и заказных больших интегральных микросхем (специальных БИС). Создание БМК и спецБИС означает создание одноплатных СЧПУ с одновременным снижением стоимости одной управляемой координаты до 500—1000 р. и создает предпосылки к автоматизации средствами СЧПУ высокопроизводительных технологических комплексов, в том числе роторных и роторно-конвейерных линий.
Глава 1
Состояние теории и практикисистем ЧПУ
ЗАДАЧИ, ЭФФЕКТИВНО РЕШАЕМЫЕОБОРУДОВАНИЕМ С ЧПУ
Оборудование с ЧПУ, как правило, используют для операционной автоматизации станков, реализующих процессы первого класса, которые характеризуются точечным взаимодействием между инструментом и предметом обработки, причем форма получаемой детали определяется траекторией движения инструмента. Такой процесс, с одной стороны, является наиболее универсальным, так как движение точки способно образовывать практически любую поверхность, с другой стороны, наименее производителен по сравнению с процессами второго — четвертого классов, при которых происходит соответственно линейное, поверхностное или объемное взаимодействие между инструментом и деталью.
Для образования поверхности при Использовании технологических процессов первого класса, необходимо последовательное обегание инструментом всей повер хности детали, что требует значительного времени. Числовое программное управление сравнительно редко используют для автоматизации оборудования, реализующего процессы второго класса, его применение сводится, как правило, к позиционному управлению вырубными. прессами, фрезерованию фасонными фрезами канавок, когда форма канавки определяется траекторией движения инструмента, а сечение — формой фрезы, а также к использованию фасонного инструмента для обработки мелких элементов на токарных станках.
Процессом первого класса является, по существу, и изготовление деталей методом намотки волокнистых материалов на оправки, например намотка деталей из стекло пласти ка. В этом случае форма детали определяется оправкой, а рисунок намотки, от которого зависят механические свойства изделия, траекторией движения нитеукладчика, который можно рассматривать как точечный инструмент. Поскольку технологические процессы первого класса обладают наименьшей производительностью, очевидно, что это свойство сохранится и в случае использования числового программного управления, хотя производительность машины возрастает за счет уменьшения времени вс помогите ль ны х
ходов, промежуточных измерений, чтения чертежа и т. д., т. е. за счет увеличения доли времени резания в общем времени обработки детали.
Однако это увеличение производительности незначительно по сравнению с производительностью технологических процессов более высокого класса и обходится недешево, так как стоимость станка с ЧПУ в несколько раз превышает стоимость обычного станка. Следовательно, использование оборудования с ЧПУ экономически оправдано в тех случаях, когда форма детали настолько сложна, что не может быть воспроизведена на оборудовании первого класса с ручным управлением, а использование технологических процессов более высокого класса экономически невыгодно в силу, например, малого числа необходимых деталей или невозможности реализации с заданной точностью, шероховатостью поверхности или внутренней структурой материала (например, фрезерование судовых винтов больших размеров, когда невозможно или невыгодно их изготовление литьем; обработка таких деталей требует, как правило, оборудования с большим числом (более пяти) одновременно управляемых координат).
Оборудование с ЧПУ используют также в тех случаях, когда деталь состоит из очень большого числа относительно простых элементов, каждый из которых может бы^ь обработан на станке с ручным управлением или на копировальном станке, но при этом резко (до 90 %) возрастает вспомогательное время, т. е. время на чтение чертежа, промежуточные измерения и т. д., и, кроме того, возрастает процент брака из-за ошибок оператора. Понятно, что при стоимости заготовки в десятки тысяч рублей одно сокращение брака может оправдать использование оборудования с ЧПУ. При длительных (до месяца) циклах обработки корпусных деталей брак детали может сорвать йлан выпуска изделий заводом и экономический ущерб в этом случае во много раз превысит затраты на числовое программное управление.
Повышение производительности машин, реализующих процессы первого класса, возможно за счет ужесточения режимов резания или за счет одновременной работы нескольких инструментов. Однако первый путь ведет к снижению стойкости и росту расходов на инструмент в степенной зависимости, частой смене инструмента, снижению времени автоматического функционирования и, следовательно, его возможности имеют не только экономический, но и технический предел. Второй путь возможен в автоматах, агрегатных станках и автоматических линиях, характерных для крупно- и среднесерийного производства. В мелкосерийном производстве возможно использование станков с ЧПУ с несколькими одновременно работающими рабочими органами, совершающими независимое движение, так как можно создать системы ЧПУ для управления многими независимыми движениями с большим числом координат, рабочий же не может управлять одновременно не только несколькими независимыми движе- 8
ниями, но и одним двухкоординатным движением. Поэтому применение ЧПУ для таких станков часто бывает экономически выгодным. Использование нее многооперационных станков с ЧПУ в крупносерийном производстве окупается только при наличии особых условий, фактически входящих в перечисленные выше случаи, применение же станков с ЧПУ на черновых и заготовительных операциях часто экономически не оправдано.
ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙНА станках' С ЧПУ
Чтобы выяснить основные тенденции развития систем ЧПУ, рассмотрим процесс изготовления деталей на станках с ЧПУ (рис. 1.1). На основании чертежа технолог-программист разрабатывает технологию, при этом выбирает инструмент, режим обработки, последовательность обработки, число установов, число программ и т. д,, затем разрабатывает чертеж траекторий движения инструмента. Траектории описываются на языке применяемой системы автоматического программирования и вводятся в ЭВМ. Часто для этого предварительно набивается перфолента, которая затем вводится в ЭВМ. ЭВМ рассчитывает управляющую программу и формирует кадры программы в коде конкретной системы ЧПУ.
Управляющая программа для станка выдается ЭВМ в виде перфоленты. Если составленная программа предназначена для двух-, трехкоординатного станка, она, как правило, проверяется на специальных устройствах контроля программ (УКП). При этом проверяется правильность кодирования управляющей перфоленты, сходимость по нулям всех координатных перемещений и правильность воспроизводимых траекторий. Последнее проверяется путем прочерчивания программ на координатографе или воспроизведения траекторий на экране графического дисплея. Затем лента передается на станок, где обрабатывается пробная деталь.
На всех этапах возможно возникновение ошибок, которые приходится исправлять, возвращаясь к соответствующему этапу (см. рис. 1.1).
Особенностью процесса подготовки программ для многокоординатных станков является то, что отсутствует возможность прорисовки траектории на координатографах или дисплеях, поэтому перфоленту, полученную с ЭВМ, до передачи на станок проверяют только на правильность кодирования и сходимость по нулям координатных Перемещений. В процессе участвуют несколько человек: технолог-программист, оператор, набивающий перфоленты, оператор ЭВМ, оператор контрольной аппаратуры, оператор станка, причем они подчиняются трем различным службам (главному технологу, начальнику вычислительного центра и начальнику цеха) и территориально размещаются в разных
а>/нршз 〃夕4心zz/吻пондоЛ曲山69口氏0
A Uh и XEMHEJLU BH ячян«< HUHSITBOhoJEH uusnodu
Bozn舌d a TlndoE工BDdE ^^^^
TJyDEaQ ппнрзгшод n^nmo
nH-'odnp?Q nxenmo ★ 6& ?y
呜HnQdoox
/qujMai/otbdau如吻绚nHffgDHuiahDDd
33居星0 bxQnmo
nndawbfapdw r Tf^ffoandodu
^33ahodu nzox? -алпгомонхаш awuqudeDd
*au/dah
^^^^^303yn wae n°笆
BnHsQdnQ2 一一击=mo
JlyBEaQ N63UNM7 g n-Qnmo
JlndoEXBDdE n-nmo
/Е彥aE n-nmo
местах. Поэтому процесс получения годной детали с учетом всех исправлений и коррекций может занимать от нескольких дней до месяца.
Понятно, что такой срок не отвечает требованиям производства и стремление к его сокращению является одним из факторов, вызывающих развитие систем ЧПУ и даже определяет появление новых классов систем. Это относится прежде всего к двух-, трехкоординатным системам ЧПУ, при отработке программ для которых большинство выявляемых ошибок наглядны и легко исправимы. В случае отработки программ деталей сложной формы для станков с числом координат более трех (как правило, пять- шесть) разработка и внедрение программы настолько сложны, что выполняются по специальному договору в плановом порядке. Ошибки в этом случае не наглядны, и их исправление требует проведения сложных расчетов на ЭВМ, поэтому для систем такого класса задача сокращения цикла носит второстепенный характер, тем более что таких деталей на заводе считанные единицы.
ФУНКЦИИ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ СИСТЕМАМИ ЧПУ
Все функции, выполняемые системами ЧПУ, можно, подразделить на три основные группы: продукционные, сервисные и специальные.
Продукционные функции характеризуют возможность системы ЧПУ обеспечить обработку детали определенной сложности с некоторой точностью и производительностью. К ним относятся： число координат, число независимых движений, виды интерполяции, типы нарезаемых резьб, способы и диапазоны задания величин перемещений, скоростей подач, скорости резания, скорость ускоренного хода, стабилизация ускорения, те х нологи чес кие команды, цена дискреты, коррекции механических погрешностей станка и способ управления приводом. Типовые количественные характеристики этих функций в современных системах: число координ^ 2—6, число независимь1Х движений 1—6, диапазон перемещений 10е—108 дискрет, диапазон рабочих подач 0,01 — 6000 мм/мин, скорость ускоренного хода 6—60 м/мин, скорость резания 1——9999 м/мин, диапазоны задаваемых ускорений 3—— 120 м/с2, цена дискреты 0,1—0,00001 мм.
Сервисные функции определяют простоту и удобство обслуживания, эксплуатации и ремонта систем ЧПУ. От них зависят удобство и простота программирования, отладки и внедрения программ, а следовательно, они являются техническими (не организационными) характеристиками, определяющими достижимый коэффициент использования оборудования. К ним относятся все виды коррекции и редактирования управляющих программ, в том числе коррекции скоростей, размеров инструмента, эквидистант, программируемые и жесткие циклы, способы задания размеров, автоматическое вычисление моментов торможения, ин-
версия знаков координат, различные способы автоматического программирования, ускоренная проверка программ и визуализации 'траекторий, возможность программирования в кодах ISO или на языке более высокого уровня, мнемопрограммирование, т. е. все, что способствует сокращейию объема вводимой в систему информации, корректировке размеров и режимов, и исправлению ошибок, возникающих на всех этапах процесса изготовления деталей на станках с ЧПУ. 、
К количественным характеристикам этих функций можно отнести： диапазоны коррекций, объемы памяти для запоминания программы, коэффициент объема вводимой информации, т. е. отношение объема■ информации, который необходимо ввести в систему ЧПУ для обработки детали, к объему информации, содержащейся в ее чертеже, а также число параметров аппаратного контроля, глубина и полнота диагностики и т. д. Численные характеристики этих функций показывают не столько достигнутый или необходимый уровень, а скорее принятый, часто субъективно или интуитивно. Так, диапазон коррекций (0—200 % или ±25 %), число коррекций от 3—9 до 99 и более. Объем памяти от 1 К байта до 256К байт. Это происходит потому, что нет научно-технического ограничения и ограничения носят скорее технико-экономический характер. Исключение составляет, пожалуй, коэффициент объема вводимой информации, который всегда превышает единицу.
Специальные функции ——это функции, необходимые для узких классов или даже отдельных специальных станков и установок с ЧПУ. К ним относятся, например, коррекция программ по сигналам специальных толщиномеров, функции автоматического исключения столкновений рабочих органов для станков с несколькими суппортами или фрезерными головками, функции учета прогибов нежестких деталей, программирование по первой детали и т. д. Эти функции носят настолько специальный характер, что приводить их количественные характеристики не имеет смысла. Последнее время их стали использовать и в универсальных станках.
Особое место занимают показатели надежности системы ЧПУ, к которым относятся среднее время наработки на отказ, на инди- катируемый и неиндикатируемый сбой, время восстановления, время непрерывной работы и срок службы. Эти величины гости- рованы, но назначают их, как правило, на основании экспертной оценки. '
ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯФУНКЦИЙ СИСТЕМ ЧПУ
Основные тенденции развития функций систем ЧПУ вытекают из задач дальнейшего повышения эффективности оборудования с ЧПУ. Зная задачи, эффективно решаемые оборудованием с ЧПУ, процесс изготовления деталей на станках с ЧПУ и функции,
выполняемые системами ЧПУ, можно наметить следующие прогрессивные тенденции их развития. Новые характеристики продукционных функций качественно обеспечиваются за счет новых видов интерполяции, особенно многокоординатной (винтовой линии, линий на сферах, эллипсов и т. д.), увеличения числа независимых движений до 5——12 с числом координат в каждом движении 2——3, интерполяции 10—12 связанных координат, одновременного позиционирования нескольких десятков и даже сотен координат.
Одновременно возрастают требования к количественным характеристикам, например, станки для алмазной обработки деталей металлической оптики требуют от систем ЧПУ расширения диапазона задаваемых значений до 108—1010 при цене дискреты до 0,00001 мм и т. д., высокооборотные фрезерные шпиндели повышают требования к рабочим подачам.
Стремление к сокращению общего цикла процесса изготовления деталей на станках с ЧПУ вызвало появление устойчивой тенденции к концентрации всех этапов составления корректировки и отладки программ непосредственно в системе ЧПУ, установленной около станка. Это вызвало появление нового класса систем ЧПУ (HNC) * обеспечивающих ручной ввод программ непосредственно около станка. Эти системы, в свою очередь, можно подразделить на простейшие, позволяющие программировать в коде ISO или с помощью мнемопульта обработку относительно простых деталей, более сложные с автоматическим вычислением черновых проходов на основе данных чертежа и наиболее сложные, позволяющие вычислять координаты точек сопряжения и пересечения, отсутствующие в чертеже. -
Однако к развитию этой тенденции надо относиться осторожно, помня, что обработка сложных деталей, т. е. та область, где ЧПУ особенно эффективно, в таких системах увеличивает время программирования и ввода программы с пульта, а следовательно, время простоя станка. То есть возникает противоречие между стремлением сократить общий цикл подготовки, отладки программы и получения детали на станке, и увеличением времени простоя станка в Процессе программирования.
Кроме того, реализация автоматического программирования традиционными методами, т. е. путем введения в состав системы ЧПУ мини-ЭВМ, реализующую систему автоматического программирования, да еще в диалоговом режиме, приводит к резкому увеличению объема электронного оборудования, повышает стоимость и снижает общую надежность системы в целом. Поэтому в настоящее время такие системы применяются главным образом для обработки относительно простых деталей на токарных цли фрезерных станках, имеющих 2,5——3 координаты или на координатно-сверлильных станках. -
1 От английского hand — рука.
" В системах для обработки деталей средней сложности (3— 4 координаты) по-прежнему ввод прогр аммы осу ществл я ют от перфоленты с редактированием и. коррекцией непосредственно около станка с последующим выводом откорректированной и отлаженной программы из памяти на перфоленту. В многокоорди- иатных СЧПУ, предназначенных для обработки деталей очень высокой сложности, не только составление, но и редактирование программ у станка оказывается экономически невыгодным и трудно выполнимым, так как требует наличия в цеху мощной ЭВМ и математика-программиста высокой квалификации. Поэтому развитие сервисных функций таких систем идет по пути сокращения объемов управляющих программ за счет реализации многоуровневых циклов или циклов с произвольными параметрами, формирования по программе инструкций оператору, развития коррекций, не меняющих общую геометрию движений, а лишь изменяющих его начальные точки и динамические характеристики, и развития всех видов контроля. Это согласуется с требованиями надежности, так как и без того сложные за счет продукционных функций системы не следует перегружать сервисными функциями.
МНОГООБРАЗИЕ СИСТЕМ ЧПУ v
В настоящее время на заводах страны в эксплуатации находятся сотни типов систем, построенных на совершенно разных принципах. Разновиднрсти систем ЧПУ на некоторых предприятиях доходят до 80 и более, что создает серьезные трудности в их эксплуатации и обслуживании. Это является причиной постоянного недовольства представителей промышленности и систематически приводит к попыткам создания единой универсальной системы, которая одна должна отвечать требованиям станков всех типов. Эти попытки заканчиваются; как правило, техническими неудачами, не говоря об экономических показателях. Многообразие систем определяется： многообразием типов самих станков; многообразием деталей, обрабатываемых на станках одного и того же типа; различием серийности производств; различием заготовок; неодинаковыми требованиями к точностям обработки.
Поэтому для полного удовлетворения требований потребителя и снижения непроизводительных расходов за счет исключения функций, которые не будут применяться в конкретном производстве, один тип станка должен комплектоваться целой гаммой систем. Так, число модификаций токарной системы для обычного двухкоординатного станка может достигать 10—20.
Понятно, что не меньшее число модификаций СЧПУ необходимо для фрезерных и многооперационных станков. Поэтому многообразие систем ЧПУ объективно необходимо. Для. упрощения эксплуатации, обслуживания и ремонта СЧПУ нужен агрегатный принцип их построения, при котором все модификации
создают из одинаковых унифицированных блоков, как это имело место в системах СЦП-5 (А, М, АВ), КСЦ-2, КСЦ-23, КСЦ-З, КСЦ-ЗМ. Такой подход позволяет наладчику, изучив 10——15 блоков, легко устранять неисправности в десятках модификаций систем ЧПУ. Обслуживание еще более упростится при использовании в полностью агрегатированной СЧПУ спецБИСов х.
Ниже приведены требования, предъявляемые к основным типам систем ЧПУ, каждая из которых может иметь модификации.
Система ЧПУ для высокоавтоматизированных токарных станков повышенной точности с регулируемым (бесступенчато) приводом главного движения и оснащенных револьверными головками или инструментальным магазином. Система по составу своих продукционных функций должна обеспечивать обработку деталей наиболее высокой сложности с максимальной производительностью и точностью,, поэтому она должна обеспечивать: линейнокруговую интерполяцию с ценой дискреты 0,001——0,0005 мм и скоростью до 12—15 м/мин, автоматическое поддержание контурной скорости во всех режимах с точностью не хуже 5 %, коррекцию радиуса резца с точностью до одной дискреты не менее ±2 мм, нарезание цилиндрических, конических, торцовых, много- заходных, сбегающих, упорных резьб. Система должна иметь память для хранения программы и дисплей для ее редактирования непосредственно у станка, развитые циклы и аппаратный контроль, коррекции погрешностей механизмов станка.
Система ЧПУ класса HNC длялупрощенных токарных станков, предназначенных для обработки деталей относительно несложной формы, программирование которых непосредственно у станков должен выполнять рабочий. Состав продукционных функций в такой системе может быть значительно упрощен по сравнению с системой предыдущего типа. В этой системе обязательно наличие мнемонического пульта для упрощения ввода элементов детали, желательно наличие блока типа .«программатор», позволяющего находить координаты точек сопряжения элементов программируемой детали и автоматически формировать стандартные циклы обработки элементов детали или блока автоматического программирования, позволяющего задавать только чистовой проход и контур заготовки.
Система ЧПУ для универсальных фрезерных трехкоординатных станков、Основное отличие — наличие режимов винтовой интерполяции (резьбрфрезерования), . увеличенный диапазон коррекций радиуса (эквидистанты) и отсутствие режимов, свя・ заиных с работой от импульсного датчика, установленного на шпинделе, т. е. резьбонарезания.
Система ЧПУ для многооНерационных станков. Основные требования те же, что и к системе для фрезерных станков, но число
1 СпецБИС — большая интегральная схема специального назначения, на
пример интерполятор.
координат при линейной интерполяции может достигать шести, кроме того, необходим режим задания подачи методом задания величины, обратной времени отработки кадра, и точного позиционирования, а также специальные циклы обработки отверстий.
Система для управления сверлильными станками и прежде всего станками для обработки печатных плат. Основное требование ——перемещение из точки в точку за минимальное время Характерная особенность —— режим составления программы в процессе ручной обработки первой детали, программирование в дискретах и шагах координатной сетки печатной платы, многоуровневые циклы.、
Система ЧПУ для специальных станков. Основная особенность —— наличие многокоординатного линейного интерполятора, повышенные требования к надежности из-за больших циклов обработки деталей, возможность внешних коррекций, наличие большого числа модификаций в зависимости от специальных функций.
Система ЧП У для особо тючных токарных станков, предназначенных для алмазной обработки деталей и приборостроения с параметрами шероховатости поверхности менее 0,025 мкм. Основной особенностью такой системы являются работа с дискре- той 0,1——0,001 мкм, разрядность программируемых величин до 109 и, следовательно, большие вычислительные мощности, желательно наличие специальных видов интерполяции, параболиче-' ской, гиперболической и т. д., а также автоматическое построение эквидистант к кривым второго порядка.
Система ЧПУ для управления многосуппортными токарными станками, основной особенностью которой является наличие нескольких интерполяторов в соответствии с числом суппортов, устройств, исключающих соударения и наезды инструментов и суппортов, и устройств, обеспечивающих независимое составление управляющих пр о гр амм разных суппортов.
Система ЧПУ для управления многошпиндельными фрезер- ными станками. Основная особенность — наличие нескольких 、 интерполяторов, объединенных специальными устройствами для синхронизации работы при наличии общей координаты и многоканальное управление технологическиМи командами.
ЭТАПЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ В СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ ЧПУ
В общем случае в современной системе ЧПУ информация, полученная с чертежа детали, преобразуется последовательно в четыре этапа и пятым этапом является отработка информации приводами станка.
На первом этапе выполняются преобразования информации, связанные с составлением программ, ее редактированием и запоминанием, а именно:
ввод программы с некоторого носителя, например перфоленты или магнитной ленты, или запись ее с пульта в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
контроль правильности кодирования информации по модулю, контрольной сумме, запрещенным комбинациям или структуре информации；
визуализация информации с помощью дисплея с целью кон-, троля и редактирования；
запись в ОЗУ отредактированной программы и при необходимости вывод ее с помощью перфоратора на перфоленту.
В системах некоторых типов на этом же этапе осуществляется автоматическое программирование по первой детали, которая обрабатывается в режиме ручного управления, или формируются кадры программы в кодах ISO с помощью мнемопульта, или вычисляются координаты опорных точек эквидистанты, отсутствующие в чертеже. Таким образом, первое преобразование информации заключается в запоминании программы обработки детали и исправлении всех ошибок. Все преобразования на этом этапе выполняются в произвольном масштабе времени и поэтому не требуют для своей реализации оборудования с большой вычислительной мощностью. Под вычислительной мощностью здесь и в дальнейшем будем понимать произведение числа разрядов устройства на число суммирований в секунду, которое в состоянии выполнить это устройство.
На втором этапе выполняется преобразование отредактированной программы, закодированной в принятом в конкретной системе коде ISO, EIA или записанной на языке автоматического программирования с учетом метода задания размеров (относительном, абсолютном, смешанном) и коррекцией всех видов (размера инструмента, эквидистанты, смещения начальных точек и т. д.) в вид, необходимый для следующего этапа преобразования геометрической информации с привязкой к реальному масштабу времени. Кроме того, на этом этапе вычисляются вспомогательные величины, необходимые для реализации сложных функций: угловые константы для винтовой интерполяции (необходимой для получения резьбы фрезерованием), величины для стабилизации ускорений и т. д. Все преобразования также выполняются в произвольном масштабе времени и, если не считать вычисления поправок для коррекции эквидистанты и констант, не требуют оборудования большой вычислительной мощности, хотя время вычисления ограничено временем отработки предыдущего кадра. По окончании этого этапа информация, как правило, приобретает вид двоичного адресного кода.
На третьем этапе преобразования осуществляется интерполяция заданных участков траектории в реальном масштабе времени. Вады интерполяции и разрядность величин определяются назначением конкретной системы. При этом обеспечивается поддержа- .ние постоянной контурной скорости, скорости резания, стабили-
зации ускорений и вычисляются моменты включения торможения. В некоторых системах на этом этапе производится также вычисление корректирующих поправок с одновременным суммированием вычисленных корректирующих приращений с приращениями основной программы.
Именно этот этап преобразования требует для своей реализации использования аппаратуры наибольшей вычислительной мощности. Так, в настоящее время обычным можно считать интерполяцию величин, представленных 24——28 двоичными разрядами, .что при цене отсчета 0,001 мм и скорости подачи 12 м/мин соответствует 200 000 итераций в секунду, а при скорости 30 м/мин — 500 000 итераций. В настоящее время появились задачи, требующие увеличения диапазона представляемых величин до 32—36 двоичных разрядов с одновременным снижением цены отсчета до 0,00001 мм при специальных видах интерполяции, а также увеличения числа координат до 13 при числе независимых движений более шести, что требует значительного увеличения вычислительной мощности устройств, реализующих этот этап. По окончании этого этапа информация представляет собой воспроизводимые в реальном масштабе времени унитарные коды или многоразрядные кодовые посылки координатных перемещений.
На четвертом этапе происходит преобразование задающей информации в команду на движение рабочих органов станка. Для этого осуществляют преобразование задающей (командной) информации и информации, получаемой с датчиков обратной связи, в сигнал ошибки, который используется для управления следящим приводом. В большинстве случаев используют фазовые, индуктивные или оптические датчики обратной связи в амплитудном или фазовом включении и соответственно амплитудные или фазовые цифроаналоговые преобразователи, формирующие управляющий сигнал, пригодный для управления приводом, как правило, ±10 В для стандартных тиристорных или транзисторных приводов.
В зависимости от реализуемого алгоритма управление ведется или с динамической ошибкой, пропорциональной скорости, или с компенсацией динамической ошибки, т. е. без отставания по положению относительно информации, полученной с выхода интерполятора. Этап, несмотря на простоту алгоритмов, требует использования вычислительных средств с большой вычислительной мощностью.
При использовании шаговых приводов унитарные коды преобразуются с помощью кольцевого коммутатора в трех-, шестифазную кодовую комбинацию. В этом случае, потребность в вычислительных мощностях уменьшается.
На последнем, пятом, этапе отрабатывается информация исполнительными двигателями станка. Для этого используют, как правило, высокомоментные двигатели постоянного тока в комплекте с тиристорными нли транзисторными преобразователями. 18
В ряде случаев управление. углом зажигания тиристоров или формирование Широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для транзисторных приводов выполняют с помощью цифровой техники (цифрового следящего привода), это резко сокращает число ана
логовых регулировок системы.
Все шире используют привода переменного тока с частотным . регулированием. Привода подач должны обладать высокой линейностью и жесткостью как при максимальных, так и при минимальных оборотах, иметь диапазон регулирования в пределах 10 000— 20 000, минимальное время реверса от +nmax до ——nmax около
50—100 мс.
При выполнении всех вычислительных операций с точностью до одной дискреты и указанных характеристиках измерительного контура и приводов точность получения контура детали может достигать значений 3—10 дискрет, повторяемость при позиционировании порядка дискреты.
Конструктивно оборудование, реализующее пятый этап преобразования, в систему ЧПУ не входит и в книге не рассмотрено.
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ЧПУ
Па способу реализации основных функций системы ЧПУ можно разделить на следующие группы:
системы ЧПУ класса NC;
системы ЧПУ класса CNC;
системы ЧПУ смешанного класса CNC — NC;
системы ЧПУ класса MPST.
Системы ЧПУ класса NC строят на базе специальных блоков, каждый из которых реализует некоторую функцию управления в одной или нескольких модификациях, причем в каждом блоке функции выполняются благодаря жесткому (проводами) соединению элементарных устройств (счетчиков, сумматоров, регистров и т. д.) в цифровую модель реализуемой функции [6]. Поскольку такие системы состоят из специальных блоков, реализующих свои функции с заданной точностью и скоростью, они обладают минимальной избыточностью электронного оборудования при высоких характеристиках, так как в них универсальность сведена до минимума и все их элементы имеют высокую загрузку. В этом случае аппаратура различных блоков системы имеет различную, минимально необходимую разрядность, достаточную для выполнения конкретной функции.
Протяженность алгоритмов в таких системах, т. е. нужное число вычислительных тактов, необходимых для выработки команды» при последовательных формах представления и обработке числовой информации не превышает учетверенного числа разрядов, а при параллельной форме — от одного до четырех тактов. Следовательно, такие системы не нуждаются в высокой тактовой частоте для обеспечения высоких внешних характе-
ристик. Надежность таких систем максимальна, установленные вычислительные мощности в них приблизительно равны необходимым. Большинство отечественных систем ЧПУ, работающих на заводах страны, — системы этого класса. Недостатком по- « строения таких систем ЧПУ считается трудность изменения первоначально заложенных функций, так как это требует переработки документации и переделки электроники. Однако при значительной серийности* системы класса NC безусловно выгодны, что и определило их широкое распространение.
Системы ЧПУ класса CNC строят с максимальным использованием стандартных средств вычислительной техники, прежде всего мини-ЭВМ. Системы получили название систем с мягкой логикой, поскольку функциональные возможности таких систем определяются главным образом не их аппаратурным составом, а составом заложенных в них программ. Считается, что почти на одном и том же оборудовании можно строить системы ЧПУ с раз- .личными функциями для станков разных классов, изменяя лишь алгоритмы» записанные в память [3, 111.
Системы такого класса первоначально применили за рубежом для сложных станков типа обрабатывающий центр, которые выпускали мелкими сериями и даже единичными экземплярами, они требовали функционально сложных систем ЧПУ. Разработка таких систем в классе NC при незначительной серии выпуска была экономически невыгодна и требовала много времени. Цена отсчета составляла в то время 0,01 мм, скорость выдачи системой командной информации, как для шаговых приводов, так и для следящих приводов, использовавшихся в то время, составляла всего 8000—16 000 Гц, а серийно выпускавшиеся мини-ЭВМ имели быстродействие 500 000 операций в секунду. Следовательно, .по своей производительности одна-две таких мини-ЭВМ были в состоянии справиться с первыми четырьмя этапами преобразования информации. Поэтому использование стандартных миниЭВМ на этом этапе дало положительный результат.
Одновременно впервые именно в этих системах были использованы ОЗУ для запоминания и хранения программ и дисплей для редактирования программ непосредственно у станка. Многие решили, что возможность редактирования программ и запоминания программ является неотъемлемым свойством систем ЧПУ класса CNC и стали требовать от разработчиков создание систем только такого класса. В действительности- возможность редакти - рования и запоминания программ определяется фактически лишь составом общего канала (т. е, наличием в нем ОЗУ, пульта набора и дисплея), а не методом реализации функций собственно системы ЧПУ (NC, CNC).
С самых первых образцов системы ЧПУ класса CNC обладали значительной аппаратурной избыточностью по сравнению с ана-
логичными системами класса NC. Имея превосходство в серийности комплектующих (мини-ЭВМ используют и для других целей), технологии (большие интегральные схемы для мини-ЭВМ) и обладая запасом вычислительной мощности, позволяющим работать в режиме разделения времени, в течение некоторого времени (1970—1975 гг.), такие системы за рубежом были в ряде случаев конкурентоспособными, хотя и обладали повышенной стоимостью. Однако переход систем ЧПУ на работу с микрометровым отсчетом при скоростях 12——30 м/мин потребовал формирование выходной информации системы на частотах 200 000—500 000 Гц. Благодаря этому использование мини-ЭВМ для реализации третьего и четвертого этапов преобразования было практически невозможным без ухудшения основных характеристик системы. Одновременно с этим использование СИС и БИС в системах ЧПУ класса NC значительно сократило кажущийся объем электроники таких систем (т, е. число плат) при обеспечении наилучших основных характеристик. Появление спецБИС для систем ЧПУ класса NC (БИС-интерполятор, БИС — блок задания скорости и т. д.) ставит системы ЧПУ класса NC для выполнения большинства задач вне конкуренции.
■ Системы ЧПУ смешанного класса CNC — NC. Анализ применяемости функций, реализуемых системами ЧПУ, показал, что их можно разделить на постоянные, которые используют фактически в каждой системе, и изменяемые, которые используют только в системах определенного класса. К первым относятся главным образом функции третьего и четвертого этапов преобразования информации, ко вторым— первого и второго. Но именно реализация постоянных функций требует использования вычислительных средств, обладающих максимальной вычислительной мощностью, в то время как для изменяемых функций прежде всего необходима логическая гибкость. Так появились системы, в которых с помощью мини-ЭВМ или микропроцессорного набора реализуют второе и в какой-то мере первое преобразования, а с помощью жестких схем — третье и четвертое 19): Такие системы Могут иметь достаточно высокие характеристики, но их структура не оптимальна с точки зрения минимального объема электронного оборудования, поэтому они уступают системам класса NC по надежности при большей стоимости.
В системе ЧПУ класса MPST (децентрализованные мультипроцессорные) используют большое число одинаковых или почти одинаковых вычислителей, построенных на микропроцессорных , наборах [3] и отличающихся объемом памяти или разрядностью. Функции отдельного универсального вычислителя, состоящего, как правило, из арифметическо-логического устройства (АЛУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), сверхоперативного запоминающего устройства (СОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и блока микрокомандного управления, сводятся, например, к выполнению функции одного или несколь-
ких специальных блоков систем класса NC. Из-за большей протяженности алгоритмов при последовательной реализации функций специальных блоков на микропроцессорах их количественные характеристики оказываются хуже аналогичных характеристик аппаратных блоков систем NC.
Переход к системам такого класса означает в какой-то мере возврат к макроструктурам систем класса NC, но с использованием микроструктур систем класса CNC. Аппаратная избыточность таких систем максимальна, а для достижения равенства в количественных характеристиках приходится работать на тактовых частотах, в 10—50 раз' превышающих частоты, необходимые при эквивалентных характеристиках системам, построенным в классе NC. Тем не менее эти системы широко применяются за рубежом. В нашей стране эти системы также широко используют, так как в настоящее время ни один вуз в.СССР не готовит специалистов по аппаратным системам ЧПУ, а специалистов по универсальным ЭВМ, принцип действия которых, программирование, структуры и т. д. близки к системам CNC, MPST, готовят практически все вузы. За рубежом многие фирмы также не имеют своих аппаратчиков и поэтому охотно используют универсальную комплектацию.
ДИАЛЕКТИЧЕСКАЯ НЕОБХОДИМОСТЬ СОЗДАНИЯ СЧПУНА ОСНОВЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В начале 70-х годов были разработаны и освоены в серийном производстве системы ЧПУ для станков различных типов. Практически все они (Н22, НЗЗ, СЦП-5, КСЦ-2, КСЦЗ «Контур-2ПТ», 《Контур-ЗП》и т. д.) были системами класса NC, работали при цене дискреты не ниже 0,01 мм и скоростях не выше 4,8 м/мин, что соответствовало частоте выдачи приращений 8000 Гц. Ввод программы осуществлялся от перфоленты, память для запоминания программы управления и устройства для редактирования программы в них отсутствовали. Система Н55, близкая к системе класса CNC, имела аналогичные характеристики при более низкой надежности. ' .
Развитие станкостроения требовало разработки нового поколения систем с микрометровым отсчетом при скоростях не менее 12 м/мин, имеющих память для запоминания и редактирования программы обработки деталей непосредственно у станка. Работы по созданию нового поколения систем начались в 1975—1977 гг.
Большинство коллективов разработчиков пошло по пути создания систем в классе CNC. Господствовало мнение, что всю гамму необходимых стране систем удается создать на одном и том же электронном оборудовании, а функциональное различие будет обеспечено за счет программирования, т. е. вложения в память ЭВМ различного математического обеспечения. Это должно было обеспечить унификацию аппаратуры систем различных типов, 22
упростить и удешевить как производство, так и эксплуатацию систем. В нашей стране выпускали две ми ни-ЭВМ («Электроника-60» и «Электроника-НЦ-03»). Первая имела быстродействие 100 000 (реально 50 000—60 000), а вторая 10 000 операций в секунду. Поэтому большинство разработок выполняли на базе ЭВМ «Электроника-60». В математическом плане все базировалось на формулах аналитической геометрии, тригонометрии и высшей математики с использованием для разработки математического обеспечения (МО) различных а л гор итмически х языков. Следует отметить, что по своим характеристикам «Электроника-60» значительно уступает мини-ЭВМ, которые использовали в зарубежных системах ЧПУ класса CNC. Так, мини-ЭВМ системы ЧПУ «Синумерик-7Т» (ФРГ) имеет тактовую частоту 30 МГц, время выполнения операции 140 нс.
Наиболее осторожные специалисты считали, что быстродействие имеющихся в стране ми ни-ЭВМ недостаточно, а их надежность недопустимо низкая, однако к их мнению не прислушались. В результате были разработаны десятки (С852, С8-5, У8-5, С8-3, С53, 2У32, 2Р22, 1Р22, 2С85, 2М43, 2С42, «Луч-430», «Алмаз», CNC-T, CNC-Ф, АС-26121-01 и т. д.) почти одинаковых по внешним характеристикам, но совершенно различных по аппаратуре систем ЧПУ класса CNC, в которых использованы одна, две и даже три мини-ЭВМ «Электроника-60».
Многие из разработанных систем даже не дошли до промышленного внедрения. Те же, которые дошли, в подавляющем большинстве оказались не пригодны для промышленного использования. Даже эксплуатация наиболее доведенных систем 2С42, 2Р22, 2M43, НЦ-31 вызывает серьезные трудности из-за низкой надежности по сравнению с надежностью систем класса NC и сложностью ремонта. Большинство разработчиков также столкнулись со сложностью разработки математического обеспечения. Выяснилось, что при реализации на ЭВМ функций в реальном масштабе времени организовать работу в режиме разделения времени невероятно трудно, почти любое изменение в программе, реализующей одну функцию, нарушает отработку программы, реализующей другую функцию. '
Увеличение числа ЭВМ еще более снижает надежность системы без заметного улучшения характеристик, так как все время тратится на обмен информацией между машинами, последовательная обработка информации в одном арифметическом узле приводит к тому, что с расширением функций системы, с увеличением числа координат падают скорости рабочих подач или точности интерполяции. Поэтому ни одна из созданных за этот период систем CNC не в состоянии обеспечить управление более чем по трем — четырем координатам, т. е. практически не в состоянии заменить системы Н55, СЦП-5. Способ построения привел в ряде случаев к ухудшению основных характеристик системы, подняв дискретность до 0,01 мм при скорости 4,8 м/мин.
Одним словом, задача создания современных систем ЧПУ в период 1975——1985 гг. ие была выполнена, и главной причиной явилось то, что практически все усилия были сконцентрированы на разработке систем в одном классе CNC с использованием универсальной вычислительной техники, не обладающей ни достаточной вычислительной мощностью, ни необходимой надежностью. Страна оказалась перед необходимостью крупных закупок современных систем ЧПУ за рубежом и продолжением выпуска сильно устаревших, но удовлетворительных по надежности систем ЧПУ, разработанных в конце 60-х и начале 70-х годов.
Простейшие расчеты показали, что выполнение на ЭВМ всех этапов преобразования информации, которые выполняются в системе ЧПУ, и прежде всего третьего и четвертого этапов практически невозможно, так как при скорости выдачи приращений 200 кГц, числе координат 5 и протяженности алгоритма 10 команд только для выполнения третьего этапа потребуется вычислительная машина с числом операций в секунду, равным 10 млн. Даже при наличии такой машины у нее не останется времени для решения других задач. Поэтому появились системы класса CNC — NC, в которых ЭВМ выполняет преобразования, не связанные с реальным масштабом времени, а специальные аппаратные блоки выполняют преобразования в реальном масштабе времени.
В последнее время появились системы на микропроцессорах, в которых каждый микропроцессор выполняет иепересекающиеся во времени преобразования, т. е. фактически выполняет функцию специального блока системы класса NC. В таких системах упрощаются по сравнению с системами классов CNC и CNC — NC как обеспечение высоких внешних характеристик, так и разработки математического обеспечения, но достигается это еще большим увеличением объема электронного оборудования в пересчете на ^исло транзисторов. Так, в мини-ЭВМ «Электроника-60» содержится около 6 млн. транзисторов, в мультипроцессорной системе на 10—12-ти микропроцессорных наборах их уже около 600 млн., т. е. этот путь ставит развитие систем ЧПУ в полную зависимость от развития элементной базы и средств универсальной вычислительной техники, требования к надежности и условия работы которой коренным образом отличаются от требований к системам ЧПУ и условий их эксплуатации.
Выполнение специальных функций с помощью универсального оборудования достигается за счет функционального математического обеспечения, которое хранится в огромных по объему и потому ненадежных и дорогостоящих ЗУ, определяющих как стоимость, так и надежность системы. В связи с этим создание современных систем с использованием специального оборудования является диалектически закономерным, так как позволяет создавать системы с объемом электронного оборудования в пересчете на транзисторы в 100, в 1000 и даже в 100 000 меньшим, чем в системах классов CNC, CNC — NC, MPST.
Однако, чтобы обеспечить необходимый уровень функциональных возможностей, унификации и гибкости, необходимы серьезные исследования и накопление значительного количества новых технических решений, чему и посвящены последующие главы книги. Далее изложены принципы и решения, позволяющие создавать современные системы с широкими функциональными возможностями, повышенной надежности и низкой стоимости за счет использования специального оборудования или универсального, работающего в режиме специального, т. е. решающего задачи, вытекающие из требований объекта управления. Поскольку основные сложности возникают на первых трех этапах преобразования инфбрмации в ЧПУ» в книге рассмотрено построение систем ЧПУ от ввода информации до входа цифроаналогового преобразователя, т. е. до четвертого этапа преобразования.
Глава 2
Метод геометрических аналогий
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОДНОРОДНОСТЬ ВЫЧИСЛЕНИЙПЕРВЫХ ТРЕХ ЭТАПОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ ЧПУ
На первых трех этапах преобразования информации в современных системах ЧПУ сложные вычисления приходится выполнять в следующих случаях:
на первом этапе ——при определении координат опорных точек эквидистанты^ отсутствующих в чертежах, и при определении данных для задания черновых проходов;
на втором этапе — при вычислении корректирующих поправок для коррекции эквидистанты и ряда констант, например, при резьбофрезероваиии;
иа третьем этапе — при интерполяции, автоматическом программировании, вычислении корректирующих поправок, вычислении траекторий, исключающих столкновения рабочих органов, а также задании режимов, стабилизации ускорений и вычислении моментов включения торможения.
На первом этапе определение координат опорных точек эквидистанты и необходимых данных для задания черновых проходов в большинстве случаев выполняется с помощью САП, заложенных в ЭВМ иа вычислительном центре. Однако в некоторых наиболее совершенных системах ЧПУ классов HNC, таких, как «Фанук 6Т» (Япония) или CNC-600 (ГДР), при управлении главным образом токарными станками эти расчеты выполняют не посредстве н но в системе ЧПУ на первом этапе преобразования, для чего в нее практически вводят миии-ЭВМ с языком автоматического про- i граммироваиия.
Поскольку вычисление этих величин идет до начала обработки детали при составлении программы, то, несмотря на высокую сложность вычислений, вычислительные мощности устройств, необходимых для этого, невелики, так как. допустимое время расчета может составлять несколько секунд. С экономической точки зрения включение в .систему ЧПУ устройств расчета опорных точек эквидистанты ие всегда оправдано, так как для простых деталей, программы для обработки которых составляют непосредственно около стайка, это или вообще не нужно, или необходимо рассчитать две-три точки, координаты которых целесообразнее предварительно рассчитать технологу и внести в чертеж.
Для сложных деталей процесс составления программы у стайка требует постоянного присутствия у стайка ие рабочего-оператора, а высококвалифицироваииого технолога-программиста и занимает много времени даже просто иа ввод ее с помощью пульта, поэтому программы таких деталей выгоднее составлять и рассчитывать иа ВЦ и приносить к стайку в виде готовой леиты. Поскольку опорные точки эквидистант определяются, как правило, точками пересечения или сопряжения, то для определения их координат необходимо проведение сложных многоэтапных вычислений, включающих в себя расчет прямых и обратных тригонометрических функций, возведения в степень, извлечения корней и т. д. При этом для решения каждой конкретной задачи необходимы составление и хранение в памяти своего собственного алгоритма, а так как таких задач даже для двух координат насчитывается около 33 [171, то понятно, какой объем памяти необходим ЭВМ системы ЧПУ для их хранения. На рис. 2.1 изображен чертеж для одной из 33 задач.
Условия задачи. Центр окружности большего радиуса задан точкой Oi, а центр окружности меньшего радиуса задан абсциссой а2 и углом у; R】н R罢一 радиусы окружностей. Касательная проходит выше линии центров. Определить координаты точек касания 7 и 2.
Вычисляют или находят по таблице tg 7 и cos 7. Вычисляют
sin a = (% - RJ cos ?/(01 一%)，
tga = sin a//11 — sin2 a.
Затем
tg (Y — a) = (tg Y — tg a)/(l + tg Y tg a) • Определяют координаты точки /:
*1 =
二&_Jg(Y-a?=_ + a|； 士 Mtg3 (Y — a) + 1
P1 =
=Riка + 瓦.
± /tg2 (y — a) + 1
Вычисляют координаты точки 2:
*2 =
士 / tg2 (y — a) + 1
Рг = Rz
—1--^-= + 瓦 ± 丨(М — ％) tg Y |.
士 У tg2 (у — a) + 1
Причем перед радикалами ставят знак плюс, если искомая точка правее (при определении х) и выше (при определении у) точки б\ (центра данной окружности) ,и знак минус, если точка левее (при определении х) и ниже (при определении у} точки Oj. Если центр окружности меньшего радиуса находится выше центра окружности большего радиуса, то перед модулем — знак плюс, если ниже, то перед модулем ——минус. Величины tgy н tga ——положительные, остальные величины берут со своими знаками.
При определении данных для задания черновых проходов приходится аналогично рассчитывать координаты точек пересече-
27
ния траектории получистового прохода и траекторий черновых проходов, заданных с шагом смещения (рис. 2.2).
Традиционно эти и подобные задачи решают методами тригонометрии и аналитической геометрии, и они требуют для своей реализации ЭВМ с объемом ЗУ для МО около 64——256К байт и более, что не только повышает стоимость системы ЧПУ, но может существенно снизить ее надежность. Все задачи поиска опорных точек эквидистанты, точек сопряжения и пересечения элементарно можно решить с помощью циркуля, угольника и линейки, т. е. методами начертательной геометрии.
На втором этапе вычисляют и суммируют корректирующие эквидистантные поправки и ряд констант. Вычисление констант будет рассмотрено в следующих главах. Вычисление эквидистантных поправок рассмотрим ниже.
В работе [161 подробно описаны способ построения внешней и внутренней эквидистанты к гладкому контуру и два способа построения эквидистант к контуру с изломом: способ пересечения эквидистант и способ сопрягающей дуги. Ниже приведены формулы для определения координаты эквидистанты на гладких участках контура:
или
% = х 土 е cos а; % = у 士 гф sin а, где х и у — координаты основного контура; а = arctg 裏 一 угол наклона касательной к оси X в рассматриваемой точке основ- 28
ного контура; гф — расстояние между контурами (радиус применяемой фрезы).
Понятно, что при коррекции эквидистанты в приведенное формулы вместо гф необходимо подставить гф 士 Лгф, тогда последние формулы примут вид 、
х； = X ±(F 土 Лгф) cos а; у； = у ± (Гф 士 Дгф) sin а или
х； = х9 ± Дгф cos а; (2.1)
М == % 士 A% siii а, (2.2) т. е. в этом случае, как и в описанном выше первом этапе преобразования , необходимы сложные вычисления, включающие в себя операцию деления, вычисления обратных и прямых тригонометрических функций. Ниже мы покажем, что и задача вычисления корректирующих поправок может быть решена еГ системе ЧПУ методами1 начертательной геометрии (геометрических аналогий)；
На третьем этапе происходит интерполяция заданных линий в реальном масштабе времени с учетом заданных режимов и т. д. Рассмотрим только вопросы интерполяции. Основные виды интерполяции современных систем: линейная и круговая. Поскольку линейная интерполяция позволяет осуществлять последовательные движения Фочки по прямой, то линейный интерполятор можно считать цифровой линейкой, а так как обратное занесение исходной информации (尤 на место у н у на место х) в линейный интерполятор позволяет строить перпендикулярные к заданной прямые, то линейный интерполятор является в то же время и угольником. Поскольку круговой интерполятор позволяет последовательно очерчивать дуги любого радиуса, то его можно считать цифровым циркулем, а круговой интерполятор, построенный на цифровых дифференциальных анализаторах (ЦДА), как следует из [51, позволяет, кроме того, решать задачи измерения углов, т. е. выполнять функции цифрового транспортира, причем угловая цена одного импульса аргумента такого интерполятора
Аф = 2f,
где п — число двоичных разрядов кругового интерполятора, построенного на ЦДА.
.Таким образом, мы выяснили, что традиционно первые два этапа преобразования информации используют при расчетах методами тригонометрии и аналитической геометрии, в то время как на третьем этапе преобразований используют инструменты начертательной геометрии (цифровые линейку, угольник, циркуль и транспортир). ，
Покажем, что с помощью линейки, угольника, циркуля и транспортира можно эффективно и просто решать задачи первого и второго этапов преобразования, а это значит, что любую самую
современную по характеристикам систему ЧПУ можно построить функционально однородно из специальных блоков, номенклатура которых будет невелика. Это дает возможность отказаться от использования универсальных средств вычислительной техники в системах ЧПУ, Так как универсальные средства обладают огромной избыточностью, то в конечном итоге можно создать высокоэффективные, дешевые и надежные системы ЧПУ, основанные на новых принципах.
2.2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ИНФОРМАЦИИ МЕТОДОМ2.2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ИНФОРМАЦИИ МЕТОДОМПервого преобразования
2.2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ИНФОРМАЦИИ МЕТОДОМ
2.2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ИНФОРМАЦИИ МЕТОДОМ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ АНАЛОГИЙ
Выше был приведен пример вычисления координат точек касания прямой к двум окружностям традиционным способом по весьма сложным формулам (см. рис. 2.1). Мы выполним определение координат тех же точек /, 2 методом геометрических построений (рис. 2,3), Для. этого отложим радиус R】 на ось X так, что конец радиуса окажется в точке 3. Затем повернем его на угол у и определим координаты точки 4, Продолжим радиус- вектор Ох 4 до пересечения с прямой, проведенной параллельно оси У на расстоянии 每 Определим координату % точки 02- Разделив О© пополам, находим координаты точки 5. Далее из точки 0工 проводим радиусом R = Rx — R% окружность. Затем из точки 5 радиусом L/2 = 0工0"2 проводим дугу до пересечения с окружностью радиусом % в точках 6, 7. Через точки 6 н 7 и центр Ох проводим прямые до пересечения с окружностью радиусом Ri и определяем координаты точки /. Проведя прямые из точки 02» параллельные прямой 0工 6 до пересечения с окружностью радиусом Rz, находим координаты точки 2. Задача решена. Легко видеть, что, зная координаты точки 7, мы имеем возможность одновременно определить и координаты точек 8 Hg.
В качестве примера не случайно была выбрана именно эта задача; она является сложнейшей как по числу построений, так
Рис. 2.3. Пример сопряжения методом геометрических построенийРис. 2.3. Пример сопряжения методом геометрических построенийи по их разнообразию.
Рис. 2.3. Пример сопряжения методом геометрических построений
Рис. 2.3. Пример сопряжения методом геометрических построений
Действительно, на разных этапах решения пришлось пользоваться всем набором геометрических инструментов: циркулем, транспортиром, линейкой и угольником. Более того, большинство других задач, которые приходится решать при определении опорных точек эквидистанты, входят в эту задачу в качестве этапа вычислений. Действительно, мы находили точки пересечения
окружности с окружностью, окружности с прямой, повора-
чивали прямые на заданный угол и искали пересечения с перпендикулярами.
Несмотря на то, что число этапов нахождения координат точек /, 2 равно 10, это занимает меньше 1 мин, а наглядность полностью исключает ошибки знаков и направлений. Но геометрические построения на бумаге, естественно, не могут обеспечить точности вычисления координат, необходимой для современных систем ЧПУ и равной 0,001 мм и выше. Однако цифровые линейки, угольники, циркули и транспортиры, традиционно используемые в системах ЧПУ для выполнения третьего этапа преобразования информации, в состоянии обеспечить необходимую точность. А для вычисления координат точек пересечения /——6 (см. рис. 2.2) и не требуется такой точнасти, поскольку после чернового снятия припуска последует чистовой проход, и поэтому иногда точность обычных линейки, угольника и циркуля достаточна. В гл. 4 будет рассмотрено построение систем ЧПУ с автоматическим программированием на третьем этапе преобразования информации, поэтому останавливаться на этой задаче больше не будем и перейдем к рассмотрению решения задач второго преобразования методом геометрических аналогий.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ВТОРОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯИНФОРМАЦИИ МЕТОДОМ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ АНАЛОГИЙ
Поскольку основной задачей, решаемой на втором этапе, является вычисление корректирующих эквидистантных поправок, рассмотрим, как можно их определить геометр и чески ми методами. Ограничимся вычислением поправок для гладких эквидистант. Вычисление поправок к ломаным эквидистантам рассмотрено в гл. 3 на примере работы соответствующего устройства.
На рис. 2.4 изображена гладкая эквидистанта, а на рис. 2.5 — сопрягающая дуга такой эквидистанты. Задача вычисления корректирующих поправок сводится к расчету значений 6Х, 6У.
Вместо вычисления по формулам 6工 = ±Дгф cos а; 6^ = ==±Дгф sin а их можно получить с помощью геометрических построений, по крайней мере, тремя способами. Заметим, что у каждого из этих способов имеется много модификаций, каждая из которых позволяет строить устройства, имеющие существенные технические отличия, однако сущность метода не меняется. Поэтому ограничимся рассмотрением этих трех способов, геометрические аналогии которых изображены на рис. 26
Способ первый. Соединим прямой точку О с точкой А (рис. 2.6, а). На прямой ОА отложим бтрезок ОВ, равный Дгф. Затем определим проекции величины Дгф на осн.Х, У и поправки 6* и б?. Прибавив или вычтя величины вычисленных поправок координат точки Л (хн> Ун), получий искомые значения точек скорректированной траектории Af или 4J, Понятно, что для выполнения вычислений этим способом необходимы цифровая линейка и цифровой угольник.
у
контур детали;
Рис. 2.4. Пример коррекции гладкого эквидистантного контура:
НС-
правленная траектория центра фрезы;
—♦—•—• — запрограммированная траек-тория центра фрезы
Рис. 2.5, Геометрический смыслэквидистантных поправок
Способ второй. Вычисление . с помощью цифрового транспор-
тира (рис, 2.6, б). Откладываем― ―
(на оси У) величину Агф, измеряем угол 90° — а, "образованный прямой ОА с осью Y. Поворачиваем вектор Аг^ в любую сторону от оси Y на угол 90° — а. Измеряем проекции повернутого вектора на оси X и У и определяем тем самым координатные поправки 6Х и б?. Складывая или вычитая эти поправки с координатами точки Л (尤н, Ун), определяем координаты точек скорректированных эквидистант 4', 4".
на ближайшей к прямой ОА оси
Способ третий. Откладываем на ближайшей к прямой ОА оси (на оси X) (рис. 2.6, 8)величину Агф. Затем циркулем проводим дугу радиусом Агф до пересечения с прямой ОА. Определяем поправки 6Х и б?, как проекции точки В на координатные оси. Суммируя поправки 6Х и 6^ с координатами точки Х,*находим
координаты точек скорректированных эквидистант 4‘，4". Таким образом, вычислительные задачи
ния можно успешно решать простейшими
а — лннейкой
Рис. 2*6. Определение поправок: и угольником; 6 — транспортиром： в — лннейкой н циркулем
второго преобразова- геометрическими по-
夕
32
Понятно, что при использовании цифровых моделей геометрических инструментов точность вычисления определяется разрядностью вычислительных устройств и может быть выбрана практически любой. Время вычисления на этапе второго преобразования информации ограничено временем отработки предыдущего кадра, поэтому важное значение имеют скорости воспроизведения прямых, дуг или поворота векторов и диапазон вычисляемых поправок, что в каждом конкретном случае и определяет выбор того или иного способа.
ЦИФРОВЫЕ МОДЕЛИ ЛИНЕЙКИ
Назначение линейки общеизвестно. С ее помощью можно провести прямую, заданную двумя точками, или отложить отрезок на заданной прямой. Точки задаются или координатами обеих точек (абсолютное задание координат), или координатами второй точки относительно первой (относительное задание координат). Прямая может быть задана или собственной длиной А или коор- динатными приращениями А%, Ад, тогда £ = / М + Ад? или 厶2 =A炉+ aД
Поскольку время, необходимое для вычисления искомых величин методами геометрических построений, зависит от скорости, с которой цифровые модели способны воспроизводить те или иные геометрические построения, то быстродействие этих моделей в дальнейшем будет рассматриваться как один из основных параметров. Вопросы точности будут рассматриваться только в、тех случаях, когда новые схемы нарушает сущность традиционных решений, выработанных в период 1965—1985 гг. и обеспечивающих отклонение воспроизводимой траектории от заданной не хуже 1 1,4 импульса.
Наиболее просто задача воспроизведения прямых по двум точкам решается линейными интерполяторами. Практически из всего многообразия принципов построения линейных интерполяторов в настоящее время широко используют принцип оценочной функции [61 и принцип цифровых дифференциальных анализаторов [51. Оба способа обеспечивают необходимую точность, но их существенным отличием является то, что интерполяторы, построенные по принципу оценочной функции, реализуют зависимость у = f (х), в то время как интерполяторы на ЦДА реализуют параметрическое задание функций в виде х == Д (0, у =
Л (О-
3333Преимуществами интерполятора, построенного по оценочной функции при числе координат не более двух, являются его более высокое быстродействие и отсутствие всп9могательных операций, таких, как нормализация. Однако при увеличении числа координат объем оборудования интерполятора на ЦДА возрастает значительно медленнее и его применение становится .предпочтительнее. На рис. 2.7, а приведено условное обозначение линейного
33
33
2 В. Л. Кошкии
Рнс* 2.7. Цифровая модель линейки, построенная по принципу оценочной функции ⑷ и ЦДА (О
интерполятора ЛИ по оценочной функции и график интерполяции, а на рис. 2.7,6 ——то же для интерполятора, построенного по ЦДА. Для воспроизведения участка прямой для случая двух координат оба интерполятора и информация, которую необходимо в них занести, эквивалентны. Отличие заключается в физическом смысле и числе тактовых импульсов /т.и, поступающих на вход аргумента.
ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ УГОЛЬНИКА
Линейный интерполятор любого типа строит отрезок прямой, заданной приращениями Ах, △：. Если блокировать цепь окончания отработки, то прямая будет продолжена в бесконечность. Для того чтобы построить с помощью линейного интерполятора прямую^ перпендикулярную к заданной, достаточно занести Ах заданной прямой в регистр Ау интерполятора, а Ду заданной прямой в регистр Дх и проинвертировать знак одного из прн・ ращений (рис. 2.8).
ЦИФРОВЫЕ МОДЕЛИ ЦИРКУЛЯ
Цифровой моделью циркуля является круговой интерполятор. Круговые интерполяторы систем ЧПУ а настоящее время строят или по принципу оценочной функции, или по принципу ЦДА.
Рис. 2.8. Цифровая модель угольника
Рис. 2.9. Задание информации для цифровой модели циркуляРис. 2.9. Задание информации для цифровой модели циркуляРис. 2Л0. Цифровая модель циркуляРис. 2Л0. Цифровая модель циркуля
Рис. 2.9. Задание информации для цифровой модели циркуля
Рис. 2.9. Задание информации для цифровой модели циркуля
Рис. 2Л0. Цифровая модель циркуля
Рис. 2Л0. Цифровая модель циркуля
Круговые интерполяторы, построенные по оценочной функции, основаны на уравнении
*+用=R2.
Интерполяторы, построенные по ЦДА, решают уравнений 力=R cos <р;勿=R sin <p,
где ф = А//т. и-
В интерполяторах/ построенных на этих принципах, для воспроизведения заданной дуги окружности необходимо задать координаты хн, Ун начальной точки а дуги и координаты 尤氏，уя конечной точки Ь дуги (рис. 2.9). Однако чаще вместо задания хн- и Ун задают приращения А* =尤乱—尤且 н Ag = g^ — Ун，а, кроме того, признак интерполяции по (G02) или против (G03) часовой стрелки. Если начальная точка совпадает с осью X, то 厶=R， Ун = 0. Если начальная точка совпадает с осью У, то хн = 0, % = R・
Из сравнения уравнений, лежащих в основе первого и второго методов, можно сделать вывод, что параметрическая форма задания, свойственная ЦДА, обеспечивает наличие связи между декартовыми координатами текущей точки, описывающей окружность, и углом радиуса-вектора R, соединяющего текущую точку с началом координат. Размерность импульсов fT. и для кругового интерполятора по ЦДА соответствует приращениям угла, причем для того, чтобы радиус-вектор повернулся на 90° в интерполяторе с числом двоичных разрядов, равным /и, на вход его аргумента необходимо подать число импульсов Дсрэо0 = 0,5л2т [5]. Поэтому с помощью интерполятора, построенного по ЦДА, можно простейшим образом выполнять преобразования, которые с помощью оценочной функции выполнить очень сложно или невозможно. Условное обозначение кругового интерполятора приведено на рис. 2.10. Зная принципиальные возможности кругового интерполятора КИ, построенного по ЦДА, рассмотрим модель цифрового транспортира.
ЦИФРОВЫЕ МОДЕЛИ ТРАНСПОРТИРА
Задачи транспортира общеизвестны: провести прямую под заданным углом и измерить заданный угол. Рассмотрим сначала, как провести прямую под заданным углом или, что практически то же самое, повернуть отрезок R на угол ср (рис. 2.11). Эта операция выполняется в два этапа.
На первом этапе с помощью кругового интерполятора (рис. 2.12) осуществляется поворот радиуса-вектора R на 90° и подсчитывается счетчиком Сч число импульсов аргумента Дф90% поступившее на вход кругового интерполятора КИ за врекТя поворота вектора на 90°. Для этого в круговой интерполятор КИ, построенный по принципу ЦДА, заносим значения %口 — R, ун = =0, А% = R, Ay = R, а также G02 или G03 безразлично. Счетчик Сч Дфэо° сбрасываем в ноль. По сигналу《Пуск》триггер Т устанавливается в состояние единицы и открывается элемент И1. Поэтому импульсы частоты /т. и с выхода генератора Г начинают поступать на вход аргумента интерполятора КИ и на вход счетчика Сч Лфэо°. Так продолжается до тех пор, пока радиус-вектор 08 = R не повернется на 90° и не совместится с осью Y. Тогда интерполятор КИ вырабатывает сигнал окончания отработки и сбрасывает в ноль триггер Т. Элемент Ш закрывается. Первый этап работы цифрового аналога закончен.
Угловая константа Дфэо°, соответствующая числу импульсов аргумента, необходимых для поворота радиуса-вектора на 90°, вычислена и заполнена в счетчике Сч Дфэо0- Теперь осуществляется йоворот вектора ОВ — R на угол ср. Это выполняется с помощью схемы, изображенной на рис. 2.13. В круговой интерполятор КИ заносят %ц = R, % = Q, G03, в счетчик СчХ заносят R, а счетчик СчР сбрасывают в ноль； в линейный интерполятор ЛИ в первую координату заносят число 口/2 в заданных единицах, т. е. или 90°, или 5400', или 324 000", а во вторую координату ——Дфэо° из счетчика СчДф90°-
602 у 603
Рис. 2.12. Схема вычисления аналога А屮90。Рис. 2.12. Схема вычисления аналога А屮90。ampaffa/nrfuampaffa/nrfu
Рис. 2.12. Схема вычисления аналога А屮90。
Рис. 2.12. Схема вычисления аналога А屮90。
ampaffa/nrfu
ampaffa/nrfu
В вычитающий счетчик, подключенный к выходу первой координаты, заносят угол 屮 поворота вектора в размерности, соответствующей выбранной константе, т. е. в градусах, минутах или секундах. Затем по сигналу《Пуск》триггер Т устанавливается в состояние единицы и открывает элемент И. Частота с выхода генератора Г через элемент И начинает поступать на вход аргумента линейного .интерполятора ЛИ. Импульсы размерности заданного угла ср с выхода первой координаты ЛИ поступают на вход счетчика Счср, а
Рис, 2.13. Схема задания углаРис, 2.13. Схема задания углас выхода второй координаты им
Рис, 2.13. Схема задания угла
Рис, 2.13. Схема задания угла
пульсы поступают на вход аргумента кругового интерполятора КИ.
Круговой интерполятор начинает поворачивать радиус- вектор OB = R, совмещенный первоначально с осью X, против часовой стрелки (см. рис. 2.11). При этом импульсы его координатных приращений поступают на вычитающий вход Сч X и суммирующий вход Сч У. Так продолжается до тех пор, пока с выхода первой координаты линейного интерполятора ЛИ на вход счетчика Сч(р не поступит число импульсов, равное заданному углу поворота <р. При этом на выходе счетчику Сч <р появится импульс, который сбросит в ноль триггер Т. Элемент И закрывается, и импульсы генератора Г перестают поступать на вход аргумента интерполятора ЛИ. Поворот ректора закончен. При этом в счетчиках Сч X и Сч У окажутся искомые координаты точки а. “
Покажем, что вектор 08 = R повернулся ровно на заданный угол <р. Действительно, в первую координату линейного интерполятора ЛИ занесено число, которое в принятой размерности угла ф соответствует 90° (л/2), а во вторую координату занесено число, соответствующее числу импульсов аргумента, которые необходимо подать на вход кругового интерполятора КИ, чтобы заданный радиус-вектор OB = R повернулся на 90°. Следовательно, если бы с выхода первой координаты ЛИ ушло число импульсов, равное л/2, то на вход аргумента КИ с выхода второй координаты поступило бы число импульсов, равное Дфэо°- Но так как мы закончили отработку, когда с выхода первой координаты ушло число импульсов, соответствующее ф, то и на вход КИ с выхода второй координаты пришло число импульсов, точно соответствующее повороту круговым интерполятором радиуса- вектора 。方=R на угол ср.
Возможен вопрос: зачем вычислять значение А①9M поворотом радиуса-вектора на 90°, если эту величину можно вычислить по формуле: Аф9о。=(几/2) 2^ =冗・2^一1. Вычисление по такой формуле, во-первых, требует наличия устройства умножения и регистра памяти величины л др /n-го разряда, и, во-вторых, эта формула не учитывает число внутренних микротактов кругового интерполятора и погрешности округлений. Кроме того, на втором этапе КИ также выполняет основную задачу поворота радиуса- вектора, в то время как устройство умножения никаких функций не выполняет, т. е. в этом случае кроме линейного и кругового интерполяторов понадобится еще и устройство умножения, т. е. объем оборудования возрастает* Конечно, можно поворачивать радиус-вектор не на 90°, а на 45° и это в 2 раза ускорит вычисления. I
Теперь посмотрим, как измерить угол, образуемый прямой, проведенной между точками О и а и осью X (рис. 2.14). Значение угла 屮 в общепринятых единицах, т. е. в градусах, минутах или секундах определяют в три этапа. Если же достаточно провести измерение в угловых единицах имеющегося интерполятора, то измерение ограничивается первым этапом, что достаточно в большинстве задач, решаемых в системах ЧПУ. Тем не менее рассмотрим общий случай. На первом этапе поворачиваем радиус-вектор Оа в направлении оси X до совмещения его с осью X и одновременно подсчитываем число импульсов аргумента А<р. Признаком совмещения вектора Оа с осью X является обнуление его проекции на ось К. Для реализации первого этапа (рис. 2,15) заносим в круговой интерполятор КИ значения хя, уй, G02, а в счетчики Сч Л и Сч У соответственно хн, у^
По сигналу 《Пуск» триггер Т устанавливается в единичное состояние и открывает элемент И, в результате чего импульсы частоты fg и с выхода генератора Г поступают на вход аргумента кругового интерполятора КИ, построенного по принципу ЦДА, и на вход Сч Дф. Интерполятор начинает поворачивать радиус- вектор Оа в сторону оси X, при этом выходные импульсы интерполятора КИ поступают на входы счетчиков Cq X и СчУ. Так будет продолжаться до тех пор, пока счетчик СчУ не перепол-
нится и своим импульсом переполнения не сбросит в ноль триггер Т. К этому моменту в счетчике СчХ окажется значение R$ т. е. мы попутно решили задачу определения модуля вектора, не прибегая к вычислениям по формуле R = 0。= /尤^ + 诡， а в счетчике Сч Дф угол Д<р в единицах данного интер полятора. Заметим, что в СчУ значение %； выгодно заносить в дополнительном коде.
На втором этапе вычисляем значение Дф9о«, для этого в КИ (рис. 2.16) заносим хн = R, % = 0, Дх = R, Ау = R; счетчик Сч Лгр сбрасывается в ноль, предварительно в регистр памяти ЛИ переписывается вычисленное ранее значение Д(р. По сигналу «Пуск» триггер Т устанавливается в единицу и своим выходом открывает элемент И. В результате импульсы частоты /т. и через элемент И поступают одновременно на вход аргумента интерполятора КИ и на вход счетчика Сч Дф. Так продолжается до тех пор, пока радиус-вектор не повернется на 90° против часовой стрелки и не совместится с осью Y. ^ри этом интерполятор КИ вырабатывает сигнал «Окончание отработки», который сбрасывает в ноль триггер Т и закрывает элемент И. К этому моменту в счетчике О Дф окажется значение Дфэо*»» ■
На третьем этапе определяется угол ф в требуемых единицах (градусах, минутах или секундах). Для этого в первую координату ЛИ (рис. 2.17) заносят Дф9о°, а во вторую 90° (5400’ или 324 000"). В счетчик, подключенный к выходу первой координаты, заносят Аф (часто в дополнительном коде), а счетчик, подключенный к выходу второй координаты, сбрасывается в ноль.
По сигналу «Пуск» триггер Т устанавливается в единицу и открывает элемент И. В результате импульсы частоты /т. н с выхода генератора через элемент И поступают на вход аргумента интерполятора ЛИ. Интерполятор начинает работать и работает до тех пор, пока счетчик Си Дф не сбросится в ноль. Его выходной 「"「нал сбрасывает в ноль триггер Т. Элемент И закрывается.
Рис. 2.16. Схема вычисления аналоги А 屮90。Рис. 2.16. Схема вычисления аналоги А 屮90。рис. 2.17. Схема измерения угла в необходимых единицах измерениярис. 2.17. Схема измерения угла в необходимых единицах измерения
Рис. 2.16. Схема вычисления аналоги А 屮90。
Рис. 2.16. Схема вычисления аналоги А 屮90。
рис. 2.17. Схема измерения угла в необходимых единицах измерения
рис. 2.17. Схема измерения угла в необходимых единицах измерения
Третий этап вычислений закончен. К этому моменту в счетчике Сч ср окажется искомое значение угла <р.
Так как на практике обычно используют линейно-круговые интерполяторы, то одного такого интерполятора вполне достаточно для выполнения задачи цифрового транспортира, потому что на каждом этапе работал только один интерполятор. Таким образом доказано, что практически все задачи преобразования информации, которые приходится выполнять на различных этапах в системах ЧПУ, сводятся к последовательной работе одного или нескольких интерполяторов. При этом работает только специальное, а не универсальное, избыточное (ЭВМ) оборудование. Значит, имеется возможность сокращения его объема и повышения надежности. Однако, чтобы удовлетворить всем возможным требованиям, особенно по скорости вычислений, и определить состав функциональных блоков, необходимо создать целую гамму новых технических решений.
Глава 3
Аппаратные реализации основныхэлементарных функций систем ЧПУ
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К БЛОКАМ,И КРИТЕРИИ ИХ СОВЕРШЕНСТВА
Основные элементарные функции систем ЧПУ — функции простого аргумента, а не функции от функции. Как правило, это тот минимальный набор функций, без которого невозможно цифровое описание траектории с привязкой к реальному масштабу времени. Для своей реализации эти функции требуют одно законченное устройство, а не группу определенным образом связанных устройств, работающих одновременно или в некоторой последовательности. К ним относятся основные виды интерполяции, задания скорости, резьбонарезания. Функции могут быть реализованы блоками, построенными на умножителях, цифровых дифференциальных анализаторах или принципе оценочной функции. О совершенстве того или иного устройства можно судить по некоторым количественным характеристикам. Рассмотрим некоторые из них.
Коэффициент превышения частоты К/ показывает, во сколько раз тактовая частота блока, реализующего функцию, превышает его выходную частоту, т. е.
К, = /т. н/вых>
где fT. и — тактовая частота; /вых — частота выходных импульсов, или частота формирования выходных решений.
Коэффициент удельного объема электронного оборудования Ку показывает, какое число условных элементов необходимо для одного разряда блрка, реализующего ту или иную функцию:
кy = m 加，
где N — число элементов, реализующих блок; /п — число разрядов.
В качестве элементов можно считать п——р-пере ходы, транзисторы, инверторы или другие единицы, иногда даже корпуса микросхем. Например при выполнении блоков на различных элементных базах, для более объективной оценки рационально определять коэффициенты для всех доступных анализу элементов и сравнивать их между собой.
Коэффициент удельной потребляемой мощности & показывает, какое количество энергии потребляет блок в расчете на один разряд；
Км = P/九
где Р — мощность^ потребляемая блоком.
Коэффициент удельной стоимости показывает затраты（ огне- сенные к одному разряду блока,
Кс = £ CiNdm,
где & — стоимость элемента i-ro типа; М — число элементов 4-го типа.
Коэффициент использования вычислительной мощности, удобный для обнаружения неиспользуемых резервов,
К» — М^/Му,
где Мн — минимально необходимая вычислительная мощность для реализации функции с заданной скоростью; Му — установленная в блоке вычислительная мощность.
Для СЧПУ характерны операции вида xf+i = 尤才 土 1 и х1+1 = = к» 土 Q. Для операций первого вида Му можно определить, как произведение числа D^ операций первого вида в секунду на разрядность величины т, т. е.府;= Dimi Для операций второго вида Му =。2加2・ Тогда
Му = D^rrit +。如暫・
Максимально необходимая мощность М^ определяется в результате анализа формул реализуемого алгоритма путем сведения его к числу di операций вида 修“=尤》土 1 в секунду, и к числу & операций вида 修十工= 修 土 а в секунду с последующим их суммированием G учетом разрядности! Ма = 由加】+ 也加纟； при равном числе разрядов всех операндов т工= пц = т 財瓜 = =m（dr + 4）.
При равных допустимой скорости и числе разрядов & = =di2m （& =厶10团）и & = 52m（5 = 0/0小）соответственно для двоичных и десятичных чисел. Эго позволяет, используя комбинации последовательных, параллельных и счетных структур, получать К» 弋 1, т. е. избегать лишних затрат оборудования.
ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ ЦДА
В основе интерполяторов, основанных на цифровых дифференциальных анализаторах, лежит принцип численного интегрирования. ЦДА представляет собой специализированное вычислительное устройство, предназначенное для приближенного вычисления определенного интеграла по одной из формул численного ин- 42
тегрирования. В СЧПУ? кан правило, используется формула прямоугольников [71.
Необходимо вычислить интеграл < у (х) d爲 т. е. найти за-
(3.1)(3.1)штрихованную площадь, заключенную между кривой, осью абсцисс и ординатами точек х0 и хп (рис. 3.1). Для этого разобьем заштри- хованную площадь на п элементарных площадок S〃 Каждая площадка ограничена отрезком Ах» =修=修」， ординатами точек разбиения абсциссы 山 и у^ и частью кривой у = f (尢) на отрезке Дх(. Если считать, что отрезок △修 мал, то кривую на участке △尤^ можно заменить отрезком прямой у — ?£」. Получим прямоугольник, площадь которого Si — »」А修. Тогда точное значение определенного интеграла выражается формулой
(3.1)
(3.1)
у (х) dx = Е Pi Ах + %уf=1
где еп — погрешность формулы численного интегрирования, равная сумме погрешностей метода вычисления площадей элементарных прямоугольников.
Цифровой дифференциальный анализатор (рис. 3.2) реализует интегрирование по формуле (3.1). Он состоит из накапливающего сумматора подынтегральной функции См У, устройства умножения УУ значения подынтегральной функции на величину приращения аргумента 厶％, накапливающего сумматора См определенного и награда, узла выделения приращений УВП.
Так как в ЦДА исходные переменные и результаты вычислений передаются в виде приращений, на входы сумматора подынтегральной функции и устройства умножения поступают ±&/ * А% Суммируя в сумматоре. СмУ приращения 士 Ар, постоянно имеем в нем текущее значение подынтегральной функции. При поступлении на в^од устройства УУ значения А% происходит умножение его на 协亠 поступающего из сумматора См К Это произведение передается в сумматор См, где накапливается значение определенного интеграла, вычисленного по формуле
Рис. 3.3. Схема ЦДЛ для унитарных кодовРис. 3.3. Схема ЦДЛ для унитарных кодовПри переполнении См узел выделения. приращений УВП выделяет приращение, максимальная разрядность которого может быть равна разрядности Ах, и передает его на один из входов следующих ЦДА. Устройство ЦДА резко упрощается, если принять Ах = 1, что характерно для СЧПУ, использующих унитарные коды. Тогда формула (3.1) примет вид:
Рис. 3.3. Схема ЦДЛ для унитарных кодов
Рис. 3.3. Схема ЦДЛ для унитарных кодов
J у (х) dx = 2 г/i-i + еп.
Схема ЦДА для унитарных кодов приведена на рис. 3.3. В нем вместо накапливающего сумматора достаточно реверсивного счетчика PC, вместо устройства умножения — блока элементов И (БИ), устройство УВЦ исчезает полностью, так как импульсы переполнения сумматора См й являются приращениями AS.
Отметим, что ЦДА появилось первоначально для решения систем дифференциальных уравнений как инструмент для различного рода научных исследований, и лишь затем были использованы в системах инерциальной навигации и СЧПУ как генераторы функций. Поскольку в СЧПУ используют главным образом линейные и круговые интерполяторы, рассмотрим их основные свойства. Интерполяторы сложных функций описаны в гл. 4.
Линейная интерполяция на ЦДА. Линейный интерполятор, построенный по принципу ЦДА, реализует следующие зависимости：
(3.2)(3.3)(3.2)(3.3)尤=Ах/;р = Ау 力
(3.2)
(3.3)
(3.2)
(3.3)
где £ — импульсы общего параметра (для ЧПУ — время).
Продифференцировав по t формулы(3.2), (3.3), получим尤'=Ах; у，= Ду.
Следовательно, значения подынтегральной функции в процессе линейной интерполяции не меняются и схема ЛИ упрощается по сравнению со схемой, приведенной на рис. 3.3, так как реверсивные счетчики PC в этом случае превращаются в запоминающие регистры.
Структурная схема двухкоординатного ЛИ изображена на рис. 3.4. Он состоит из двух цифровых интеграторов ЦДАХ и ЦДАУ, каждый из которых в свою очередь состоит из накапливающего сумматора См, блока элементов И и регистра Рг. Перед началом работы приращения Ах, Ад заданной прямой в прямом коде заносятся в регистры Рг Ах и Рг Ау соответственно. Импульсы частоты f = Afi начинают поступать на управляющие входы 44
блоков элементов И Обеих координат ВИХ и ВИУ. Элементы И открываются, и в сумматоры поступают приращения Ах, Ду. Импульсы переполнения сумматоров СМХ, См У являются выходными унитарными кодами по координатам X и У.
Проверим это на примере. Пусть периоды сумматоров равны 1000, т. е. они нмеют по три десятичных разряда, и максимальное число, которое может быть представлено, равно 999. Пусть А% = 761, Ау — 569. Запишем их в регистры Рг Ах и Рг Ар. Подадим на входы блоков ВИХ и БИК импульсы частоты аргу* мента /, число которых возьмем равным периоду сумматоров, т. е. 1000. Тогда в сумматор СмХ поступит число 761 X 1000 = =761 000, а в сумматор СмУ — 569 X 1000 = 569 000. Так как периоды сумматоров равны 1000, то первый из них переполнится 761 раз, а второй —— 569 раз. Если первоначально оба сумматора были в нулях, то и по окончании цикла они будут в нуле. За это время на выходе X появится 761 импульс, а на выходе Y —— 569 импульсов, т. е. задача ЛИ выполнена.
ЛИ может быть построен с еще меньшими затратами оборудования путем использования одноразрядных сумматоров и сдвиговых регистров (рис. 3.4, б). Он состоит из ЦДАХ и ЦДАК Каждый из ЦДА состоит из регистра подынтегральной функции Рг Ах (Рг Ад), накапливающего регистра РгСм% (РгСмУ), одноразрядного сумматора СмХ (СмУ), элементов задержки $Х (ЗУ), элемента ИЛИХ (ИЛИУ), 'элемента ИХ (ИУ).
Кроме того, в интерполяторе имеется генератор тактов Г. Исходное состояние регистров — нули. Приращения Ах и Ау
Рис. 3.4. Линейный интерполятор иа параллельных (а) и последовательиых(^)ЦДАРис. 3.4. Линейный интерполятор иа параллельных (а) и последовательиых(^)ЦДА
Рис. 3.4. Линейный интерполятор иа параллельных (а) и последовательиых(^)
ЦДА
Рис. 3.4. Линейный интерполятор иа параллельных (а) и последовательиых(^)
ЦДА
Рис. 3・5・ Интегрирование постоянных величии Ах (а) и Ау (仃)в ЦДЛ
заносятся поразрядно через элементы ИЛИХ и ИЛИ У в регистры Рг Дх и Рг Ау. Затем генератор начинает вырабатывать такты Тг——Тп, причем п ——число разрядов регистров, и такт Tn+i для проверки наличия переполнения из старшего разряда. Такты Ti—Тп поступают на входы сдвига всех регистров и коды в них сдвигаются младшими разрядами вперед. При этом значение Дх из регистра Рг Ах складывается сумматором СмХ со значением, поступающим из накапливающего регистра РгСмХ, причем результат сложения заносится в РгСмХ.
Элемент задержки ЗХ служит для того, чтобы перенос каждого предыдущего разряда складывался с последующим разрядом. Перекос старшего разряда выделяется стробированием элемента ИХ тактом Tn+i- При такой схеме суммирование выполняется не за один такт, а за п тактов. Таким образом, максимальная выходная частота такого интерполятора в п раз меньше, чем интерполятора с параллельным сумматором, но зато и объем оборудования намного меньше, так как каждый накапливающий сумматор представляет собой комбинацию запоминающего регистра и комбинационного сумматора. По окончанию числа циклов суммирования, равному периоду, сумматоры СмХ, СмУ (см. рис. 3.4, а) и накапливающие регистры РгСмХ, РгСмУ (см. рис. 3.4, 6) окажутся в исходном состоянии, потому что при интегрировании прямой погрешность интегрирования равна нулю (рис. 3,5).
К достоинствам линейного интерполятора по ЦДА можно отнести высокую точность интерполяции, простоту наращивания числа координат, наличие внутренней константы, равной периоду сумматора, возможность определять окончание отработки заданных перемещений при любом числе координат с помощью одного счетчика, период которого равен периоду сумматора.
Круговая интерполяция на ЦДА. Круговой интерполятор, работающий по принципу ЦДА, основан на интегрировании дифференциального уравнения методом обратной- связи. Действительно, уравнение окружности, заданное в параметрической форме, имеет вид
川=R cos ф； (3.4) g == R sin ф, (3.5)
где ср = cot; ш ——угловая цена импульса аргумента; f — число импульсов аргумента.
Выражения (3.4) и (3.5) являются решениями дифференциального уравнения вида
У + У = 0・(3.6)
Действительно, пусть у = R sin <р, тогда у' = R cos <р, а у"= = ——R sin 屮.Подставляя значения у и у', получим:
——R sin <р + R sin ф = 0.
Тогда структурная схема кругового интерполятора КИ с параллельными сумматорами примет вид, изображенный на рис. 3.6, а. Его применяют при интерполяции дуги окружности (рис. 3.6, б).
КИ состоит из двух интеграторов ЦДАХ и ЦДАУ [А. с. 555381 (СССР) 1, каждый из которых содержит накапливающий сумматор См, блок элементов И (БЙ), реверсивный счетчик PC. Кроме того, в состав КИ входят: счетчик Сч Дх окончания отработки по коор， ди нате X, счетчик Сч Ау окончания отработки по координате F, триггер ТХ управления по координате X, /триггер ТУ управлений по координате У, элементы ИХ, HY, элемент ИХ У, элемент НЕ и элемент И. Перед началом работы информация распределяется следующим образом: % = R sin фн заносится в реверсивный счетчик ЦДАХ, х^ = R cos фн — в реверсивный счетчик ЦДА/ в прямом коде, приращения А% и Ау в дополнительном коде заносятся в Сч Ах и в Сч Ад. Сумматоры обоих ЦДА сбрасываются в ноль или в них записывается машинная единица, т. е. единица
старшего разряда, что повышает точность интерполяции. По сигналу «Пуск» триггеры ТХ и ТУ уста на вли ва ются в единицу и открывают элементы ИХ и ИУ одновременно, так как на входах элемента ИХ У оказываются нулевые потенциалы, поэтому на выходе элемента ИХУ появится нулевой сигнал, который, пройдя через элемент НЕ, единичным потенциалом откроет элемент И.
Импульсы частоты / через элемент И и элементы ИХ и ИК начинают поступать на управляющие входы блоков БИ обоих ЦДА. Накапливающие сумматоры См начинают суммировать соответственно значения % и хн. Но интеграл от sin ф =' —cos q, а интеграл от cos 屮 —sin ф, поэтому в сумматоре ЦДАх накапливаются приращения величины R cos 屮，которые при переполнении сумматора поступают на вычитающий вход PC ЦДАУ, на выход интерполятора по координате X и на вход Сч Ах. Аналогично в сумматоре ЦДАУ накапливаются приращения величины R sin 屮， которые при переполнении сумматора поступают на4 вход PC ЦДАХ, на выход интерполятора по координате У и на вход Сч Ар. Таким образом, после шага по координате X из начального значения координаты %ц вычитается единица, а после Inara по координате Y к начальному значению р^ прибавляется единица.
В реверсивных счетчиках постоянно образуются координаты текущей точки, движущейся по окружности. Так продолжается до тех пор, пока импульс переполнения Сч Ах не сбросит в ноль триггер ТХ, при этом закроется элемент ИХ, а импульс переполнения Сч Ад сбросит в( ноль триггер ТУ, при этом закроется элемент ИК. Появление единичных потенциалов на нулевых выходах триггеров ТХ, ТУ открывает элемент ИХУ и его выходной инвертированный сигнал закрывает элемент И. Отработка дуги ab (рис. 3.6, 6) закончена.
Геометрической аналогией работы кругового интерполятора, построенного по принципу ЦДА, является интерполяция касательной к окружности, проведенной в текущей точке. Действительно, в первый момент задана точка а (хн, р^). Так как хн занесли в ЦДАУ, а ун — в ЦДАХ, то начнем интерполировать вектор V, перпендикулярный к линии Оа. Но после шага по оси X координата точки а станет 尤^ ——1, и мы продолжаем интерполировать вектор, перпендикулярный к Оа, где а имеет координаты %н — 1 и %. Аналогично после шага по оси У мы корректируем значения р^ и интерполируем вектор, перпендикулярный к Оа, где точка а имеет координаты хн ——1, ун + 1 и т. д.
Поскольку мы всегда идем по касательной, то практически интерполируем раскручивающуюся спираль, отход которой от идеальной окружности определяется погрешностью интегрирования функций 7? sin ф и 次 cos ср по формуле прямоугольников. Для сокращения этой погрешности известны следующие приемы: занесение машинной единицы, корректировка значений подынтегральных функций при переходе через оси и поочередная работа интеграторов 15]. Кроме того, корректирующие импульсы должны 48
поступать на входы реверсивных счетчиков только после того, как суммирование закончится, что в противном случае возможно искажение информации при суммировании с одновременным изменением состояния PC. Место включения задержек на рис, 3.6,。 обозначено штриховыми кружками с буквой 3.
Таким образом, представленная схема является практически двухтактной, так как сначала выполняется суммирование, а затем коррекция значений подынтегр а ль ных функций в реверсивных счетчиках. При поочередной работе интеграторов схема оказывается четырехтактной. Понятно, что число тактов еще более возрастет, если вместо параллельных накапливающих сумматоров- использовать накапливающие регистры с одноразрядными сумматорами (см. рис. 3.4, б).
К достоинствам кругового интерполятора , на ЦДА следует отнести наличие прямой связи между декартовыми координатами текущей точки и углом поворота радиуса-вектора.
Для того, чтобы обеспечить необходим|ые внешние Характеристики современных систем ЧПУ, необходимо обеспечивать скорость выдачи приращений 200——500 кГц при диапазоне представляемых величин 107——109. Используя наиболее быстродействующую из распространенных серий элементов серию К155, можно получить скорость суммирования 24-разрядных двоичных чисел около 1,25 МГц, а 32-разрядных — 1 МГц. Следовательно, для обеспечения необходимых характеристик коэффициент превышения частоты Л) должен находиться в пределах от 2 до 6. Описанные схемные реализации этого не обеспечивают,
В разработанных ранее интерполяторах, построенных на ЦДА с последовательным суммированием приращений, благодаря техническим решениям [А. с. 658528 (СССР), А. с. 741234 (СССР), А. с. 739566 (СССР) ] удалось обеспечить Л/ = 2, в макротакте, т. е. одна итерация выполнялась за два цикла суммирования. Однако число тактов в каждом суммировании оставалось* равно числу разрядов, поэтому получить скорость выдачи приращений более 30—40 кГц не удавалось. Это объясняется недостаточной для новых задач установленной вычислительной ' мощностью. Действительно, достигнутый коэффициент использования вычислительной мощности в этих устройствах был близок единице (система ЧПУ НЗЗ).
Методы, успешно применяемые при решении задачи в ЦДА с последовательным суммированием, оказались технически непригодными для снижения К/ в параллельных структурах, поэтому пришлось провести исследования, позволившие найти три принципиально новых технических решения, использование которых дало возможность создать линейно-круговые интерполяторы параллельного действия на ЦДА с /С/ = 2 ... 4.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИНИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТАПРЕВЫШЕНИЯ ЧАСТОТЫ В ИНТЕРПОЛЯТОРАХ НА ЦДА
Обеспечение однотактности суммирования и коррекции значения подынтегральной функции. Одним из недостатков интерполятора (см. рис. 3.6, а) является то, что в каждом такте А/ практически приходится выполнять две операции: суммирование значений подынтегральных функций и коррекцию значения подынтегральных функций, что снижает в 2 раза скорость итераций.
На рис. 3.7 изображена структурная схема линейно-кругового интерполятора (ЛКИ), лишенного этого недостатка [А. с. 807236 (СССР) ]. Интерполятор состоит из регистров Рг1——Ргб, построенных на JK-триггерах, работающих по заднему фронту импульсов' синхронизации, комбинационных сумматоров См1—Смб, элементов И1—И8, триггеров Tl, Т2, элемента И9 и блоков суммирования БС1——БС6. Интерполятор может работать в режимах линейной и круговой интерполяции. *
В режиме линейной интерполяции интерполятор работает следующим образом. В регистры Рг! и Рг2 заносится машинная единица ME. Приращение Ах заносится в регистры РгЗ и Рг5, а Ад — в регистры Рг4 и Ргб. Потенциал режима круговой интер-
f"
Рнс・ 3.7. Круговой интерполятор иа ЦДА с одиотактиым суммированием 50
поляции КИ отсутствует? поэтому элементы И5 и И6 закрыты.
По сигналу «Пуск» триггеры Т1 и Т2 устанавливаются в единичное состояние и открывают элементы И1 и И2, в результате чего импульсы /т. и начинают проходить через элементы И1 и И2 и поступать на входы элементов ИЗ и И4, которые управляются сигналами переноса сумматоров См1 и См2. В этот момент на выходе сумматора См1 стоит сумма _ машинной единицы, т. е. 10 000 ... 0, и Дх, а на выходе сумматора См2 сумма ME и Ар. Если эта сумма не создает сигнала переполнения, то элементы ИЗ и И4 закрыты и по заднему фронту импульса частоты /т.и указанные суммы заносятся в регистры Рг1 и Рг2, так как они построены на J/C-триггерах, работающих от заднего фронта синхроимпульсов.
К приходу следующего импульса значения, хранимые в регистрах Рг1 и Рг2, и приращения Дх и Ар образуют новые суммы на выходах сумматоров См1 и См2. Пусть при этом возникает переполнение сумматора См1. Тогда элемент ИЗ открыт и импульс /т.и проходит на выход интерполятора по оси X и одновременно на вход сигнала синхронизации регистра Рг5 и элемента И7. В результате этого сумма Дх + 1 (Ах в дополнительном коде) записывается в регистр Рг5 по заднему фронту.
Если на выходе сумматора был при этом сигнал «Перенос», это означает, что число импульсов, отработанных на оси X, равно Дх, элемент И7 открыт и с его выхода сигнал поступает на нулевой вход триггера Т1 и устанавливает его в ноль. При этом закрывается элемент И1.
Аналогично работает канал оси У. Когда обработка перемещения по У заканчивается, устанавливается в ноль триггер Т2, элемент И2 закрывается, а на выходе элемента И9 формируется сигнал «Окончание отработки кадра». Поскольку изменение состояния регистров происходит на заднем фронте синхроимпульсов, один и тот же импульс обеспечивает суммирование и подсчет значения отработанного перемещения Дх и Ар.
В режиме круговой интерполяции информация заносится в устройство следующим образом: в регистры Рг1 и Рг2 заносятся машинные единицы, в регистр РгЗ — значение % = R sin фн, в регистр Рг4 — Хц = R cos(рн, в регистр Рг5 ——Ах = R cos 中務一 —R cos фн, в регистр Ргб — Ар = R sin 必一R siri g, где R — радиус интерполируемой окружности;典，Фк — соответственно начальный и конечный углы поворота радиуса-вектора.
В схему вводится потенциал режима круговой интерполяции КИ, который открывает элементы И5 и И6. На вторые входы сумматоров См3 и См4 подаются коды《士 1》в зависимости от направления обхода дуги. Естественно, что под кодом «+1» понимается единица в младшем разряде, а под кодом «——1》一дополнительный код единицы, равный единице во всех разрядах, т. е. —1 = =111 ... 11.
Далее по сигналу «Пуск» триггеры Т1 и Т2 устанавливаются в состояние единицы и "открывают элементы И1 и И2. При этом
начинается работа интерполятора точно так же, как? описано выше в режиме линейной интерполяции, с той лишь разницей, что выходные сигналы элементов ИЗ, И4, проходя через элементы И5, И6 на синхронизирующие входы регистров Рг4, РгЗ, соответственно обеспечивают по своему заднему фронту корректировку значений подынтегральных функций в регистрах РгЗ, Рг4. При этом однотактность интерполятора сохраняется. Блоки суммирования БС1—БС6 можно заменить реверсивными счетчиками, построенными на /^-триггерах, работающих по заднему фронту, но это исключает проведение в них операции нормализации числа и обратной связи, о чем' будет сказано ниже.
Однако для решения некоторых задач возможности интерполятора, схема которого приведена на рис. 3.7, достаточны. В устройстве задания программы испытания приводов (БФДСУ) круговой интерполятор выполнен именно по этой схеме.
Нормализация подынтегральной функции и переноса импульсов коррекции. Описанный выше интерполятор (см. рис. 3.7) имеет серьезный недостаток: в рем № сильно зависит от заданных значений хн, Рн・ Действительно, если период сумматоров равен, например, 1000, а заданы хн = Рн = Ю, то для получения первого импульса переполнения понадобится 100 циклов суммирования, при разрядности порядка 107 понадобится уже около 106 циклов, т. е. для получения выходной частоты 200 кГц необходимо иметь тактовую частоту, равную 200-106 кГц. Однако в настоящее время такой элементной базы нет. Поэтому необходимо принимать специальные, меры для обеспечения значения К/ V 10. Это достигается с помощью линейно-кругового интерполятора G &《8 (рис. 3.8).
'Интерполятор может работать в режимах линейной и круговой интерполяции. В режиме линейной интерполяции интерполятор работает следующим образом. Исходная информация распределяется по блокам с выхода блока задания программы (на чертеже не показан)； А% заносится в счетчик Сч1 и регистр РгЗ, а Ау — в счетчик Сч2 и регистр Рг4. ■ Отсутствие единицы в старших разрядах регистров РгЗ и Рг4 приведет к открытию ключа И5 через элементы ИЛИ и HE1S и импульсы с выхода генератора ГИ через ключ И5 начнут поступать на входы регистров Рг1—Рг4.
R режиме линейной интерполяции с выхода блока БПР, предназначенного для формирования прямой и дополнительной единицы, в сдвиговые регистры Рг1 и Рг2 записаны нули. Сдвиги кодов в регистрах РгЗ и Рг4 продолжаются до тех пор, пока в стар- шем разряде одного из этих регистров не появится единица, которая через элементы ИЛИ и НЕ1 закроет ключ И5. Нормализация закончилась.
Теперь нормализованные коды приращений через ключи Бл И5 и Бл И6 передаются в сумматоры См3 и См4. После этого сигнал ненулевого состояния счетчиков Сч! и Сч2 по цепи- элемент И2, элемент НЕ2 открывает ключ И1@ пропуская тактовую частоту 52
с выхода генератора ГТИ на управляющие входы блоков БлИ1 и БлИ2, вызывая тем самым, передачу кодов, записанных в сумматорах См3 и См4, в сумматоры См1 и См2.
Импульсы переполнения сумматоров См1 и См2 подсчитываются счетчиками Сч1 и Сч2 и одновременно поступают на выход устройства. По достижении нулевого состояния счетчиками Сч1 и Сч2 по цепи элементов И2, НЕ2 закрывается ключ И1. Отработка участка линейной интерполяции закончена. При этом & окажется не больше 2, так как после нормализации в старшем разряде одного из регистров подынтегральной функции окажется единица.
В режиме круговой интерполяции нормализация только величин хн, ун недопустима, так как это означает увеличение заданного радиуса и, следовательно, полное искажение введенной информации. Искажения не будет, если одновременно со сдвигом хн, ун сдвигать прямую и дополнительную единицу в сдвиговых регистрах Рг1, Рг2. Действительно, если мы сдвинули хн, ун на т сдвигов и одновременно на столько же сдвинули в сторону старших разрядов обратные.связи, то тем самым просто сократили разрядность интерполятора путем отбрасывания младших разрядов. Однако для исключения переполнения сумматоров См3, См4 нормализацию надо заканчивать тогда, когда в разрядах, предшествующих старшему из регистров РгЗ или Рг4, появится
Рис. 3.8. Круговой интерполятор на ЦДА с нормализацией обратной связиРис. 3.8. Круговой интерполятор на ЦДА с нормализацией обратной связи
Рис. 3.8. Круговой интерполятор на ЦДА с нормализацией обратной связи
Рис. 3.8. Круговой интерполятор на ЦДА с нормализацией обратной связи
единица. Поэтому в режиме круговой интерполяции интерполятор работает следующим образом.
Первоначально хн и уа заносятся соответственно в регистры РгЗ и Рг《，а в регистры Рг1 и Рг2 заносятся с выхода блока Б ПР единицы прямого и дополнительного кодов. В счетчики Сч1 и Сч2 заносятся приращения Ах и Ду. При отсутствии единицы в старшем разряде регистров РгЗ и Рг4 ключ И5 открывается по цепи: элемент ИЛИ, элемент НЕ1 и импульсы генератора ГИ начинают сдвигать влево коды в регистрах Рг1——Рг4. Сдвиги заканчиваются тогда, когда появится комбинация 01... в старших разрядах регистров РгЗ или Рг4, что фиксируется выключением ключа И5 по цепи: элемент НЕ1, ИЛИ, ИЗ или И4. При этом одновременно происходит умножение единицы прямого и дополнительного кодов в регистрах Рг2 и Рг1 на 2力，где т ——число выполненных сдвигов. Значения хн и уп переписываются в сумматоры См3 и См4, а импульсы с выхода ключа И1 начинают поступать на управляющие входы блоков БлИ1 и БлИ2, переписывая содержимое сумматоров См3 и См4 в сумматоры См1 и См2.
Импульсы переполнения сумматоров См1 и См2 поступают на выход интерполятора, подсчитываются счетчиками Сч1 и Сч2 и поступают на управляющие в"ходы блоков БлИЗ и БлИ4, обесце- чивая тем самым корректировку кодов в накапливающих сумматорах на ±2^. Так продолжается до тех пор, пока счетчики Сч1 и Сч2 не придут в йулевое состояние и по цепи: элемент И2, элемент НЕ2 не закроют ключ И1. Отработка участка круговой интерполяции закончена.
Интерполятор опробован в макете СЧПУ «Дельта-122». Такой интерполятор в большинстве случаев обеспечивает К/ = 4, однако возможны комбинации хн, %, когда после нескольких итераций К/ возрастет до 8, Так как исчезнет единица в разряде, предшествующем старшему. Этот недостаток ликвидирован в предельном интерполяторе на ЦДА, при любых значениях 尤^ и р^ гарантирующем /С/ & 2. Интерполятор назван предельным, так как для принципа ЦДА невозможно снизить К больше, чем в этом интерполяторе. ‘
Предельный интерполятор на ЦДА. Предельный интерполятор, построенный по принципу ЦДА, гарантирует 七《2 [А. с. 962857 (СССР) ]. Его упрощенная схема, позволяющая понять принцип обеспечения К,《2, изображена на рис. 3.9. Как было показано, обычная нормализация обеспечивает & 3 2 для режима линейной интерполяции. Однако в режиме круговой интерполяции нормализация хн, уа до появления в старшем разряде невозможна, так как в процессе работы одна из величин хн, Ун будет увеличиваться, а другая ——уменьшаться, при этом, если большее значение будет увеличиваться, возможны переполнение разрядной сетки и искажение заданной информации.
Пусть Хд = 000010000, уп = 011111111, а интерполяция осуществляется против часовой стрелки, &・ е. радиус-вектор пово- 54
рачивается в направлении оси Y. После нормализации хн = н 000100000, Ун = 1 ] 11 ] 1110 нормализуется и перенос, поэтому после первого же шага по оси У значение ^а + 1 окажется равным 如 111111110
перенос + 0000000101000000000 1
т. е. произойдут переполнение разрядной сетки и искажение заданной информации. Следовательно, выполнять нормализацию до единицы в старшем разряде нельзя.
Если большая из величин хн, у^ равна» например, 000100000, то после нормализации она примет вид 010000000 и, следовательно, К/ окажется равным 4. Пусть 尤口 > Ун и нормализованное значение хн = 01000000. Движение задано в сторону оси К т. е. против часовой стрелки. Тогда после первого же шага по оси X в реверсивном счетчике окажется величина 无^ — 1, равная
/010000000
перенос000000010
боиТТТТТоJ
и» следовательно, Q окажется равным 8.
Для обеспечения К『= 2 без искажения информации во всех описанных случаях применили следующий прием. Так как большая из величин 尤日,^笈 в ходе отработки четверти окружности
Рис. 3.9. Предельный интерполятор иа ЦДА
не может измениться более чем в у^, то после нормализации до 01 в старших разрядах большей из величин единица может сместиться или только на один разряд вправо, или только на один разряд влево. Это и используется в предельном интерполяторе.
Он состоит из накапливающих сумматоров См1, См2, блоков Сч1, Сч2, реализующих функцию реверсивных счетчиков с нормализацией переноса, причем блоки См1, Сч1 образуют интегратор координаты X, а блоки См2, Сч2 — интегратор координаты У, сдвиговых регистров управления нормализацией промежуточной памяти Рг1, Рг2, блока БУН, блока управления БУ, элементов ИЛИ1—ИЛИ4, элементов И1——ИН. В исходном состоянии накапливающие сумматоры См1, См2 находятся в нолях или в них занесены машинные единицы, в регистры Рг1, Рг2 заносятся соответственно ^口 и хн, приращения А% и Ау заносятся в блок управления БУ. Знак коррекции ±1 на входах блоков Сч1, Сч2 определяют по знакам Дх, Ау. Схема выбора знака коррекции хн, у^ на рисунке не показана.
По сигналу «Пуск нормализации» блок БУН вырабатывает частоту нормализации fH, импульсы которой поступают на входы нормализации переноса блоков Сч1, Сч2 и на входы сдвига регистров Рг1 и Рг2 и вызывает сдвиг записанных в них значений в сторону старших разрядов. Сдвиги продолжаются до тех пор, пока в старших разрядах любого из регистров Рг! или Рг2 не окажется комбинация 010... . Тогда выдача частоты нормализации прекращается и на выходе блока БУН появляется сигнал «Окончание нормализации», который поступает на вход блока управления БУ в качестве сигнала《Пуск》.
Блок БУ вырабатывает импульс И1 перезаписи, который поступает на входы записи блоков Сч1, Сч2 и переписывает в них нормализованные значения р^, хн с выходов сдвиговых регистров Рг1, Рг2, Как только нор ма л изо ва н ные значения ун, %瓜 запишутся в блоки Сч1, Сч2, на входах элемента ИЮ на отрицательные сигналы окажутся два ноля и единица на одном из входов элемента ИЛИЗ и,, следовательно, на входах элемента И9 —— единичные потенциалы и единица на его выходе. Выходной сигнал элемента И9 открывает по первому входу элементы И4, И7, которые по второму входу управляются выходами старших разрядов сумматоров См1, См2.
Теперь на выходе блока управления БУ появляется рабочая частота /р. Она поступает на входа суммирования сумматоров См1, См2 и на стробирующие входы элементов И1, И2. При наличии единичного потенциала на выходе старших разрядов сумматоров См1, См2 элементы И4 или И7 оказываются открытыми и через элементы ИЛИ1, ИЛИ2 разрешающие потенциалы передаются на управляющие входы элементов И1, И2. Таким образом осуществляется стробирование переносов не из старшего, а из предыдущего разряда, чем обеспечивается К/《2.
Выходные сигналы элементов И1, И2 являются выходными импульсами интерполятора и, кроме того, выполняют корректировку значений хн, у^. Они подсчитываются в блоке БУ для определения окончания отработки дуги. При появлении единицы в старшем разряде любого из блоков Сч1 или Сч2 элемент ИЮ закрывается, а следовательно, закрываются элемент И9 и элементы И4, И7. Единичный сигнал появится на выходе элемента ИЛИ4 и откроет по первым входам элементы ИЗ, И6. Теперь выходные сигналы будут сниматься с выходов переносов из старших разрядов и значение К/《2 сохранится, а искажения информации не произойдет.
Если исчезнут единицы в разрядах, следующих за старшим, то на всех входах элемента И11 окажутся нули и на его выходе появится единичный сигнал, который откроет элементы И5, И8. Теперь переносы снимаются с выхода разряда, следующего за старшим. Условие К/《2 сохраняется. (На схеме для простоты не показаны элементы, блокирующие накопление информации в'старших разрядах сумматоров См1, См2 при съеме переполнений с выходов младших разрядов). Если в программе задано число, близкое к максимальному, то возможно, что к моменту «Пуск нормализации» единица уже будет в старшем разряде регистра Рг1 или Рг2. В Зтом случае нормализация не выполняется, но вырабатывается сигнал «Окончание нормализации», который запускает блок БУ. При этом интерполятор сохраняет работоспособность, так как не может произойти переполнения в блоках С；ч1, Сч2 по следующей причине. При десятичном задании информации в программе и двоичном представлении ее в интерполяторе максимальное двоичное число в 1,6 раза превышает максимальное десятичное, а изменение приращения при круговой интерполяции не может быть больше /2, т. е. заведомо меньше 1,6, Действительно, при работе с семиразрядными десятичными цифрами мы работаем с 24-разрядными двоичными. Но мы можем задать в программе максимальное число 9999999, а интерполятор может 'работать с числами, превышающими 16-106 и равными 224— 1. Поэтому и в этом случае интерполятор остается работоспособным, что проверено в системе «Дельта-122».
В заключение можно сказать, что К/ = 2 является предельным для интерполяторов на ЦДА и добиться К/ = 1 принципиально невозможно, так как для кода 100 ... 0 /С/ = 2. Но простота связи угла поворота и декартовых координат конечной точки радиуса-вектора делают такой интерполятор иногда незаменимым, например при нарезании резьб.
При резьбонарезании интерполятор на ЦДА (рис. 3.10) практически не требует дополнительного, оборудования [А. с. 555381 (СССР) 1. Действительно, если число импульсов за оборот датчика резьбонарезания ДРН совпадает с периодом сумматора подынтегральной функции ЦДА, то для нарезания резьбы (даже конической) достаточно простейшей схемы.
Рис. 3.10. Схема нарезания резьбы с помощью интерполятора иа ЦДАРис. 3.10. Схема нарезания резьбы с помощью интерполятора иа ЦДАРис, 3.11- Коническай резьба и ее параметрыРис, 3.11- Коническай резьба и ее параметры
Рис. 3.10. Схема нарезания резьбы с помощью интерполятора иа ЦДА
Рис. 3.10. Схема нарезания резьбы с помощью интерполятора иа ЦДА
Рис, 3.11- Коническай резьба и ее параметры
Рис, 3.11- Коническай резьба и ее параметры
Если в регистры подынтегральной функции координат X и Z мы занесем соответственно значения шага / резьбы вдоль оси X и шага К резьбы вдоль оси Z (рис. 3.11), то при подаче на управляющие входы блоков ключей БлШ и БЛИ2 частоты с выхода датчика ДРН количество переполнений за один оборот на выходе соответствующего сумматора См1 и См2 будет равно заданным шагам / и Л резьбы. Действительно, пусть период сумматоров См1 и См2 равен 4096 и число импульсов за один оборот датчика равно 4096. Пусть / = 250, К = 1050, тогда на каждый оборот датчика на выходе переполнения сумматора См1 число импульсов по оси X равно (250- 4096)/4096 = 250, а на выходе сумматора См2 число импульсов по оси Z равно (1050Л096)/4096 = 1050.
Следовательно, эта схема, совпадающая по составу со схемой кругового интерполятора (см. рис. 3.8), реализует нарезание не только цилиндрических или торцовых, но и конических резьб. При этом единственным дополнительным оборудованием по сравнению с линейным или линейно-круговым интерполятором являются датчик резьбонарезания ДРН (см. рис. 3.10) и синхронизатор пуска СС. Синхронизатор необходим для того, чтобы при нарезании резьбы за несколько проходов резец каждый раз попадал в нитку, поэтому включение частоты датчика /д на вход интерполятора осуществляется не по обычному сигналу «Пуск», а после синхронизации его маркерным сигналов М датчика ДРН, который вырабатывается один раз на один об орот.
ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ПО ОЦЕНОЧНОЙ ФУНКЦИИ
Общим приемом для всех интерполяторов, работающих по принципу оценочной функции, является анализ знака оценочной функции, на основании которого делается шаг по той или иной координате, с последующим вычислением нового ее значения и
коррекцией соответствующей координаты текущей точки [6]. Рассмотрим использование оценочной функции для различных видов интерполяции.
Линейная интерполяция по оценочной функции. Пусть надо выполнить интерполяцию отрезка прямой, заданной приращениями Ах, Ар (рис. 3.12). Условимся, что если текущая точка находится ниже прямой .а, то оценочная функция и > 0 и следующий шаг необходимо делать по оси X, если точка находится ниже этой прямой, то и < 0 и следующий шаг необходимо делать по оси К Таким требованиям удовлетворяют следующие функции； 〃t,丁 = а〃у — а или иг,? = tg %,丁 一 tg а, а так как tga — =Ay/&v; tg a/( ； =^ у j/xit to uitJ =分爲一Ap/Av или
以尸A匆一A队. (3.7)
Условимся, что шаг по оси X необходимо делать и при и == 0. Пусть первоначально 〃 = 0. Делаем шаг по оси X. Тогда новое значение координаты xi+1 = 尤》+ 1. Определим новое значение оценочной функции. Для этого подставим значение хг+1 в формулу (3.7) и получим %〃, 丁 = 入无川一 Ар (也 + 1)= 厶尤刃一 —Az/Xi — Ар или
После шага по оси У при « < 0 получаем новое значение 乡立1 = Pj + L Тогда новое значение оценочной функции %,内— 工 Ах (pj + 1) — Ap%t = ^xyj + Ax —— 总к» или
修，川= 〃t,j+A"
Линейный интерполятор, работающий по принципу оценочной функции, изображен на рис. 3.13.
Перед началом отработки заданного участка информация распределяется по блокам интерполятора следующим образом: Ах в прямом коде заносится в регистр Рг1, а в дополнительном копе в счетчик Сч1, Ар в дополнительном коде заносится в Рг2 и Сч2. Накапливающий сумматор См сброшен в ноль. Триггеры Т1, Т2 сигналом предварительной установки ПУ сброшены в ноль.
По сигналу «Пуск» оба триггера Т1 и Т2 устаналиваются в единичное состояние и своими единичными выходами подают разрешающие потенциалы на входы элементов И1 и И2. На вторые входы этих элементов поступают импульсы f аргумента, а третьи входы управляются сигналами 〃》0 и и < 0 соответственно. Пусть 〃耳 0. Тогда открыт элемент И1, его выходной сигнал поступает на выход интерполятора, на вход счетчика Сч1 и через элемент задержки 3д1 на вход блока БлШ. Элементы И блока БлИ 1 открываются, дополнительный код величины Ард добавляется к содержимому сумматора См.
Если знак оценочной функции после этого не изменится, то следующий шаг будет сделан по оси X и цикл повторится. Если знак оценочной функции изменится, т. е. ы < 0, то следующий
Рнс. 3.12. График, поясняющий принцип линейной интерполяции по оценочной функцииРнс. 3.12. График, поясняющий принцип линейной интерполяции по оценочной функцииРис. 3.13. Линейный интерполятор по оценочной функции с поочередным шагомРис. 3.13. Линейный интерполятор по оценочной функции с поочередным шагом
Рнс. 3.12. График, поясняющий принцип линейной интерполяции по оценочной функции
Рнс. 3.12. График, поясняющий принцип линейной интерполяции по оценочной функции
Рис. 3.13. Линейный интерполятор по оценочной функции с поочередным шагом
Рис. 3.13. Линейный интерполятор по оценочной функции с поочередным шагом
импульс частоты пройдет через элемент И2 на выход интерполятора по оси У, на вход счетчика Сч2 и через элемент задержки Зд2 на блок БлИ1, при этом элементы И блока БлИ1 открываются и Ах в прямом коде суммируется ,с содержимым сумматора См. Если знак оценочной функции остается отрицательным, следующий импулъс частоты / также пройдет через элемент И2 и цикл повторится.
Таким образом, в зависимости от знака функции « импульсы частоты / будут распределяться по каналам X и У. Так будет продолжаться до тех пор, пока по оси X не пройдет Ах импульсов, при этом счетчик Сч1 переполнится и импульсом переполнения сбросит в ноль триггер Т1. Элемен^ И1 закроется. Отработка перемещения по координате X закончена. Когда отработается заданное перемещение по координате У, переполнится счетчик Сч2 и сбросит в ноль триггер Т2. Элемент И2 закроется. Когда оба триггера Т1 и Т2 окажутся в нуле, на выходе элемента ИЗ появится сигнал «Окончание отработки». Участок прямой, заданной величинами Дх, Ар, отработан. При этом на вход интерполятора поступило число импульсов частоты f, равное Ар + Ау・
Следовательно, для такого интерполятора физический смысл входных импульсов — суммарное перемещение по координатам. Соответственно и выходные частоты /х и /у связаны с частотой / следующим соотношением / = /х + /у, т. е. К/ = L Так работает интерполятор с пооочередным шагом по координатам.
Более высокими частотными характеристиками обладает ЛИ с принудительным шагом по большей координате. Пусть А% > > Ду. Тогда мы можем каждый импульс частоты f пропускать на выход по координате X независимо от знака оценочной функции, а при « < 0 делать двойной шагл т. е, одновременно пропускать импульс на выход интерполятора по координатам X и Y, Это позволяет получить контурную скорость на выходе интерполятора выше тактовой частоты на входе. При Дх = Ар это превышение равно /2/ Кроме того, в СЧПУ с таким интерполятором проще поддерживать контурную скорость. После шага по большей оси (оси X) новое значение оценочной функции будет иметь вид:
После двойного шага новое значение функции u注 1门+f=以з j + Ах 一 Ay,
т. е. после двойного шага нужно сделать два такта суммирования. 11тобы этого избежать, можно предварительно вычислить Д« =
Ах — Ау, и тогда 修+工，/+г = u^j + А«.
Структурная схема ЛИ с одновременным шагом приведена на рис. 3」4. Перед началом работы информация распределяется i；q блокам интерполятора следующим образом. Значение Д« ~ 弋 Ах — Ау в прямом коде (и > 0) заносится в Рг1, Ад в дополни- гсльном коде заносится в Рг2, Ах и Ар в дополнительном коде заносятся в Сч1 и Сч2. Триггеры Т1 и Т2 в ноле.
Рис. 3.14. Линейный интерполятор по оценочной функции с одновременным шагом
По сигналу «Пуск» триггера Т1 и Т2 устанавливаются в единичное состояние, при этом на выходе элемента ИЗ появляется нулевой потенциал, единичный потенциал появляется на выходе элемента НЕ2 и открывает элемент И4. При этом импульсы частоты / начинают проходить через элемент И4 на входа элементов И1, И2, открытых по вторым управляющим входам единичными выходными сигналами триггеров Tl, Т2. Теперь каждый импульс частоты проходит с выхода элемента И4 на выход интерполятора по координате X и на вход счетчика Сч1. При 〃》0 импульсы проходят через элементы И1 и 3д1 на управляющий вход блока БлИ2 и прибавляют к содержимому сумматора См значения Ад в дополнительном коде. При и < 0 открывается элемент И2 и с его выхода импульс проходит на выход интерполятора и вход-счетчика Сч2 по координате Y одновременно с импульсом по координате X. Причем в этом случае выходной импульс элемента И2 проходит через элемент Зд2 и открывает блок БлИ1. Значение Ди добавляется к содержимому сумматора См. Так продолжается до тех пор, пока импульсы переполнения счетчиков Сч1 и Сч2 не сбросят в ноль триггеры Tl, Т2. При этом закрываются элементы И1, И2, И4, а на выходе элемента ИЗ формируется сигнал «Окончание отработки».
За время отработки отрезка прямой на вход интерполятора с выходом элемента И4 пройдет число импульсов, равное большему из приращений. Так работает ЛИ по оценочной функции с принудительным шагом- по большей координате. Если накапливающий сумматор См реализовать по схеме комбинационный сумматор—регистр на J/C-триггерах, работающих по заднему фронту, то элементы Зд1, Зд2 можно исключить и ЛИ станет чисто однотактным.
Недостатком ЛИ, построенных по принципу оценочной функции, является отсутствие внутренней константы, эквивалентной периоду накапливающего сумматора интерполятора, построенного на ЦДА. Это усложняет или делает невозможным выполнение некоторых функций и, кроме того, усложняет возможность увеличения числа координат, так как многокоординатные интерполяторы в этом случае приходится выполнять в виде набора двухкоординатных интерполяторов, причем большее из приращений заносится в качестве общей координаты во все интерполяторы. Например, если необходимо отработать линию, заданную приращениями Ах, Ag, An, причем Ах > Ag, Ах > An, то приходится вести одновременно интерполяцию двух отрезков Ах, Ар и Ах, Az в двух независимых ЛИ, связанных общей частотой 厶 поступаю* щей на входы элементов И1, И2 (рис. 3.13) или И4 (рис. 3.14), но при этом объем электронного оборудования трехкоординатного ЛИ равен объему двух двухкоординатных ЛИ. Поэтому построение многокоординатных ЛИ по оценочной функции, как правило, невыгодно, ибо при этом резко возрастает объем электронного оборудования. Построение таких интерполяторов с последо-
нательным обсчетом координат возможно, а иногда и выгодно, но при этом Kf возрастает пропорционально числу координат и, следовательно, теряется его основное преимущество — быстродействие.
Круговая интерполяция по оценочной функции. Оценочная функция, с помощью которой можно осуществить интерполяцию окружности, имеет вид；
以九了 =宕+或一R‘・ (3.8)
Тогда (рис. 3.15) при 〃》0 шаг необходимо делать по оси У, а при 江 < 0 — по оси X, причем после шага по оси X новое значение оценочной функции можно определить, подставив в формулу (3.8) вместо Xi величину х/+1 = %工 + 1, тогда
修-MJ ~ (修 + I)' + У； — R*
или с учетом формулы (3.8)
^t+l, j = "i, j + 2芻 + 1 .
После шага по оси Y новое значение оценочной функции можно определить, подставив в формулу (3.8) вместо у/ величину yj+1 = = у『 一 1. Тогда значение оценочной функции после шага по оси У окажется равным
, 〃£, /4-1 =忌 + (劣—' I)2 — R、 или с учетом формулы (3.8)
〃з j+i 二 〃t, j — 2川 + L
Таким образом,- после ш^га по оси X необходимо добавить в сумматор величину 2х» + 1, а после шага по оси Y величину ——2yj + 1, т. е. в любом случае добавляется единица и прямой или дополнительный код величин 2尤储 2у. После этого необходимо откорректировать значения х； и у」для получения %t+i = %t + 1 и Уj+i = У/ — L п _ _
Структурная схема КИ дана на рис. 3.16. Перед началом работы сумматор См1 сброшен в ноль, в счетчик Сч1 заносится 2хн в прямом виде, а в счетчик Сч2 ——2yH в дополнительном коде, в счетчики СчЗ, Сч4 ——Ах, Ау в дополнительном коде. Триггеры Т1, Т2 сигналом ПУ сброшены в ноль. По сигналу《Пуск》оба триггера Т1, Т2 устанавливаются в состояние единицы.
В результате по цепи элементов И4, НЕ2 открывается элемент И1 и импульсы частотой / с его выхода начинают поступать на входы элементов И2, ИЗ и через элемент задержки Зд5 — на вход добавления единицы См!. Так как в См1 в первый момент ноль, то единичный сигнал имеется на выходе элемента НЕ1, т. е. 〃》0. Поэтому открывается элемент ИЮ и на выходе интерполятора по координате Y появится импульс, который поступит на вход счетчика Сч4, а через элемент задержки ЗдЗ —— на вход блока БлИ2 и добавит 2уд к содержимому См1, осуществляя коррекцию оце-
ночной функции на величину ——2yH + 1, а через элемент задержки Зд4 вычисляется значение ун — 1. Так как в Сч2 занесена величина 2扌小 то в него необходимо добавить +2. Теперь знак оценочной функции становится отрицательным (и < 0). Поэтому следующий импульс пройдет через элемент ИЗ на выход интерполятора по координате Х и на вход счетчика СчЗ, а через элемент задержки 3д1 на блок элементов БлИГ, добавляя тем самым 2хн в накапливающий сумматор См1, куда через элемент задержки Зд5 одновременно добавляется единица. Следовательно, содержимое сумматора См'1 корректируется на величину 2хн + 1, а через элемент задержки Зд2 добавляет двойку в счетчик Сч1, осуществляя тем самым коррекцию хн + 1.
В соответствии со сменой знака оценочной функции КИ будет распределять импульсы частоты / по координатам X, Y так, как это описано выше. Так будет продолжаться до переполнения счетчиков СчЗ и Сч4. Сигналы их переполнения сбросят в ноль триггеры Tl, Т2. Срабатывает элемент И4, и через элемент НЕ2 закрывает элемент И1. Отработка заданного участка дуги закончена.
Преимуществом кругового интерполятора, построенного по принципу оценочной функции, является то, что при любом радиусе и длине дуги ошибка не накапливается и осуществляется интерполяция окружности, а не раскручивающейся спирали Архимеда. Кроме того, при любых значениях R каждый входной импульс появляется на выходе без всяких специальных мер (нормализации), как в ЦДА, а К/ = 1. В таком интерполяторе меньше
оборудования, так как в нем всего один накапливающий сумматор.
Органическим недостатком является отсутствие связи между декартовыми координатами X, У я углом поворота радиуса- вектора, так как физическим смыслом импульса аргументов является сумма приращений по осям X, Y. Недостатком приведенной схемы является также наличие двух внутренних микротактов коррекции значения оценочной функции и коррекции значения текущей координаты. Однако этот недостаток легко устранить реализацией накапливающего сумматора в виде комбинационного сумматора и регистра на //(-триггерах, работающих по заднему фронту, и использованием счетчиков, работающих по заднему фронту. Блоками элементов БлИ1 и БлИ2 в этом случае управляют непосредственно с выхода знакового разряда сумматора и элемента НЕ1. Тогда подтакты становятся ненужными и интерполятор по быстродействию в 2 раза превышает аналогичный интерполятор на ЦДА. Последним недостатком является уменьшение в 2 раза предельного задаваемого радиуса, так как в счетчики Сч1 и Сч2 заносится удвоенное значение хн и уп. Следовательно, при разрядности интерполятора 10е можно задавать радиус только 5-105. Этот недостаток также устраним путем включения счетного триггера на входе переноса младшего разряда сумматора См1.
Интерполяция эллипсов, гипербол и парабол по оценочной функции. Практически для любой функции вида у = / (х) можно найти оценочную функцию и построить интерполятор.
Для параболического интерполятора у ~ зг оценочная функция 4, / = х? — у/・(3.9)
Она позволяет воспроизвести зависимость, показанную на рис. 3.17, а. При 〃》0 ——шаг по оси X, при и < 0 — по оси У. После шага по оси X получаем новое значение х/+1 = х, + 1, а после шага по оси Y — yj+1 = yj + 1. Тогда после шага по оси X новое значение оценочной функции 〃讣工，； =(хг + I)2 — у〃 а с учетом (3.9)
修+з / = 〃力 / + 2修 + 1-
При шаге по оси Y новое значение оценочной функции и^ ；+1 = =х?—⑨ + 1), а с учетом (3.9)
〃工，『〃 =%, / — 1， т. е. параболический интерполятор — это круговой интерполятор с заблокированным блоком элементов БИ4 (см. рис. 3.16).
Гиперболический интерполятор реализует функцию Л = х-у. Оценочная функция для него примет вид
以订-修刃—4.(3.10)
6565При 以》0 — шаг по оси Y (рис. 3.17, 6), при и < 0 ——шаг по оси X, причем xi+1 = х» + 1, а у；+1 = у； — 1. Тогда после
65
65
Рис. 3.17. Интерполяция по оценочной функции:
а — параболическая; б — гиперболическая; е — эллипса
шага по оси X новое значение оценочной функции и/+1> ； = (%» + + 1)分—4, или с учетом (3.10)'
修+恥了 = 〃3j + д力
После шага по оси Y новое значение оценочной функции «i, 7+1 = Xi (幻一1) — Л, или с учетом (3.10)
〃3 j+i = %,』—修,
т. е. это есть схема линейного интерполятора (см. рис. 3.13) с коррекцией значений начальных приращений хн, Ун соответственно по закону Xf+i =修 + 1 я ум =办一1. Если направление обхода гиперболы изменится на противоположное, что %»+工= =修一1, а у 川=刃 + 1 н, следовательно, на пр от и воположное изменится корректировка оценочной функции.
Уравнение эллипса имеет вид х2/а2 + 炉/匕2 =】или 尤2b2 + + у202 4 a2b2.
Тогда оценочная функция примет вид
%,j =不吋 + y%2 —02b2.
При 〃》0 (рис. 3.17, 8)— шаг по оси Y и у}+1 = у3 — 1, а при 〃 V ° ——шаг по оси X и х；+1 = %» + 1. Тогда после шага по/ оси Y
%"+1 = ь* + а2 (у； — I)2 — а皆=Мх?十 a2yj + 2a% 十酒—а%
ИЛИ
修,J+1 =修“ + 2 叫h + 球・(3.11)
Соответственно после шага по оси X
修+匕_/ =/，j + 2炉修+ь2.(3.12)
Из формул J3.11) и (3.12) следует, что при произвольном1 со- отношении осей интерполятор, построенный по принципу оценоч- н°й функции, будет иметь низкие частотные характеристики, так как после каждого шага придется выполнять операцию умно- жения Для получения 2а2у； и 2Ь2хг. Для частного случая а = 26, который встречается в токарных станках при ценах отсчета по 66
осям, например, х = 0,005 мм, 2 = 0,01 мм или х = 0,0005 мм, z = 0,001 мм, интерполятор достаточно прост, так как функция 〃/, / = *： + 4У； — R*
где а = R, b = R/2, тогда после'шага по оси X, учитывая, что хм = Xi + 1, a yJ+1 =刃一1, получим
修〃戸=〃i, j + 2片 + 1,
а после шага по оси К учитывая, что 勿工=川一1, получим
j+i =%，丁 一 8川 + 4.
Следовательно, мы возвращаемся к схеме кругового интерполятора, но yj имеет два дополнительных сдвига влево и вместо единицы к сумматору добавляется 4. Интерполятор эллипсов с К/ = =2 ... 4 при любом соотношении осей рассмотрен в гл. 4. Близкий к описанному выше интерполятору интерполятор эллипсов описан в [19]. “
Нарезание резьб интерполятором по оценочной функции. Интерполяторы по оценочной функции не имеют внутренней константы, аналогичной периоду накапливающего сумматора интерполятора, построенного на ЦДА. Поэтому для реализации резьбо- нарезания необходимо использовать одну из координат для искусственной организации внутренней константы. В эту координату заносится число отсчетов датчика резьбонарезания ДРН за один оборот, а сам интерполятор включается по схеме следящего ин
терполятора.
равное числу отсчетов датчика 《Пуск», засинхронизированным устанавливается в состояние единицы, и на первом входе элемента И появляется разрешающий потенциал.С приходом частоты /д с выхода датчика ДРН на единичный вход триггера Т2 он также устанавливается в единицу, и на втором управляющем входе элемента И появляется разрешающий потенциал. Поэтому импульсы с выхода генератора Г через элемент И поступают на вход аргумента интерполя-равное числу отсчетов датчика 《Пуск», засинхронизированным устанавливается в состояние единицы, и на первом входе элемента И появляется разрешающий потенциал.С приходом частоты /д с выхода датчика ДРН на единичный вход триггера Т2 он также устанавливается в единицу, и на втором управляющем входе элемента И появляется разрешающий потенциал. Поэтому импульсы с выхода генератора Г через элемент И поступают на вход аргумента интерполя-Рис. 3.18. Нарезание резьбы с помощью интерполятора по оценочной функцииРис. 3.18. Нарезание резьбы с помощью интерполятора по оценочной функцииУстройство для резьбонарезания цилиндрических или торцовых резьб (рис. 3.18) состоит из двухкоординатного интерполятора Инт, генератора Г высокой частоты, элемента 耳，триггеров Tl, Т2, синхронизатора СС и датчика ДРН. Для нарезания цилиндрической резьбы в канал Z интерполятора заносится шаг К резьбы и длина Az резьбы, во второй канал заносится число ^, ДРН за один оборот. Сигналом в СС маркером М, триггер Т1
равное числу отсчетов датчика 《Пуск», засинхронизированным устанавливается в состояние единицы, и на первом входе элемента И появляется разрешающий потенциал.
С приходом частоты /д с выхода датчика ДРН на единичный вход триггера Т2 он также устанавливается в единицу, и на втором управляющем входе элемента И появляется разрешающий потенциал. Поэтому импульсы с выхода генератора Г через элемент И поступают на вход аргумента интерполя-
равное числу отсчетов датчика 《Пуск», засинхронизированным устанавливается в состояние единицы, и на первом входе элемента И появляется разрешающий потенциал.
С приходом частоты /д с выхода датчика ДРН на единичный вход триггера Т2 он также устанавливается в единицу, и на втором управляющем входе элемента И появляется разрешающий потенциал. Поэтому импульсы с выхода генератора Г через элемент И поступают на вход аргумента интерполя-
Рис. 3.18. Нарезание резьбы с помощью интерполятора по оценочной функции
Рис. 3.18. Нарезание резьбы с помощью интерполятора по оценочной функции
3*3*67
3*
3*
тора, который распределяет их но каналам Z и JV, Импульсы с выхода координаты N поступают в привод станка и осуществляют управление резьбонарезанием, а каждый импульс с： выхода координаты поступает на нулевой вход триггера Т2 ^сбрасывает его в ноль. ；：
Таким образом, на каждый импульс частоты /д с выхода датчика ДРН с выхода интерполятора 耳。оси N поступаем тоже один импульс. Но между координатами линейного интерполятора существует линейная зависимость, следовательно, пока с выхода координаты N уйдет ^ импульсов, с выхода координаты ；Z уйдет К импульсов, т. е. обеспечивается царезание резьбы с заданным тагом、
Недостаток схемы — невозможность нарезанця конической резьбы при использовании двухкоординатного интерполятора. Для нарезания конической р^ьбы необходим ^рехкоординатный интерполятор, объем электронного оборудования которого в 2 раза больше, чем двухкоординатного, причем во всех остальных режимах он будет йсполЬзоваться как двухкоорДиндтй^й. Следовательно, такой интерполятор нерационален.
Гибридный интерполятор. Интерполятор, схема которого приведена на рис. 3.19, назван гнбрйднум, так как в режиме круговой и линейной интерполяции, он работает по прийц^Иу оценочной функции, а в рёжиме резьбонарезайия интерполяция осуществляется по принципу ЦДА. Благодаря этому 0н объединяет в себе преимущества интерполяторов обоих типов； и свободен от их недостатков. Интерполятор н加ет минимальные значения коэффициентов К力 Ку, Кс и т. д., подобно двухкоорК^натному интерполятору, построенному по оценочной функции, Но в состоянии осуществлять резьбонарезание, как двухко^рдин^тный интерполятор на ЦДА или как трехкоординатный по оцёйо^ной функции.
Гибридный интерполятор состоит из 12-ти разрядных накапливающих сумматоров См1 и См2, в которые входят соответственно запоминающие регистры Рг5, Ргб^ построенные на J/(-триггерах и поэтому работающие по_ заднему фронту, и комбинационные сумматоры См3 и См4; блока элементов ИЛИ БлИЛИ1, блоков БлИ1, БлИ2 элементов. И, счетчиков Сч1, Сч2, сдвиговых регистров Рг1 й Рг2, счетчиков СчЗ, Сч4, регистров РгЗ, Рг4, элемента ИЛИ1, элементов И1—ИЗ, элементов ИЛИ2—ИЛИ5; блока управления управляемого делителя Т1, датчика резьбонарезания ДРН.
Работа интерполятора основана на том, что датчики резьбонарезания вырабатывают за один оборот шпинделя^ 2048 (датчик типа ДДР) или 4096 (датчик тапа ВЕ-106) импудасов.. Поэтому для осуществления резьбонарезания необходим $интёрполятор с периодом (внутренней константой) 2048 или 4096^ что соответствует 11- и 12-разрядному сумматору. Линейно-круговые интерполяторы современных систем ЧПУ работают с диапазоном представляемых величин не менее чем 9999999, что как раз соответствует диапазону двоичных чйсел 22% Таким образом, разряд-
ность интерполятора в режиме линейно^ и круговой интерполяции в 2 раза больше, чем разрядность интерполятора при резьбонаре- зании.
Для нарезания конических резьб необходимо иметь два интерполятора на ЦДА с сеткой в 12 разрядов, но в интерполяторе по оценочной функции имеется один сумматор с разрядной сеткой в 24 разряда. Следовательно, если в режимах круговой и линейной интерполяции сумматор использовать как единое целое, а в режиме резьбонарезания как два независимых сумматора по 12 разрядов, то этим достигается поставленная цель без дополнительных затрат оборудования.
При линейной интерполяции информация распределяется по блокам интерполятора следующим образом. В регистры промежу-
Рис. 3.19. Гибридный интерполяторРис. 3.19. Гибридный интерполятор
Рис. 3.19. Гибридный интерполятор
Рис. 3.19. Гибридный интерполятор
точной памяти РгЗ и Рг4 заносятся значения A%, Az в дополнительном коде, в регистр Рг1 — Az в дополнительном коде, а в регистр Рг2 ——А% в прямом коде. Для сокращения числа связей、 регистры Рг1—Рг4 выполняются сдвиговыми и занесение информации в них осуществляется последовательным кодом младшими разрядами вперед за 24 тактовых импульса, что упрощает связь со схемой перевода 102.
Импульс управления ИУ, поступающий с выхода центрального устройства управления СЧПУ (на рис. 3.19 не показано), переписывает значения A%, Az из регистров Рг1——Рг4 в счетчики Сч1—— Сч4 соответственно. В режиме линейной интерполяции на входе интерполятора имеется потенциал ЛИ, который поступает на входы элемента И ЛИ 5 и блока управления БУ. Выходной сигнал элемента ИЛИ5 поступает на вход элемента И2, в результате чего выход переполнения старшего разряда сумматора См4 оказывается подключенным ко входу переноса младшего разряда сумматора См3, благодаря чему элементы Рг5, Ргб, См3, См4 образуют один накапливающий сумматор с числом разрядов 24.
По сигналу《Пуск》блок БУ начинает коммутировать импульсы частоты f в зависимости от знака оценочной функции в каналы X или Z. Так, при 以，0 шаг делается по оси X и в сумматоры См1 и См2 добавляется до пол ните ль ный код Az^ с выходом счетчика Cxi по цепи: блок БлИ1, блок БлИЛИ!. Для чего с выхода блока БУ при 以》0 на вход блока БлИ1 элементов И через элемент ИЛИ4 подается разрешающий потенциал, а на вход суммирования' накапливающего сумматора См1 (См2) синхроимпульс (СИ).
Выходной импульс блока БУ координаты X через элемент ИЛИ2 поступает также на вход ёчетчика Сч4 определения окончания отработки перемещения. При и < 0 блок БУ коммутирует импульс частоты f в канал координаты Z через элемент ИЛИ1, вырабатывает синхроимпульс СИ записи информации в накапливающие сумматоры См1, См2, и потенциал, который через элемент И ЛИЗ открывает блок БлИ2 элементов И и обеспечивает коммутацию ко входу накапливающего сумматора приращения Ах с выхода счетчика Cq2 по цепи: блок БлИ2, блок БлИЛИ1.
Кроме того, каждый импульс по координате Z подсчитывается счетчиком СчЗ для определения окончания отработки. В режиме линейной интерполяции на вход переноса младшего разряда сумматора См4 постоянно поступает потенциал нуля. Распределение импульсов по каналам X, Z продолжается до тех пор, пока не. переполнятся счетчики СиЗ, Сч4. Когда на вход блока БУ поступят сигналы переполнения обоих счетчиков СчЗ, Сч4, блок БУ перестанет коммутировать импульсы частоты f. Отработка прямой, заданной приращениями Ах, Az закончена.
В этом режиме работа гибридного интерполятора практически не отличается от работы обычного ЛИ по оценочной функции. В режиме круговой интерполяции на входе интерполятора имеется потенциал КИ, который через элемент ИЛИ5 открывает элемент
И2 и объединяет накапливающие сумматоры См1 и См2, а также поступает на вход блока БУ. Информация по блокам интерполятора в этом режиме распределяется следующим образом. В регистр Рг1 заносится К = z^ в дополнительном коде, в регистр Рг2 — величина Z = хн в прямом коде, в регистры РгЗ и Рг4 соответственно приращения Лг — zK — 2Н и Лх = хк ——хн также в дополнительном коде. По импульсу ПУ эти значения переписываются соответственно в счетчики Сч1, Сч2, СчЗ, Сч4.
По сигналу «Пуск» блок БУ начинает коммутировать импульсы частоты f в каналы координат X, Z через элементы ИЛИ2, ИЛИ1 в зависимости от знака оценочной функции вида и^ ,=尤? + 芍 —— —R* Так, при 以》0 шаг делается по координате Z, при и < < 0 — по координате X. При 以》0 блок БУ вырабатывает потенциал, который через элемент ИЛИ4 поступает на управляющий вход блока БлИ1 элементов И, импульс по оси Z и импульс СИ, поступающий на вход накапливающих сумматоров См1, См2. Это обеспечивает добавление к значению оценочной функции в накапливающих сумматорах значения 2гд по цепи: блок БлИ1, блок БлИЛИ!, сумматоры См1, См2. Удвоение осуществляется за счет то2, что при КИ к входу переноса младшего разряда сумматора См4 присоединен выход счетного триггера, на вход которого подаются импульсы частоты /. Таким образом, этот триггер заменяет собой младший разряд сумматора оценочной функции.
Выходной импульс координаты Z поступает на вход счетчика Сч1, добавляя единицу (тем самым уменьшая на единицу значение 2Н, так как она хранится там в дополнительном коде), и на вход счетчика СчЗ. .
При « < 0 блок БУ вырабатывает потенциал, который через элемент ИЛЙЗ поступает на управляющий вход блока элементов ВлИ2, импульс по оси X и импульс СИ, поступающий на вход накапливающих сумматоров См1, См2. Это приводит к добавлению к оценочной функции и в накапливающих сумматорах См1, См2 значения 2хн в прямом коде по цепи: блок БлИ2, блок БлИЛИ!, сумматоры См1, См2.
Удвоение кода осуществляется так же, как и при суммировании кода гд. Выходной импульс координаты X поступает на вход счетчика Сч2, добавляя единицу и тем самым увеличивая на единицу хн> и на вход счетчика Сч4. Интерполяция заканчивается, когда на входы счетчиков СчЗ, Сч4 поступит число импульсов, равное соответственно Az, А%. При этом оба счетчика СчЗ, Сч4 вырабатывают сигналы переполнения, которые поступают на блок БУ, в результате чего отработка дуги окружности прекращается.
В режиме резьбонарезания на входе интерполятора присутствует потенциал резьбонарезания РН, поступающий на 'входы делителя Т1, элементов ИЛИ1—ИЛИ4, а потенциалы ЛИ, КИ отсутствуют. Поэтому на выходе элемента ИЛИ5 — ноль, эле-
мент И2 закрыт, и связь между накапливающими сумматорами См1, См2 отсутствует. Сумматоры См1, См2 независимы.
Информация распределяется по блокам следующим образом: / (шаг резьбы вдоль оси X) заносится в прямом коде в регистр Рг1, где занимает не больше 12 младших разрядов, так как эта величина не может быть больше, чем 4096, т. е. чем число импульсов датчика резьбонарезания ДРН за один оборот шпинделя; К (шаг резьбы вдоль оси Z) заносится в прямом коде в старшие 12 разрядов регистра Рг1, что осуществляется благодаря делению импульсов Т1——Т24 на две пачки управляемым делителем Т1 при подаче на него потенциала РН, поэтому величина К недодвинулась вправо на 12 разрядов, что эквивалентно сдвигу влево на те же 12 разрядов; An н Ах заносятся, как и в режимах КЙ и ЛИ, в дополнительном коде соответственно в регистры РгЗ, Рг4. По импульсу ИУ величины К, /, An и Ах переписываются из регистров Рг1——Рг4 соответственно в счетчики Сч1——Сч4.
По сигналу 《Пуск》, засинхронизированному маркерным М сигналом, с выхода датчика ДРН импульсы частоты датчика /д начинают поступать в качестве сигналов СИ на входы суммирования накапливающих сумматоров См1, См2. Так как на входах элементов ИЛИЗ и ИЛИ4 имеется потенциал резьбонарезания РН, то оба эти элемента открыты и их выходные потенциалы держат открытыми одновременно оба блока элементов БлИ1, БлИ2. Поэтому каждый импульс СИ добавляет к содержимому сумматоров См1 и См2 значения К я / соответственно.
Сигналы переполнения сумматоров См3 и См4 стробируются в элементах И1 и ИЗ, открытых по третьим входам потенциалом РН, импульсами СИ, и выходные импульсы элементов ИЗ, И1 через элементы ИЛИ2, ИЛИ1 поступают на выход интерполятора по координатам X, Z к суммируются счетчиками Сч4 и Cq3. Так продолжается до тех пор, пока на входы счетчиков СчЗ и Сч4 не поступит соответственно Az и А% импульсов. При этом оба счетчика переполняются и их выходные сигналы поступают на входы блока БУ, который выключает прохождение частоты 厶 на входы суммирования сумматоров См1 и См2. Отработка заданного - участка резьбы закончена.
С помощью гибридного интерполятора можно нарезать также многозаходные резьбы, в том числе с произвольным угловым расстоянием между нитками. Такой интерполятор является оптимальным для большинства СЧПУ токарными станками.
ЗАДАНИЕ РЕЖИМОВ В СЧПУ
Основные способы задания скорости подачи. Многообразие типов управляемого оборудования объясняет различие способов задания скорости подачи, которые используют в современных системах ЧПУ. Для двух- и трехкоординатных СЧПУ наиболее распространенныил является способ прямого задания подачи 72
в мм/мин. Для токарных систем ЧПУ кроме метода задания подачи в мм/мин используется метод задания подачи в мм/об.
Для многокоординатных СЧПУ, использующих интерполяторы с внутренней константой, т. е интерполяторы на ЦДА или умножителях, распространен способ задания программы методом задания частоты отработки кадра, т. е. заданием величины, обратной времени отработки кадра 户=1/Т, где Т — время отработки кадра программы.
Эти способы внесены в ГОСТ 20999—83. Имеется решение, позволяющее распространить метод задания подачи величиной, обратной времени отработки, на интерполяторы по оценочной функции [А. с. 991376 (СССР) ]. Кроме того, имеется решение, позволяющее использовать прямое задание контурной скорости в мм/мин при любом числе координат и любой компоновке станка. Все эти способы реализуются с помощью двух типов взаимодействия интерполятора и блока задания скорости (БЗС). Первый тип (рис. 3.20) основан на работе интерполятора на заданной частоте /п, рассчитанной таким образом, что в ней учтены значения заданных перемещений и Ку интерполятора так, чтобы его выходные частоты соответствуют нужной скорости подачи. Второй тип (рис. 3.21) основан на запуске по сигналу БЗС интерполятора в работу на максимальной частоте /в и выключении его по сигналу блока согласования БС, т. е. на действии обратной связи.
Прямое задание скорости подачи в СЧПУ с числом координат до трех. Прямое задание подачи может" быть реализовано с помощью устройства, изображенного на рис. 3.22. Оно состоит из блока задания скорости БЗС, триггера Т, элементов И1——И4, генератора Г1 высокой частоты /в, интерполятора ИНТ, блока согласования БС, генератора Г2, счетчиков делителей с коэффициентом пересчета 10, 14, 17 соответственно. Элемента ИЛИ, сдвигового регистра Рг. Схема должна учитывать цену импульса, принятую в конкретном станке.
Рис. 3.21. Связь интерполятора и БЗС с обратной свизьюРис. 3.21. Связь интерполятора и БЗС с обратной свизьюПри цене импульса 0,001 мм скорости подачи 12 000 мм/мин соответствует частота /п = 200 кГц БЗС. Следовательно, при записи в БЗС кода подачи 尸=12 000 на его выходе должна быть частота 200 кГц при 尸=600 ... 10 000 Гц. Это верно при движе-
Рис. 3.21. Связь интерполятора и БЗС с обратной свизью
Рис. 3.21. Связь интерполятора и БЗС с обратной свизью
Рис. 3.20. Схема прямой связи интерполятора и блока задания скорости
Рис. 3.22. Схема автоматического поддержания коитуриой скоростиРис. 3.22. Схема автоматического поддержания коитуриой скоростиРис. 3.23. Схема поддержания коитуриой скорости при любом числе координатРис. 3.23. Схема поддержания коитуриой скорости при любом числе координат
Рис. 3.22. Схема автоматического поддержания коитуриой скорости
Рис. 3.22. Схема автоматического поддержания коитуриой скорости
Рис. 3.23. Схема поддержания коитуриой скорости при любом числе координат
Рис. 3.23. Схема поддержания коитуриой скорости при любом числе координат
нии по одной координате. При движении в такте интерполяции 口。двум координатам выходная частота БЗС должна быть уменьшена в ]/2 раз, а при движении по трем координатам в /3 раз. Тог^а контурная скорость останется постоянной . при движении по любой из координат или под углом 45°. При других углах наклона контурная скорость будет иметь погрешность, которая при работе по двум координатам и угле наклона 22° 30, и 67° 30， достигает максимума, приблизительно равного5 %, а при работе по трем координатам — соответственно 7 %. Но /2 а 1,4, а /3 х
1Д. Поэтому, если частоту генератора Г2 в 10 раз выше максимальной выходной частоты БЗС (в данном -примере 2000 кГц) разделить на 10, 14 и 17 соответственно при одинарном, двойном или тройном шаге интерполятора, то тем самым будем менять частоту БЗС так, что контурная скорость будет постоянной с указанной погрешностью.
■ При отсутствии запаса по частоте делитель на 10 выбрасывается, а делители на 14 и 17 заменяются умножителями соответственно с коэффициентами умножения 1: уг2 и 1: ]/з. В этом случае частота генератора Г2 будет равна максимальной выходной частоте БЗС. Работает' устройство следующим образом.
Каждый выходной импульс БЗС устанавливает в единицу триг- rep Т и его единичный потенциал открывает элемент И4. При этом 厶 с выхода генератора Т1 поступает на вход интерполятора до тех пор, пока на его выходах не появится некоторая комбинация сигналов, которая запишется в сдвиговой регистр Рг и поступит на вход блока согласования БС. Блок БС вырабатывает сигнал, выключающий триггер Т, и один из следующих сигналов: признак одинарного, двойного или тройного шага.
Первый сигнал открывает элемент И1, второй ——элемент И2, третий — элемент ИЗ. Если открыт И1, то на вход БЗС поступает частота генератора Г2, деленная на 10, если И2 — то частота, деленная на 14, если ИЗ — то частота, деленная на 17. Соответ- 74
ственно период выдачи следующего импульса с выхода БЗС остается постоянным или увеличивается в /2 или >/3. В любом случае следующий выходной импульс БЗС сдвигает комбинацию в регистре Рг и она появляется на выходе интерполятора в качестве выходных сигналов и устанавливает в единицу триггер Т. Включается интерполятор, и цикл повторяется.
Достоинством способа является его независимость от типа интерполяции, величин заданных перемещений и Kf интерполятора. Недостатком — сложность построения БС для интерполяторов с произвольной выдачей приращений (на ЦДА).
Прямое задание скорости подачи при любом числе координат. В практике применения СЧПУ встречается задача пространственного фрезерования, например канавок на деталях типа тел вращения, когда обработка выполняется на станках с большим числом одновременно работающих координат. В этом случае используют, как правило, способ задания величины, обратной времени отработки кадра. Применительно к фрезерным станкам это неудобно, так как, во-первых, код подачи приходится рассчитывать и задавать в каждом кадре программы, во-вторых, стабилизация ускорения иЛи невозможна вообще, или возможна в частных случаях и с относительно невысокой точностью. Невозможен и плавный переход с одной скорости на другую аппаратными (не программными) средствами и, кроме того, невозможны прямая индикация скорости подачи и измерение длины пройденного контура.
Устройство, схема которого приведена на рис. 3.23, свободно от указанных недостатков. Оно состоит из интерполятора с любым числом координат, реализующего любой тип интерполяции, блока задания скорости БЗС в мм/мин, генератора Г, элемента И, триггера Т. Интерполятор Инт имеет число координат на одно больше, чем станок, причем эта дополнительная координата должна быть линейно связана с аргументом интерполятора. При составлении программы кроме координатных приращений рассчитывают длину пространственной линии L, заданной в кадре. Например, для станка с декартовой системой координат и кадра с линейной интерполяцией L == /А炉 + Ду2 + Д22, где Дх, Ду, Az — координатные приращения. 。
Значение L задается в каждом кадре. Каждый импульс частоты /口 с выхода БЗС устанавливает триггер Т в единицу. Открывается элемент И и частота /в поступает на вход аргумента интерполятора. Интерполятор начинает отработку заданной линии. Когда на выходе координаты L появится импульс, триггер Т сбросится в ноль. Интерполятор выключается до прихода на единичный вход триггера Т очередного импульса частоты /п. Так как на один импульс на выходе БЗС приходится один импульс на выходе координаты L, то контурная скорость движения инструмента, образованная в результате сложения координатных движений станка, будет соответствовать выходной частоте БЗС.
Рис. 3.24. Схема блока зада- ння скорости подачи в мм/об
J0™°^Tb поддержания контурной скорости в такой схеме равна не 5—7 Л, как в большинстве известных схем, а равна точности задания координатный приращений, т. е. в зависимости от разрядности системы равна 10~в—10~9. Кроме того, выход коорди- наты 厶 может быть использован для определения длины пройден- ного инструментом пути, длины отфрезерованных канавок и для реализации специальных коррекций и т. д.
Задание скорости подачи. В токарных СЧПУ используется режим задания подачи в мм/об. Этот режим позволяет в некоторых случаях получать поверхности с минимальными параметрами шероховатости, а в совокупности с поддержанием постоянной скорости резания получать режим постоянного объема снимаемой стружки.，・
Структурная схема устройства, реализующего задание по- в мм/об, изображена на рис. 3.24. Она состоит из интерпо- ?ятора Инт, сдвигового регистра Рг, блока согласования БС блока задания скорости БЗС, генератора Г, триггера Т, элемен- тов "I，И2> НЗ, умножителя Умн на 1: /% элемента ИЛИ и да理а резьбонарезания ДРН. Если период БЗС (максимальный коэффициент его деления) равен числу отсчетов за один оборот датчика ДРН, то код подачи, занесенный в БЗС, с учетом цены отсчета станка будет прямо соответствовать подаче в мм/об. Дей- ствительно, если максимальный коэффициент деления БЗС равен, например, 4096, датчик за один оборот выдает 4096 импульсов* пена отсчета станка 0,001 мм и задан код подачи 尸= 200, то на выходе ВЗС за каждый оборот датчика будет 200 импульёов, что соответствует подаче 0,2 мм/об. В остальном схема не имеет особенностей по сравнению со схемой, приведенной на рис. 3.22. Исключением является то, что для поддержания контурной ско- рости^ данном случае целесообразно использовать не счетчики с коэФФвдиейтами пересчета 10, 14, а умножитель с коэффициентом деления 0,707, так как у ДРН нет запаса по частоте, и в противном cnyqae пришлось бы из каждого импульса датчика формировать
пачку в 10 импульсов, что требует дополнительного оборудования.‘…
Задание скорости подачи величиной, / обратной времени отработки кадра. В большинстве многокоординатных систем ЧПУ используется способ задания подачи программированием величины, обратной времени отработки кадра. Действительно, если интерполятор системы, имеет внутреннюю константу, представ- ляющую хгебой число импульсов, которые надо подать на вход, чтобы отработать кадр, то для обеспечения необходимой скорости подачи используют следующий прием. Пусть заданы перемещения по координатам Дх, Ау, подача 尸,внутренняя константа К. Тогда, чтобы обеспечить заданную скорость подачи F, необходимо перемещение L = / Кх^ + А" отработать за время 7 = L/F. Следовательно, частота 厶 на выходе БЗС должна быть такой, чтобы за время Т на вход интерполятора (см. рис. 3.20), поступило число импуЛьсой, равное константе К, т. е. /п = Х/Т, или ‘:耳=你尸)l(3.13)
Пусть К =10 000, Ах == 3000, Ау = 4000, F = 5000. Тогда L — 5000; /п — 10 000-5000/5000 = 10 000 Гц. Время отработки кадра 1 с.
Преимущество способа заключается в простоте формирования импульса，口 пут^м умножения частоты генератора, равной /Стах, на величину F/Lf которую рассчитывает программист. Недостатками способа являются трудность «поддержания и стабилизации ускорений, плавного перехода с одной скорости подачи на другую, необходимость задавать код 尸 в каждом кадре. При использовании интерполяторов, не цмеющих внутренней константы, приходится_:ее вводить искусственно (см. рис. 3.23), но вместо Л заносится К. Стабилизации ускорения в этом режиме возможна только в частных случаях, поэтому производительность станка при использовании этого способа будет меньше, чем при задании скорости в мм/мкн, особенно при большем числе разгонов и торможений.
Устройство задания скорости подачи в мм/мин и мм/об. Рассмотрим структурную схему устройства задания скорости подачи (рис. 3.25j, отвечающую современным требованиям с учетом вспомогательных режимов [А. с. 1067473 (СССР)].
Сигналом предварительной установки реверсивный счетчик РСД 貿 триггеры Т1 и Т2 устанавливаются в ноль. Код подачи F в мм/мин заносится в регистр Рг2. Режимы мм/мин и мм/об отличаются тем, что в первом случае открыт элемент Й2, во втором —— элемент, ЙЗ и? кроме того, во втором случае f — выходная частота даттака,, установленного на шпинделе. Перенос на элемент ИЗ снимается /с того разряда сумматора См1, модуль которого равен числу отсчетов датчика за один оборот. По сигналу «Пуск» код F переписывается в регистр РгЗ, триггеры Т1 и Т2 устанавливаются в единицу.
УстинаУстинаf^)t(an Р/Т 幽 Лг〃*f^)t(an Р/Т 幽 Лг〃*HqmZHqmZдек叩ениадек叩ениаKad FmuxKad FmuxРггРгг
Устина
Устина
f^)t(an Р/Т 幽 Лг〃*
f^)t(an Р/Т 幽 Лг〃*
HqmZ
HqmZ
дек叩ениа
дек叩ениа
Kad Fmux
Kad Fmux
Ргг
Ргг
Пуск Стоп Торможение
' Рис. 3.25. Схема блока.задания скорости подачи в мм/мин и мм/об
Выход триггера Т2 открывает элемент ИЗ, и его выходной сигнал поступает на запрещающий вход элемента И6 и на вход коммутатора Ком2. На выходе коммутатора появляется код 尸 с выхода регистра РгЗ. Этот код воздействует на входы блока сравнения Ср, на другие входы которого действует нулевая комбинация с выхода реверсивного счетчика РС1. На выходе блока Ср появляется сигнал 尸t V 戶з， который поступает на коммутатор Ком1. Поэтому импульсы частоты ускорения /у проходят на суммирующий вход счетчика РС1. Код в нем начинает возрастать по линейному закону.
Элементы См1 и Рг1 образуют накапливающий сумматор, который по сигналу f на входе записи прибавляет к своему содержимому код счетчика РС1. Частота f стробирует также элемент И4, управляемый сигналами переполнения сумматора См1 через элементы И2, ИЗ и элемент ИЛИ. Поэтому частота на выходе элемента И4 пропорциональна коду в счетчике РС1. При увеличении в нем кода частота возрастает, при уменьшении ——уменьшается. Этим обеспечивается разгон-торможение и плавный переход с одной скорости на другую. Синхронизатор СС смещает по фазе частоты / и /у. При периоде сумматора См1, равном 16 384, 78
частота / равна 273 кГц, а не 200 кГц, которая нужна для сохранения прямого соответствия код 尸*— скорость подачи в мм/мин. Когда код 爲 станет равным F3, прохождение импульсов на суммирующий вход счетчика РС1 прекратится и частота /п на выходе останется постоянной до прихода нового значения F3.
Если 尸з > 尸厶 код в счетчике и частота /п увеличиваются; если F3 V 吊，то код и частота уменьшаются (рис. 3.26, а). Так как fy постоянна, то постоянны и ускорения независимо от 尸^ и 尸в. Делители Сч1 и Сч2 (см. рис. 3.25) формируют /у из частоты генератора Г. Это основной режим работы. /
Рассмотрим вспомогательные режимы работы： По сигналу «Торможение»- триггер Т2 и делитель Сч2 сбрасываются в ноль. Воздействие на коммутатор Ком2 комбинации один——ноль с триггеров Tl, Т2 через элементы И5 и И6 приводит к тому, что на его выходе вместо F3 появится комбинация из нулей с единицей в младшем разряде. В результате, код в счетчике РС1 и частота на выходе начнут уменьшаться до минимального значения (рис. 3.26, б). '
一 В режиме ускоренного хода на вход коммутатора Ком2 поступает сигнал, передающий на его выход не 尸з, а 尸max, заданный в виде установки, в данном случае Finax = 12 000.
В режиме аварийного торможения (рис. 3.26,,б) сигнал аварийного торможения закрывает элемент И6 и через элемент И5 поступает на вход коммутатора Ком2. В результате на его выходе появляется ноль, и частота /п снижается до нуля. После снятия сигнала аварийного торможения происходит разгон до ранее заданной скорости.
В режиме ступенчатого изменения скорости (рис. 3.26, г) сигнал подается на второй вход элемента И1. Поэтому по сигналу 《Пуск》код с выхода коммутатора Ком2 параллельно переписывается в счетчик РС1, и ，口 изменяется рывком. Делители Сч1
Рис. 3.26. Графики изменения скоростей в различных режимах БЗС:
а — переход со скорости иа скорость; б — режим позиционирования; в — аварийный рззгои-торможеиие; а — изменеиие подачи скачком
Рис. 3.27. Разгон-торможение с постоянным временемРис. 3.27. Разгон-торможение с постоянным временем
Рис. 3.27. Разгон-торможение с постоянным временем
Рис. 3.27. Разгон-торможение с постоянным временем
Рис. 3.28. Включение блока разгона- торможении с постоянным временем
и СчЗ служат для изменения частоты подачи в 100 раз при сохранении постоянного ускорения.
Устройство задания скорости подачи величиной, обратной времени отработки. Поскольку в этом случае частота F, зада-: .ваемая в кадре, зависит от заданного в кадре перемещения, то ее приходится вычислять по формуле (3.13) и задавать в каждом кадре. Поэтому разгон-торможение нужно осуществлять с постоянным временем, а не с постоянным ускорением. При скоростях, меньших Fmax (рис. 3.27), разгон-торможение выполняется с ускорениями а2, а” значительно меньшими допустимого а父, что снижает производительность. Поэтому структурная схема устройства приобретает вид, показанный на рис. 3,28.
Генератор вырабатывает частоту fr, которая поступает на вход устройства БРТ разгона-торможения. По сигналу 《Разгон》 частота на выходе устройства БРТ возрастает линейно от fr/N до &, где N — число ступеней разгона. Частота с выхода блока БРТ поступает на вход блока УЗС. Блок УЗС является пропорциональным делителем (умножителем) входной частоты /вх на код F подачи, причем при FmaJ^ = /вх, а в остальных случаях % V /вх. Других особенностей блок УЗС не имеет. По сигналу торможения устройство БРТ снижает свою выходную частоту от fr до fr/N, а при аварийном торможении ——до нуля. Поскольку задача коррекции скорости также .выполняется устройством БРТ, то структура такого устройства в современных системах достаточно сложна. Рассмотрим ее подробно [А. с. 1062646 (СССР)] (рис. 3.29). Сигнал ПУ сбрасывает в ноль триггеры Т1——ТЗ, счетчики PC, Cql и записывает число 100 % в счетчик Сч2. Это значит, что устройство формирует частоту равную заданной, коррекций нет. Синхронизатор СС синхронизирует входные частоты разнесенными тактами частоты /с. с. Так как счетчик PC в нуле, нули и на выходе преобразователя кода ПК, частоты на выходе умножителя, состоящего из элементов Cql, БлИ—ИЛИ, нет. Нет ее и на выходе элемента ИЛИ4 (выход устройства).
По сигналу «Пуск разгона» триггер Т2 устанавливается в единицу, элемент И2 открывается и частота ускорения /у через элементы ИЛИ2 и И6 поступает на вход «+» счетчика PC. Код в нем 80
начинает возрастать, а вместе с ним частота /вых на выходе элементов БлИ—ИЛИ и ИЛИ4. Так продолжается до тех пор, пока код в счетчике PC не окажется равным коду в счетчике Сч2. Тогда блок сравнения Ср вырабатывает сигнал «Равно», который сбрасывает в ноль триггер Т2. Так как первоначально в счетчике Сч2 был код 100 %, то частота /вых равна номиналу, на индикаторе Инд горит 100 % •
По сигналу «Торможение» JK-триггер ТЗ переключается в единицу, открывается элемент И4 и частота /， поступает на вход 《—» счетчика PC. Код в нем линейно уменьшается до единицы младшего разряда, тогда дешифратор ДШ2 формирует импульс и сбрасывает триггер ТЗ в ноль. Частота /вых принимает минимальное значение.
Коррекция скорости возможна в непрерывном режиме и по проценту. В непрерывном режиме нажат переключатель 2 в положение «Больше». Частота коррекции /； через элемент И7 поступает на вход《+》счетчика Сч2, а через элементы ИЛИ2, И6 на вход «+» счетчика PC. Коды в счетчиках PC и Сч2 возрастают, а вместе с ними и частота /вых. При отпускании переключателя 2 это возрастание прекращается. При достижении в счетчиках кода 200 с выхода формирователя Ф2 снимается нулевой потенциал, закрывающий элементы И6, И7, и дальнейшее возрастание /вых прекращается.
При коррекции подачи в меньшую сторону переключатель 2 переводят в положение «Меньше». Тогда частбта f； через элемент Й8 проходит на вход《一》счетчика Сч2, а через элементы
—|и〃-互 ： пни— и-万-Z厅一—|и〃-互 ： пни— и-万-Z厅一Аварийное пу торможениеАварийное пу торможение„Пуск разгона„Пуск разгонаТорможениеТорможение
—|и〃-互 ： пни— и-万-Z厅一
—|и〃-互 ： пни— и-万-Z厅一
Аварийное пу торможение
Аварийное пу торможение
„Пуск разгона
„Пуск разгона
Торможение
Торможение
Рис. 3.29.Рис. 3.29.Схема блока разгона-торможеняя с постоянным временем
Рис. 3.29.
Рис. 3.29.
Рис. 3.30* Схема связи блока задания скорости с интерполятором с одновременной выдачей приращенийРис. 3.30* Схема связи блока задания скорости с интерполятором с одновременной выдачей приращенийИЛИЗ и И4 — на вход «—》счетчика PC. Коды в них и частота /вых уменьшаются. Чтобы коды не перешли через ноль (все единицы — рывок частоты), дешифратор ДШ1 при нуле вырабатывает сигнал, который через элемент НЕ закрывает элементы И4, И8. Аварийная ситуация исключается.
Рис. 3.30* Схема связи блока задания скорости с интерполятором с одновременной выдачей приращений
Рис. 3.30* Схема связи блока задания скорости с интерполятором с одновременной выдачей приращений
Переключатели 1 н 3 блока управления БУ служат для коррекции по 1 %. Переключатель / определяет направление, а переключатель 5 вырабатывает1 одиночный импульс совместно с формирователем Ф1, Раз
гон и торможение при наличии коррекции работают так же, как описано выше, но до заданного (от заданного) кода. При аварийном торможении сигнал «Ав. торм.》 устанавливает триггер Т1 в единицу и через элементы И1, ИЛИ1, ИЛИЗ частота /у поступает на вход《一» счетчика PC до тех пор, пока сигнал «нуля» с выхода дешифратора ДШ1 не сбросит в ноль триггер Т1. При этом /вых = 0. Разгон после аварийного торможения особенностей не имеет. Устройство используют в специальных СЧПУ серии «Дельта-386».
Поддержание скорости подачи в интерполяторах с одновременной выдачей приращений. В интерполяторах такого типа всегда имеется возможность включить элемент И между выходами координат интерполятора и, таким образом, определить признак двойного шага, что позволяет сформировать сигнал «Признак двойного шага», который снизит в /2 частоту задающего генератора Г (рис. 3.30) и блока задания скорости БЗС. Сигналы 1: /豆 и 1 : 1 формируются элементами И, НЕ. Такая схема оптимальна
для интерполятора по оценочной функции с одновременной выдачей приращений. Схема реализована в СЧПУ для прецизионных станков.
Поддержание скорости подачи в интерполяторах с произвольной выдачей приращений. При использовании интерполяторов с произвольной (ЦДА) или поочередной (оценочная функция) выдачей приращений задача усложняется. Принцип корректирования периода на -/2 остается прежним, но задача усложняется необходимостью более сложного выделения двойного шага. При этом приходится реализовать следующую логику. Одинарный шаг — это второй шаг по той же координате при отсутствии шагов по другой. В противном случае шаг двойной.
На рис. 3.31, а—в изображены возможные комбинации выходных сигналов интерполятора, штриховой линией на рис. 3.31, в и г отмечены комбинации, которые следует понимать как двойные
У 1 I I I I 1 I I I I j 1 h 4 I I I I 1 I J I 1 I I
Рис. 3.3L Выдача пр иращеиий:^
а — поочередная; 6 — одновременная; в — произвольная; е — диаграмма выделениядвойных шагов
шаги. На рис. 3.32 изображена в варианте для двух координат структурная схема такой системы [А. с. 1218363 (СССР) L
Тактовая частота на входе делителя Сч увеличена в 5 раз. Делитель Сч имеет коэффициенты деления 5 и 7. Этим обеспечивается отношение 7/5 = 1,4 ^ }^2. По сигналу- ПУ регистры Prl—РгЗ и /?5-триггер Т2 устанавливаются в ноль. После ввода информации включается блок задания скорости БЗС. Сигнал с его выхода поступит на S-вход триггера Т2 и установит его в единицу, а по его заднему фронту в регистр РгЗ запишется информация с его входов (в первый момент ——нули) и будут опрошены элементы И6—И9. Элементы И6, И8, И9 останутся закрытыми, а элемент И7 откроется и своим выходным импульсом переключит в ноль /^S-триггер Т1.
Сигнал нуля с триггера Т1 устанавливает в делителе Сч коэффициент деления 5. Выходной сигнал триггера Т2 откроет
рис. 3.32. Схема связи интерполятора с произвольной выдачей приращений и блока задания скорости
элемент ИЮ, и импульсы частоты /в начнут поступать на вход интерполятора Инт. Если задано перемещение по X, то выходные сигналы интерполятора Иит будут поступать через расширитель Р1 иа информационный вход регистра Рг1, а на сдвигающий вход регистра сигнал поступает через элемент ИЛИ2, выходной сигнал которого также опрашивает элемент И4, т. е. записывает и сдвигает информацию. Интерполятор же через элемент ИЛШ опросит элементы И1——ИЗ. После записи в регистр Рг1 первого импульса на входах элементов ИЗ, И4 будет единица. Следующий сигнал с выхода интерполятора Инт произведет запись второй единицы в регистр Рг1 и через элемент И2 сбросит триггер Т2 в нрль. Элемент ИЮ закроется, и интерполятор Инт прекратит работу. Единицы в регистре Рг1 будут на его обоих выходах.
Единица с его второго разряда воздействует на входы элементов Ш, И2 и на информационный вход регистра РгЗ. Второй сигнал с выхода блока БЗС установит в единицу триггер Т2 и откроет элемент ИЮ, а задним фронтом перепишет единицу с выхода старшего разряда регистра Рг1 в регистр РгЗ. Эта единица появится на входе элемента И8.
Третий сигнал с выхода интерполятора Инт сдвигает информацию в регистре Рг1 и через элемент И4 включает триггер Т2. Третий выходной сигнал блока БЗС повторит описанный процесс И откроет элемент И8. На выходе устройства по координате X появится первый сигнал. Далее с каждым выходным сигналом блока БЗС иа выходе устройства будут появляться сигналы с частотой ЕцодК, где К = 5 : 5. Этот режим будет действовать при работе по одной координате (см. рис. 3.31, а).
Если с выхода интерполятора импульсы идут по двум коорди- Зтам одновременно (см. рис. 3.31, б) независимо от типа интерполяции, то в регистрах Рг1 и Рг2 (см、рис. 3.32) и схемах, связанных с этими координатами, одновременно происходят описанные выше процессы, но на втором и третьем входах элемента И6 одновременно присутствуют разрешающие сигналы. Поэтому каждым выходным сигналом блока БЗС элемент И6 будет открываться и его выходной сигнал установит в единицу триггер Т1, а через элемент НЕ закроет элемент И7. Единичный сигнал триггера Т1 установит в делителе Сч коэффициент деления 7. Так, элемент И6 определяет характер следующего шага (двойного или одинарного).
В третьем случае импульсы на выходах интерполятора Инт появляются произвольно, но синхронно с частотой /в (см. рис. 3.31» 6 н а). При таком поступлении сигналов, например, сначала по координате X, сигнал запишется в первый разряд регистра Рг1. .Следующий сигнал по координате Z запишется в первый разряд регистра Рг2. Это значит, что произошло совмещение сигналов по координатам X, Z. На первом и втором входах элемента ИЗ будут присутствовать сигналы с выходов первых разрядов регистров Рг1 и Рг2. Следующий сигнал о координате X через элемент ИЛШ и элемент ИЗ произведет сдвиг в обоих регистрах Рг1 и Рг2. 84
В результате иа обоих выходах регистра Рг1 и иа выходе старшего разряда регистра Рг2 окажутся единицы. Единицы окажутся и иа входах элементов И1 и И2.
Следующий сигнал с выхода интерполятора Инт по координате Z произведет сдвиг в обоих регистрах Рг2 через элементы ИЛИ1, Ш, И2. В результате, в регистре Рг1 единица будет только во втором разряде, а в регистре Рг2 — только в первом. Следующий импульс по координате X сдвинет информацию только в регистре. Рг1. Следовательно, в первых разрядах обоих регистров Рг1и Рг2 будут единицы, т. е. оцять произойдет совмещение сигналов по координатам. В дальнейшем при любой последовательности поступления сигналов по координатам X, Z будут происходить совмещение и сдвиг информации в обоих регист-z pax Рг1 л Рг2, аналогично описанным выше.
Таким образом, при любой последовательности выходных сигналов интерполятора двойные шаги будут проходить на выход с периодом, в }/2 большим, чем одиночные шаги. Аналогично в случае трехкоординатного интерполятора при тройном шаге период надо увеличивать в)/3. Недостатком способа является его усложнение при трех координатах. Описанное устройство использовано в системе ЧПУ «Дельта-122».
Управление скоростью резания. ЧаЕота вращения шпинделя в СЧПУ задается или технологическими (релейными) командами, каждой из которых ставится в соответствие некоторый коэффициент редукций, или частотой, пропорциональной частоте вращения. Их реализация не представляет трудностей. ,В большинстве современных токарных СЧПУ имеется режим стабилизации скорости резания, что необходимо для получения высокого качества
обрабатываемой поверхности и повышения производительности станка.
На рис. 3.33 изображена структурная схема устройства для управления скоростью резания. Это устройство позволяет задавать в широких пределах и с высокой точностью скорость резания и поддерживать ее постоянной при изменении радиуса обработки, т. е. расстояния от режущей кромки резца до оси вращения.
При задании частоты вращения (оборотов) шпинделя (команда G67) частота на выходе устройства соответствует заданным оборотам. Команда G97 с выхода блока ввода программы БВП запоминается элементом ЗУ1, направление вращения в элементе ЗУ2, информация о перемещениях передается в интерполятор Инт, код оборотов заносится в регистр Рг1, а затем переписывается в регистр Рг2, Сумматор См и регистр РгЗ образуют накапливающий сумматор. При подаче на его вход частоты через коммутатор КомЗ с блока управления БУ сумматор суммирует коды регистра Рг2 и на выходе элемента И появляются сигналы переноса, пропорциональные заданному коду оборотов, которые через коммутатор Ком2, ограничитель частоты Огр, коммутатор Ком4 и коммутатор направления Ком5 поступают на выход устройства. На，второй вход коммутатора Ком4 поступает низкая частота, необходимая для переключения редукторов по технологическим командам. '
При задании в программе команды G96 включается режим задания и стабилизации скорости резания. При этом в регистр Рг2 через регистр Рг1 записывается значение скорости в м/мин. Устройство реализует формулу " = 〃(KR), где п — частота вращения шпинделя; / ——тактовая частота сумматора; К — коэффициент деления накапливающего сумматора; R — радиус резания.
Информация о радиусе определяется счетчиком Сч2, так как на его вход с выхода интерполятора Инт подаются через делитель PC, коммутатор Ком! и схему синхронизации СС импульсы координаты X. Делитель PC пересчитывает их с необходимой точностью, например 1 мм. Тогда при S = 1 мкм коэффициент его деления 1000. При переходе через ось вращения 《R = 0) дешифратор нуля ДШО так коммутирует входные сигналы, что в счетчике Сч2 всегда прямой код R в мм. На вычитающий вход счетчика Сч1 подается частота с выхода элемента И, пропорциональная заданной скорости резания. Счетчик Сч1 имеет коэффициент деления, равный коду в счетчике Сч2, поэтому на его выходе частота переполнения соответствует частоте вращения шпинделя, необходимой для получения заданной скорости резания.' Эта частота через коммутатор Ком2, ограничитель Огр, коммутатор Ком4 и коммутатор Ком5 проходит на выход устройства. Ограничитель Огр ограничивает выходную максимальную частоту вращения, так как при R = 0 希 = 8. Такое устройство использовали в системе ЧПУ «Дельта-122», оно показало высокую точность и возможность работы по обе стороны от оси вращения.
Глава 4
Реализация комплексных функцийв аппаратных системах ЧПУ
ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВАМ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИКОМПЛЕКСНЫХ ФУНКЦИЙ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Комплексными функциями будем называть такие функции, реализация которых требует одновременной или последовательной работы нескольких функционально законченных блоков {интерполяторов, позиционеров и т. д.). Естественно, что требования к устрбйствам, реализующим такие функции, существенно отличаются от требований, предъявляемых к устройствам, реализующим элементарные функции. Кроме рассмотренных в п. 3.1 общих характеристик как для блоков элементарных функций, так и для устройств, реализующих комплексные функции, для последних важное значение приобретает максимальное время " выполнения расчета или предварительных расчетов, а также возможность синхронной, одновременной работы всех составных блоков, что обеспечивает /р = 0, а это предпочтительнее, так как в большинстве комплексных функций /р не должно превышать времени ввода очередного кадра или, в лучшем случае, минимального времени отработки кадра программы. Рассмотрение реализации комплексных функций начнем с наиболее распространенной комплексной функции ——коррекции эквидистанты.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ КОРРЕКЦИИ ЭКВИДИСТАНТЫ
Виды эквидистант, подлежащих коррекции. Эквидистанты, подлежащие коррекции, можно разделить на гладкие, т. е. сопряженные дугами окружностей (рис. 4.1, а), и ломаные (рис. 4.1, б). Эквидистанты к специальным кривым, например 飞 винтовой лйнии, представляют собой практически разновидность гладкой эквидистанты. Коррекция смешанных эквидистант рассмотрена вместе с коррекцией ломаных эквидистант.
Способы суммирования корректирующих поправок. Существует два способа суммирования корректирующих поправок.
Первый способ заключается в том, что во время отработки "・г6 кадра программы вычисляются корректирующие эквидистантные поправки для (п + 1)-го кадра, причем они суммируются с исходными данными, заданными для отработки (п + 1)-го кадра программы до начала его отработки. Обобщенная схема устройства^ реализующего такой способ, приведена на рис. 4.2, а.
Коррекция эквидистанты по такой схемеосущест вл я ется
следующим образом. Информация с выхода блока ввода программы ВВП поступает на входы блока вычисления корректирующих поправок БВК и схемы суммирования СУ. Работа устройства организована ( таким образом, что в тот мо- у мент, когда идет отработка п-го кадра, вычисляется поправка для (п + 1)-го кадра. Для глад- -
N8
川7 М8
M4
N16
N15
X
ких эквидистант это всегда возможно в силу равенства поправок конечной точки n-го кадра и начальной (п + 1)-го (см. рис. 4.1, а). Поэтому на второй вход СУ поступают корректирующие поправки, вычисленные, например, по формулам (2.1) и (2.2). В СУ выполня ют-
0 N19
力
0
Н6
3
Рис. 4.1. Коррекция эквидистанты:
а — гладкой; 6 — ломаной；
контур детали；
——исправленная
ся операции
|Ун ± % ВОК 6Х И команд (
I 尤н±3" и
)ичем знак попра- всегда совпадает и
траектория центра фрезы; —•—'
программированная траектория центра фрезы
определяется, как комбинация
(G03), круговая интерполяция по (против) часовой
стрелке, G41—контур справа и G42 — контур слева. Причем знак《плюс》соответствует комбинациям G41 -G03 и G42 G02, а знак «минус» ——комбинациям G42 • G03 и G41-G02 при Агф < 0. Поэтому с выхода СУ на вход интерполятора Инт поступает скорректированная информация, которую он отрабатывает обычным образом. Понятно, что в этом случае, БВК должен успеть вычис-
лить корректирующие поправки (п + 1)-го кадра раньше, закончится отработка n-го кадра. Это требование общее для
чем всех
502 回3
Рис. 42 Схемы суммирования поправок^
г — первым способом; 6 — вторым способом
расчетов, выполняемых на этапе второго преобразования, его можно выразить неравенством "《/отр (min), где /Отр (min)— минимальное время отработки кадра.
Второй способ заключается в том, что выполняются синхронная отработка кадра интерполятором и вычисление импульсов унитарного кода поправок, которые суммируются по правилам унитарных кодов, причем знак суммирования определяется так же, как и в первом случае. Устройство, реализующее этот способ (рис. 4.2, б), состоит из блока ввода программы БВП, схемы суммирования СУ, блока вычисления корректирующих поправок БВК и интерполятора Инт. Теперь информация, относящаяся к одному и тому же кадру, одновременно заносится в интерполятор И нт и блок БВК- Коррекция эквидистанты осуществляется на третьем - этапе преобразования информации. Поэтому связь интерполятора Инт и блока БВК должна обеспечить их синхрон^ ную работу. Преимуществом способа являются меньшая, чем в первом способе, вычислительная мощность блока БВК и относительная простота коррекции не только гладких, но и ломаных эквидистант. К недостаткам способа следует отнести возможность ухудшения чистоты поверхности из-за неравномерностей, возникающих в результате суммирования унитарных кодов, и изменение контурной скорости, что требует принятия специальных мер.
Способы вычисления корректирующих поправок. Аналогично двум способам суммирования поправок способы их вычисления делят на две группы: асинхронный и синхронный.
Асинхронный способ выполняется на этапе второго преобразования и основное требование к устройствам, его реализующим, заключается в минимальном времени вычисления. /р при обеспечении заданной точности. Синхронный способ выполняется на этапе третьего преобразования и требует строгой синхронности отработки корректируемого участка траектории и вычисления приращений поправок.
Вычисление корректирующих поправок с помощью линейного интерполятора. Вычисление пригодно для гладких эквидистант и выполняется на этапе второго преобразования. Оно возможно с заданием или без задания радиуса. Реализация вычисления с заданием радиуса значительно проще, но требует введения дополнительной информации.
На рис. 4.3, а приведена схема устройства, вычисляющего поправки Зх, 8у при заданном радиусе R дуги, а на рис. 4.3, б — график, поясняющий его работу. Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии триггер Т и счетчики Сч1—СчЗ сигналом предварительной установки ПУ сброшены в ноль. Информация распределяется по блокам устройства следующим образом. В рабочие регистры интерполятора ЛИ заносятся в прямом коде координаты хн, у^ начальной точки заданной дуги и ее радиус R, а в счетчик СчЗ —— коррекция Агф радиуса в обратном коде. По сигналу «Пуск» в счетчик СчЗ через элемент ИЛИ
Рис. 4.3. Схема вычисления поправок с помощью линейного интерполятора и геометрическая аналогия вычисления ихРис. 4.3. Схема вычисления поправок с помощью линейного интерполятора и геометрическая аналогия вычисления их
Рис. 4.3. Схема вычисления поправок с помощью линейного интерполятора и геометрическая аналогия вычисления их
Рис. 4.3. Схема вычисления поправок с помощью линейного интерполятора и геометрическая аналогия вычисления их
добавляется единица, а триггер Т уста на вливается в единичное состояние и открывает элемент И. В результате импульсы высокой частоты с выхода генератора Г через элемент И начинают поступать на вход аргумента интерполятора ЛИ. Интерполятор начинает отрабатывать прямую ОЛ (см. рис. 4.3, а), при этом приращения по осям X, У подсчитываются соответственно счетчиками Сч1, Сч2, а длина пути по прямой ОА ——счетчиком СчЗ.
Поскольку по сигналу《Пуск》обратный код в счетчике СчЗ преобразовался в дополнительный, то как только с выхода координаты R интерполятора ЛИ на вход счетчика СчЗ через элемент ИЛИ поступит число импульсов, равное Аг®, счетчик СчЗ переполнится и его выходной сигнал сбросит в ноль триггер Т. Элемент И закрывается. Цикл вычисления корректирующих поправок закончен., Так как координаты х, у и Ц связаны линейной зависимостью (с помощью линейного интерполятора ЛИ), то к моменту окончания отработки координатой R значения Агф координты X и У интерполятора ЛИ отрабатывают значения бх и 61p равные искомым поправкам. Эти поправки окажутся соот- ветственно в счетчиках Сч1 и Сч2. Вычисленные поправки используются для алгебраического суммирования со значениями хн, уп и Дают значения 力；，g； или 尤二，у； начальной точки скорректированной дуги.
Линейный интерполятор может быть выполнен по любой схеме, и，кроме тогд, без потери точности его разрядность может быть сведена к разрядности Агф (max), что минимум в 2 раза сокращает объем его электронного оборудования, при этом младшие раз-
ряды хн, Ун н R просто отбрасываются. Радиус R равен радиусу фрезы Гф только при сопряжении линейных участков. Если дуга окружности имеет радиус г, то при коррекции сопряженной дуги радиуса г имеет место равенство R = г 土％, где г — радиус дуги; знак 《+》берут для внешних контуров, «—》一для внутренних. Это относится ко всем устройствам коррекции гладких эквидистант.
Благодаря незначительному усложнению устройства можно объединить этап вычисления корректирующих поправок 6* и бу с этапом вычисления точек Хн, у； или %；, у； скорректированной эквидистанты. Структурная схема такого' устройства изображена на рис. 44 В исходном состоянии все реверсивные счетчики Сч1— СчЗ и триггеры Т1—Т5 находятся в состоянии нуля. Информация распределяется по блокам следующим образом. В рабочие регистры интерполятора ЛИ заносятся координаты хн» Ун начальной точки и радиус R дуги, прямые коды хн, Ун заносятся также в реверсивные счетчики Сч1, Сч2; в счетчик СчЗ заносится обратный код коррекции Дгф. Команды «Коррекция слева» (G41) и «Коррекция справа» (G42) заносятся соответственно в триггеры Т2, ТЗ; команды «Круговая интерполяция по часовой стрелке» (G02)
Рис. 4.4. Вычисление скорректированных точек эквидистанты иа ЛИ
и «Круговая интерполяция против часовой стрелки» (G03)——в триггеры Т4, Т5; знак поправки А% — в триггер Тб.
По сигналу <Пуск» в счетчик СчЗ через элемент ИЛИ1 добавляется единица, в результате чего в нём образуется дополнительный код, а триггер Т1 устанавливается в едийичное состояние. В результате этого .открывается элемент И9 и высокая частота / с выхода генератора Г через элемент И9 начинает поступать на вход аргумента интерполятора ЛИ. Интерполятор начинает отрабатывать прямую ОЛ (см. рис. 4.3, б), при этом прнра- прения по координатам X, У постуйают соответственно иа входы элементов И1, И2 и ИЗ, И4 (см； рйс. 4；4), а приращения по координате R через элемент ИЛИ1 — на вход счетчика СчЗ. В зависимости от комбинации G-функций и знака Аг® один из каждой пары элементов И1, И2 и ИЗ, И4 открыт и импульсы приращений координат X, Y поступают на входы счетчиков Сч1, Сч2 по каналам «Плюс» или «Минус».
Сигналы увеличения или уменьшения модуля хн, Ун вырабатываются элементами И5—И8, ИЮ—И13 и элементами ИЛЙ2— ИЛИ5, которые реализуют следующую функцию. При А% < О и G41・G03 или G42 • G02 требуется увеличение модуля хн, ySi а при G42 • G03 й G41 G02 — уменьшение модуля хн, 9н・ При Агф > 0 зависимость мейяетсй на обратную (см. рис. 4.1 и 4.3, б). Интерполяция прекращаете^, когда на вход счетчика СчЗ с выхода координаты R интерполятора ЛИ через элемент ИЛИ1 поступит число импульсов, равное А%. При этом на его выходе появится импуйьс переполнения, который сбросит В ноль триггер Т1. Элемент ИЗ закрывается. Поступление частоты / на вход интерполятора ЛИ прекращается. Цикл коррекции закончен. Так как координаты X, ¥ и R связаны линейной зависймостыЬ, то к моменту окончания отработкй хн> ys в счетчиках. Сч1, Сч2 превратятся в искомые 尤二,у二 или 尤二,у；, равные соответственно хн ± б*, Ун ± 6力 которые и представляют собой готовые начальные точки дуги скорректирдваиной эквидистанты. Они' используются основным интерполятором системы для отработки скорректироваииой траектории.
Устройство, описанное в книге 116], не требует задания в программе значения 7? и по объему электронного оборудования приблизительно в 3 раза превосходит описанные выше устройства. Оно (рис. 4.5) состоит из двухкоординатного линейного интерполятора ЛИ, счетчиков Сч1, Сч2, квадраторов Кв1, Кв2 величин Sx, Sy, сумматора См, схемы сравнения Ср, квадратора КвЗ величины Агф. Первоначально счетчики Сч1, Сч2 и квадраторы Кв1, Кв2 находятся в нулевом состоянии. В квадрдтор КвЗ, заносится величина Аг®; в интерполятор ЛИ ——xs, g^. Вёе квадраторы реализуют операцию возведения в квадрат итерационным способом по формуле /+1 = # 3 2打十 1. “
По сигналу «Пуск» интерполятор начинает интерполяцию прямой ОА (см. рис. 4.3, 6), причем приращения 8Х и 8^ поступают 92
на входы счетчиков Сч1, Сч2 (см., рис. 4.5) и квадратов Кв1, Кв2, в которых образуются величины S* и 6%. Они суммируются сумматором См и с его выхода значение 6； + Sy поступает- на первый вход схемы сравнения Ср, на втором входе которого присутствует величина Arj. Интерполяция прямой ОА заканчивается тогда, когда выполнится условие Дг| & 61 + 6；; в этот момент на выходе схемы сравнения появится сигнал «Равно», который выключит интерполятор ЛИ. Понятно, что к этому моменту в счетчиках Сч1, Сч2 будут искомые значения Sx и 6«.
Оценим время % для устройств с заданием R и без него. В первом случае при Аг巾(max) = 4096, что при цене импульса 0,001 мм соответствует примерно 4 мм; при максимальной тактовой частоте интерполятора /т.и = 1 мГц и /С/ = 2 время вычисления
fp = Ar® (max) /С///т. и»
в результате /р = 8 10"3 с, что значительно меньше времени ввода кадра, которое для систем ЧПУ, использующих электромеханические фотосчитывающие устройства, не бывает меньше 5.10'2 с и тем более меньше времени отработки л-го кадра.
В этом устройстве /р в 8—10 раз больше за счет времени работы квадраторов, что приближает его к крайнему пределу. При больших значениях 左 или Аг巾(max), или меньших значениях /т,и использование такого устройства затруднительно, хотя его широко использовали с некоторыми отличиями от приведенной схемы в системах с ценой импульса 》0,01 мм. Поэтому в устройствах без задания R приходится использовать комбинации линейного и кругового интерполяторов или круговые интерполяторы. Кроме того, квадраторы являются органически и структурно чуждым для систем ЧПУ элементом, не нужным для реализации других функций.
Вычисление корректирующих поправок с помощью линейного и кругового интерполяторов. Вычисление можно выполнять или в два этапа, т. е* сначала определить радиус R, а затем поправки, или сразу, т. е. определить поправки, ие определяя R. В соответствии с этим устройства делят на две группы. Все эти устройства выполняют расчеты только на этапе второго преобразования информации.
Рис. 4.5. Вычисление корректирующих поправок с помощью ЛИ и квадраторов
93
Рис. 4・6・ Вычисление поправок с помощью кругового и трехкоординат* но го линейного иитерполиторовРис. 4・6・ Вычисление поправок с помощью кругового и трехкоординат* но го линейного иитерполиторовРис. 4.7. Вычисление радиуса сов-мещением с ближайшей осью
Рис. 4・6・ Вычисление поправок с помощью кругового и трехкоординат* но го линейного иитерполиторов
Рис. 4・6・ Вычисление поправок с помощью кругового и трехкоординат* но го линейного иитерполиторов
Устройства первой группы можно реализовать на линейном трехкоординатном и круговом интерполяторах, на двухкоорди- • натном линейном и круговом интерполяторах, а такХе на одном ： линейно-круговом интерполяторе, при этом каждое последующее решение обладает меньшим объемом электронного оборудования, j но большим временем /р.|
Устройство (рис. 4.6) состоит из трехкоординатного линейного j интерполятора ЛИ, кругового интерполятора КИ, счетчиков j Сч1—Сч5. На первом этапе вычисляется значение R. На рис. 4.7 ； пояснен принцип вычисления радиуса R. Для этого с помощью j кругового интерполятора КИ осуществляют поворот радиуса- ； вектора ОА в сторону ближайшей оси, в данном конкретном елу- 』 чае в сторону оси X. Совпадение радиуса-вектора ОЛ с осью X j определяется по моменту обнуления координаты У.；
Перед началом работы счетчики Сч1, Сч2 (см. рис. 4.6) сбро- ； шены в ноль, значения 尤旺,^这 заносятся в рабочие регистры ЛИ, КИ и в счетчик Сч4, а в дополнительном коде в счетчик Сч5. ； В счетчик СчЗ заносится Аг@ в дополнительном коде. По сигналу 《Пуск» круговой интерполятор КИ начинает отрабатывать на 1. максимальной скорости дугу АБ по часовой стрелке (см. рис. 4.7),：
при этом выходные импульсы координат X н У поступают на { входы счетчиков Сч4, Сч5 (см. рис. 4.6). Как только на вход счетчика Сч5 поступит число импульсов, равное %, он вырабатывает 1 сигнал переполнения, выключающий КИ и запускающий ЛИ, для которого третьим рабочим регистром является счетчик Сч4, в счетчике в этот момент уже находится значение R. ЛИ начинает отрабаты- 【 вать прямую ОА так, как это описано выше. При переполнении 5 счетчика СчЗ выключается ЛИ. В этот момент искомые 6七,6歹 * будут в счетчиках Сч1( Сч2.；
На рис. 4.8 приведена схема устройства для вычисления поправок на базе двухкоординатного ЛИ и КИ. По сигналу «Пусо значения хн» Ун заносятся в круговой интерполятор КИ и соответ-
ственно в счетчики Сч2, Сч1, счетчики СчЗ, Сч4 сбрасываются в ноль. Круговой интерполятор начинает поворачивать вектор ОД (см. рис. 4.7) в сторону оси X. Момент совпадения ОА с осью X фиксируется по нулевому состоянию счетчика Сч1 (см. рис. 4.8), к этому моменту в счетчике Сч2 оказывается значение радиуса R. Сигнал нуля (переполнения) счетчика Сч1 выключает интерполятор КИ и запускает устройство управления УУ, которое формирует потенциал, открывающий элемент И1, сигнал, перезаписывающий Аг® из регистра РгЗ в счетчик Сч5, а значения а^ н R в линейный интерполятор ЛИ, и включает его. ЛИ ведет интерполяцию прямой XrR до переполнения счетчика Сч5. К этому моменту в счетчик СчЗ через элемент И1 поступит число импульсов, равное 6Х. Сигнал переполнения счетчика Сч5 выключает интерполятор ЛИ и запускает устройство управления УУ. Оно формирует потенциал, открывающий элемент И2, сигнал, перезаписывающий Агф из регистра РгЗ в счетчик Сч5, а значения R н Ун в интерполятор ЛИ. З^гот же сигнал включает его. ЛИ интерполирует прямую Rys до переполнения счетчика Счб, сигнал переполнения которого выключает интерполятор ЛИ. К этому моменту в счетчик Сч4 через элемент И2 поступит бу импульсов.
Рис. 4.8. Вычисление поправок с помощью кругового и двухкоордииатиого линейного интерполяторов
ииS 了-c17疥一S 了-c17疥一EllEll弘3弘3ii5—^啰 寻" 一 SUL5—^啰 寻" 一 SULggРис. 4.9・ Вычисление корректирующих поправок с помощью линейного и кругового интерполяторов：Рг1 —Рг7 — регистры сдвига; См! — См5 — комбинационные сумматоры; ВлШ, ВлИ2 — блоки элементов И; HEI, НЕ2 — элементы НЕ; НЕЗ —НЕ8 — согласующие элементы НЕ； Ср ——блок сравнения; БУ — блок управления нормализацией; Т1 — счетный триггер; И! — ИЮ — элементы И： Т2, ТЗ — ^S-триггеры； Т4 — /К-трнгтер; Сч — счетчик； Г — генератор импульсов; ИЛИ! — ИЛИЗ — элементы ИЛИ; БлИЛИ — блок элементов ИЛИРис. 4.9・ Вычисление корректирующих поправок с помощью линейного и кругового интерполяторов：Рг1 —Рг7 — регистры сдвига; См! — См5 — комбинационные сумматоры; ВлШ, ВлИ2 — блоки элементов И; HEI, НЕ2 — элементы НЕ; НЕЗ —НЕ8 — согласующие элементы НЕ； Ср ——блок сравнения; БУ — блок управления нормализацией; Т1 — счетный триггер; И! — ИЮ — элементы И： Т2, ТЗ — ^S-триггеры； Т4 — /К-трнгтер; Сч — счетчик； Г — генератор импульсов; ИЛИ! — ИЛИЗ — элементы ИЛИ; БлИЛИ — блок элементов ИЛИ
и
и
S 了-c17疥一
S 了-c17疥一
Ell
Ell
弘3
弘3
i
i
5—^啰 寻" 一 SUL
5—^啰 寻" 一 SUL
g
g
Рис. 4.9・ Вычисление корректирующих поправок с помощью линейного и кругового интерполяторов：
Рг1 —Рг7 — регистры сдвига; См! — См5 — комбинационные сумматоры; ВлШ, ВлИ2 — блоки элементов И; HEI, НЕ2 — элементы НЕ; НЕЗ —НЕ8 — согласующие элементы НЕ； Ср ——блок сравнения; БУ — блок управления нормализацией; Т1 — счетный триггер; И! — ИЮ — элементы И： Т2, ТЗ — ^S-триггеры； Т4 — /К-трнгтер; Сч — счетчик； Г — генератор импульсов; ИЛИ! — ИЛИЗ — элементы ИЛИ; БлИЛИ — блок элементов ИЛИ
Рис. 4.9・ Вычисление корректирующих поправок с помощью линейного и кругового интерполяторов：
Рг1 —Рг7 — регистры сдвига; См! — См5 — комбинационные сумматоры; ВлШ, ВлИ2 — блоки элементов И; HEI, НЕ2 — элементы НЕ; НЕЗ —НЕ8 — согласующие элементы НЕ； Ср ——блок сравнения; БУ — блок управления нормализацией; Т1 — счетный триггер; И! — ИЮ — элементы И： Т2, ТЗ — ^S-триггеры； Т4 — /К-трнгтер; Сч — счетчик； Г — генератор импульсов; ИЛИ! — ИЛИЗ — элементы ИЛИ; БлИЛИ — блок элементов ИЛИ
Вычисление искомых величин закончено, но не в два, а в три этапа. Достигнуто сокращение оборудования, так как вместо трехкоординатного линейного интерполятора использован двухкоординатный. Объем электронного оборудования и время вычисления корректирующих поправок можно еще сократить, если воспользоваться устройством, в котором линейный и круговой интерполяторы работают одновременно и определяют бж, 6« 96
как координаты точки пересечения дуги радиусом Агф с прямой, заданной приращениями А% = хн, А" = "н・
Структурная схема этого устройства изображена на рис. 4.9, график, поясняющий принцип его работы,——на рис. 4.10, график, поясняющий сохранение точности при сокращении разрядности ЛИ, — на рис. 4.11.
Элементы Рг1, Рг2, См1, См2, БлИ1, БлИ2, НЕ1, См3, РгЗ, НЕ2, Т1, И2, ИЗ образуют круговой интерполятор, работающий по принципу оценочной функции с поочередной выдачей приращений по координатам, а элементы Рг4, Рг5, Ргб, Рг7, См4, См5, Ср — линейный двухкоординатный интерполятор, построенный по принципу ЦДА. Элементы НЕЗ——НЕ8 несут функциональную нагрузку лишь в случае использования элементов И1—ИЮ и ИЛШ—ИЛИЗ и триггеров Т2—Т4 с отрицательной логикой и при описании работы устройства не упоминаются.
Перед началом работы исходная информация заносится в устройство следующим образом. Поправка Агф заносится в дополнительном коде в регистр Рг1 и счетчик Сч. Значение хн (хк) заносится в регистр Рг4, а значение % (呢)——в регистр Рг5. Если вычисляется поправка в первом кадре, то это хн> Ун в дальнейшем—%к，Ук, но на работу устройства смысл 尤 и у не влияет, поэтому в дальнейшем обозначаем их хн и Ун・
Одновременно с занесением информации ха, ys в регистры Рг4 и Рг5 блок Ср определяет большее значение, и на его выходе появляются сигналы у^ > 尤衣 или %衣 > //н・ Сигнал предварительной установки ПУ сбрасывает в ноль регистры Рг2, РгЗ и триггеры Т2—Т4, после чего из блока центрального управления системы (на рисунке не показан) приходит сигнал «Пуск нормализации», который включает блок БУ. Этот блок начинает вырабатывать импульсы сдвига, поступающие на сдвигающие
Рис. 4.10. Принцип вычисления поправок с помощью ЛИ и КИРис. 4.10. Принцип вычисления поправок с помощью ЛИ и КИРис. 4.11. Принцип уменьшения погрешностиРис. 4.11. Принцип уменьшения погрешности
Рис. 4.10. Принцип вычисления поправок с помощью ЛИ и КИ
Рис. 4.10. Принцип вычисления поправок с помощью ЛИ и КИ
Рис. 4.11. Принцип уменьшения погрешности
Рис. 4.11. Принцип уменьшения погрешности
9797
97
97
4 В. Л- Кошкин
входы регистров Рг4 и Рг5. Информация в них начинает сдвигаться в сторону старших разрядов до тех пор, пока в старшем разряде любого из регистров не появится единица, после чего подача сдвигающих импульсов прекращается. После этого на единичный вход триггера Т2 поступает сигнал «Пуск». Этот триггер устанавливается в состояние «единицы» и своим единичным выходом открывает элемент И5, а нулевым выходом закрывает элемент И1.
В результате на выходе элемента И1 исчезает нулевой потенциал и элемент И4 открывается. Теперь импульсы генератора Г через элемент И4 начинают поступать на входы элементов И5, И7. Но элемент И7 закрыт, так как триггер Т4 сигналом ПУ установлен в нулевое состояние, а элемент И5 открыт, так как на единичном выходе триггера Т2 и нулевом выходе триггера Т4 имеются единичные сигналы. Благодаря этому импульсы с выхода элемента И5 начинают поступать на выходы записи регистров Ргб н Рг7, которые совместно с сумматорами См4 и См5 образуют накапливающие сумматоры линейного интерполятора. Одновременно импульсы поступают на соответствующие входы элементов И6, И8, И9, ИЮ, которые по двум k другим своим входам управляются сигналами переноса старшего разряда сумматоров См4 и См5 и сигналами ун > хн и хн > z/H соответственно.
Пусть, например, у% < хн, тогда (см. рис. 4.10) угол а < 45°, и в этом случае выходные сигналы оси Y линейного интерполятора через элемент И9 и элементы ИЛИЗ будут поступать на единичный вход триггера Т8 и вход элемента ИЛИ1, а выходные сигналы оси X через элемент И6 и элемент ИЛИ2 ——на счетный вход счетчика Сч.
Таким образом, выход элемента И5 фактически является входом аргумента линейного интерполятора. Предположим, что первый шаг сделан по оси X, тогда содержимое счетчика Сч уменьшится на единицу. На рис. 4.10 это эквивалентно перемещению на единицу проекции вектора хн, ^任 на ось X, задаваемому линейным интерполятором от точки О к точке 5. Следующий импульс, выработанный линейным интерполятором по оси X, вызовет следующий шаг по оси X и также будет зафиксирован счетчиком Сч, и т. д. Так продолжается до тех пор, пока не выработается импульс по оси У. Этот импульс через элементы И9 и ИЛИЗ поступит на единичный вход триггера ТЗ, который и установит триггер своим передним фронтом в состояние «единицы», а через элемент ИЛИ1 поступит на синхронизирующий вход триггера Т4, в результате чего этот триггер также устанавливается в «единицу».
Теперь на входе элемента И5 появляется нулевой потенциал, и поступление импульсов на вход аргумента линейного интерполятора прекращается. Одновременно открывается элемент И7, и с его выхода импульсы частоты генератора Г начинают поступать на вход аргумента кругового интерполятора, а именно на 98
вход записи регистра РгЗ, который совместно с сумматором См3 образует накапливающий сумматор оценочной функции, на входы элементов И2 и ИЗ (формирования координатных приращений) и на счетный вход триггера Т1.
Круговая интерполяция осуществляется по следующему алгоритму оценочной функции. При и (尤公 у『)》0, т. е. когда точка находится на или вне окружности, шаг делается по оси X и новое значение оценочной функции 〃讣卜 / = 〃力 j ——2尤》+ 1. При 〃(尤t；劣)V 0 точка находится внутри окружности, при этом делается шаг по оси У, а новое значение оценочной функции 〃厶 j+工=〃厶 丁 + 2у, + 1. Реализация этого алгоритма имеет ряд особенностей, существенно упрощающих его схему, а именно операция вычитания 2xf заменена сложением с дополнительным кодом х, причем Агф = хн кругового интерполятора заносится в регистр Рг1 последовательно и сразу в дополнительном коде, что исключает громоздкий параллельный преобразователь прямого кода в дополнительный. Разрядность блоков См1——См3, Рг1——РгЗ, БлШ, 6лИ2, БлИЛИ кругового интерполятора сокращена на один, что значительно сокращает объем оборудования, исключает необходимость сдвига кодов xit ^ для получения их двойных значений 2尤力 2у)или двойное суммирование, это повышает быстродействие и также уменьшает объем оборудования. Удвоение разрядности величин хь 仇 достигается подключением к младшему разряду сумматора См3 единичного выхода триггера Т1, на счетный вход которого поступает каждый входной импульс аргумента. Так как логическая функция триггера Т1 совпадает с логической функцией сумматора при суммировании единиц, то такое включение триггера Т1 эквивалентно увеличению на один разряд разрядности всех блоков кругового интерполятора и выполнению сдвигов или повторных суммирований величин к, у)・
Далее круговой интерполятор работает следующим образом. При положительном значении оценочной функции на выходе знакового разряда регистра РгЗ имеется ноль, поэтому элемент ИЗ закрыт, а элемент И2 открыт единичным сигналом через элемент НЕ2. Импульс частоты пройдет через элемент И2 и поступит на выход интерполятора по оси X, причем по заднему фронту этого импульса, который воздействует также на вход параллельной записи регистра РгЗ, запишется новое значение подынтегральной функции, откорректированное на величину, хранимую в регистре Рг1, т. е. на 2修，так как блок БлИ1 открыт выходным сигналом элемента НЕ2. Выходной импульс элемента И2 поступит на вход параллельной записи регистра Рг1 и запишет в него выходную комбинацию сумматора См1, что эквивалентно уменьшению абсолютного значения %» в регистре Рг1 на единицу, т. е. образуется значение 修一1.
При отрицательном значении оценочной функции на выходе знакового разряда регистра РгЗ имеется единица, которая откры-
вает элемент ИЗ, формируя импульс по оси 2У. Так как по цепи элементов НЕ2, НЕ1 оказывается открытым блок БлИ2, то оценочная функция корректируется на величину 2у^ хранимую в регистре Рг2, и аналогично работе по предыдущей оси выходной импульс по оси Y добавляет единицу к содержимому регистра Рг2, образуя величину 4j + 1. Таким образом, реализуется приведен-, ный выше алгоритм круговой интерполяции. Если приращение выработано по оси X, то импульс с выхода элемента И2 через элемент ИЛИ2 поступит на счетный вход счетчика Сч, что эквивалентно единичному шагу проекции точки дуги окружности от точки А в сторону точки Б (см. рис. 4.10).
При выработке приращения по оси Y импульс появляется на выходе элемента ИЗ (см. рис. 4.9). Этот импульс поступает на R-вход триггера ТЗ и своим передним фронтом сбрасывает его в ноль, одновременно, пройдя через элемент ИЛШ, импульс поступает на вход С триггера Т4 и своим задним фронтом сбрасывает его в ноль. В результате прекращается подача импульсов частоты /в на вход аргумента кругового интерполятора через элемент И7.
В момент переключения координаты У текущей точки 49 (см. рис. 4.10) прямой и текущей точки 50, дуги равны, а координаты X текущих точек дуги и прямой приближаются друг к другу. Цикл работы повторяется, при этом координаты У дуги и линии «следят» друг за другом, а по координате X двигаются навстречу друг другу. Цикл работы прекращается, когда дуга и окружность пересекутся в точке 55, этот момент определяется по переполнению счетчика Сч (см. рис. 4.10). Действительно, сумма координатных приращений по оси X в этот момент окажется равной Дгф. Сигнал переполнения счетчика Сч поступает на 7?-вход триггера Т2 и сбрасывает его в ноль, закрывая тем самым элемент И5. Одновременно единичный сигнал появляется на входе элемента И1 и, как только триггер Т4 окажется в нуле, на втором входе элемента И1 окажется единица и его выходной нулевой сигнал закроет элемент И4 и отключит генератор Г. Цикл вычисления закончен.
、 При этом искомые значения 6化,б^ окажутся в регистрах Рг1 и Рг2, причем в регистре Рг1 окажется проекция бх при хн > у^ или бу при % > хн, а в регистре Рг2, наоборот. Элемент И1 необходим для того, чтобы последний импульс, проходящий по оси У (см. рис. 4.10), формировался круговым интерполятором, так как первый импульс по этой оси формируется линейным интерполятором, в противном случае проекция 5P вычисляется с погрешностью на одну дискрету.
Преимуществами устройства являются повышение быстродействия, так как используется однотактная схема раооты интерполяторов, время расчета не зависит от значений хн, ^幻 а только от Агф. Благодаря действию выходных сигналов блока Gp всегда угол а & 45°, что также увеличивает быстродействие в 2 раза. 100
Объем электронного оборудования сокращается за счет того, что круговой интерполятор имеет разрядность поправки, а не поправки плюс один разряд, а разрядность линейного интерполятора также может быть сведена до разрядности кругового, так как погрешность Smax от неточности задания линии, редуцируется (см. рис. 4.1 1) прямо пропорционально отношению Дгф (шах)Дтах, ИЛИ Дгф (max)/^(max)» ИЛИ А/*ф (тах)/^/тах*
Для современных систем xmax = f/тах = 10 000 мм, Агф = = 2 мм, следовательно, Дгф(max)/^max,— 0,0005. Точность увеличивается в 5000 раз, и, следовательно, разрядность линейного интерполятора может быть соответственно уменьшена без потери точности, что не только уменьшает объем оборудования, но и позволяет повысить тактовую частоту, так как время суммирования уменьшается и, следовательно, возрастает быстродействие. При этом дополнительно уменьшается время вычисления поправки и возрастают предельно допустимые скорости, на которых может работать система ЧПУ. В СЧПУ МГА NC-AT использовано такое устройство, что особенно важно при обработке участков с большой кривизной. 、
Вычисление корректирующих поправок с помощью круговых интерполяторов. Стремление сократить время /р привело к созданию способа вычисления поправок поворотом вектора О А (рис. 4.12, а) до совмещения с ближайшей осью с одновременным подсчетом импульсов аргумента а. Затем следуют суммирование значений ± А/•力 * А м поворот вектора 06' или 05" на вычисленный угол а, но в обратную сторону. В аналогичном устройстве используют два круговых интерполятора на ЦДА, связанных по аргументам, в первом из которых выполняется поворот R на угол а, т. е. до совпадения вектора ОА с ближайшей осью, в то время как во втором ——осуществляется поворот вектора Агф относительно одной из осей на угол а (ри 4.12, 6).
Рис. 4.12. Вычисление поправок: а — двойным поворотом; б — поворотом векторов R и
Рис. 4.13. Схема вычисления поправок поворотом векторов менный поворот векторов ОАРис. 4.13. Схема вычисления поправок поворотом векторов менный поворот векторов ОАОднако практически способ может быть реализован с помощью различных устройств, выбор которых определяется структурой СЧПУ. При вычислении поправок на этапе второго преобразования для сокращения времени вычисления
Рис. 4.13. Схема вычисления поправок поворотом векторов менный поворот векторов ОА
Рис. 4.13. Схема вычисления поправок поворотом векторов менный поворот векторов ОА
следует использовать одновре-； и А% с помощью двух круговых интерполяторов, построенных на ЦДА (рис. 4.13). Однако этот способ требует использования специальных приемов. Один из приемов, который можно назвать обратной нормализацией, описан выше, поэтому повторять его нет необходимости. Сущность его сводится к уравниванию порядков Дгф и R, что сокращает объемы электронного оборудования интерполяторов и одновременно время /р. Поскольку таких устройств можно предложить очень много, рассмотрим только два, принципиально отличающихся друг от друга.
Рис. 4.14. Схема устройства для вычисления поправок поворотом векторов с дополнительным делителем:Рис. 4.14. Схема устройства для вычисления поправок поворотом векторов с дополнительным делителем:См1 — См4 — накапливающие сумматоры; БлШ — БлИ4 — блоки элементов И; Сч1 — Сч4 — счетчики; Сх <0*1, Сх«0»2 — схемы совпадения на ноль； ИЛИ — элемент； Т — триггер; И1 — элемент И; Г — генератор импульсов： Сч5 — счетчик-делитель; КИ1 КИ2 ——круговые интерполяторыСм1 — См4 — накапливающие сумматоры; БлШ — БлИ4 — блоки элементов И; Сч1 — Сч4 — счетчики; Сх <0*1, Сх«0»2 — схемы совпадения на ноль； ИЛИ — элемент； Т — триггер; И1 — элемент И; Г — генератор импульсов： Сч5 — счетчик-делитель; КИ1 КИ2 ——круговые интерполяторыСтруктурная схема первого устройства приведена на рис. 4.14, а графики, поясняющие его работу, — на рис. 4.15. Элементы См1, См2, БлИЗ, БлИ2, Сч1, Сч2, Сх《0》1, Сх«0»2 образуют первый круговой интерполятор КИ1, а элементы См3, См4, БлИЗ, БлИ4, СчЗ, Сч4 —— второй КИ2. Информация распределяется следующим
Рис. 4.14. Схема устройства для вычисления поправок поворотом векторов с дополнительным делителем:
Рис. 4.14. Схема устройства для вычисления поправок поворотом векторов с дополнительным делителем:
См1 — См4 — накапливающие сумматоры; БлШ — БлИ4 — блоки элементов И; Сч1 — Сч4 — счетчики; Сх <0*1, Сх«0»2 — схемы совпадения на ноль； ИЛИ — элемент； Т — триггер; И1 — элемент И; Г — генератор импульсов： Сч5 — счетчик-делитель; КИ1 КИ2 ——круговые интерполяторы
См1 — См4 — накапливающие сумматоры; БлШ — БлИ4 — блоки элементов И; Сч1 — Сч4 — счетчики; Сх <0*1, Сх«0»2 — схемы совпадения на ноль； ИЛИ — элемент； Т — триггер; И1 — элемент И; Г — генератор импульсов： Сч5 — счетчик-делитель; КИ1 КИ2 ——круговые интерполяторы
рИСф 4.15. Принцип вычисления поправок (а) и нахождение проекции АК (6)рИСф 4.15. Принцип вычисления поправок (а) и нахождение проекции АК (6)
рИСф 4.15. Принцип вычисления поправок (а) и нахождение проекции АК (6)
рИСф 4.15. Принцип вычисления поправок (а) и нахождение проекции АК (6)
образом: хн заносится в счетчик Сч\, уп — в счетчик Сч2, эквидистантная поправка Лгф — в счетчик СчЗ, в счетчик Сч4 заносится 0; накапливающие сумматоры См 1 ——См4 сбрасываются
в ноль.
Предположим, что точка Л (рис. 4.15, а) нескорректированной траектории задана координатами /, % и находится на расстоянии R от точки О. Необходимо вычислить координаты точки /Г при ДГф > 0 или точки {"при ЛГф < 0, т. е. необходимо вычислить поправки бу = ДГф sin <р н 6% = Дгф cos <р.
КИ, появляютсяКИ, появляютсяВычисление поправок осуществляется не в два этапа, как было описано ранее) а в один, при этом используется один полноразрядный круговой интерполятор КИ1 (см. рис. 4.14) и один малоразрядный круговой интерполятор КИ2. Если разрядность интерполятора КИ1 соответствует разрядности системы и равна 24 двоичным разрядам, то разрядность интерполятора КИ2 равна диапазону коррекции Лгф, который вдвое меньше. Вычисление поправок основано на том, что импульсы аргумента строенного на ЦДА, по своей физической сущности
КИ, появляются
КИ, появляются
импульсаимпульсаприращениями угла.
импульса
импульса
Число разрядов интерполятора и угловая цена “ аргумента связаны между собой соотношением: W90 =冗2"一\ где ^9o ——число импульсов аргумента, которое необходимо подать на вход интерполятора КИ1, чтобы повернуть радиус-вектор на 90°; и — число разрядов интерполятора. Пусть для интерполятора КИ1 九=24, а для интерполятора КИ2 число разрядов /п = 12 и ^э0 = 冗2力—1. Следовательно, угловая цена импульса аргумента интеполятора КИ2 в 2п~т раза больше цены импульса аргумента интерполятора КИ1. Поэтому для обеспечения синхронного вращения векторов в двух интерполяторах, разрядность которых не совпадает, необходимо, чтобы на вход аргумента интер-
полятора с меньшей разрядностью поступало в 2厶一力 раза меньше ' импульсов, чем на вход интерполятора с большей разрядностью.. Эта математическая зависимость 15} и является теоретической ( базой решетки.
Распределив информацию, подаем сигнал «Пуск» на вход триг-、 гера Г. Потенциал с его выхода открывает элемент И1, и импульсы ; высокой частоты генератора Г поступают на вход аргумента ин-, терполятора КИ1, т. е. на входы блоков БлИ1, ВлИ2 и вход делителя Сч5. Каждый импульс вызывает передачу в сумматоры ' См1, См2 кодов из счетчиков Сч1, Сч2. Импульсы переполнения : сумматора См1 поступают на вычитающий вход счетчика Сч2 и ； уменьшают его состояние на единицу, а импульсы переполнения сумматора См2 поступают на суммйрующий вход счетчика Сч1,. увеличивая его состояние на единицу. Это обеспечивает поворот ' радиуса-вектора ОА (см. рис. 4.15, а) по часовой стрелке. Частота делится делителем Cq5 на 2л~т, и поступает на вход аргумента ' .Интерполяторд поправки КИ2, работающего так же, как и интер-扌 полятор КИ1.j
В нем радиус-вектор 0гС (рис. 4.15, 6) поворачивается против ] часовой стрелки. Так как между входами аргументов интерполя-彳 торов КИ1 и КИ2 включен масштабирующий делитель Сч5, то, 1 несмотря на разность в числе разрядов, радиусы-векторы ОА J и С\С будут вращаться синхронно. В тот момент, когда радиус-' вектор О А, повернувшись на угол 屮厶 совпадет с осью X, радиус- ■■ вектор (\С повернется также на угол 中工 и окажется в положе-. нии OiC'・ Это определяется схемой совпадения на ноль Сх《0»2, так как координата у『точки А равна нулю, в счетчике Сч2 — ноль (см. рис. 4.14). Сигнал со схемы Сх《0》2 через элемент ИЛИ поступает на нулевой вход триггера Т и сбрасывает его в ноль. Элемент И1 закрывается. Вычисление поправок закончено. Поправка 6# окажется в счетчике СчЗ, а поправка Sy — в счетчике Сч4. Аналогично вычисляются поправки точки 5. Для сокращения £р при хн V Рн вектор О А поворачивают в сторону • оси У, для чего меняют знаки обратных связей. Поэтому всегда 中】 < 45°.
Недостатком устройства является то, что оно не учитывает погрешность интегрирования и округления. Рассмотрим устройство с автоматическим исключением этих погрешностей (рис. 4.16). На рис. 4.17 изображены графики, поясняющие его работу.. Устройство состоит из кругового интерполятора КИ1 поправки Дгф, построенного на ЦДА, кругового интерполятора КИ2 радиуса, построенного на ЦДА, схемы Сх«0» совпадения на ноль, элементов ИЛИ1, ИЛИ2, триггеров Т1—Т5, элементов И!—И7, счетчиков Сч1—Сч5, накапливающих сумматоров См1, См2 и схемы управления СУ.
Перед началом работы в КИ1 заносят хн = 0, уп = Аг^, Ах = Ау = Агф, в КИ2 — хи = %；, % = %, Ny =拆，а значение Дх не заносится, так как при отработке по оси У А，= у：, а радиус R совпадает с осью X. 宀
«Пуск» включают схему СУ. Она вырабатывает который устанавливает в единицу триггеры Tl, Т2. элемент И1. Импульсы высокой частоты /в через элемент ИЛИ1 поступают на вход аргумента КИ1«Пуск» включают схему СУ. Она вырабатывает который устанавливает в единицу триггеры Tl, Т2. элемент И1. Импульсы высокой частоты /в через элемент ИЛИ1 поступают на вход аргумента КИ1Сигналом импульс И1,Сигналом импульс И1,Открывается элемент И1 9 _ и на вход' счетчика Сч1.
«Пуск» включают схему СУ. Она вырабатывает который устанавливает в единицу триггеры Tl, Т2. элемент И1. Импульсы высокой частоты /в через элемент ИЛИ1 поступают на вход аргумента КИ1
«Пуск» включают схему СУ. Она вырабатывает который устанавливает в единицу триггеры Tl, Т2. элемент И1. Импульсы высокой частоты /в через элемент ИЛИ1 поступают на вход аргумента КИ1
Сигналом импульс И1,
Сигналом импульс И1,
Когда радиус-вектор Аг@ повернется на 90° и совместится с осью X (см. рис. 4.17, а), в счетчике Сч1 окажется число, соответствующее углу 90° для конкретного значения Аг巾.При этом КИ1 вырабатывает сигнал «Окончание отработки», Который сбрасывает в ноль триггер Т1. Одновременно с выхода элемента И2, открытого единичным сигналом тгиггера Т2, импульсы частоты /в поступают на вход реверсивного счетчика СчЗ и через элемент ИЛИ2 на вход аргумента КИ2, который поворачивает вектор ОА = R в сторону ближайшей оси (оси X на рис. 4.17, б). Интерполяция выполняется до совпадения радиуса-вектора R с осью X.
斤斤УУ勿勿““刃刃GGзначений：значений：Рис. 4.17. ОпределениеРис. 4.17. Определениепоправокпоправок彻伍®彻伍®
斤
斤
У
У
勿
勿
“
“
刃
刃
G
G
значений：
значений：
Рис. 4.17. Определение
Рис. 4.17. Определение
поправок
поправок
彻伍®
彻伍®
При этом КИ2 вырабатывает сигнал «Окончание отработки», который сбрасывает триггер Т2 в ноль.
К этому моменту в реверсивном счетчике СчЗ код численно равен(pt, но угловое значение единицы этого кода в общем случае не совпадает с угловым значением единицы кода(р90 Лгф в счетчике Сч1. После получения обоих сигналов «Окончание отработки» схема СУ формирует импульс И2, который устанавливает в единицу триггер ТЗ, Открывается элемент ИЗ, и с его выхода импульсы /в поступают на вход счетчика Сч2, а через элемент ИЛИ2—— на вход аргумента КИ2. В нем после поворота ОА (хн, z/H) на угол 屮工 оказались следующие данные: %н = R, Рн = 0； Ах = Ау = А・ Импульсы /в, поступая на вход КН?, заставят его повернуть радиус R на 90°. Напряжение поворота значения не имеет.
Когда радиус R совместится с осью Y (рис. 4.17, е), отработка закончится, а в счетчике Сч2 окажется число 屮驼(貝),соответствующее 90° для данного значения R, причем в общем случае /屮的(R) 六 中9о (Агф)・ Угловая цена импульсов аргумента КИ1 и КИ2 не одинакова и зависит от Агф и R.
КИ2 (см. рис. 4.16) вырабатывает сигнал «Окончание отработки», который выключает триггер ТЗ и поступает на вход схемы СУ, вырабатывающей импульс ИЗ. Он устанавливает в единицу триггер Т4. Частота /в с выхода элемента И4 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика СчЗ и на единичный вход триггера Т5. Триггер Т5 переключается в еданицу и открывает элемент И5, импульсы 諸 поступают на суммирующие входы сумматоров См1 и См2. Сумматор См1 суммируется значение(р90 X X (ДГф), а сумматор См2 ——(p90 (R).
Импульсы переполнения сумматора См1 через элемент ИЛИ1 поступают на вход аргумента КИ1, выходные сигналы которого через элементы И6, И7, открытые единичным сигналом триггера Т4, поступают на вычитающий и суммирующий входы счетчиков Сч4, Сч5. Импульсы переполнения сумматора См2 сбрасывают в ноль триггер Т5. При этом закрывается элемент И5. Поэтому частоты на нулевом и еданичном входах триггера Т5 равны, что возможно, когда /в > fK卜
Следующий импульс с выхода элемента И4 вновь устанавливает в единицу триггер Т5, и цикл продолжается до установки реверсивного счетчика СчЗ в ноль. Тогда схема Сх《0》сбросит в ноль триггер Т4. Вычисление поправок (рис. 4.17, г) закончено, причем 6Х окажется в счетчике Сч4, 6^ — в счетчике Сч5. Точность вычисления бх, % будет выше, чем в предыдущем устройстве, так как угловая цена импульсов аргумента КИ1 и КИ2 выравнивается. /
Элементы Сч1, Сч2, См1, См2, Т5, И5 представляют собой двухкоординатный линейный интерполятор с обратной связью, который решает следующую пропорцию: “ = [fB(p90 (Дгф) ]/ф90 (R). Число импульсов на выходе сумматора См1 равно числу импульсов на единичном входе триггера Т5, умноженному на отношение
屮90 (ДгФ)/фм (R)- Если на единичный вход триггера Т5 подать 屮9о(R) импульсов, то на вход аргумента КИ1 придет <р90 (Агф) импульсов, так как (р90 (Агф)屮悶(R)/s。(R) = ф90 (А%)・ Следовательно, вектор А「ф в КИ1 за время прихода на единичный вход триггера Т5 学工 импульсов повернется точно на угол фх, а на его вход придет число импульсов, равное фхфв0 (Агф)/фв0 (決)・ Поэтому поправки вычисляются с точностью до одного импульса.
Вычисление корректирующих поправок с помощью линейнокругового интерполятора. Поправки могут быть вычислены с помощью одного линейно-кругового интерполятора (ЛКИ) (рис. 4.18). Это устройство вычисляет поправки 6Х, бу в три этапа. Первоначально информация заносится в устройство следующим образом: %н — в регистр Рг2, % —в регистр РгЗ, Агф — в регистр Рг4.
По команде 《Пуск» блок БУ вырабатывает потенциал П1 первого этапа вычисления, который поступает на входы коммутаторов Ком1, Ком2, а также импульсы записи информации, поступающие в счетчики Сч1, Сч2. Потенциал П1 переключает коммутатор Ком! так, что в ЛКИ записываются хн, ун, причем в зависимости от соотношения хн > ун или хн V ун блок БУ вырабатывает потенциал G02 или G03, т. е. круговая интерполяция идет по или против часовой стрелки. Коммутатор Ком2 передает в счетчики Сч1, Сч2 значения хн и 〃口, причем ун в дополнительном коде.
После этого блок БУ вырабатывает сигнал «Пуск 1》.ЛКИ начинает отрабатывать поворот вектора ОА в сторону ближайшей оси (на рис. 4.7 в сторону оси X). Так продолжается до поступления с выхода второй координаты ЛКИ на вход счетчика Сч2 импульсов, число которых равно у^・ В этот момент вектор ОА совместится с осью X, и в счетчике Сч1 образуется величина R.
Рг1 —Рг5 — регистры； Ком1, Ком2 — коммутаторы； Сч1, Сч2 — счетчики; БУ — блок управления
Импульс переполнения счетчика Сч2 поступает на вход блока БУ. Блок БУ импульсом «Стоп» выключает ЛКИ, импульсом «Запись R» переписывает R из счетчика Сч1 в регистр Рг1, после чего вырабатывает потенциал линейной интерполяции G01, который поступает на ЛКИ, и. потенциал П2 второго этапа вычислений, который поступает на вторые управляющие входы коммутаторов Ком1 и Ком2. По сигналу «Запись» это обеспечивает занесение в регистр координаты ЛКИ ——хн, в регистр второй координаты — R.
В счетчик Сч1 заносится ноль, а в счетчик Сч2 — Аг^ в дополнительном коде. По сигналу «Пуск 1» ЛКИ начинает отработку прямой, заданной значениями хн, R, до поступления с выхода координаты R на вход счетчика Сч2 числа импульсов, равного Дгф. Тогда счетчик Сч2 переполнится. К этому моменту на вход счетчика Сч1 поступит число импульсов, равное искомой поправке 6Х. Сигнал переполнения счетчика Сч2 поступает на вход блока БУ. Блок вырабатывает сигнал «Стоп и нтер п о л ятор а», потенциал ПЗ третьего этапа, который переключает коммутаторы Ком1 и Ком2. При этом по сигналу «Запись» информация перепишется следующим образом: в регистр первой координаты ЛКИ запишется ун, в регистр второй координаты — R;标 перепишется из счетчика Cqi в регистр Pf5, счетчик Сч1 обратится в ноль, что возможно выполнить одним импульсом, если запись в регистр Рг5 осуществляется по переднему фронту, а запись в счетчик Сч1 (сброс) по заднему. Значение Агф вновь записывается в счетчик Сч2.
По сигналу «Пуск 1» ЛКИ начинает отрабатывать прямую, заданную значениями yHt R, причем интерполяция этой прямой будет продолжаться также до переполнения счетчика Сч2. К этому моменту в счетчике Сч1 окажется %. Таким образом, в конце цикла в регистре Рг5 будет 6Х и в счетчике Сч1—%.
Преимуществом этого устройства является то, что объем оборудования почти в 2 раза меньше, чем объем оборудования в устройствах, построенных на базе ЛЙ и КИ (см. рис. 4.8), при равенстве /р.
Устройство для коррекции ломаных эквидистант. Описанные выше устройства служат для вычисления корректирующих поправок на этапе второго преобразования информации и могут быть использованы только для корреляции гладких эквидистант и непригодны для ломаных.
В системах с линейным интерполятором наиболее удобными для практического использования оказались устройства коррекции с выделением дополнительных кадров. Эти устройства оптимальны по способу кодирования информации> ее ввода, выхода на эквидистанту и возврата в исходную точку. Они используют суммирование поправок в виде унитарных кодов. Такие устройства гарантируют сходимость по нулям скорректированного эквидистантного контура не только для симметричных замкнутых эквидистант, но и для любых замкнутых эквидистант. Рассмотрим
БВПБВПпипиI他I他6666595957575858■— Жи■— Жи3"3"66666夕6夕々7々7аа+1+1。2。2史L资史L资费费"3"3攣攣58586N16N1-Л-Л卩卩4Axi4&4Axi4&"£1"£1И5И5дмдм7制18 I7制18 I5858"7"7戚戚依依BN0^BN0^Рис. 4.19. Схема коррекции ломаной эквидистанты：Рис. 4.19. Схема коррекции ломаной эквидистанты：
БВП
БВП
пи
пи
I他
I他
66
66
59
59
57
57
58
58
■— Жи
■— Жи
3"
3"
66
66
6夕
6夕
々7
々7
а
а
+1
+1
。2
。2
史L资
史L资
费
费
"3
"3
攣
攣
58
58
6N1
6N1
-Л
-Л
卩
卩
4Axi4&
4Axi4&
"£1
"£1
И5
И5
дм
дм
7
制1
8 I
7
制1
8 I
58
58
"7
"7
戚
戚
依
依
BN0^
BN0^
Рис. 4.19. Схема коррекции ломаной эквидистанты：
Рис. 4.19. Схема коррекции ломаной эквидистанты：
ВВП — блок ввода программы； ЛИ — линейный интерполятор; Ком1, Ком2 — коммутаторы; Д1 — Д4 —делители частоты; ИЛИ1 —ИЛИ9 — элементы ИЛИ; Зи1, Зн2 —- схемы выбора знака; Пу — пульт; Рг1, Р「2 — регистры; Tl —ТЗ — триггеры; НЕ1 — элемент НЕ; И1 —И8 — элементы И; БУL БУ2 — блоки управления приводами; П1, П2 — приводы, Ml, М2 — двигатели; Г — генератор; EKL 6К2 — блоки коррекции; СС1 — схема синхронизации; СВ — схема ело- жения-вычитания; УМ — схема умножения; Д5, Д6 — схемы деления; JI1, Л2 — логические-элементы 2—2И—2ИЛИ
44Рис. 4.20. Принцип коррекции ломаных эквидистантРис. 4.20. Принцип коррекции ломаных эквидистантименно это устройство (рис. 4.19). На рис. 4.20 изображены траектории движения инструмента при обработке деталей, по-разному повернутых относительно осей X (рис. 4.20, а) и К (рис. 4.20, б), и выходе инструмента на эквидистанту. На рис. 4.21 приведены временные диаграммы получения скорректированной' программы в случае вычитания (ряс. 4.21, а) и суммирования (рис. 4.21, б) поправок. Временная диаграмма получения импульсов синхронизации и коррекции дана на рис. 4.22.
4
4
Рис. 4.20. Принцип коррекции ломаных эквидистант
Рис. 4.20. Принцип коррекции ломаных эквидистант
Программа представляет собой траекторию движения центра фрезы (см. рис. 4.20, а) из нулевой точки 0 к первой точке Л, лежащей на эквидистантном контуре, удаленном от поверхности детали на радиус R фрезы, и обход по контуру АБЕИМА с возвращением в точку О. Чтобы устройство могло работать, необходимо траекторию рзбить на кадры программы следующим образом: ОД, АБ. ВС, СД, ДЕ, ЕЖ,氷3, 3〃，〃К, К〃，ЛМ. МН,
ииРис. 4.22. Вычисление 46хРис. 4.22. Вычисление 46хНО
и
и
Рис. 4.22. Вычисление 46х
Рис. 4.22. Вычисление 46х
НА, АО, В кадрах ОА, АО кроме основной информации задается «признак внутреннего контура» W; в кадрах АБ, ВС, ДЕ, ЕЖ, ЗИ, ИК, ЛМ, МН кроме основной информации задается «признак внешнего контура V». На рисунке кадры с командой V помечены одной черточкой, с командой W ——двумя.
По такой траектории инструмент движется в том случае, если используется фреза радиусом R. Если радиус фрезы равен R — Лгф, необходима траектория ОА'SCД'Е'ЖЗИ'к'贝М‘Н‘А'О. Это скорректированная траектория. Для ее получения необходимо скорректировать только те кадры, которые отмечены одной или двумя черточками. Причем, если Лгф имеет знак «минус» и задан признак внешнего контура, модуль перемещения должен уменьшаться, если при Агф знак «минус» и задан признак внутреннего контура, модуль перемещения должен увеличиваться. Если при Аг@ знак «плюс», ситуация меняется на обратную.
Проекции отрезка ДГС (рис. 4.20, б) на оси X, Y отличаются от проекций отрезка ДС на те же оси соответственно на 6Х и %:
Хд’с， = %дс — 6为;уд’с， = ，ас — 6у・
Но из подобия треугольников СДЕ и С'Д'Е' легко видеть, что бх = Ar/д1cК*"】；* = Ar^RcRT.
Тогда для любого кадра программы, в котором присутствуют дополнительные команды (признак внешнего контура и признак внутреннего контура W), скорректированные значения
. I Дхк I I Д^ ± Д^ф д^-11；(4.1)
|A%|=|A，±A%AN・(4・2)
Причем знаки в формулах (4.1) (4.2) определяют по описанному выше закону в зависимости от знака при Лгф и наличия команд V и W. Этот закон можно представить в виде таблицы (табл. 4.1).
Таким образом, устройство работает по следующему алгоритму: кадры программы, в которых нет команд признаков V и W, отрабатываются без коррекции, а кадры, в которых есть команда V или W, отрабатываются с коррекцией в соответствии с форму-
4.1. Таблица знаков увеличений и уменьшения модуля
Команда
V
一.
W
+
V
W
一,
лами (4.1) и (4.2) и со знаками поправок, соответствующих таблице.
Перед началом работы с пульта ПУ (см. рис. 4.19) задают радиус 5 фрезы, который запоминается в регистре Рг2, и значение А『ф, которое запоминается в регистре Рг1. Кроме того, на пульте ПУ .задается знак Дгф.
Программа П поступает на вход БВП. Сигналом, запускающим ввод очередного кадра программы, является импульс управления ИУ2, который вырабатывается блоком ЛИ после по
явления импульса управления ИУ1. Импульсы ИУ1 и ИУ2 ， выр а ба тываюте я блоком ЛИ по окончании отработки каждого ■ кадра. БВП дешифрирует вводимую информацию, запоминает : ее в промежуточной памяти и распределяет по блокам. Информация перемещений Дх, Ад и подачи 尸 передается в блок ЛИ;, л информация о знаках Дх, Ад передается в схемы Зн1, Зн2 выбора ■ знака. Команды V и W, если они имеются, устанавливают в единичное состояние триггеры Tl, Т2.'：
/ Поскольку триггеры Tl, Т2 сбрасываются импульсом ИУ1,； то команды V и W действуют только в течение одного кадра.； Если в кадре отсутствуют команды V и W, то он отрабатывается без коррекции. При этом ЛИ отрабатывает введенную ннформа-； цию и приращения 4Ах, 4Ау с его выходов поступают на входы : коммутатора Ком1. Информация вырабатывается интерполятором ； с учетверением (см. рис. 4.21, а) для равномерности следования ； выходных импульсов, которая обеспечивается далением их на ； четыре специальными сглаживающими делителями (см. рис. 4.21,6) i 114].
Поскольку команды V и W отсутствуют, триггеры Tl, Т2 в нуле и на выходе элемента ИЛИЗ ноль, а на выходе элемента НЕ единица, которая поступает на управляющие входы коммутаторов Ком1, Ком2 блоков ВК1, БК2. Так как на коммутатор Ком! воздействует сигнал «Работа без коррекции», выходные сигналы интерполятора коммутируются на входы делителей Д1, Д2 и с их выходов импульсы приращений Ах, Ау через элементы ИЛИ1, ИЛИ2 подаются на входы схем выбора знака Зн1, Зн2. Схемы Зн1, Зн2 коммутируют импульсы Дх, Ау в каналы《плюс» или «минус» в соответствии с заданными знаками. Выходные сигналы схемы 3н1 поступают на входы коммутатора Ком2 блока BKL Выходные сигналы схемы Зн2 поступают на входы аналогичного, коммутатора блока БК2.
Рассмотрим только работу блока коррекции программы БК1» работа блока БК2 полностью эквивалентна. Так как на входе коммутатора Ком2 имеется сигнал «Работа без коррекции», то информация 士Ах коммутируется на входы элементов ИЛИ7, ИЛИ8, а с их выходов ——на входы блока БУ1 управления приводом. Выходной сигнал блока БУ1 поступает на вход привода П1, который управляет двигателем Д1 координаты X станка. Аналогично работает координата У.
При задании команды V или W устройство работает следующим образом. Пусть задана команда V. Тогда триггер Т1 устанавливается в единицу и его выходной сигнал формирует на выходе элемента ИЛИЗ сигнал «Работа с коррекцией», который поступает на входа коммутаторов Ком1 и Ком2 блоков БК1 и БК2. Кроме того, единичный сигнал с выхода триггера Т1 поступает на элементы И1, ИЗ. На элементах И1, Н2, ИЛИ4 собрана схема формирования сигнала суммирования поправок «Признак сложения», а на элементах ИЗ, И4, ИЛИ5 — «Признак вычитания». Эти схемы реализуют логику по табл. 4.1, для чего на них подаются сигналы знака поправки «плюс» или «минус» с пульта коррекции ПУ и команда V, W с выходов триггеров Т1, Т2.'
Если Дгф имеет знак «минус» (см. рис.《.20), то два единичных потенциала присутствуют на входах элемента ИЗ (см. рис. 4,19) и на выходе элемента ИЛИ5 будет сигнал «Признак вычитания». Так как на входе коммутатора Ком1 присутствует сигнал «Работа с коррекцией», то он коммутирует выходные сигналы 4Дх, 4Ag интерполятора ЛИ на входа элементов ИЛИ1, ИЛИ2. С выхода этих элементов через схемы выбора знаков Зн1, Зн2 сигналы поступают по соответствующим каналам на входы коммутаторов Ком2 блоков БК1 и БК2. Так как на входах коммутатора Ком2 теперь присутствует сигнал «Работа с коррекцией», сигналы появляются на выходах, подключенных ко входам триггера ТЗ и элемента ИЛИ6.
Если на входе коммутатора Ком2 была информация по каналу «плюс», то она появится на выходе коммутатора Ком2, подклю^нного к S-входу триггера ТЗ; если была информация по 'Каналу «минус», то на выходе R того же триггера, благодаря чему триггер ТЗ запоминает знак перемещения.、Число импульсов 4Ax появляется на выходе элемента ИЛЙ6, Каждый импульс поступает на схему формирования сигналов синхронизации СС1, на схему умножения УМ и схему сложения-вычитания СВ. При этом схема СС1 вырабатывает импульс, который поступает на один из входов схемы СВ.
Схема УМ на каждый запускающий импульс формирует группу импульсов, равную Агф (см. рис. 4.22). Число импульсов на выходе схемы УМ (см. рис, 4.19) равно 4А% Дгф. Они поступают на входа элементов ИЗ, И4, причем один из этих элементов всегда открыт, а другой — закрыт. Если открыт элемент ИЗ, то с его выхода импульсы поступают на вход схемы деления Д5, а если открыт элемент И4, то с его выхода импульсы поступают на вход схемы деления Д6. Эти схемы формируют один импульс на своем выходе при поступлении на вход R импульсов, т. е. на их выходах формируются импульсы поправок 4Ах.
Так как их выходы объединены элементом ИЛИ9, то импульсы поправок поступают на вход схемы скольжения-вычитания СВ. Эта схема при наличии сигнала «Признак сложения» осуществ- из
ЕМ川ЕМ川Рис. 4.23. Диаграмма сходимости по нулям скорректированной эквидистанты
ЕМ
川
ЕМ
川
ляет сложение 4Ax с 46Х, а при наличии сигнала «Признак вычитания» осущест- 一内 вляет операцию вычитания из 4Ах значения 4бх. Таким образом, на выходе схемы СВ образуется последовательность импульсов 4Ах 土 46х, которая поступает на входы элементов И1, И2. Эти элементы управляются единичным и нулевым выходами триггера ТЗ знака перемещения по реи X. Если знак перемещения «плюс》, то открыт элемент И1, если «минус», то открыт элемент И2.
С выходов элементов И1, И2 последовательность импульсов, равная ±(4Ах 土 46х), поступает на входы делителей ДЗ, Д4, а с их выходов на элементы ИЛИ7, ИЛИ8 поступает последовательность, равная ±(Ах ± 6Х) (см. рис. 4.21, б), т. е. величина скорректированного приращения. С выхода элементов ИЛИ7, ИЛИ8 эти импульсы поступают на входы блока управления приводом БУ 1. Если задана команда W, то в единице будет триггер Т2, так как его выход объединен элементом ИЛИЗ с единичным выходом триггера Т1. Следовательно, устройство будет работать аналогично предыдущему, но по-другому будут вырабатываться сигналы «Признак сложения» и «Признак вычитания».
Простота программирования достигается за счет того, что точка О (см. рис. 4.20), в которой находится инструмент перед выходом на эквидистантную траекторию, выбирается на расстоянии 6 по нормали к контуру. В кадре, в котором задано перемещение ОЛ, задается команда, обратная участку контура, на который необходимо выйти. Если исходная траектория сходилась по нулям, то необходимо, чтобы по нулям сходилась и скорректированная траектория. Покажем это. Если исходный эквидистантный контур замкнут, то всегда окажутся замкнутыми три следующих контура: собственно контур детали; эквивалентный ему контур составленных участков эквидистанты, не отмеченных черточками; контур, состоящий из участков эквивидистанты, отмеченных черточками, а следовательно, будут равны нулю алгебри- ческие суммы проекции этих контуров по ося X и Р (рис. 4.23). Но первый контур детали в процессе отработки программы остается постоянным, а второй контур отрабатывается по-разному. В выработке коррекции участки этого контура являются постоянными, т. е. независимо от значения Агф для каждой конкретной детали можно написать £ %Z = £ х/, где правый член фор- k=i/=1
мулы — сумма всех положительных проекций второго контура на ось X, а левый ——сумма отрицательных проекций тогр же контура на ту же ось. Знак равенства всегда имеет место для
(4.3)(4.3)любых замкнутых контуров. Раз так, то справедливы выражения
(4.3)
(4.3)
АгФ £ / = £ 修 Af：k =i/=i
Г м1£ 万 Агф R。L /=1」Г м1£ 万 Агф R。L /=1」
Г м1
£ 万 Агф R。
L /=1」
Г м1
£ 万 Агф R。
L /=1」
Поскольку числители и знаменатели правой и левой частей формулы (4.4) равны, то равны и результаты после деления, причем равны целые части и остатки (т. е. коды в схемах Д5, Д6). Это справедливо и для оси У. Следовательно, если операцию деления, с помощью которой формируются положительные импульсы поправок, выполнять одной схемой деления, а операцию деления, с помощью которой формируются отрицательные импульсы поправок, выполнять другой схемой, то сходимость по нулям скорректированного эк види ста нтн ого контура гарантируется. При этом исчезает необходимость принятия других специальных мер, например запоминания абсолютных координат точки О с выходом в эту точку после каждой отработки программы.
Положительные поправки возникают тогда, когда имеется сигнал «Признак сложения» и знак координаты положителен, и тогда, когда имеется «Признак вычитания» и знак координаты отрицателен. Отрицательные поправки возникают тогда, когда имеется «Признак сложения» и отрицательный знак или «Признак вычитания» 耳 положительный знак. Аппаратно первая комбинация решается с помощью элемента Л1, вторая с помощью аналогичного элемента Л2, выходы которых управляют элементами ИЗ, И4. Графическая иллюстрация этого приведена на рис. 4.23, где изображена сходимость первого и второго контуров и поправок.
Экспериментальная отработка устройства с системой СЦП-5А показала правильность этих выводов для любых замкнутых контуров при любых соотношениях А% и
При необходимости поднять в 4 раза выходную частоту интерполятора можно исключить сглаживающие делители. Если этого недостаточно, то зависимость (А『ф) AxR~* можно реализовать с помощью устройства, схема которого дана на рис. 4.24. Оно состоит из регистров Рг1, Рг2 соответственно значений Агф и Кд, блоков И1, И2 элементов И, блока ИЛИ1 элементов ИЛИ, накапливающего сумматора См (первоначально сброшенного в ноль), у которого С2 — вход импульса суммирования, Р — выход сигнала переноса старшего разряда, элементов ИЛИЗ, ИЛИ2, элемента НЕ, формирователя Ф импульса из положительного фронта.
Сигналом предварительной установки ПУ через элемент ИЛИЗ открывается блок И2, а через элемент НЕ закрывается блок И1. В результате на входе сумматора См оказывается код значения Кд (в дополнительном коде), который поступает с выхода регистра Рг2
Рис. 4.24. Схема быстродействующего устройства для вычисления 6Х, 6^Рис. 4.24. Схема быстродействующего устройства для вычисления 6Х, 6^через блоки И2, ИЛИ1. Одно- временно формирователь Ф формирует импульс, который через элемент ИЛИ2 поступает на вход С2 сумматора СМ и записывает в него Ед. Затем каждый импульс Ах через элемент ИЛИ2 добавляет к коду в сумматоре СМ прямой код величины А『ф по цепи: регистр Рг1, блокИ1, блок ИЛИ1, вход сумматора СМ. Так продолжается до появления на выходе переполнения сумматора СМ единичного потенциала, который и является единичным приращением значения 6%. Появление этого потенциала через элементы ИЛИЗ
Рис. 4.24. Схема быстродействующего устройства для вычисления 6Х, 6^
Рис. 4.24. Схема быстродействующего устройства для вычисления 6Х, 6^
и не закрывает блок И1 и открывает блок И2, а импульс с формирователя Ф через элемент ИЛИ2 добавляет в сумматор СМ код значения R^
В результате последовательность импульсов переполнения на выходе сумматора СМ будет эквивалентна последовательности импульсов переполнения на выходе счетчиков Д5, Д6 (см. рис. 4.19).. Однако быстродействие такой схемы значительно выше и не , зависит от ДГф. Чем больше значение Агф (см. рис. 4.22), тем меньше должна быть частота на выходе интерполятора (Ах, Ау). • Так, при скорости счета / = 10 мГц и Агф(тах)= 5000 максимальная частота Ах, Ny без сглаживающих делителей не может быть больше, чем //Агф(тах)э т. е. 2000 Гц. В устройстве (см. рис. 4.24) частота импульсов Ах на входе элемента ИЛИ2 не должна превышать 1 : Т, где Т — время суммирования сумма-: тора СМ, Т 公；10-в с, т. е. устройство может работать при частоте : 1 мГц, что превосходит выходные скорости современных систем / ЧПУ.
Устройство для коррекции смешанных эквидистант. Пример 」 смешанной эквидистанты приведен на рис. 4.25, о, схемы сопря-； жений, поясняющие возможность использования соотношений
х；=抬 土 АгфХзКТ；(4.5)
第=协土 АгфГ/э/?-1(4.6)
для смешанных эквидистант даны на рис. 4.25, б, в, где R ——радиус эквидистанта; 欠工 ——радиус детали; гф ——радиус фрезы. При плавном сопряжении двух линейных участков эквидистанты (см. рис. 4.25, б) & = 0,反=% условия формул (4.5), (4.6) выполняются однозначно, при этом не нарушаются и условия формул (4.3), (4.4) сходимости по нулям скорректированного
контура. При сопряжении, показанном на рис. 4.25, 6, условия формул (4.5), (4.6) выполняются однозначно, но при этом нарушается условие формулы (4.4) и сходимость по нулям скорректи- рованного контура не гарантируется, так как делитель R принимает различные значения в зависимости отГ Ri・ Поэтому для обеспечения сходимости контура придется, например, запоминать координаты точки О (см. рис. 4.25, а).
Найдем соотношение между командами V и W и командами G02, G03, G41, G42. Команда V означает прямой знак поправок 6%, В?, ей соответствует комбинация G02 • G4I или G03 - G42, а команде W — G03-G41 или G02-G42.
Таким образом, описанный способ является универсальным, так как его можно использовать для коррекции смешанных эквидистант, и имеет /р = 0, потому что он осуществляет коррекцию на этапе третьего преобразования. Однако объем электронного оборудования, необходимого для его реализации, оказывается естественно больше, чем объем оборудования устройств, обладающих меньшей универсальностью.
ИНТЕРПОЛЯЦИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ
Иногда для упрощения программирования и сокращения объема ОЗУ программы выгодно использовать интерполяторы специальных функций.
Интерполяция винтовой линии и линий на цилиндре. Для фрезерования резьбы на фрезерных станках с декартовой системой координат необходима интерполяция винтовой линии. Обычно
Рис. 4.25. Эквидистанты:
а _ смешанная; б 一 ломаное сопряжение; в — гладкое сопряжение; — контур
детали;контур заданной эквидистанты; — — — — контур скорректированной эквидистанты
Рис. 4.26. Интерполятор винтовой линии:Рис. 4.26. Интерполятор винтовой линии:КИ1, К02 — круговые интерполяторы;Сч — счетчик： Кл1, Кл2 — ключи： Г1, Г2 — генер аторы; БЗС — блок задания скорости; ЛИ —— линейный интерполяторКИ1, К02 — круговые интерполяторы;Сч — счетчик： Кл1, Кл2 — ключи： Г1, Г2 — генер аторы; БЗС — блок задания скорости; ЛИ —— линейный интерполятордля этого используют ЭВМ [15]. Большая протяженность алго-； ритмов снижает точность и ско-； рость получаемых решений. По- ' этому необходимы аппаратные \ реализации. Схема интерполя-: тора винтовой линии изобра-; жена на рис. 4,26.；
Рис. 4.26. Интерполятор винтовой линии:
Рис. 4.26. Интерполятор винтовой линии:
КИ1, К02 — круговые интерполяторы;
Сч — счетчик： Кл1, Кл2 — ключи： Г1, Г2 — генер аторы; БЗС — блок задания скорости; ЛИ —— линейный интерполятор
КИ1, К02 — круговые интерполяторы;
Сч — счетчик： Кл1, Кл2 — ключи： Г1, Г2 — генер аторы; БЗС — блок задания скорости; ЛИ —— линейный интерполятор
Для выполнения винтовой ; интерполяции необходимо одно-； временно отработать дугу АБ : (рис. 4.27, а) и приращение Az : (рис. 4.27, 6) линейно относи-,； тельно угла Д(р. Но в КИ на 门 ЦДА импульсы аргумента со- ответствуют приращениям угла ； <р. Цена приращений неодина-； кова и зависит от R. Поэтому , Дф нельзя использовать непо-； средственно в качестве аргу-； мента для интерполятора при-； ращения Аг, так как вес еди-《 ни цы приращения в А(р — ве-； личина переменная. Первона-:
чально определяем Д(р для дуги выполняем одновременно отра-чально определяем Д(р для дуги выполняем одновременно отра-АБ заданного радиуса R. Затем一厂广 ^丄尸口一
чально определяем Д(р для дуги выполняем одновременно отра-
чально определяем Д(р для дуги выполняем одновременно отра-
ботку дуги АБ с помощью КИ2 и интерполяцию подъема винтовой линии как зависимости г — Дг(р 厶屮一工 с помощью ЛИ с j обратной связью, в ведущую координату которого занесено зна- ? чение Д(р, а в ведомую — Az.
Рис. 4.27. Графики интерполяции: а — дуги; б — приращения AzРис. 4.27. Графики интерполяции: а — дуги; б — приращения AzПри предварительном расчете в КИ1 заносят хн, у,, ^^ Ау. ‘ По сигналу «Пуск 1» (см. рис. 4.26) открывается ключ Кл1 и | частота f генератора Г1 проходит на вход счетчика Сч и КИ1,； который отрабатывает дугу 45. Сигнал Юкончание расчета» (
Рис. 4.27. Графики интерполяции: а — дуги; б — приращения Az
Рис. 4.27. Графики интерполяции: а — дуги; б — приращения Az
с КИ1 выключает ключ Кл1. К этому моменту в счетчике Сч будет значение Аф, соответствующее заданному R. Перед началом отработки в КИ2 заносят хн, yRt Дх и Ау, а в ЛИ —— Az и А(р из счетчика Сч. По сигналу «Пуск 2» включается БЗС и импульсы с его выхода поступают на вход аргумента КИ2 и вход《Пуск》 ключа Кл2. Ключ Кл2 открывается и импульсы частоты /в генератора Г2 начинают проходить на вход ЛИ. .
Действие обратной связи по цепи координата ср ЛИ ——вход «Стоп» ключа Кл2 обеспечивает равенство частот на входах пуск- стоп ключа Кл2. Выходы координаты Z ЛИ и координат X, У КИ2 являются выходами устройства. Поэтому за время отработки дуги АБ КИ2 ЛИ отработает Az линейно относительно <р, пр斗 этом на вход аргумента КИ2 пройдет ровно Д(р импульсов. Достижимый К/ = 2・
Для интерполяции линии на цилиндре достаточно менять информацию в регистре Z ЛИ и направление оси Z, а вместо Д(р заносить значение, соответствующее 90, 180 или 360° в единицах аргумента КИ1 (КИ2).
Интерполяция произвольных эллипсов. Интерполяция эллипсов с соотношением осей 1 : 2 рассмотрена в гл. 3. Для обработки на токарных станках деталей асферической оптики необходим интерполятор эллипсов с произвольным соотношением осей, обладающий высоким быстродействием. Схема такого интерполятора приведена на рис. 4.28, а геометрическая аналогия его работы — на рис. 4.29. Если в плоскости Zy выполнять круговую интерполяцию окружности радиусом R, то проекция этой окружности на плоскость XZ дает эллипс с осями b = R、а = =A cos а, где а — угол между осями Ху. Покажем, что схема, приведенная на рис. 4.28, реализует интерполяцию дуги? АБ эллипса.
Перед началом работы инфрмация распределяется следующим образом: в КИ заносят 2Н и 丫由 где 壮=/ cos а-1 в ЛИ — R и а, а в счетчики Сч1, Сч2 — Az и А% в дополнительном коде, причем Ах = / — хн, Аг = гк — ?н・
По сигналу «Пуск» блок БУ подает на вход аргумента КИ импульсы частоты /. КИ начинает интерполировать окружность радиусом R в координатах Z, у от точки А к точке Б. Выходные импульсы оси Z КИ поступают на вход счетчика Сч1 и выход устройства, а оси у — на единичный вход триггера Т и устанавливает его в единицу. Открывается элемент И, импульсы /в генератора Г поступают на вход ЛИ, который интерполирует прямую, заданную R и а. Выходные импульсы координаты, в которую занесено значение а, и являются выходными для оси X устройства. Они поступают на вход счетчика Сч2. Выходные сигналы координаты, в которую занесено значение R, поступают на нулевой вход триггера Т. Первый же импульс сбросит в ноль триггер Т и закроет элемент И. Число импульсов на единичном и нулевом входах триггера Т будет одинаково, т. е. вторая ось ЛИ — это тоже
Рис. 4.28. Схема интерполяции эллипсов:Рис. 4.28. Схема интерполяции эллипсов:Рис. 4.29. Пространственная аналогии работы иитерполитора эллипсовРис. 4.29. Пространственная аналогии работы иитерполитора эллипсовКИ — круговой интерполятор; ЛИ — линейный яитерполятор； Т 一 триггер; Г — генератор； И — элемент И； *Сч1, Сч2 — счетчики; БУ — блок управления
Рис. 4.28. Схема интерполяции эллипсов:
Рис. 4.28. Схема интерполяции эллипсов:
Рис. 4.29. Пространственная аналогии работы иитерполитора эллипсов
Рис. 4.29. Пространственная аналогии работы иитерполитора эллипсов
ось у (в КИ). Следовательно, в осях XZ устройство интерполирует заданный эллипс.
Интерполяция закончится, когда с выходов устройства прой-、 дет Az и Ах импульсов. При этом переполняются счетчики Сч1 и : Сч2, и сигналы их переполнения поступят в блок ВУ, подача частоты f на вход аргумента КИ прекратится.
Легко видеть, что 0 = К〃К『2, где К〃，К拄—соответству-: ющие коэффициенты КИ и ЛИ. Если К九=2, К^ = 2, то К/ = 4 и при допустимой тактовой частоте КИ и ЛИ, равной 1 мГц, возможна интерполяция со скоростью выдачи приращений Ах, Az 250 кГц.
При необходимости еще более поднять скорость выдачи при-: ращений, линейную интерполяцию следует выполнять по оценоч-: ной функции с пр и нудительным шагом по большей координате. Тогда Ку? = 1. При этом схема устройства примет вид, показанный на рис. 4.30, т. е, в ней исчезнут элементы Т, Г, И и внешне она будет выглядеть проще. В действительности она несколько. сложнее, так как ЛИ с принудительным шагом сложнее ЛИ с поочередными шагами из-за наличия устройства выделения большей координаты. Но это устройство имеет К/ = 2, т. е. /Вых = 500 кГц.
Интерполяция линий на сфере. Интерполяция линий на сфере : необходима при обработке пресс-форм, штампов и канавок на телах вращения. По принципу действия интерполятор линий на : сфере (рис. 4.31) аналогичен интерполятору произвольных эллип-: сов. Перед началом работы информация распределяется следу- ющим образом: координаты точки А (ун,乞口) заносятся в КИ, зна-:
чения R, а (рис. 4.32) — в регистры трехкоординатного ЛИ, Az, Ay, Ах в дополнительном коде — в счетчики Сч1—СчЗ. По сигналу《Пуск》блок БУ начинает пропускать частоту f на вход аргумента КИ. При этом КИ начинает отрабатывать дугу окружности радиуса R в координатах Zy от точки А к точке Б.
Каждый импульс координаты 2 КИ поступает на выход и на вход счетчика Сч1. Выходные импульсы координаты у поступают на вход триггера Т и устанавливают его в единицу. Открывается элемент И, импульсы высокой частоты /в генератора Г поступают на вход аргумента ЛИ, который начинает отрабатывать в координатах X, Y прямую Оу. Если выходные импульсы координат X, Е, Z подать на входы координат станка, то текущая точка Л опишет дугу АБ на сфере радиуса R. Работа элементов Т, И, Г обеспечивает следящий режим, т. е. равенство числа импульсов на выходах координат у КИ и ЛИ. Интерполяция заканчивается, когда переполнятся счетчики Сч1—СчЗ. При этом прерывается поступление частоты f на Ьход КИ. Если ЛИ выполнен по схеме с пр и ну дитель ным шагом по большей координате, то схема устройства принимает вид, приведенный на рис. 4.33.
Иногда желательно задавать начальную точку Аг координатами хн, Zh, вместо ?н, z『Но 丫区=尤区 cos а-1, что требует сложных вычислений: Однако, если в СЧПУ имеется блок вычисления эквидиетантных поправок, состоящий из двух интерполяторов,
организовать схему, аналогичнуюорганизовать схему, аналогичнуюРис. 4.30. Схема интерполятора эллипсов иа ЛИ с одновременной выдачей прнращеиибРис. 4.30. Схема интерполятора эллипсов иа ЛИ с одновременной выдачей прнращеиибможно по команде программы приведенной на рис. 4.31, и провести интерполяцию дуги окружности от точки О' до
организовать схему, аналогичную
организовать схему, аналогичную
Рис. 4.30. Схема интерполятора эллипсов иа ЛИ с одновременной выдачей прнращеииб
Рис. 4.30. Схема интерполятора эллипсов иа ЛИ с одновременной выдачей прнращеииб
Рис. 4.32. Пространственная аналогия работы интерполятора линии на сфереРис. 4.32. Пространственная аналогия работы интерполятора линии на сфереточки Л, пока координата дуги 0fAt не окажется равной заданному значению хн. Таким образом, можно вычислить ун на этапе второго преобразования.
Рис. 4.32. Пространственная аналогия работы интерполятора линии на сфере
Рис. 4.32. Пространственная аналогия работы интерполятора линии на сфере
Если необходимо выполнить на сфере интерполяцию дуги окружности большого круга, не проходящего через полюса, т. е. наклонных, например, к плоскости XY (рис. 4.34), можно воспользоваться устройством, схема которого приведена на рис. 4.35. Принцип интерполяции не меняется. Осуществляется круговая
Рис. 4.34.( Пространственная аналогия работы интерполятора наклонных линий на сфереРис. 4.34.( Пространственная аналогия работы интерполятора наклонных линий на сфереинтерполяция в осях АВ, а с помощью ЛИ1 и ЛИ2 движение по оси А раскладывается на оси X, У, Z,” а по оси В — на оси X, У. Так как у перемещений по осям А и В имеются общие составляющие X и У, то унитарные коды линейных интерполяторов ЛИ1, ЛИ2 но осям X, У алгебраически суммируются по правилам сложения унитарных кодов. В данном случае у уА + ув; х = =^В — ХА'
Рис. 4.34.( Пространственная аналогия работы интерполятора наклонных линий на сфере
Рис. 4.34.( Пространственная аналогия работы интерполятора наклонных линий на сфере
Перед началом работы информация распределяется следующим образом: координаты точки Дв осях АВ, т. е. ЛН,ВН
заносятся в КИ; в ведущую координату ЛИ1 заносится R, а в остальные— проекции точки /工，определяемой пересечением оси / со сферой, на оси X, У, Z. В ведущую координату ЛИ2 заносится R, а в остальные ——проекции точки 3工 на оси X，Y. Причем проекции точки Л
хЛ1 = R cosфcosр； Уа、= 7?cosq)sinp； zAl = /? sin<р = Reos» Проекции точки & на оси X, Y
Хвх = R cos a; yBt = R sin а.
В зависимости от выбранного способа задания информации используются или счетчики Сч1—СчЗ (в этом случае задаются величины A%, Ay, Az, т. е. разности координат X, У, Z точек Д и К), или счетчики Сч4, Сч5 (в этом случае задаются величины АД, ДВ, т. е. разность координат А, В точек Д и К). В любом случае приращения удобно задавать в виде дополнительных кодов, тогда сигнал переполнения счетчика является сигналом окончания отработки по соответствующей координате.
По сигналу «Пуск» блок БУ начнет пропускать частоту f на вход аргумента КИ. Он начнет отрабатывать дугу ДК- Каждый импульс по координате А устанавливает в единицу триггер Т1, при этом открывается элемент И1 и высокая частота fB генератора Г поступает на вход аргумента ЛИ1. Так продолжается до появления импульса на выходе ЛИ1 по координате А. Этот импульс сбросит в ноль триггер Т1, и поступление /в на вход ЛИ1 прекратится.
Рис. 4.35. Интерполятор наклонных линий на сфереРис. 4.35. Интерполятор наклонных линий на сфере
Рис. 4.35. Интерполятор наклонных линий на сфере
Рис. 4.35. Интерполятор наклонных линий на сфере
Аналогично каждый выходной импульс КИ по координате В устанавливают в единицу триггер Т2 и % через элемент И2 поступает на вход ЛИ2. Так продолжается до появления на выходе ЛИ2 по координате В импульса, который сбросит в ноль триггер Т2. Интерполяция продолжается до тех пор, пока не будут отработаны приращения АЛ, АВ. При этом переполнятся счетчики Сч1——СчЗ или Сч4, Сч5, сигналы переполнения которых выключат блок БУ. Если ЛИ1 н ЛИ2 выполнить с принудительным шагом по большей координате, то элементы Т1, Т2, И1, И2, Г не нужны и выходы координат А, В КИ подключатся непосредственно ко входам ЛИ1, ЛИ2.、
Если КИ выполнить по схеме с поочередным шагом, то ЛИ1, Л02 будут работать попеременно и импульсы на их выходах окажутся разнесенными во времени. Тогда схемы См1 и См2 сложения-вычитания унитарных кодов превращаются в элементы ИЛИ и схемы запрета. Вычисление значений Лн, Вн возможно при подготовке программы или на этапе второго преобразования. Если КИ построить на ЦДА, то появится возможность поддержания нормального положения инструмента относительно поверхности в точке резания.
Интерполяция цифрового синуса. Интерполяция Цифрового синуса sinq) необходима для задания программ цифровым приводам для экспериментального получения амплитудно-частотных или фазовых характеристик. КИ, описанные в гл. 3, могут генерировать зависимость R sin <р или R cos <р. Однако они не обеспечивают точное поддержание частоты при изменении амплитуды, так как обычно решают противоположную задачу стабилизации контурной скорости. Поэтому интерполятор sin 屮——специальное устройство (рис.. 4.36).
Устройство реализует режимы «Расчет» и «Работа». В режиме «Расчет» вычисляется аргумент ф90, соответствующий 90° синусоиды заданной амплитуды А. Для реализации этого режима информация распределяется следующим образом. В сумматоры СМ1, См2 заносится машинная единица ME, т. е. код 10 ... 0; в счетчики Сч2—Сч4 — код А; в счетчик Сч1 — ноль. На входы элементов^ И4, И7 подается потенциал «Расчет». Сигнал «Пуск» устанавливает в единицу триггер Т1, элемент И5 открывается. Частоте f генератора Г через элемент И5 поступает на вход триггера Т2, который делит ее на две частоты Д и /2. Частота & через элементы И7, ИЛИ1, ИЗ поступает,на входы элементов И1, И2, а с их выходов на управляющие входы блоков БлИ1, БлИ2., Это обеспечивает добавление в сумматоры См1, См2 кодов из счетчиков Сч1, Сч2.
Сигнал переполнения сумматора См1 вычитает единицу из счетчиков Сч2, СчЗ, а сигнал переполнения сумматора См2 вычитает единицу из счетчика См4 и добавляет ее в счетчик Сч1. Этим выполняются коррекция подыинтегральной функции и подсчет Приращений координат, как обычно, в КИ на ЦДА. Выходные 124
сигналы сумматора См1 в этом режиме являются приращениями косинуса, а сигналы сумматора См2 — приращениями синуса. Так продолжается до тех пор, пока счетчики СчЗ, Сч4 не окажутся в ноле. Тогда формирователи импульсов Ф1, Ф2 закрывают элементы И1, И2, срабатывает элемент И11 и сбрасывает в ноль триггер И1. Элемент ИЗ закрывается. Отработка 90° синусоиды закончена.
Число импульсов аргумента, прошедшее за это время через элементы ИЗ и И4, подсчитано счетчиком Счб. Задача режима выполнена ——определено число ф90 для заданной амплитуды А.
Для реализации режима «Работа» в сумматоры См1, См2 заносится ME, в счетчики Сч1^СчЗ, Сч4 — амплитуда А, в счетчик Сч7 — средний уровень амплитуды Ло, в счетчик Счб — номер частоты N/, соответствующий частоте 尸n цифрового синуса. В счетчике Счб хранится 恥鹏 Потенциал «Расчет» отсутствует. Подан потенциал «Работа». Сигнал «Пуск» устанавливает триггер Т1 в единицу и открывает элемент И5. Теперь & поступает на элементы И6, И7,『2 — на вход делителя Д1, с выхода которого каждый n-й импульс устанавливает в единицу триггер ТЗ. Элемент И6 открывается, и ^ поступает на управляющие входы блоков элементов и БлИЗ, БлИ4. Коды с выхода шифратора Ш и счетчика Счб добаляются в сумматоры См3, См4.
Импульсы переполнения сумматора См4 через делитель Д2 по цепи элементов И8—делитель ДЗ—ИЛИ2 или по цепи ИЮ— ИЛИ2 поступают на вход элемента И9, а с его выхода через элементы ИЛИ1, ИЗ на входы'элементов И1, И2, т. е. на вход аргумента КИ. Начинается отработка синусоиды так же, как и в режиме «Расчет», но на более низкой частоте. Блок выбора знака Зн
ППРис. 4.36. Интерполятор sin <рРис. 4.36. Интерполятор sin <рТЗТЗ1^5•总1^5•总I IhI—I fiI IhI—I fi®5®5
П
П
Рис. 4.36. Интерполятор sin <р
Рис. 4.36. Интерполятор sin <р
ТЗ
ТЗ
1^5•总
1^5•总
I IhI—I fi
I IhI—I fi
®5
®5
открыт и пропускает выходные импульсы сумматора См1, т. е. приращения синуса на вход счетчика Сч7, в котором комбинация кодов меняется (рис. 4.37). Импульсы переполнения сумматора См3 (см. рис. 4.36) сбрасывают триггер ТЗ в ноль, поэтому их частота оказывается равной выходной частоте делителя Д1. Код на входе блока БлИЗ формируется из номера частоты цифрового синуса N/. Дешифратор ДШ дешифрирует N/, а шифратор Ш кодирует некоторое вспомогательное число. Элементы ИЛИЗ и ИЛИ4 объединяют номера частот, требующих и не требующих включения делителя ДЗ, т. е. обеспечивают
автоматический выбор диапазона, управляя элементами И8, ИЮ.
Вспомогательное число определяется следующим образом. Пусть частота синуса 25 Гц, период 0,04 с, а четверть периода 0,01 с. Все делители имеют коэффициенты деления 10, / = 5 МГц, & = % = 2,5 МГц. На выходе делителя Д1 частота равна 250 кГц, частота переполнений сумматора См3 тоже 250 кГц. Определим число импульсов частоты 250 кГц за время Т/4, т. е. за 0,01 с N = 2500. Закодируем в блоке Ш число 250 и включим делитель Д2, для чего откроем элемент ИЮ. Тогда, пока с выхода переполнения сумматора См3 уйдет 2500 импульсов, на вход элемента ИЗ
поступит ровно q)90 импульсов, т. е. будет выполнена интерполяция четверти траектории.
При изменении амплитуды А необходимо в режиме «Расчет» снова вычислить q)90, поэтому частота останется стабильной. Коэффициент Kf устройства зависит от исполнения КИ на ЦДА и коэффициентов деления делителей и может быть доведен до 4. Устройство реализовано и успешно было использовано при создании блока БФДСУ, при этом стабильность частоты составляла ЮЛ
ВЫЧИСЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ТОРМОЖЕНИЯ
В большинстве СЧПУ необходим цикл отработки участка L с управлением скоростью от и = 0 с разгоном до заданной скорости подачи vs и торможением до v = 0. Цикл является основным 126
рис. 4.38. Диаграмма изменения скоростей при разгоне или торможении
для позиционных СЧПУ, предназначенных для управления сверлильными и расточными станками, многооперационными станками и т. д. Имеется два основных способа реализации цикла. Первый основан на вычислении момента включения торможения, второй —— на использовании цифровой инерции.
Первый способ реализует диаграмму изменения скорости (рис. 4.38) при отработке участка 厶 с помощью устройства, схема которого приведена на рис. 4.39. При этом блок задания скорости БЗС должен выполнять разгон-торможение по линейному закону.
Перед началом работы код подачи 尸 заносится в БЗС, а путь L в счетчики Сч1, Сч2 в дополнительном коде. Все ключи закрыты. Частота на выходе БЗС /п = 0・ Сигнал《Пуск》открывает ключ К1 и включает разгон БЗС. Его выходная частота /п，поступающая на входе всех трех ключей, линейно возрастает. Так как открыт только К1, то 九 с его выхода через элемент ИЛИ1 поступает на Сч1 и выход устройства, а через элементы удвоения ЭУ и ИЛИ2 — на вход Сч2. ЭУ из каждого входного импульса формирует два. Так продолжается до конца разгона, когда /п = % =尸，если L >2Lp/T, Lp/т ——участок разгона или торможения. При линейном законе разгона-торможения Lp = " (на рис. 4.38 участки £р и 厶丁 заштрихованы).
Рис. 4.39. Схема позиционера для линейного закона разгоиа-торможеиия127Рис. 4.39. Схема позиционера для линейного закона разгоиа-торможеиия127Сигнал «Окончание разгона» с выхода БЗС в момент /р выключает К1 и включает К2. Импульсы 片 —и с выхода К2 через эле-
Рис. 4.39. Схема позиционера для линейного закона разгоиа-торможеиия
127
Рис. 4.39. Схема позиционера для линейного закона разгоиа-торможеиия
127
Рис. 4.40. Диаграмма скорости для £ & 2£р/тРис. 4.40. Диаграмма скорости для £ & 2£р/тРис. 4.41. Позиционер с цифровой инерцией
Рис. 4.40. Диаграмма скорости для £ & 2£р/т
Рис. 4.40. Диаграмма скорости для £ & 2£р/т
мент ИЛИ1 поступают на вход Сч2 и выход устройства, а через элемент ИЛИ2 ——на вход Сч2. Движение выполняется на по
стоянной скорости до переполнения в момент J счетчика Сч2. Счетчик Сч2 переполнится тогда, когда в Сч1 еще останется код участка L* = Lp за Лет действия при разгоне элемента ЭУ. Сигнал переполнения Сч2 выключает К2, включает КЗ и торможение в БЗС. Частота 片 на выходе БЗС линейно уменьшается до частоты соответствующей скорости umln. При этом /п с выхода КЗ через элемент ИЛЙ1 поступает на выход устройства и вход Сч[； В момент /к переполнится Сч1 и сигналом переполнения выклю-1 чит КЗ. Отработка участка L закончена. Если L < 2£р/т, то) счетчик Сч2 переполнится раньше, чем /п достигнет %, т. е. ВЗС? не выйдет на заданную скорость и сигнал переполнения Сч% включит КЗ, торможения в БЗС и выключит К1. График скорости； примет вид треугольника (рис. 4.40), но и в этом случае £р = ^TJ
Преимуществом способа является возможность задания лю・； бых ускдрений, оптимальных для конкретного станка, недостач
ток ——наличие двух полноразрядных счетчиков Сч1 и Сч2 и отно-j сительно сложного БЗС и невозможность работы при нелинейном^ законе разгона-торможения. ?
Устройство, реализующее второй способ (рис. 4.41), состоят； из БЗС, ключа К, счетчика Сч и блока цифровой инерции ИИ/ состоящего из генератора Г, счетчик распределителя СчР, блока] элементов И—ИЛИ, реверсивного счетчика PC, схемы совпадения^ на ноль Сх《0》. Перед началом работы СчР и PC в ноле, код 尸W заносится в БЗС, а дополнительный код L в Сч. Сигнал《Пуск»： открывает ключ К и /п поступает на вход Сч и на суммирующий^ вход PC. Так как % = % =尸，то частота на выходе ключа 总 скачком изменяется от ноля до 片(рис. 4.42, а). Частота 父 на вы-
Рис, 4.42. Изменение частоты на входе (о, в) и выходе (б\ г) блока цифровой инерцииРис, 4.42. Изменение частоты на входе (о, в) и выходе (б\ г) блока цифровой инерции
Рис, 4.42. Изменение частоты на входе (о, в) и выходе (б\ г) блока цифровой инерции
Рис, 4.42. Изменение частоты на входе (о, в) и выходе (б\ г) блока цифровой инерции
ходе блока Й——ИЛИ равна нолю, так как PC в ноле, а его выходные сигналы управляют элементами И блока И——ИЛИ, на вторые входы которых воздействуют частоты //2, //4,…，〃2" с выходов СчР.
Первый импульс с выхода ключа К запишет единицу в PC. На выходе блока И—ИЛИ появится частота % — /72". По мере возрастания кода в PC возрастает /в. Но /в воздействует на вычитающий вход PC, поэтому, когда /в станет равной /п, увеличение /в и кода в PC прекратится (рис. 4.42, б) и останется постоянным до тех пор, пока сигнал переполнения С не закроет ключ К- При этом частота『口 на входе ЦИ окажется равной нолю (см. рис. 4.42, а), а частота /в на выходе начнет плавно снижаться (рис. 4.42, б) до тех пор, пока в PC не окажется ноль, тогда /в станет равной нолю. В этот момент Сх «О» формирует сигнал «Окончание отработки». Если величина L мала, то графики изменения частоты примут вид, показанный на рис. 4.42, виг.
Число импульсов, накопленных PC при разгоне, равно числу импульсов, отданных при торможении, поэтому число импульсов на входе и выходе ЦИ равно. Преимущество способа — простота устройства. Недостаток — возможность возникновения затяжных ползучек, т. е. длительного движения на низкой скорости, повышающих время позиционирования, исключение которых требует принятия специальных мер. Способ особенно выгоден при реализации редко работающих режимов: выход в ноль, мерные перемещения и т. д., что реализовано в системах ЧПУ «Дельта-386», «Дельта-422» и др.
Позиционеры декартовых координат. Позиционеры декартовых координат широко используют в СЧПУ самого различного назна-
5 В. Л. Кошкин129
чения. Позиционер с малоразрядным счетчиком разгона-торможения приведен на рис. 4.43. Блок задания скорости БЗС формирует две сдвинутых на 180° частоты подачи & н %.
Перед работой БЗП распределяет информацию следующим образом. Дополнительный код L заносится в счетчик Сч, при этом анализатор Ан запоминает единицу; если L — нечетное число, код 尸 заносится в БЗС, PC сброшен в ноль, ключи К1, КЗ закрыты」 I По сигналу «Пуск» начинается линейное возрастание частот fi, % на выходе БЗС и открывается ключ К1- При L > 2£р/т устройство работает следующим образом. Частота & поступает на вход ключа К1, открытого сигналом «Пуск», и с его выхода поступает через элементы ИЛИ1, элемент запрета Зп2 на выход устройства, а также на входы блоков Зп1, БС, суммирующий вход PC, и через элемент ИЛИ2 на вход счетчика Сч. На каждый входной импульс блок БС формирует один выходной импульс, сдвинутый на 180°, который через элемент ИЛИ2 поступает на вход Сч. Поэтому на каждый выходной импульс ключа К1 на вход Сч проходит два импульса. Так продолжается до окончания разгона.
Сигнал «Окончание разгона» выключает ключ К1 и включает ключ К2, с выхода которого импульсы частоты，工 поступают на выход через элементы ИЛИ1, Зп2 и на вход Сч через элемент ИЛИ2. Когда на вход Сч пройдет L импульсов, он переполнится и сигналом переполнения выключит ключ К2, вклюяит ключ КЗ и торможение в БЗС. Частота Д начинает линейно уменьшаться. Импульсы с выхода ключа КЗ проходят на выход через элементы ИЛИ1, Зп2 и на вычитающий вход реверсивного счетчика PC. Отрабатывается участок торможения. Сигнал нуля PC выключает ключ КЗ и является сигналом окончания отработки. При L < < 2Lp/T счетчик Сч переполнится раньше окончания разгона до заданной подачи.
Сигнал его переполнения выключает ключ К1, включает ключ КЗ и торможение в БЗС. Сигнал нуля PC выключает отработку. Реализуется закон треугольника. В любом из режимов, когда L нечетно, по сигналу с выхода элемента ИЛИ1 анализатор Ан формирует импульс, запрещающий выдачу импульса элементами запрета Зп1, Зп2, поэтому не происходит удвоение единицы младшего разряда и заданное перемещение отрабатывается точно. Это устройство имеет на 30 % меньше оборудования, чем устройство, приведенное на рис. 4.39, за счет уменьшения разрядности PC до Lp/т вместо
Устройство, схема которого приведена на рис. 4.44, по принципу действия аналогично устройству, показанному на рис. 4.43, но оно позволяет реализовать и режим аварийного торможения без потери информации. Легко видеть, что в это устройство входят все элементы предыдущего устройства, но на другом уровне рассмотрения. Так, коммутатор Ком — это есть элементы KI, К2, КЗ, ИЛИ1, ИЛИ2, Зп1, БС на рис. 4.43; счетчики Сч, PC, реверсивные счетчики Сч, PC и элементы запрета Зп эквивалентны так
Рис. 4.44. Позиционер с аварийным торможениемРис. 4.44. Позиционер с аварийным торможением131131
Рис. 4.44. Позиционер с аварийным торможением
Рис. 4.44. Позиционер с аварийным торможением
131
131
же, как и анализаторы Ан1 и Ан2. В обычном режиме оба устройства работают одинаково.
В аварийной ситуации на пульте устройства нажимают кнопку и сигнал «Аварийный останов» поступает на вход блока управления аварийным режимом БУ. Возможны две ситуации. Первая —— в этот момент устройство отрабатывает участок разгона или участок постоянной скорости, вторая —— устройство отрабатывает участок торможения. 、
При первой ситуации4 БУ вырабатывает сигнал, который, поступая на входжоммутатора Ком, отключает Сч и включает PC на вычитание. Одновременно с выхода блока БУ на ключ К2 поступает сигнал «Запрет», а через ключ К1, на котором сигнала «Запрет» нет, и элемент ИЛИ1 в блок БЗС поступает сигнал торможения. При этом отрабатывается участок торможения, записанный в PC. Сигнал ноля PC выключает коммутатор Ком, но не запускает отработку следующего кадра, так как ключ К2 закрыт. К концу аварийного торможения PC в ноле, в СЧ останется число £\ равное неотработанному остатку числа L, так как упреждение скомпенсировано при торможении счетом на вычитание PC.
Анализатор Ан2, на который в процессе отработки поступали те же импульсы, что и на счетчик Сч, находится в единице, если число импульсов нечетное, в противном случае анализатор Ан2 в ноле. По сигналу «Аварийный пуск» блок БУ вырабатывает сигнал «Пуск», поступающий на вход узла блокировки Бл, на который не воздействовал сигнал переполнения Сч. Поэтому узел Бл коммутирует сигнал «Пуск» на входы коммутатора Ком и БЗС. БЗС начинает- разгон, а коммутатор Ком запускается как в обычном режиме. Остаток перемещения Z/ отрабатывается как новый
Рис. 4.43. Позиционер с малоразряд- иым счетчиком разгона-торможения
5* '
определяется чет-нечет числа L . В блоке ВБ хранится чет-нечет > числа L, а в анализаторе Ан2 хранится чет-нёчет отработанного； числа L——L\ Если код был нечетный и отработан нечетный, то ： остался четный и т. д. При нечетном U вычитается один импульс : в элементе запрета Зп.
При второй ситуации и в узел блокировки Бл уже поступил сигнал переполнения Сч. Поэтому узел Бл запрещает прохождение сигнала торможения через ключ К1 и блокирует запуск следу-, ющего кадра в ключе К2. «Аварийный пуск» в этом случае через блок В.У, узел Бл, элемент ИЛИ2 запускает отработку следую- щего . кадра программы. Это исключает брак и позволяет быстро ； восстановить прерванную обработку без потери информации, что особенно важно при использовании позиционера в тяжелых ； специальных станках.
Эти оба позиционера использованы СЧПУ типа КСЦ-3 и КСЦ-ЗМ, предназначенных для управления специальными стан^： ками.
В СЧПУ, управляющих станками для сверления отверстий в печатных платах, весь цикл зададим одним кадром. В нем зада-! дим перемещения по осям X, Y и глубину сверления по оси Z. Система сама выполняет позициони рование по X, Y и затем вклю-;
' чает цикл сверления, т. е. перемещения на +Az, и —Az, при этом учитывается завершение отработки перемещения приводами по осям X, Y. Такое устройство кроме упрощения програм- ■ мирования повышает производительность станка за счет одновременного позиционирования по осям X, У н точность свер-： ления за счет определения момента полной остановки движения по осям X, У, что исключает поломку сверла и отклонение < от круглости отверстий. На рис. 4.45 приведена схема устрой-! Ства.、
Устройство работает следующим образом. Программа Пр поступает на вход блока /, в котором она дешифрируется и распределяется по блокам следующим образом. В блок 3 заносятся : перемещения по осям X, Y со знаками, а в блок 2 — признаки режима, т. е. признак позиционного режима или признак режима сверления. После этого информация по осям X, У из блока 2 переписывается в блоки 4 н 5; информация по оси Z переписывается , из блока 2 в блок 6, а информация о знаке перемещения по Z заносится по ^-входам в /Л'-триггер 25.
Одновременно на выходе блока 2 появляется потенциал «Приз-: как позиционного режима» П или «Признак режима сверления» С. После этого блок 2 формирует сигнал «Пуск», который устанавливает в ноль триггеры 16—24 и поступает на соответствующий вход блока /, где включает ввод следующего кадра, а также на . входы элементов И 27 и 28. Если на выходе блока 2 имеется потенциал П, то открывается элемент И 27, и его выходной сигнал через элемент ИЛИ 48 включает блоки 4 н 5, а через элемент ИЛИ 51 включает блок 6.
«жхяно okoxA^S4&tto «s &xoxtfsmoE '^^ ・°Bd«жхяно okoxA^S4&tto «s &xoxtfsmoE '^^ ・°Bd
«жхяно okoxA^S4&tto «s &xoxtfsmoE '^^ ・°Bd
«жхяно okoxA^S4&tto «s &xoxtfsmoE '^^ ・°Bd
Все блоки 4—6 начинают отрабатывать заданные перемещения, причем выходные импульсы блоков 4 и 5 поступают по каналу («плюс» или «минус») на входа блоков 7 и 8. Выходные сигналы блока 6 поступают на входа элементов И 35 и 36, управляемых выходными сигналами триггера 25, состояние которого зависит от знака перемещения по оси Z. Есл口 триггер 25 находится в единице, то открывается элемент И 35 и выходные импульсы с блока 6 поступают в блок 9 по каналу «плюс». Если триггер 25 находится в нуле, то открывается элемент И 36, и выходные импульсы блока 6 поступают на вход блока 9 по каналу «минус».
.Блоки 7——9 преобразуют последовательность входных импульсов в напряжения, которые поступают на входы тиристорных приводов 10—12i управляющих двигателями 13—15 со встроенными в них датчиками обратной связи. При вращении двигателя с датчика обратной связи сигналы по каналам «плюс» или «минус» поступают на входы обратной связи соответствующего блока управления приводом. Причем если командная информация поступает на блок управления по каналу «плюс», то импульсы с датчика обратной связи поступают по каналу «минус», а напряжение на выходе блока 7 (8, 9) пропорционально их разности. Знак напряжения соответствует знаку разности.
Отработка заданного по оси перемещения заканчивается, когда блоком 4 (5, 6) отсчитано заданное число импульсов, «обнулилась» схема цифровой инерции 58 (см. рис. 4.46, а) и «обнулился» счетчик-дискриминатор 74 в блоке 7 (см. рис. 4.46, г), т. е. выработано три сигнала: «Окончание счета», «Ноль инерции»；, «Ноль дискриминатора».
Обычно эти сигналы вырабаты ва юте я в порядке перечисления, но возможна ситуация, при которой она нарушается. Поэтому признаком окончания отработки перемещения по одной оси является поступление всех трех сигналов в любой последовательности. Отработка же кадра позиционного режима заканчивается тогда, когда закончена отработка перемещений по осям X, У, Z, определяется это следующим образом. По мере отработки перемещений блоки 4—9 (см. рис. 4.45) вырабатывают сигналы: «Окончание счета», «Ноль инерции», «Ноль дискриминатора». Сигнал «Окончание света» блока 4 устанавливает в единицу триггер 16 и поступает на вход элемента ИЛИ 50. Сигнал «Ноль инерции» блока 4 устанавливает в единицу триггер /7 и йоступает на вход элемента ИЛИ 50. Сигнал «Ноль дискриминатора» с выхода блока 7 поступает на единичный вход триггера 18 и вход элемента ИЛИ 50. Аналогичные сигналы с выходов блоков 5 и S поступает на соответствующие входы триггеров 19—21 и элемента ИЛИ 50, те же сигналы с выходов блоков 6 и 9 поступают на соответствующие входы триггеров 22—24 и элемента ИЛИ 49. Любой из этих сигналов устанавливает в единицу триггер и поступает через элемент ИЛИ 49 и элемент И 33, открытый потенциалом 〃，на вход элемента ИЛИ 50. Если были выработаны восемь сигналов, то
девятый, установив соответствующий триггер в единицу., появляется на выходе элемента ИЛИ 50 и поступает на вход элемента И 37. Но все триггеры 16 ——24 находятся уже в единице, поэтому выходной сигнал элемента ИЛИ 50 проходит через. элементы И 37, 38, 29—32.
С выхода элемента 32 сигнал поступает на входа элементов И 39 и 44. Элемент 39 управляется потенциалом С, поэтому он закрыт, а элемент 44 открыт, так как управляется потенциалом П, поэтому на его выходе появляется сигнал, который через элемент ИЛИ 53 поступает на вход элемента И 40, и, пройдя через элементы И 40—42, поступает на входы элементов И 43, 45 и 47. Элементы М 43 н 45 управляются потенциалом С, поэтому они закрыты, а элемент И 47 управляется потенциалом П, поэтому он открывается, и на его выходе формируется сигнал «Окончание позиционного режима», который поступает через элемент ИЛИ 46 на вход блока 2.
Очевидно, что если хотя бы один из триггеров 16—24 не был бы в состоянии единицы, то не было бы и сигнала «Окончание позиционного режима», так как один из элементов И 29—32, 37, 38 или 40—42 оказался бы закрытым. В этом режиме отработка всех трех координатных перемещений выполняется одновременно и четко фиксируется конец отработки всех перемещений.
К моменту поступления сигнала окончания позиционного режима на входе блока 2 управления уже имеется признак режима работы следующего кадра, т. е. признаки П или С. В любом случае они переписываются в рабочую память блока 2, при этом потенциалы П или С появляются на его выходе, кроме того, блок 2 вырабатывает сигнал «Перезапись», который поступает на блок 3 промежуточной памяти и переписывает из него информацию о новых перемещениях в блоки 4——6. Если имеется признак позиционного режима, то блок 2 формирует сигнал «Общий сброс» памяти блока 3, а если имеется признак режима сверления, то блок 2 формирует сигнал «Сброс X, У» блока 3, при этом ийформация координаты в блоке 3 сохраняется. После этого блок 2 формирует сигнал «Пуск», который, поступая на блок /, включает ввод следующего кадра, устанавливает в ноль все триггеры 16—24 и поступает на входы элементов И 27 и 28.
Если на выходе блока 2 имеется потенциал П, то срабатывает элемент И 27, и вновь запускается отработка позиционного режима. Если на выходе блока 2 имеется потенциал С, то срабатывает элемент И 28. и устройство начинает- работать в режиме сверления. При этом выходной сигнал элемента И 28 через элемент ИЛИ 48 поступает на входы пуска блоков 4 и 5 и запускает их. Эти блоки начинают отрабатывать перемещения по осям X и Y так же, как в предыдущем режиме. Когда оба эти блока закончат отработку, сигнал с выхода элемента ИЛИ 50 пройдет через элементы И 37, 38, 29—32, так как в этот момент все триггеры 16—21 будут в состоянии единицы.
Появление сигнала на выходе элемента И 32 означает^ что отработка по осям X, Y закончена. Этот сигнал поступает на входы элементов И 39 и 44. Но теперь срабатывает только элемент^, который устанавливает в единицу //С-триггер 26 и через элемент ИЛИ 51 запускает блок 8. Блок 6 начинает отрабатывать перемещение по оси Z, причем его знак определяется состоянием //(-триггера 25, при этом сверло движется к детали. По окончании отработки все триггеры в единичном состоянии, причем последний из сигналов, определяющих окончание отработки, с выхода блока 9 устанавливает в единицу триггер 24 и, пройдя через элемент ИЛИ 49, элемент И 34, открытый потенциалом С, через элемент ИЛИ 53 поступает на вход элемента И 40. Но элементы И 40—42 открыты по управляющим входам единичными потенциалами с триггером 22—24, поэтому сигнал с выхода элемента ИЛИ 53 проходит последовательно через элементы И 40—42 и поступает на входы элементов И 43, 45 и элемента ИЛИ 47. Но элемент ИЛИ 47 закрыт, так как отсутствует потенциал П, элементы И 43 и 45 по первым входам управляются потенциалом С, а по вторым— выходами //(-триггера 26, который находится в единице, поэтому срабатывает элемент И 45. Его выходной сигнал, пройдя через элемент ИЛМ 52, поступает на счетные входы триггеров 25 и 26, в результате чего они переключаются в противоположное состояние, а пройдя через элемент ИЛИ 51, своим передним фронтом переписывают перемещения по оси Z в счетчик блока 6, а задним фронтом включают блок 6 на отработку перемещения.
Блок 6 начинает отрабатывать перемещение по оси Z так же, как было описано выше, но благодаря переключению триггера 25 в противоположное состояние знак движения по координате Z сменится на противоположны^ и сверло будет двигаться от детали. По окончании отработки обратного движения по координате Z на выходе элемента И 42 вновь появляется сигнал «Окончание отработки координаты Z》.Этот сигнал вновь поступает на входы элементов И 43 и 45 и элемента ИЛИ 47, но на этот раз (так как триггер 26 находится в нулевом состоянии) срабатывает элемент И 43 и на его выходе появляется сигнал «Окончание отработки режима сверления».
Этот сигнал через элемент ИЛИ 52 поступает на счетные входы триггеров 25 и 26, реверсируя их состояние^ и через элемент ИЛИ 46 поступает на вход блока 2. Если следующий кадр является кадром сверления, то блок 2 вырабатывает сигнал перезаписи перемещений по осям X, Y, Z из блока 3 в блоки 4——6, затем — сигнал «Сброс X, У» и сигнал «Пуск». Если следующий кадр, введенный в блок 3, является кадром позиционного режима, то блок 2 вместо сигнала «Сброс X, У》вырабатывает сигнал «Общий сброс». Сигнал《Пуск》в любом случае включает отработку очередного кадра и пуск ввода следующего кадра.
Блок 4 (5) (рис. 4.46, а, номера позиций являются продолжением номеров позиций на рис. 4.45), работает следующим об- 136
разом. Информация о перемещении и знаке по общему каналу заносится в триггер 56 памяти знака и реверсивный счетчик 55. Сигналом предварительной^ установки ПУ триггер 57 и схема 58 сбрасываются в ноль. Сигнал《Пуск》устанавливает в единицу триггер 57、Единичный сигнал триггера 57 открывает элемент И 54 и частота генератора 87 начинает поступать на вычитающий вход счетчика 55 и одновременно на вход схемы 58 цифровой инер
ции. °
Частота генератора 87 выбирается равной максимальной для соответствующей координаты скорости. Схема 58 служит для обе* спечения режима разгона и торможения. Импульсы с выхода схемы 58 поступают на входы элементов И 59 н 6〃 и в зависимости от состояния триггера 56 — на выход блока 4 (5) по каналу
WJ>wwa +ко9пере- + |~7 зирующий
0%
С^1
57
m6Q
+
Rq/л инерции
Onanwue счета
К而 перемещения + СИ
◊
万
Пуск f I
о
70
ПУ
I “ III %x BbtMd
I
±1； 理
I 7； I
J_ [ Y ] Моль
I 77 ap 1__—\ Duc/fpunu-1namopa
EZJ
Призмам
/юзационногог- режимо.-
+Коми啲 ^дос
I I -дос
-команда
Признак режима сверления
卅
/^mwb7 приз吧HQ позиционного режима
79
78
о^щий сброс
Сброс хк
勿
Потенциал лразиапа речами сберлен益
Рис.
4.46. Схемы блоков позициоиераз
a 一 блоки 4, 5 отработки перемещений; 6 — блок 6 отработки перемещений; в т блок цифровой инерции; е -а блоки 7—9 управления приводами; 0 — блок 2 цен- трального управления
«плюс» или «минус». Так продолжается до тех пор, пока реверсивный счетчик 55 не сбросится в ноль. При этом на его выходе появляется сигнал перехода через ноль, который поступает на синхронизирующий вход триггера 57 и на выход блока 4 (5) в качестве сигнала «Окончание счета». По его заднему фронту триггер 57 сбрасывается в ноль и закрывает элемент 54. Это означает, что заданное число импульсов поступило на вход схемы 58 цифровой инерции. С исчезновением частоты на входе схемы 58 частота на ее выходе начинает падать, пока не станет равной нулю и на ее выходе появляется сигнал «Ноль инерции».
Блок 6 (рис. 4.46, б) работает следующим образом. Элемент ИЛИ 67 объединяет сигналы «Пуск» и «Окончание счета». Если после ПУ приходит сигнал 《Пуск》 он, пройдя через элемент ИЛИ 64, запишет код перемещения в счетчик 63 и по его заднему фронту триггер 65 установится в единицу. Частота выхода генератора 61 через элемент И 62 поступает на вход счетчика 63 и вход схемы цифровой инерции 66f на выходе которой появляются импульсы перемещения. Когда счетчик 63 придет в ноль на его выходе появится сигнал окончания счета («О» Сч). Сигнал «Окончание счета», поступив на счетный вход //С-триггера 65 через элемент ИЛИ 67, задним фронтом сбрасывает его в ноль.
Блок цифровой инерции 66 (58 на рис. 4.46, а) работает так же, как описанный выше блок (см. рис. 4.41). Он состоит из генератора высокой частоты 68 (рис. 4.46, s), счетчика-распределителя 69, группы элементов И—ИЛИ 70, реверсивного счетчика 71 и элемента 72 определения нулевого состояния реверсивного счетчика.
Блок 7 (8, 9) (рис.. 4.46, а) работает следующим образом. По сигналу ПУ счетчик 74 сбрасывается, в ноль, поэтому на выходе цифроаналогового преобразователя 73 напряжение равно нулю. Командная информация начинает поступать на вход блока 7 с выхода блока 4 (5) (см. рис. 4.45) по каналу «плюс». Тогда командные импульсы, пройдя через Элемент ИЛИ 75 (рис. 4.46, а), поступают на суммирующий вход счетчика 74. Код в нем возрастает и пропорционально возрастает напряжение на выходе преобразователя 73. Так как это напряжение управляет приводом 10 (//) (см. рис. 4.45), то двигатель вместе с датчиком начинает вращаться в положительном направлении, причем сиг- налн с датчика начинают поступать на вход элемента ИЛИ 76 (см. рис. 4.46, г), а с его выхода — на вычитающий вход счетчика 74.
По мере увеличения кода в счетчике 74 возрастает й напряжение на выходе 73, а следовательно, и частота вращения двигателя, и частота импульсов, поступающих с датчика. В тот момент, когда частота на суммирующем входе счетчика 74 окажется равной частоте на его вычитающем входе, частота вращения двигателя будет соответствовать командной частоте, код в счет- чике 74 стабилизируется и движение осуществляется с постоянной скоростью.
При торможении частота импульсов командной информации уменьшается, при этом уменьшается и код в счетчике 74, и(дви- гатель тормозится. Однако при выключении командной информации в счетчике 74 всегда останется некоторое число импульсов, которое отрабатывается еще некоторое время, в течение которого движение по координате продолжается. Когда счетчик 74 оказывается в нулевом состоянии срабатывает элемент 77 определения нуля, и на его выходе появляется сигнал «Ноль дискриминатора». Схема устройства учитывает наличие всех таких сигналов, поэтому сверление в направлении оси Z при - движениях по X, У исключается.
Блок 2 работает следующим образом. С выхода блока / признаки позиционного режима П и режима сверления С заносятся в триггер 78 промежуточной памяти, откуда переписываются в триггер 79 (рис. 4.46, 0) при нажатии кнопки 86 «Пуск» через элемент НЕ 84 и элемент ИЛИ 85. На выходе триггера 79 появляется потенциал П или С, одновременно формируется сигнал «Перезапись», а с выхода элемента 80 через элементы И 82 и 83 формируются сигналы «Общий сброс» или «Сброс X, У》， после чего на выходе элемента 81 появляется сигнал «Пуск». С приходом на элемент ИЛИ 85 сигнала «Окончание отработки» цикл повторяется.
Позиционеры с круговым интерполятором. Иногда необходимо обработать отверстия, расположенные по окружности и заданные радиусом и угловым расстоянием или радиусом и числом отверстий (при их симметричном расположении). В этом случае выгодны позиционеры с круговым интерполятором. Поскольку связь декартовых координат и угла поворота радиуса-вектора имеется в интерполяторе на ЦДА, то его использование является предпочтительным. Так как существуют два основных способа позиционирования и два способа задания центров отверстий, расположенных по окружности, то очевидно наличие четырех основных решений такой задачи и четырех вариантов устройств для их реализации..
Решение первое. Задается радиус R, число отверстий N, используется блок цифровой инерции. Информация распределяется следующим образом (рис. 4.47, а). В КИ заносятся / = j = R; % = J = 0; А* = * = 4R; Ау = у = 4R к, HanpHMepi команда G02 (обход по часовой стрелке), в блок задания скорости БЗС —— значение 尸，равное максимальной угловой скорости движенйя по окружности радиуса R; в счетчик Сч1— коэффициент деления N; в блок задания знака БЗЗ ——знаки ЗнХ, ЗнУ. Счетчики СчЗ, Сч2 и триггеры Т1—ТЗ — в нуле.
Сигналом «Пуск» триггеры Th Т2 устанавливаются в единицу? при этом открываются элементы И1, И4, и импульсы высокой частоты /в с генератора Г через элемент ИЛИ1 начинают поступать на вход аргумента кругового интерполятора КИ, а через элемент ИЛИЗ на вход счетчика Сч1, Импульсы выходной частоты БЗС
поступают на вход элемента И5, закрытого нулевым потенциалом с выхода триггера ТЗ. КИ начинает отрабатывать окружность радиусом R по часовой стрелке, причем импульсы аргумента <р имеют физический смысл приращений угла поворота радиуса вектора О А (рис. 4.47, б). Одновременно они делятся счетчиком Сч1 на У и с его выхода через элемент И7, открытый единицей с выхода триггера Т1, поступают на вход счетчика СчЗ.
Так продолжается до тех пор, пока радиус-вектор ОА не совершит полный оборот. При этом КИ вырабатывает сигнал «Окончание отработки», который сбрасывает в ноль триггер Т1 и поступает на вход элемента ИЛИ2. Элемент И1 закрывается,. К этому моменту с его выхода на вход интерполятора КИ через элемент ИЛИ1 и на вход счетчика Сч1 через элемент ИЛИЗ пройдет число импульсов» соответствующее в некоторой угловой мере 140
360°, а с выхода счетчика Сч1 на вход счетчика СчЗ через элемент И7 поступит число импульсов, равное ф/^> т. е. соответствующее угловому расстоянию А(р между двумя отверстиями. Если число отверстий кратно четырем, можно отрабатывать только четверть окружности, но при этом в счётчик Сч1 надо заносить соответственно не М a N/4.
Выходной сигнал с элемента ИЛИ2 поступает на вход записи счетчика Сч2 и переписывает в него значение Д(р углового расстояния с выходов счетчика СчЗ и, кроме того, устанавливает в единицу триггер ТЗ. В результате открывается элемент И5 и с его выхода импульсы выходной частоты БЗС начинают поступать на вычитающий вход счетчика Сч2 и на вход блока цифровой инерции БЦЙ. С его выхода импульсы через элемент ИЛИ1 поступают на вход аргумента КИ, который вновь начинает отрабатывать дугу радиусом R.
Блок БЦИ является для унитарных кодов тем же, чем 尺 一 С- цепочка для аналоговых сигналов, поэтому информация с выхода КИ на входы, блоков управления приводами БУШ, БУП2 будет поступать через элементы И2, ИЗ и в блок задания знака БЗЗ не рывком, а с плавным разгоном от нуля до заданной скорости подачи. При этом приводы Пр1, Пр2 будут с разгоном отрабатывать заданную дугу. Так будет продолжаться до тех пор, пока счетчик Сч2 не придет в состояние нуля.
К этому моменту на вход Сч2 и на вход блока БЦИ поступит число импульсов равное А(р. Сигнал нуля счетчика Сч2 выключает триггер ТЗ и поступает на вход блока управления циклом сверления БУЦС как сигнал разрешения пуска цикла.сверления. Поступление частоты на вход блока БЦИ и счетчика Сч2 через элемент И5 прекращается, но движение приводов продолжается, так как частота на выходе блока БЦИ уменьшается плавно, а не мгновенно. При этом осуществляется плавное торможение. Когда частота на выходе блока БЦИ окажется равной нулю, привода останавливаются, сигнал «Ноль инерции» с выхода блока БЦИ поступает на вход блока БУЦС и запускает цикл сверления. Блок БУЦС вырабатывает сигналы цикла сверления, которые поступают на вход блока БУПЗ и с его выхода на привод ПрЗ. В результате сверло совершает движение вниз и вверх по координате Z.
Конструкция блоков БУПЗ, ПрЗ, БУЦС определяется конструкцией привода перемещения по оси Z конкретного сверлильного станка. Так, при использовании в качестве привода ПрЗ по оси Z однооборотной муфты, блок БУПЗ превращается в релейное устройство, а блок БУЦС —— в синхронизирующее устройство. Если привод по оси Z — следящая координата, то блок БУПЗ — тиристорный привод с ЦАП, а блок БУЦС ——однокоординатный позиционер любого типа.
По окончании цикла сверления блок БУЦС вырабатывает сигнал «Конец цикла», который поступает через элемент ИЛИЗ на
вход счетчика Сч1 и через элемент ИЛИ2 на единичный вход триггера ТЗ и вход записи счетчика Сч2. Триггер ТЗ устанавливается в единицу и открывает элемент И5. Частота с его выхода поступает на вход блока БЦИ и счетчика Сч2. В результате осуществляется перемещение на Д(р и сверление следующего отверстия. Так продолжается N раз, тогда на выходе счетчика Сч1 появится сигнал, который через элемент И6 проходит на вход триггера Т2 и сбрасывает его в ноль. Отработка цикла сверления ^ отверстий закончена.
Решение второе. Задается радиус R и угловое расстояние Аф, а для позиционирования используется блок цифровой инерции ЦЙ.
Перед началом работы информация заносится в блоки устройства следующим образом (рис. 4.48, а). В КИ заносятся величины) / = / = R, J = % = 0, % = А % = R у = Ay = R； в регистр Рг1, который является рабочим регистром первой координаты двухкоординатного интерполятора ЛИ, заносится величина 屮的, равная 90° в принятой системе отсчета, т. е. в градусах, минутах, секундах или других угловых величинах; в регистр Рг2, который
является регистром установки счетчика с переменным коэффициентом деления Сч2, заносится А(рд ——дополнительный код углового расстояния между отверстиями в тех же единицах, что и значение, занесенное в регистр Рг1; в БЗС — код максимальной для данного радиуса угловой скорости. Все триггеры и счетчик Сч1 сброшены в ноль, в блок БЗЗ занесены знаки перемещений по осям X и У.
По сигналу «Пуск 1» триггеры Tl, Т2 устанавливаются в единицу, при этом открывается элемент И1 (элемент И2 закрыт нулевым выходом триггера Т1) и частота генератора Г через элемент ИЛИ1 начинает поступать на вход аргумента КИ и вход счетчика Сч1.
КИ начинает отрабатывать заданную информацию, в резуль-, тате чего вектор ОА (рис. 4.48, 6) поворачивается до тех пор, пока не совпадет с осью У, т. е. не займет положение ОА, но его выходные сигналы на блок задания знака БЗЗ не поступают, так как закрыты элементы Н4, И5. Как только вектор ОА совместится с осью У, КИ вырабатывает сигнал «Окончаний отработки», который сбрасывает в ноль триггер Т1, устанавливает в единицу триггер Т4 и через элемент ИЛИ2 поступает на вход записи счетчика Сч2. В счетчик Сч2 с выходов регистра Рг2 заносится значение Афд. Триггер Т1 сигналом ноля закрывает элемент ИЕ Прохождение частоты /г на вход КИ через элемент ИЛИ1 и на вход счетчика Сч1 прекращается. В счетчике Сч1 окажется значение, соответствующее углу 90° в импульсах аргумента КИ.
Так как на втором входе элемента И2 теперь появляется разрешающий потенциал, он открывается и импульсы генератора Г начинают поступать на вход БЗС и на его выходе появляется частота подачи" /п, причем /п < %. Каждый импульс частоты /п устанавливает в единицу триггер ТЗ, открывается элемент ИЗ, тНк как на его втором входе единичный потенциал с выхода триггера Т4 и импульсы частоты /г поступают на вход аргумента ЛИ. Импульсы с выхода первой координаты ЛИ проходят на вход счетчика Сч2, а с выхода второй ——на вход блока цифровой инерции БЦИ, затем с его выхода через элемент ИЛИ1 на вход аргумента КИ и на нолевой вход триггера ТЗ. Триггер ТЗ сбрасывается в ноль, элемент ИЗ закрывается до прихода на единичный вход триггера ТЗ очередного сигнала с выхода БЗС.
Так как на один импульс с выхода блока БЗС приходится один импульс с выхода второй координаты ЛИ, то частота /г на входе блока БЦИ равна частоте /п. Частота на выходе блока БЦИ возрастает до тех пор, пока не окажется равной частоте на входе, т. е. /? = /п. Так как теперь элементы И4, И5 открыты единичным потенциалом с нулевого выхода триггера Т1, выходные сигналы координат X, У КИ пройдут через элементы И4, И5 на входы блока БЗЗ. С его выходов сигналы по соответствующему каналу поступают на входы блоков управления приводами БУШ, БУП2, а с их выходов в преобразованном виде соответственно на входы
приводов ПрЬ Пр2. Одновременно импульсы с выхода первой координаты ЛИ поступают на вход счетчика Сч2 н подсчитываются им.
Так продолжается до тех пор# пока на вход счетчика Сч2 не поступит число импульсов, равное Д(р. Тогда счетчик переполняется и его выходной сигнал поступает на вход блока управления циклом сверления БУЦС в качестве сигнала разрешения и на нулевой вход триггера Т4. Триггер Т4 сбрасывается в ноль, за- крывается элемент ИЗ, прекращается поступление частоты на вход ЛИ. Частоты на его выходах становятся равными нулю. Частота на входе блока цифровой инерции БЦИ исчезает, а на выходе плавно уменьшается до нуля. При этом плавно затормаживаются движения приводов Пр1, Пр2 по осямХ, У. Как только частота на выходе блока БЦИ окажется равной нулю, он вырабатывает сигнал «Пуск цикла сверления», который запускает блок БУЦС. Блок БУЦС вырабатывает серию сигналов^ поступающих на вход блока управления приводами БУПЗ н g его вы- хода на привод ПрЗ, чем обеспечивается цикл сверления.
По окончании цикла сверления блок БУЦС вырабатывает сигнал «Окончание цикла», который сбрасывает в ноль триггер Т2, прн этом закрывается элемент И2 и поступает на выход устройства как сигнал《Конец отработки». Позиционирование по дуге на Дф н сверление отверстия закончено.
Если следующее отверстие лежит на той же окружности радиусом R, то достаточно занести в регистр Рг2 новое значение Дфд и подать на схему сигнал «Пуск 2». Этот сигнал установит в единицу триггеры Т2? Т4 и через элемент ИЛИ2 запишет код Дфя в счетчик Сч2. После чего устройство начнет отрабатывать дугу9 еоответствующую заданному значению Дфд до переполнения счетчика Сч2, после чего вновь запустится цикл сверления отверстия.
Решение третье. Задаются радиус R и число N симметрично расположенных отверстий, а для позиционирования используется вычисление момента начала торможения и БЗС g линейной характеристикой разгона-торможения.
Перед началом работы информация распределяется следующим образом (рис. 4.49, а)： I =餐=R, J = % = 0, % = А % = 4R g = Ag = 4R заносится в КИ; знаки осей X, У — в блок задания знака БЗЗ; код подачи F — в блок задания скорости БЗС; код числа отверстий N — в счетчик с переменным коэффициентом деления Сч1; остальные счетчики и триггеры сбрасываются в ноль.
Сигнал «Пуск» устанавливает в единицу триггеры Tl, Т2. При этом открываются элементы И1, И2 и частота /в генератора Г дерез элементы И1, И2 проходит на входы элементов ИЛИ1, ИЛИ4. С выхода элемента ИЛИ1 она поступает на вход аргумента КИ, а с выхода элемента ИЛИ4 на счетный вход счетчика Сч1, сигналы переполнения которого через элемент И8, открытый единичным потенциалом с триггера Т1, поступают на счетный вход счетчика Сч2. '
ПрЗПрЗшзшзРис. 4・49・ Схема позиционера
ПрЗ
ПрЗ
шз
шз
с круговым интерполятором (третий вариант) (а) ,и задание информации для него (G
КИ отрабатывает на максимальной скорости полную окружность радиусом R, но при этом его выходные сигналы не проходят в привода, так как элементы И6, И7 закрыты нулем с выхода триггера Т1.
Так будет продолжаться до тех пор, пока радиус-вектор ОА (рис. 4.49, б) не совершит полный оборот. При этом на вход счетчика Сч1 поступит число импульсов, соответствующее 360°, а в счетчике Сч2 окажется число Дф, соответствующее угловому расстоянию между двумя любыми отверстиями из заданного числа ^ в единицах приращения угла аргумента КИ. Как только полный оборот закончен, КИ вырабатывает сигнал «Окончание расчета», который сбрасывает - в ноль триггер Т1 и через элемент ИЛИ2 переписывает значенйе Д(р с выхода счетчика Сч2 в счетчики СчЗ, Сч4, включает разгон в БЗС и устанавливает в единицу триггер ТЗ.
На выходе блока БЗС появляется частота /п, которая начинает линейно возрастать. Она поступает на входы элементов ИЗ, И4, И5, но так как единица имеется только на выходе триггера ТЗ : (триггеры Т4, Т5 в ноле), то эта частота проходит через элемент ИЗ и элемент ИЛИ5 на вход счетчика СчЗ, через элемент ИЛИ1 на вход аргумента КИ, через схему умножения СУ и элемент ИЛИ6 на вход счётчика Сч4. На каждый входной импульс схема СУ формирует два импульса на выходе. КИ вновь начинает отрабатывать заданную окружность, при этом его выходные сигналы через элементы И6, И7, открытые единицей с выхода триггера Т1, поступают на входы блока БЗЗ. С его выходов сигналы по соответствующим каналам поступают на вход блоков управления приводами БУП1, БУП2, с выхода которых в преобразованном виде поступают на входы приводов Пр1, Пр2. Пока частота /п на выходе ■ блока БЗС возрастает, увеличивается и скорость движения точки ， А по дуге радиусом R.
Так продолжается до тех пор, пока частота на выходе блока : БЗС не окажется равной заданному коду подачи F. При этом : блок БЗС вырабатывает сигнал «Окончание разгона», который ? через элемент ИЛИЗ сбрасывает в ноль триггер ТЗ и устанавливает в единицу триггер Т4. Открывается элемент И4, а элемент ИЗ закрывается. Теперь частота /п с выхода блока БЗС проходит через элементы И4, ИЛИ6 на вход счетчика Сч4, а через элемент ИЛИ5 на вход счетчика СчЗ и через элемент ИЛИ1 на вход аргу-: мента КИ. КИ продолжает отрабатывать дугу с постоянной ско- ростью. Так продолжается до тех пор, пока не переполнится счетчик Сч4. Его выходной сигнал включит торможение в блоке 『 БЗС, подтвердит через элемент ИЛИЗ нулевое состояние триггера , ТЗ, сбросит в ноль триггер Т4 и установит в единицу триггер Т5. Частота /п на выходе блока БЗС начинает линейно уменьшаться и поступать через элементы И5 и ИЛИ5 на вход счетчика СчЗ и через элемент ИЛИ1 на вход аргумента КИ. Он продолжает от-； рабатывать дугу с замедлением скорости. Так продолжается до тех пор, пока не переполнится счетчик СчЗ. Его выходной сигнал сбрасывает в ноль триггер Т5, элемент И5 закрывается. Движение по дуге прекращается..
Одновременно тот же сигнал запускает блок БУЦС управления циклом сверления. Блок БУЦС выполняет сверление также, как и было описано выше, и вырабатывает сигнал «Окончание цикла», поступающий на входы элементов ИЛИ2, ИЛИ4. Сигнал, пройдя через элемент ИЛИ4, подсчитывается счетАиком Сч1, а пройдя через элемент ИЛИ2, запускает цикл перемещения к следующему отверстию. Так продолжается до тех пор, пока не будет просверлено последнее отверстие. При этом переполнится счетчик Сч1 и его выходной сигнал через элемент И9, открытый потенциалом с выхода триггера Т1, сбросит в ноль триггер Т2, выключая тем самым элемент И1. Прохождение частоты генератора Г прекращается. Так устройство работает в случае, когда А(р >
》2фр/т> что соответствует графику изменения скоростей# приведенному на рис. 4.50, а. На этом рисунке имеются участки разгона, движения на заданной постоянной максимальной скорости Jmax И ТОрМОЖеНИЯ.
Если отверстий много или мал радиус oкpyжнocтиs т. е. расстояние между отверстиями мало, и имеет место условие А(р《 《2фр/т (рис. 4.50, б), где(рр/т —^участок разгона до заданной скорости (торможения от заданной скорости), то блок БЗС (см. рис. 4.49, а) не вырабатывает сигнал «Конец разгона», а сразу приходит сигнал переполнения счетчика Сч4, поэтому график выходной частоты блока БЗС и скорости движения точки А по дуге будет иметь вид, приведенный на рис. 4.50,- б.
/ Решение четвертое. Задаются радиус R и угловое расстояние Д(р между отверстиями, а для позиционирования используется вычисление момента начала торможения и БЗС с линейной характеристикой разгона-торможения. Структурная схема такого устройства изображена на рис. 4.51.
Перед началом работы информация распределяется следующим образом: & = / = R, Рн = J = °，曲=% = R, *ку = У = R§ а также команда G03 (или G02) и интерполяция против (по) часовой стрелки заносятся в КИ； значение F максимально допустимой скорости подачи — в блок БЗС; знаки Дх,卜у — в блок БЗЗ; значение(р90# т. е. эквивалент угла 90°? — в регистр Рг1, причем в зависимости от выбранной единицы измерения это может быть 5400、или 324 000”； в регистр Рг2 заносится угловое расстояние Д(р в тех же единицах, что и фэо，но в дополнительном коде; все триггеры и счетчики устройства сигналом ПУ обращены в ноль.
По сигналу «Пуск 1» триггеры Tl, Т2 устанавливаются в еди- ницу# при этом единица с выхода триггера Т2 поступает на вход элемента И2, но ноль с выхода триггера Т1 запирает элемент И2 по второму входу, так же как и элементы И7, И8. Единица с выхода триггера Т1 открывает элемент И1. В результате частота /в генератора Г проходит через элемент И1 на входы счетчика Сч1 и элемента ИЛИ1, а с его выхода ИЛИ1 — на вход аргумента КИ. КИ начинает отрабатывать окружность радиусом R (см.
Рис. 4.50. Отработка участкаЭ
а — при(р> 2(р ,，6 — при ф & 2ф , p/вр/*
Рис. 4.51. Позиционер с круговым интерполитором (четвертый вариант)
рис. 4.48, б), при этом осуществляетс я поворот радиуса-вектора ОА до совпадения с осью Y. Как только вектор ОА совпадает с осью 匕 КИ начинает вырабатывать сигнал «Окончание отработки», который поступает на входы элемента ИЛИ2 (см. рис. 4.51, а) и триггера Т1.
Триггер Т1 переключается в'ноль, причем единичный потенциал с его нулевого выхода открывает элементы И2, И6, И8, при этом частота 后 генератора Г начинает поступать на вход БЗС. Ноль с единичного выхода триггера Т1 закрывает элемент И1, и поступление частоты /в на входы элемента ИЛИ1 и счетчика Сч] прекращается. К этому моменту в счетчике Сч1 окажется значение, соответствующее углу 90°, в единицах угловой цены импульса аргумента КИ (喲.
Импульс «Окончания отработки» КИ с выхода элемента ИЛИ2 включает «Разгон» в блоке БЗС, переписывает значение А(р в счетчики Сч2, СчЗ и устанавливает в единицу триггер Т4. Его выходной потенциал открывает элемент И4. В это время блок БЗС начинает вырабатывать частоту %, которая увеличивается. Каждый импульс частоты устанавливает в единицу триггер ТЗ и его выходной сигнал открывает элемент ИЗ. При этом частота fB с генератора Г через элемент ИЗ проходит на вход аргумента ЛИ, для которого рабочими регистрами первой и второй координат являются счетчик Сг1 и регистр Рг1.
Линейный интерполятор начинает отрабатывать прямую, заданную значениями (рэо и фэо- Выходные импульсы первой координаты ЛИ поступают через элемент ИЛИ1 на вход аргумента 148 ,
КИ и на нулевой вход триггера ТЗ, а выходные сигналы второй координаты на входы элементов И4—И6. Поступление импульсов на вход КИ вызывает отработку дуги окружности радиусом R, но теперь его выходные сигналы проходят через элементы И7, И8 на входы блока задания знака БЗЗ и с его выходов на блок БУГ11, БУП2 управления приводами, а с них на входы приводов Пр1 Пр2.
Так как частота на единичном и нулевом входах триггера ТЗ равна при /в >/п, то разгон на выходе блока БЗС приводит к увеличению частоты и на входе аргумента КИ, и на его выходах. Приводы Пр1, Пр2 будут отрабатывать заданную дугу с возрастающей скоростью. Частота на выходе второй координаты ЛИ будет возрастать, как так его координаты связаны линейной зависимостью. Пока в блоке БЗС продолжается разгон (см. рис. 4.50, а), триггер Т4 (см. рис. 4.51) находится в состоянии единицы и импульсы с выхода второй координаты ЛИ через элементы И4, ИЛИ4 поступают на счетный вход счетчика Сч2, а через схему удвоения СУ и элемент ИЛИ5 —— на счетный вход счетчика СчЗ. На каждый один импульс на входе схема СУ формирует два импульса на выходе. Так продолжается до тех пор, пока в блоке БЗС не закончится разгон. Частота на его выходе станет постоянной. При этом блок БЗС вырабатывает сигнал «Окончание разгона», который через элемент ИЛИЗ сбрасывает в ноль триггер Т4, элемент И4 закрывается и .устанавливает в единицу триггер Т5, открывается элемент И5 и с его выхода частота второй координаты ЛИ через элементы ИЛИ4, ИЛИ5 поступает на входы счетчиков Сч2, СчЗ. Отрабатывается участок движения на постоянной скорости.
Так продолжается до переполнения счетчика СчЗ. Он переполнится, тогда когда надо включать торможения, так как при разгоне он сосчитал число импульсов, равное двойному участку разгона, а участки разгона и торможения равны. Сигнал переполнения этого счетчика включает торможение в блоке БЗС, через элемент ИЛИЗ подтверждает нулевое состояние триггера Т4, сбрасывает в ноль триггер Т5 и включает триггер Тб. В результате частота на выходе блока БЗС начинает уменьшаться по линейному закону, элемент И5 закрывается, а элемент И6 открывается. Частота .с выхода элемента И6 через элемент ИЛИ4 поступает на вход счетчика Сч2. Одновременно уменьшаются частот на выходе блока БЗС и скорость движения приводов Пр1, Пр2. Так продолжается до переполнения счетчика Сч2.
Сигнал переполнения счетчика Сч2 появляется почти одновременно с завершением торможения, когда частота на выходе блока БЗС так же, как и скорость движения приводов, близка к нолю. Этот сигнал сбрасывает в ноль триггеры Т2, Тб и поступает на вход блока БУЦС. Закрываются элементы И2, И6. Частота на входе и выходе блока БЗС равна нулю. Вектор ОА повернется на заданное значение Д(р и остановится. Теперь включается
в работу блок БУЦС и выполняет цикл сверления, после чего вырабатывает сигнал «Окончание цикла》.
Если следующее отверстие находится на таком же угловом расстоянии Аф, то на вход устройства подается сигнал «Пуск 2》， который эквивалентен сигналу «Окончание отработки» КИ. При этом устройство приступает к позиционированию по дуге того же радиуса R, не повторяя вычисление фэо. Если угловое расстояние до следующего отверстия другое, то новое значение А(р заносится в регистр Рг2 и лишь затем подается сигнал «Пуск 2》.
Если же необходимо сверлить отверстия, расположенные на окружности другого радиуса, то придется занести новую информацию в КИ и подать сигнал «Пуск 1». Так устройство рабо-= тает при значительном расстоянии между отверстиями, когда ' выполняется условие А(р > 2<рр/т. Если отверстия расположены близко, т. е. А(р V 2<рр/т, где(рр/т —— участок разгона, то блок БЗС не успевает выработать сигнал «Конец разгона», так как - раньше приходит сигнал переполнения счетчика СчЗ, поэтому график выходной частоты блока БЗС и скорости движения точки % по дуге будет иметь вид, приведенный на рис. 4.50, 6.
Выбирая тот или иной вариант реализации позиционера с кру- / говым интерполятором следует учитывать, во-первых, характер обрабатываемых деталей, во-вторых, совокупность других функций, которые должна реализовать конкретная система ЧПУ. Если предполагается обрабатывать заготовки с равномерным по углу расположением отверстий, то предпочтительнее использовать первый или третий вариант; если же равномерное расположение отверстий на деталях не предполагается, то предпочтительнее второй или четвертый вариант. Если система чисто позиционная, то предпочтительнее варианты с цифровой инерцией, т. е. первый или второй, так как они проще сами по себе и в них используют простейший блок задания скорости. Если же система контур но-позиционная, т. е. имеется сложный БЗС для реализации контурного управления с разгоном и торможением, то предпочтительнее вариант третий или четвертый.
Позиционеры для автоматизированных складов. Принципы позиционирования можно эффективно применять для построения простых, дешевых и эффективных СУ автоматизированными скла- дами-штабелер ами. Основными отличиями такого устройства я в- “ ляются наличие следующих циклов, задаваемых оператором.
Первый цикл (положите из ноля в адрес): захват берет груз, движется до заданного адреса, кладет груз и остается по адресу.
Второй цикл (положить не из нуля в адрес): захват идет в ноль, берет груз, движется до заданного адреса, кладет груз и остается по адресу.
Третий цикл (взять груз из адреса): захват идет по адресу, захват берет груз, идет в ноль, кладет груз и остается в ноле.
Кроме того, имеется два вспомогательных цикла «Взять» и «Положить», которые имеют, в свою очередь, особенности
в зависимости от того* с каким стеллажом (левым или правым) работает захват.
Схема устройства приведена на рис. 4.52, а.
Работает устройство следующим образом. Сигнал предварительной установки сбрасывает в ноль все счетчики, регистры устройства и /?5-триггер 26, а перед вводом каждого^ нового адреса в ноль сбрасываются только счетчики делителей 4 и 5 и схема выбора направления 46.
При реализации первого цикла устройство работает следующим образом. В исходном состоянии захват находится в нулевом положении (х = 0, у = 0), т. е. в положении загрузки (при этом на выходе дешифратора 27 имеется сигнал). Необходимо транспортировать груз в ячейку с соответствующим адресом. Для этого нужно на пульте / набрать адрес, причем при нажатии кнопок пульта / шифратор 2 формирует двоичный код, соответствующий нажатой кнопке, и синхроимпульс, которым сформированный код записывается в соответствующий разряд реверсивного (вычитающего) десятичного счетчика 3. Затем нажать кнопку 48 «Положить». При этом сигнал «Положить» поступает на входы блоков 4/, 42 управления циклами и на единичный вход RS-триггера 26.
При этом единичный потенциал появится на входе J/C-триг- гера 25, в результате чего по заднему фронту синхроимпульса, поступающего с выхода генератора 24 на синхровход J/C-триг- гера 25, он переводится в единичное состояние. Благодаря этому открывается элемент И 18. и импульсы частоты f с его выхода поступают на вычитающий вход счетчика 3 и на вход счетчика 4, а импульсы переполнения счетчика 4 поступают на счетный вход счетчика 5. Поступление импульсов частоты f на входы счетчиков 3 и 4 продолжается до тех пор, пока на йяходе переполнения по каналу «минус» счетчика 3 не появится импульс, который своим передним фронтом сбрасывает в ноль RS-трнггер 26, благодаря чему по заднему фронту этого же импульса (так как он совпадает по фронтам с импульсами частоты генератора 42) триггер 25 сбрасывается в ноль. Элемент И 18 закрывается, и частота f перестает поступать на входы счетчиков 3 и 4.
Коэффициенты деления счетчиков 4 и 5 выбираются равными соответственно числу ячеек в ряду по координате X и числу рядов ячеек по координате У. Так как в зависимости от конкретного исполнения автоматизированного склада число ячеек в ряду по координате X и число рядов по координате У можно варьировать в широких пределах, то счетчики удобно выполнять с изменяемым коэффициентом деления, например, с помощью специальных коммутационных установок.
При таком условии при поступлении на вход счетчика 3 числа импульсов, равного номеру набранного адреса, в счетчиках 4 и 5 образуются коды, соответствующие координатам X н У выбранной ячейки. Если сигнал переполнения появится на выходе счетчика 5, это означает, что ячейка принадлежит правому стел-
ПУ
ПУ
向5["nХ
блок
以%勿勿у反耽以夕户иноик叫ий
0&GR
Внк./Выкп.
^minl^max
~I 53 S3一
廃改 "用叫 啕巨M 吻g
且
36
|77
何
函旧
吻函 吻鼠M 哂0
!EBBM!
39
J7
М/方
❖7
торможение по х
JO
屛
31
万
32
76
-Q*
77
20
БЯ
丁向I y BШ!、吗 m
50
У
G
夕 /Zwwwiwyff г грузом
Положение fe 之呼口
ЗакОат влево (~Z)
ЗалЗагп влрадд(+ z)
Рис. 4.52. Схема позиционера автоматизированного склада (о) и движения захвата в циклах «Взять> н «Положить> (б)
лажу, а если переполнения не было, то левому. Этот импульс с выхода счетчика 5 поступает на вход схемы 46 выбора направления. Так как частота генератора 24 может составлять 500—1000 кГц, то даже прн числе ячеек склада 10 000 время преобразования будет равно 0,02 с, т. е. фактически мгновенным. Теперь нажатием кнопки 47 «Пуск» запускается выполнение цикла. Сигнал «Пуск» от кнопки 47, пройдя через элемент ИЛИ 33 поступает на запускающие входы блоков 4?, 42, 43 управления циклами. Однако запустится только блок 4/, так как только для него условием запуска является наличие сигнала на выходе дешифратора нуля 27 и нажатие кнопки 48 «Положить».
Блок 41 вырабатывает сигнал «Взять», который с его выхода через элемент ИЛИ 35 поступает на запускающий вход блока 44 управления циклом «Взять». Движение захвата при реализации цикла «Взять» изображено на рис. 4.52, 6. Положение захвата до включения цикла по координате Y точно ие определено, и он может находиться в произвольном положении: в точке О или А. По координате Z захват находится в точке г0, которая фиксируется специальным датчиком обратной связи 23. Кроме того, точка 2嚣 фиксируется датчиком обратной связи 2/, а точка 2口 ——датчиком обратной связи 22. Положение захвата по координате Y определяется точкой О, соответствующей положению с грузом, и точкой Л, соответствующей положению без груза. Эти точки фиксируются датчиками обратной связи 50 и 5/, срабатывающими при движении по координате У.
При работе с левым стеллажом реализуется левый цикл, при работе с правым — правый. Если захват находится в общем нуле по осям X н У, сигнал с выхода дешифратора нуля 27, воздействуя на схему 64 выбора направления, обеспечивает принудительное включение только левого цикла независимо от наличия или отсутствия сигнала переполнения счетчика 5. Поэтому в описываемом случае реализуется левый цикл «Взять». Для этого блок 44 формирует сигнал «Движение в положение без груза» (в точку Л), который, пройдя через элемент ИЛИ 3/, включает команду «Движение по —У», а через элементы ИЛИ 32 и 38 включается привод перемещения по оси У.
Этот же сигнал с выхода элемента ИЛИ 32, пройдя через элемент НЕ 4a блокирует элемент И /6, благодаря чему импульсы с выхода элемента ИЛИ 20 датчиков обратной связи 50 и 51 координаты Y не смогут поступать на входы элементов И /4, 15 и изменять состояние реверсивного счетчика //, т. е. искажать заданную координату. Привод координаты Y включается и захват движется в направлении —Y для точки Л. По достижении захватом точки Л, сигнал с выхода датчика 51 поступает на соответствующий вход блока 44. В результате на выходе блока 44 исчезает сигнал «Движение в положение без груза», и, следовательно, исчезают сигналы на выходах элементов ИЛИ 31 н, 38. Движение захвата по координате — Y прекращается.
После этого блок 44 вырабатывает сигнал «Прямое движение по координате Z》，который поступает на вход схемы 46 выбора направления. На выходе схемы появляется сигнал «Захват влево». Этот сигнал включает двигатель движения захвата по координате Z влево. Захват движется до тех пор, пока не достигнет точки Б. При этом срабатывает датчик 21 крайнего левого положения и его выходной сигнал поступает на блок 46. Кроме того, выходные сигналы датчиков 21 f 22 через элемент ИЛИ 36 выключают триггер тормоза 29. В результате блок 44 выключает сигнал «Прямое движение по координате Z》и включает сигнал «Движение в положение с грузом».
Этот сигнал поступает на входы элементов ИЛИ 30 и 32. Выходной сигнал элемента ИЛИ 30 включает положительное направление движения по координате У, а выходной сигнал элемента ИЛИ 32 через элемент ИЛИ 38 включает привод перемещения по координате У, а через элемент НЕ 40, блокирует элемент И /6. Привод включается и захват перемещается из точки Б в точку С. Когда захват достигает точки С (положение с грузом),, сигнал с датчика 50 поступает на вход блока 44 и вкключает сигнал «Движение в положение с грузом». Привод координаты Y выключается. Теперь блок 44 вырабатывает сигнал «Обратное движение по координате Z》，который поступает на вход блока 46, на его выходе появляется сигнал «Движение вправо». Включается привод координаты Z, и захват перемещается вправо до тех пор, пока не достигает положения z0. В этот момент срабатывает датчик 23 нулевого положения по координате Z, и его сигнал, поступая на блок 44, выключает движение по оси Z. Цикл «Взять» завершен.
Одновременно блок 44 вырабатывает сигнал «Окончание цикла взять», который пройдя через элемент ИЛИ 33 поступает на вход блока 41. Блок 41 вырабатывает сигнал «Движение в адрес». Этот сигнал через элемент ИЛИ 34 поступает на входы параллель-； ной записи регистров 6 и 7, и в эти регистры из1 счетчиков 4 и 5 записываются координаты хл и уА заданной ячейки. Так как сигналом предварительной установки ПУ счетчики /0, // были сброшены в ноль, то блоки сравнения 8 H 9 вырабатывают сигналы 尤t V и yj < yAt которые открывают соответственно элементы И 13 п 15.
Одновременно на других выходах блоков сравнения 8H 9 исчезают сигналы《=》，что эквивалентно появлению сигналов 《干》.Сигнал 《抬》с выхода блока 8 непосредственно включает привод координаты X, а сигнал《:/：》с выхода блока 9 включает привод координаты Y через элементы ИЛИ 38* Направления движения по координатам X н У определяются выходными сигналами блоков сравнения 8 н 9. В данном случае х( < хА и у^ < V Уа, где хг и yj ——текущие значения в счетчиках)0, //, тогда сигнал 尤» V %а с выхода блока 8 включает положительное направление движения по X, а сигнал yj < Уа g выхода блока 9 через
элемент ИЛИ 30 включает положительное направление движения по оси У.
Скорость движения по каждой координате определяется по следующему закону: если \хА ——хг |>4, то включается .вторая ?тах (максимальная) скорость по координате. X; если \хА — х； | & <；4, — первая ?巾皿(минимальная) скорость по координате X. Аналогично для координаты У: если \уА ——у^ | >4, включается вторая скорость t»max, если \уА ——у^ \ <4, ——первая t'mln. Сигналы первой и второй скорости также вырабатываются блоками 8 и 9. Конкретное исполнение блоков 8 и 9 дано в приложении. Благодаря воздействию этих сигналов приводы координат X н У включаются и захват вместе с грузом движется по направлению к заданному адресу. При этом импульсы с выхода датчика обратной связи 19 через элемент И 13 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 10. Импульсы с выхода датчика обратной связи 50 или 51 через элемент ИЛИ 20 и элемент И /6, открытый по второму входу выходным сигналом элемента НЕ 40, поступают на вход элемента И /5, и с его входа на суммирующий вход реверсивного счетчика И. Причем при движении вверх по оси +У работает датчик 50, а при движении вниз по ——У — датчик 51.
При |хА ——％t I《4 привод координаты X переключится на ?пнп, а при \хА — Xi I = 0 привод выключается, и на выходе блока 8 вместо сигнала «=#» появится сигнал《=》. Этот сигнал устанавливает в единицу триггер 29, который включает торможение по координате X. Этот тормоз увеличивает точность остановки по «тяжелой» координате. Аналогично при \уА — У/| 《4 привод кооординаты У переключится на ит1п, а при \уА — ^| = О на выходе блока 9 вместо сигнала 《I》появится сигнал 《=》. Позиция с заданным адресом достигнута.
При появлении двух сигналов «=» срабатывает элемент И /7. Его выходной сигнал через формирователь 28, который выделяет передний фронт сигнала, поступает на вход элемента ИЛИ 33, а с его выхода на вход блока 4/. Блок 41 формирует сигнал «Положить», который через элемент ИЛИ 39 поступает на вход блока 45 управления циклом «Положить» в качестве сигнала «Пуск цикла положить».
Блок 45 начинает формировать сигналы, необходимые для реализации цикла «Положить» в полном соответствии с рис. 4.52, 6. Прежде всего на выходе блока 45 появляется сигнал «Движение в положение с грузом». Этот сигнал через элемент ИЛИ 30 включает направление +К через элемент ИЛИ 32 и элемент НЕ 40 блокирует элемент И /6, а через элемент ИЛИ 38 включает привод координаты У.
При достижении захватом точки О по сигналу с датчика 50 движение по координате Y прекращается и блок 45 вырабатывает сигнал «Прямое движение по координате /». Этот сигнал поступает на вход схемы выбора направления 46, которая вырабатывает сигнал «Движение влево» или «Движение вправо». При наличии
на выходе дешифратора нуля 27 сигнала «О» схема 46 первоначально всегда вырабатывает сигнал «Движение влево». Однако в данном случае этот сигнал отсутствует, так как захват находится не в общем для координат X и Y ноле, а по какому-то адресу %： = хА, у§ = уА. Поэтому теперь выбор направления определяется тем, какому из стеллажей (левому или правому) принадлежит выбранная ячейка. Ранее уже упоминалось, что признаком правого стеллажа является сигнал переполнения счетчика 5, который запоминается в схеме 46. Отсутствие этого сигнала понимается как приз-: нак левого стеллажа.
Пусть, например, сигнал переполнения счетчика 5 в дан-: ном случае имел место. Тогда реализуется правый цикл (см. рис. 4.52, б) и схема 46 формирует сигнал «Движение вправо». Этот сигнал включает привод координаты Z на движение вправо.. Когда захват достигнет точки Е, сработает датчик 22 правого положения захвата (груз вдвинут в ячейку). Его выходной сигнал через элемент ИЛИ 36 выключит (сбросит в ноль) триггер 29 тор-二 моза по координате X и, кроме того, поступит на соответствующий вход блока 45. При этом на выходе блока 45 исчезнет сигнал ■ «Прямое движение по координате Z» и появится сигнал «Движение в положение без груза».
Этот сигнал через элемент ИЛИ 31 включает направление } движения — У, через элементы ИЛИ 32. 38 включает привод У, а через элемент ИЛИ 32 и элемент НЕ 40 блокирует элемент И /6. Захват перемещается из точки Е в точку Д. При этом груз ло-, жится на дно ячейки. По достижении точки Д импульс с выхода ； датчика обратной связи 51 по координате Y поступает на вход блока 45. В результате на его выходе исчезает сигнал «Движение в положение без груза» и появляется сигнал «Обратное движение ， по координате Z». Этот сигнал поступает на вход схемы выбора направления 46, на выходе которой появляется сигнал «Движение влево».,
Привод координаты Z начинает перемещать захват влево до тех пор, пока не сработает датчик 23 нулевого положения захвата по координате Z. Захват без груза вышел из стеллажа в точку А. Выходной сигнал датчика 23 поступает на вход блока 45、при этом выключается сигнал «Обратное движение по координате Z». Цикл «Положить» завершен. На выходе блока 45 появ-； ляется сигнал «Окончание цикла положить», который через элемент ИЛИ 33 поступает на вход «Пуск», блока 41 управления первым циклом. Но первый цикл завершен, поэтому в блоке 41 происходят лишь внутренние сбросы и никаких внешних сигналов не вырабатывается. Действительно, захват, взяв груз из нулевого (по X м У) положения, положил его в ячейку с заданным адресом.
При реализации второго цикла устройство работает следующим образом. Первоначально захват находится около ячейки с некоторым адресом 尤红 у)・ Причем значения и у/ находятся 156
в счетчиках 4, 5 н регистрах 6 н 7. На выходе дешифратора 27 отсутствует сигнал нулевого положения координат X и Y.
Для реализации второго цикла необходимо на пульте 1 набрать номер ячейки, куда нужно положить груз. Работа блоков 7—— 3 при этом была описана выше. Затем, нажимая на кнопку 48, формируют сигнал «Положить», который поступает на входы блоков 41, 42 и запускает (устанавливает в единицу) триггер 26・ В результате включается преобразование набранного номера ячейки в координаты хА и у«, которые окажутся в счетчиках 4, 5 точно так же, как это было описано при работе первого цикла. Затем, замыкая кнопку 47, формируют сигнал «Пуск», который через элемент ИЛИ 33 поступает на входы блоков 42—43.Однако теперь запустится только блок 42, так как только его условием запуска является наличие сигнала от кнопки 48 и отсутствие сигнала нуля координат X, Y на выходе дешифратора 27.
По сигналу《Пуск》блок 42 формирует сигнал «Движение в ноль», который через элемент ИЛИ 37 поступает на входы сброса регистров 6 н 7 H сбрасывает их в ноль. При этом на выходах блоков сравнения 8 н 9 появляются сигналы х^ > хл и yj > уА и сигналы《=#》. Сигналы 尤》> 尤厶 с выхода блока 8 включает направление движения ——X и открывает элемент И /2. Сигнал «=#» с выхода блока 8 включает привод координаты Х・ Сигнал у； > уА с выхода блока 9 через элемент ИЛИ 31 включает направление движения —У, а сигнал «у=» через элемент ИЛИ 38 включает привод координаты У. Захват начинает перемещаться по координатам X н У в направлении нуля.
Выбор и переключение скоростей движения fmax и t»mln происходит точно так же, как и в описанном выше первом цикле. Импульсы обратной связи по координате X с датчика 19 через элемент И 12 поступают на вычитающий вход счетчика 10, а импульсы обратной связи по координате У с выхода датчика 20 через элемент ИЛИ /6, открытый выходным сигналом элемента НЕ 40, и элемент И 14 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика //. При появлении нуля в счетчике 10 на выходе блока 8 появляется сигнал 《=九 который включает триггер тормоза 29 и одновременно выключает привод по оси X.
При появлении ноля в счетчике 11 на выходе блока 9 появляется сигнал《=》. Этот сигнал выключает движение по координате У. Захват пришел в ноль по X и У. При наличии двух сигналов 《=» на входе элемента И 17 формируется сигнал, передний фронт которого через формирователь 28 и элемент ИЛИ 33 поступает на вход «Пуск» блока 42. Блок 42 формирует сигнал «Пуск цикла взять», который через элемент ИЛИ 35 запускает блок 44 управления циклом «Взять». С этого момента устройство работает точно так же, как и при реализации первого цикла. По окончании цикла «Взять» захват идет в адрес; при достижении адресов реализуется цикл «Положить», после чего действия прекращаются. Второй цикл завершен.
При реализации третьего цикла устройство работает следующим образом. Первоначально захват находится в произвольном положении, координаты которого хг и у^ хранятся в реверсивных счетчиках 10 и 11 соответственно. Для реализации третьего цикла на пульте / необходимо набрать номер ячейки, из которой необходимо взять груз. Этот номер, как обычно, запишется в счетчик 3, Далее, нажав на кнопку 49《Взять》，подготовим блок 43 управления третьим циклом и установим в единицу триггер 26. При этом запустится преобразование номера ячейки в ее координаты хА и Уа точно так же, как это было описано выше. Новые значения хА и уА запишутся в счетчики 4 и 5, а признак стеллажа —в схему 46.
Затем, нажимая на кнопку 47, формируют сигнал《Пуск》, который через элемент ИЛИ 33 поступает на входа «Пуск» блоков 41—43, но запустится только блок 43. При этом на выходе блока 43 формируется сигнал «Движение в адрес», который через элемент ИЛИ 34 включает подцикл «Движение в адрес». «Движение в адрес» осуществляется так же, как описано выше при работе первого цикла. По окончании действия сигнала «Движение в адрес» выходной сигнал формирователя 28 через элемент ИЛИ 33 поступает на вход блока 43 и последний формирует сигнал «Пуск цикла взять», который через элемент ИЛИ 35 запускает блок 44 управления циклом 《Взять》, Цикл 《Взять》 реализуется точно так же, как это было описано выше, с учетом направления, т. е. левого или правого стеллажа.. Захват берет нужный груз.
Сигнал «Окончание цикла» с выхода блока 44 через элемент ИЛИ 33 поступает на вход блока 43. Блок 43 формирует сигнал «Пуск цикла положить». Этот сигнал через элемент ИЛИ 39 запускает блок 45 управления циклом «Положить», причем, если на выходе дешифратора 27 имеется сигнал нулевого состояния, воздействующий на схему выбора направления 46, цикл «Положить» реализуется в левом варианте точно так же, как это было описано выше. Захват кладет груз. Сигнал «Окончание цикла» с выхода блока 45 через элемент ИЛИ 33 поступает на вход блока 43, но никаких внешних сигналов блок 43 не вырабатывает, а лишь производит внутренние сбросы. Третий цикл завершен.
Связь пульта / со счетчиками 10 и 11 необходима для занесения исходной информации при включении питания, если захват не в нуле; т. е. устройство во всех режимах работает как позиционная СЧПУ с автоматическим вычислением участка торможения.
Схемы блоков 8, 9, 27, 41——46, 52 приведены в приложении 3. Устройство реализовано под названием ПУУС-250М1 и его серийно выпускают с 1984 г.
РЕЗЬБОНАРЕЗАНИЕ С РАЗГОНОМ И ТОРМОЖЕНИЕМ
Реализация резьбонарезания без разгонов и торможения была рассмотрена в гл. 3. Однако имеются причины, по которым предпочтительней резьбонарезание с разгоном и торможением (с Р/Т). 158
с разгоном и торможениемс разгоном и торможениемПервая причина заключаетсях в том, что при резьбонарезании без разгона приходится работать на заниженных до 30—40 % скоростях, что снижает производительность. Вторая причина в том, что ограничение подач снижает частоту вращения, поэтому при больших шагах и малых диаметрах получаются низкие скорости резания, ухудшающие при обработке некоторых материалов качество по
с разгоном и торможением
с разгоном и торможением
верхности. Третья причина в том, что при нарезании резьб без разгонов механизмы станка испытывают большие динамические нагрузки.
При резьбонарезании с Р/Т необходимо решить ряд проблем, которые могут быть темой исследования. Одна из них заключается в том, что участок £р/т должен быть минимальным, но допустимым по предельным ускорениям, чтобы канавка на выходе из резьбы была минимальной (рис. 4.53). Не все детали имеют форму, допускающую свободный выход резца, а канавка не может быть меньше ZT, так как при торможении меняется шаг резьбы. Для этого необходима стабилизация ускорения.
Другой проблемой является обеспечение гарантированного попадания резца в нитку при повторном проходе. При отсутствии разгона между углом поворота шпинделя и перемещением резца' имеется жесткая связь, которая не нарушается при колебаниях скорости вращения шпинделя, поэтому для попадания в нитку при повторных проходах достаточно начинать движение по сигналу маркера с датчика резьбонарезании.' При разгоне часть импульсов датчика теряется, и при повторных проходах резец может не попасть в нитку из-за колебаний скорости шпинделя. Поэтому требуется или ликвидировать угловое отклонение резца, или уметь его оценить для предъявления требований к стабильности вращения шпинделя и предельным диаметрам детали, исходя из заданных допусков.
Стабилизация ускорения. При интерполяции и позиционировании стабилизация ускорений Р/Т обеспечивается за счет линейной зависимости между кодом подачи и частотой на выходе блока задания скорости. При резьбонарезании частота на входе интерполятора определяется частотой вращения шпинделя и числом отсчетов за один оборот датчика резьбонарезания, установленного на шпинделе. Стабилизацию ускорения обеспечивает устройство, схема которого приведена на рис. 4.54.
Устройство работает в режимах интерполяции ИН и резьбо- нарезания РН. В режиме ИН работа устройства особенностей не имеет. При этом на входах блока центрального управления БЦУ имеется потенциал ИН и отсутствует потенциал РН. В интерполятор Инт заносится информация о виде интерполяции (линейная
zzРис. 4・54. Схема нарезании резьбы со стабилизацией ускоренияРис. 4・54. Схема нарезании резьбы со стабилизацией ускоренияизизМ4М4И5И5ИбИб"7"7М8М8差 мт差 мт
z
z
Рис. 4・54. Схема нарезании резьбы со стабилизацией ускорения
Рис. 4・54. Схема нарезании резьбы со стабилизацией ускорения
из
из
М4
М4
И5
И5
Иб
Иб
"7
"7
М8
М8
差 мт
差 мт
G01 или круговая G02 либо G03), параметры интерполяции Ц К и приращения Дх, Аг. Счетчики Сч1, Сч2, СчЗ и триггеры Т1, Т2 сброшены в ноль (R). В блок задания знака БЗЗ заносятся знаки координат X, Z, в схему сравнения Ср — код подачи 尸.
По сигналу «Пуск» на выходе блока центрального управления БЦУ появляется потенциал ИН, который открывает элементы И13, И14, поступает на вход блока управления БУ и через эле- 160
мент ИЛИ6 открывает элементы И5, И6. Одновременно появляются сдвинутые относительно друг друга частоты 力 &, %. Под действием потенциала ИН блок БУ начинает работать по сигналам, поступающим с выхода схемы сравнения Ср, а не с выхода блока Б ЦУ управления. Импульсы частоты / через элементы И14, ИЛИ5 поступают на входы элементов И1, И2 и на вход записи сумматора См1. Так как в счетчике Сч1 — ноль, то сумматор См1 суммирует нули, и на его выходе переполнения отсутствуют сигналы переполнения, поэтому закрыт элемент И2. Элемент И1 закрыт нулевым сигналом с выхода триггера Т1. Одновременно частота /у с вывода генератора ускорения Г поступает на вход синхронизатора ССЗ, а с его выхода частота 片，засинхронизированная частотой %, через элементы И13, ИЛИ4 поступает на вход блока управления БУ.
Так как заданный код подачи F больше, чем ноль в счетчике Сч1, то схема сравнения Ср вырабатывает потенциал разгона Р, который поступает на вход блока управления БУ. В результате частота с выхода элемента ИЛИ4 коммутируется блоком БУ на суммирующий вход счетчика Сч1. Код в нем начинает возрастать. Сумматор См1 суммирует теперь не нули, а коды счетчика Сч1, поэтому на его выходе появляются переполнения, частота которых линейно возрастает, как и код в счетчике Сч1. Переполнения сумматора См1 стробируются в элементе И2 частотой 厶 поэтому на вход аргумента интерполятора Инт через элемент ИЛИ1 поступает частота, пропорциональная коду в реверсивном счетчике Сч1.
Интерполятор Инт отрабатывает заданный участок перемещения, и выходные импульсы его координат X, Z через элементы И5, И6 поступают на входы блока БЗЗ, которым и коммутируются в каналы 士X и 士Z, т. е. на выход устройства. Разгон заканчивается тогда, когда код в счетчике Сч1 сравняется с кодом F. При этом сигнал «Разгон» на выходе схемы сравнения Ср исчезает и поступление импульсов на суммирующий вход реверсивного счетчика Сч1 прекращается.
По окончании отработки заданного кадра интерполятор Инт вырабатывает сигнал «Окончание отработки», который поступает на вход блока БЦУ и выключает прохождение частот 力 Д, Блок БЦУ вырабатывает сигнал «Пуск ввода», по которому вводится информация следующего кадра. Сигнал《Пуск》включает отработку следующего кадра. Если код 尸 остался в новом кадре без изменения, то не меняется и частота на входе аргумента интерполятора Инт. Если код 尸 увеличился, то схема сравнения Ср вырабатывает потенциал Р и код в счетчике Сч1 становится равным заданному коду F, т. е. в режиме ИН работа устройства традиционна.
График изменения кода в счетчике Сч1 и, следовательно, частоты на выходе элемента ИЛИ1 приведен на рис. 4.55. Причем в первом № 1 и втором № 2 кадрах программы задано 尸 = 5,
% 6 В. Л. Кошкии161
Рис. 4.55. График изменения скорости на выходе элемента ИЛИ1 (см.рис. 4.54)Рис. 4.55. График изменения скорости на выходе элемента ИЛИ1 (см.рис. 4.54)
Рис. 4.55. График изменения скорости на выходе элемента ИЛИ1 (см.
рис. 4.54)
Рис. 4.55. График изменения скорости на выходе элемента ИЛИ1 (см.
рис. 4.54)
в третьем № 3 — F = 9 и в четвертом № 4 —尸=L С приходом 尸=1 схема Ср (см： рнс. 4.54) вырабатывает потенциал торможения Т, который поступает на вход блока БУ и коммутирует частоту ускорения f； на вычитающий вход счетчика Сч1. Благодаря этому осуществляется торможение до кода подачи F. Причем как при разгоне, так и при торможении угол наклона аг и 竺。тангенс остаются постоянными, т. е. Р/Т выполняются с постоянным ускорением.
В режиме РН ситуация коренным образом изменяется. Подача вдоль оси определяется шагом резьбы и частотой вращения шпинделя, которая может быть определена весьма неточно. Необходимо выполнить разгон таким образом, чтобы к его окончанию все импульсы датчика резьбонарезания ДРН поступали на вход аргумента блока И нт, а ускорение соответствовало аг, т. е. ускорению режима ИН.. Для этого устройство сначала определяет код 尸卩，соответствующий подаче при резьбонарезании для конкретных данных по большей координате (при нарезании конических резьб), а на этапе разгона (торможения) осуществляет заполнение счетчика Сч1 до переполнения (вычитание до единицы младшего разряда) за время, точно равное времени заполнения его импульсами fy до конца Fp. Тогда аг по большей координате будет таким же, как и при интерполяции.
Для режима РН информация распределяется по блокам^устрой- ства следующим образом (для конических резьб, так как цилиндрические и торцовые резьбы — частные случаи конических): в интерполятор И нт заносится шаг / н длина х резьбы вдоль оси X, шаг К и длина z резьбы вдоль оси Z, а также признак резьбы (команда G33); большая из величин х или z заносится в счетчик Сч2, счетчики Сч1 и СчЗ и триггеры Tl, Т2 сбрасываются в ноль. На вход схемы сравнения Ср подается код Fmin. Знаки перемещений по осям X н Z заносятся в блок БЗЗ. На вход блока БЦУ подается потенциал РН и сигнал «Пуск». Блок БЦУ вырабатывает частоты Д и /2 и потенциалы % > z (/ > К) или х < г (/ V К) и потенциал «Расчет». Потенциал х > z поступает на элементы ИЗ, И5, потенциал х < г — на элементы И7, И8, потенциал «расчет» — на элементы И4, И7, И9. Поэтому импульсы частоты 片 с датчика ДРН поступают на синхронизатор СС1» где синхрони-
зируются частотой “ и через элементы И9, ИЛИ1 проходят на вход интерполятора Инт.
На его выходах появляются частоты & = %/) №1 н & = =(/д/0 2\ где N — число отсчетов за один оборот датчика ДРН. Так как элементы И5, И6 закрыты, то эти частоты на входы блока БЗЗ не пройдут. Большая из частот через элемент И4 (при х > z) или через элемент И7 (х V z), элемент ИЛИЗ и делитель Д/пройдет на вход счетчика СчЗ. Коэффициент деления делителя Д： К' = (AnaxTp) Fmax» >где /тах — максимальная частота, соответствующая максимальному коду подачи; Fmax — максимальный код подачи; Тр — время действия потенциала «Расчет». Так, при цене импульса 0,001 мм, максимальной скорости 12 м/мин, ，тах = 200 000 Гц, Г шах = 12 000 мм/мин К'= =200 000 : 12 000-Тр1— (50 : 3) Тр. Взяв 丁卩=0,3 с, получим К' 5. Следовательно, если при указанных характеристиках в течение 0,3 с подавать частоту через делитель Д на вход счетчика СчЗ, то в нем образуется число Fp, рввное коду подачи режима РН по большей координате.
После отключения потенциала «Расчет» элементы И4, И7, И9 закрываются и первый маркерный импульс датчика ДРН, за- синхронизированный в синхронизаторе СС2 частотой /2, формирует потенциал «Работа». Он открывает элемент ИЮ, поступает на элементы ИЗ» И8, И12 и через элемент ИЛИ6 открывает элементы И5, И6. Одновременно блок БЦУ вырабатывает сигнал «Разгон», который поступает на вход схемы удвоения, ОУ и блока БУ. Так как на входе БУ отсутствует потенциал интерполяции ИН, то он выполняет команды с блока БЦУ, а не со схемы Ср. Теперь импульсы /д с выхода синхронизатора СС1 через элементы ИЮ, ИЛИ5 поступают на вход суммирования сумматора См1 и на входы элементов И1, И2.
Одновременно каждый импульс частоты /у с выхода синхронизатора ССЗ устанавливает в единицу триггер Т2. Его единичный потенциал открывает элемент И12, на втором управляющем входе которого имеется потенциал «Работа». Поэтому импульсы частоты 府 с выхода элемента И12 поступают на вход элемента И11, вход суммирования сумматора См2, а через элемент ИЛЙ4 на вход блока БУ. Так как на входе блока БУ имеется потенциал «Разгой», он коммутирует частоту /2 на суммирующий вход счетчика Сч1. Код в нем возрастает, и, следовательно, возрастают частота переполнений сумматора См1 и частота на выходе элемента И2, которая через элемент ИЛИ1 проходит на вход интерполятора Инт. Последний делит ее пропорционально шагу резьбы, и с его выхода импульсы через элементы И5, И6 поступают на входы блока БЗЗ и далее по каналам 土X или ±2 на выход устройства.
Импульсы большей из координат через элементы ИЗ (или И8) и ИЛИ2 поступают на вход схемы удвоения СУ. Пока на схему СУ воздействует потенциал «Разгон», она на каждый входной импульс формирует два импульса, которые и поступают на вход
Рис. 4.56. График нзме- нення скорости прн резь- бонарезанннРис. 4.56. График нзме- нення скорости прн резь- бонарезаннн
Рис. 4.56. График нзме- нення скорости прн резь- бонарезаннн
Рис. 4.56. График нзме- нення скорости прн резь- бонарезаннн
вычитающего счетчика Сч2. Одновременно происходит суммиро- ванне сумматором См2 кода Fp с выхода счетчика СчЗ, причем из каждого сигнала переполнения сумматора См2 элемент И11 формирует импульс, который сбрасывает в ноль триггер Т2. Так как периоды сумматоров См1, См2 и счетчика Сч1 равны, а частота на единичном входе триггера Т2 равна частоте на его нулевом входе, что всегда выполнимо при /у《/2, то за время, пока на единичный вход триггера Т2 поступит число импульсов, равное 尸卩，на его нулевой вход пройдет число импульсов с элемента И11, также равное
Чтобы сумматор См2 переполнился 尸卩 раз, на его суммиру- клцн* вход с выхода элемента И12 должно поступить число импульсов, равное его периоду, но те же импульсы поступают через элемент ИЛИ4 и блок БУ на суммирующий вход счетчика Сч1. К°Д в счетчике Сч1 возрастает (см. рис. 4.56) до тех пор, пока на выходе его положительного переноса не появится импульс, кото- рн負 установит триггер Т1 в единицу. Открывается прямое прохождение /д через элементы И1, ИЛИ1 на вход и нтер поля тор а Инт. Кроме того, тот же импульс поступает на вход блока БЦУ в качестве сигнала «Окончание разгона». Разгон выполняют с чис- лом ступеней N = /п^, где т^ — период сумматоров См1, См2 за время, равное времени разгона до частоты Fp на частоте уско「 рений, поэтому ускорения, показанные на рис. 4.55, рис. 4.56, одинаковы, т. е. % = %.
По сигналу «Окончание разгона» на выходе блока БЦУ исче- зает потенциал «Разгон», в результате прохождение импульсов через блок БУ на вход счетчика Сч1 прекращается. Движение идет с постоянной скоростью (участок АБ на рис. 4.56). Исчезно- венне потенциала «Разгон» на входе схемы СУ (см. рис. 4.54) вызывает прекращение удвоения импульсов, и СУ теперь просто передает их на вход счетчика Сч2. Так продолжается до перепол- нения счетчика Сч2, который переполнится тогда, когда на его вход пройдет число импульсов, равное длине резьбы по большей координате.
Так как во время разгона на счетчик Сч2 прошло удвоенное число импульсов, a Lp = LT, то счетчик Сч2 переполнится в мо- мент, соответствующий точке Б (см. рис. 4.56). Сигнал его переполнения поступает на вход блока БЦУ. Блок БЦУ вырабатывает сигнал «Торможение», который поступает на вход блока БУ. 164
В результате этого частота начинает поступать на вычитающий вход счетчика Сч1, который находится в состоянии нуля. Счетчик устанавливается в состояние всех единиц, и на выходе его отрицательного переноса появляется импульс, сбрасывающий в ноль триггер TI.
Далее идет линейное уменьшение кода в реверсивном счетчике Сч1 и частоты на входе интерполятора Инт (участок БС). Так продолжается до поступления на вход счетчика Сч1 (/п2 — 1) импульсов. При этом в младшем разряде счетчика Сч1 останется единица, соответствующая коду 尸冲少 Схема сравнения Ср вырабатывает сигнал «Окончание торможения», который поступает на вход блока БЦУ, и на его выходе исчезает потенциал «Торможение». Поступление частоты на вход счетчика Сч1 прекращается. Теперь на вход интерполятора Инт поступает частота, соответствующая коду FraIn, до тех пор, пока он не выработает сигнал «Окончание отработки», поступающий на вход блока БЦУ. По этому сигналу блок БЦУ снимает потенциалы «Работа», х〉z или z〉х, частоты %, % и формирует сигнал «Пуск ввода». Отработка резьбонарезания со стабилизацией ускорения закончена.
Нарезание резьб на высоких скоростях соединено с автоматическим учетом погрешности задания скорости вращения шпинделя. Так как 尸「получается путем измерения частоты на выходе интерполятора, а не расчетным путем, коррекция скорости вращения шпинделя не влияет на точность работы устройства. Кроме того, дополнительным оборудованием по сравнению с резьбо- нарезанием без Р/Т является практически только позиции Д, СчЗ, См2, И11, Т2, ИЛИЗ, И7, И4.
Решение задачи попадания в нитку резьбы. При нарезании резьбы с разгоном возможны различные соотношения между расстоянием L, которое проходит резец до соприкосновения с деталью, и углом поворота шпинделя за то же время. Путь L резца до соприкосновения с деталью (см. рис. 4.53) равен сумме участка разгона Lp и участка L', проходимого с постоянной скоростью, т. е. L 三 厶)+ С, причем Lp отрабатывается за время ", a U — за время t.
Тогда в общем случае угол поворота детали к моменту прохождения инструментом пути L
屮L = ф^р + 小f ИЛИ 屮匸=亩(fp + f)， где ф — скорость вращения шпинделя, выраженная в единицах измерения угла датчика в единицу времени.
Выведем формулы, определяющие эти соотношения для основных способов.
Разгон за постоянное время " = const. В этом случае графические зависимости ф (0 и X (0 имеют вид, представленный на рис. 4.57, где £ = dL/df, а ф = d^/dt\
<Pl = Ф «р + /)；/ (4.7)
丄=0,5ф/р + ф/,(4.8)
夕夕Рис. 4.57. Графики зависимостей ф (О (а) и Z (£) (6) при разгоне за ^р = constРис. 4.57. Графики зависимостей ф (О (а) и Z (£) (6) при разгоне за ^р = const
夕
夕
Рис. 4.57. Графики зависимостей ф (О (а) и Z (£) (6) при разгоне за ^р = const
Рис. 4.57. Графики зависимостей ф (О (а) и Z (£) (6) при разгоне за ^р = const
где L — величина, задаваемая в программе; ф = У-и, -здесь ^ — число отсчетов датчика за оборот шпинделя: и — частота вращения шпинделя, с-1, п = и'/бО, где пх — частота вращения шпинделя, мин-1; /р — время разгона, которое зависит от отношения объема реверсивного счетчика к. частоте ускорения. Тогда t ~ (L — 0,5ф/р)市т.
Подставив значение / в формулу (4.7), получим
” Фг, — Ф & + (L — 0,5ф/р) ф"1] или после эквивалентных преобразований
中l = L + 0,5@f».(4.9)
Формула (4.9) показывает, что 屮匕 зависит от ф, следовательно, при колебаниях скорости вращения шпинделя 屮匸 будет меняться. Действительно, если 亩‘= 亩 士 Дф, то
^L - L + 0,5 (ф 土 Дф) /р・(4.10)
Следовательно, угловая погрешность при очередном проходе
/ A(Pl = ±0,5 А 市占(4.11)
максимальная погрешность
厶①匸 max = 2 A(pL — A41fp.(4.12}
Из формулы (4.12) следует, что, чем стабильней частота вращения шпинделя и меньше время разгона, тем меньше погрешность Лфь- При работе без разгона (/р = 0) или при абсолютной стабильности оборотов (Аф = 0) попадание в нитку гарантируется с нулевой погрешностью. Однако практически Аф никогда не бывает равным нулю» поэтому такой способ разгона имеет огра* ниченную область применения. Выведенные формулы справедливы, если шаг / резьбы равен числу отсчетов N за один оборот датчика. Если /之 М то легко показать, что формулы (4.10), (4.11) приобретают вид:
фь = L/I + 0,5ф/р; ЛфЬ = 土 0,5 Аф^р, т. е. погрешность 厶中匸 не зависит от шага нарезаемой резьбы. 166/
力
Рис. 4.58. Графики э ависимостей 中(f) (a) xZ(f)(G при разгоне с постоянным ускорением
Разгон с постоянным ускорением. Резьбонарезание таким способом описано выше, при этом обеспечивается минимальная ширина выходной канавки. В этом случае, графические завися- мости ф (/) и L (О имеют вид, показанный на рис. 4.58. Тогда 中l=面片+初； •(4.13)
L = 0,5ф /р + 市力
Но 4 = 亩/a, где а —— ускорение, а = d^/dt. Тогда
L = ф2/(2а) + ф/;
/ = [L — @2/(2〃)] @т.' . (4.14)
Подставив выражение (4.14) в формулу (4.13), после эквивалентных преобразований получим
中l = L +市2/3.
Тогда q)L = L + (ф ± Аф)я/(2а)
или фк = Фь ± Афф/а + А@*/(2а).
Следовательно,厶中匸=А@〃(2а) 土 А@@/а.
Как и в предыдущем случае, угловая погрешность зависит аг стабильности частоты вращения шпинделя и ускорения. Погрешность равна нулю, если Аф = 0 или а = оо, т. е. работа без разгона. Поэтому такая схема при использовании также требует особых условий к налагает некоторые ограничения.
Разгон с использованием выходных импульсов датчика ДРН
в качестве импульсов частоты ускорения fy s режиме Р/Т. Схема включения этого блока Р/Т
приведена на рис. 4.59. При этом выходные импульсы датчика ДРН поступают на вход записи накапливающего сумматора См и через делитель с коэффициентом деления k на вход 叶》при разгоне или на ■
^~Н ^Ш I
；к
Рнс. 4.59. Схема разгона сэованием импульсов датчиканарезания
исполь- резьбо-
6*
167
Рис. 4.60. Графики зависимостей ф (0 (а) и L (£) (б) при использовании импульсов датчика ДРН
вход «—» при торможении реверсивного счетчика PC. Графические зависимости ф (/) и L (/) изображены на рис. 4.60. Если период сумматора См и счетчика PC равен т, то время разгона
4 = mk^~l,(4.15)
Тогда 屮匸=@ (" + /);
А = 0,5ф/р + фЛ(4.17)
Подставив (4.15) в (4.17), получим f = £/@ — /п&/(2@). Подставив в (4.15) выражения для 勾 и /, получим(pL = L + 0,5m^.
Из этой формулы следует, что при такой схеме разгона 屮乙 не зависит от скорости вращения ф шпинделя и, следовательно, попадание в нитку, т. е. отсутствие угловой погрешности гарантируется. Способ проверен в системе СЦП-2Т. Но для этой схемы условие стабилизации ускорения не соблюдается. Поэтому рациональным решением является комбинация схемы разгона (см. рис. 4.59) со схемой торможения с постоянным ускорением (см. рис. 4.54). В этом случае 々 можно рассчитать во время нарезания резьбы с постоянной скоростью. Такое решение гарантирует попадание в нитку с нулевой угловой погрешностью и торможение с максимальным ускорением. Сигнал включения торможения можно использовать и для включения отвода. В этом случае ликвидируется выходная канавка и получается сбегающая резьба, особенно важная при изготовлении деталей для гидравлики и пневматики. Решение проверено в СЧПУ «Дельта-122».
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ АВТОМАТ И Ч ЕС КОГОПРОГРАММИРОВАНИЯ
Под автоматическим программированием АП понимают глав- ным образом выполнение следующих операций: вычисление ксюр- Дин^т опорных точек, отсутствующих в чертежах, построение эквидистантных контуров, разбиение припусков, подлежащих съему, на отдельные проходы с формированием соответствующих кадров, вычисление или назначение подач, а также выбор траек-
168 -
торий,4 обеспечивающих минимальное время обработки, согласование одновременной работы нескольких инструментов, если речь идет о станке с несколькими одновременно работающими органами, и преобразование координат.
Главная цель автоматического программирования — предельно упростить и ускорить составление и отработку программы и свести к минимуму объем информации, вводимый в систему ЧПУ.
Именно уровнем автоматического программирования в значительной мере определяется размер минимальной партии деталей, которую экономически выгодно обрабатывать на станке с ЧПУ.
Традиционный метод. При этом методе в СЧПУ вводят ЭВМ, мини-ЭВМ или универсальный микропроцессорный набор, в памяти которых размещают систему автоматического программирования (САП).
Так, в СЧПУ-760 фирмы NUM (Франция) входит специальный САП Poles, разработанный для автомобильной промышленности. Хранение только этого языка требует ЗУ емкостью 200К байт [21 ].
Для обеспечения необходимого быстродействия в системе применен сверхбыстродействующий микропроцессор 68000 фирмы Motorola (США) и два микропроцессора 6809. В системах ЧПУ System 10/11/12 фирмы Fanuc (Япония) использовано от двух (базовая модель System 10) до восьми (System 12) микропроцессоров типа 68000 фирмы Motorola (США) [21 ].
Возможности СЧПУ-760 фирмы NUM и других систем такого класса расширены в результате применения микропроцессоров 68000, 6809 и т. д. и элементов памяти, а не появления новых революционных решений. Развитие этого пути означает механическое наращивание оборудования, главным образом ОЗУ для матобеспечения (МО) при увеличении тактовых частот или числа микропроцессоров. Разработка МО для таких систем невероятно сложна и требует специалистов очень высокой квалификации. Надежность при указанном числе компонентов оказывается низкой, ремонт практически возможен только путем централизованной смены плат, что увеличивает время восстановления от нескольких дней до нескольких месяцев. Поэтому возникла необходимость решения задач автоматического программирования принципиально другими методами.
Геометрический метод. АП основано на однородности первых трех этапов преобразования информации в СЧПУ. Располагая точными и быстродействующими цифровыми моделями линейки, угольника, циркуля и транспортира, задачу решают методом элементарных геометрических построений. Поиск координат недостающих точек рассмотрен в гл. 2. Обеспечение быстродействия интерполяторов для цифровых моделей подробно рассмотрено в гл. 3. С точки зрения практики задача АП наиболее актуальна для СЧПУ токарными, а также специальными фрезерными станками. В многооперационных станках (типа обрабатывающий центр) преобладают позиционная обработка и обработка посадоч-
ных мест точных заготовок. Поэтому геометрический метод АП | рассмотрим на примере СЧПУ для токарных и специальных | станков.j
Реализация геометрического метода. Применительно к СЧПУ j токарными станками геометрический метод означает получение | детали из точной заготовки последовательным смещением контура, 1 изготовление детали из прутка или неточной заготовки. Необ- | ходим также цикл резьбонарезания. Схема устройства приведена 1 на рис. 4.61.I
Первоначально всё триггеры Т1—ТЗ, регистры Рг1—РгЗ | и счетчики СчА, Сч1 находятся в ноле. В' программе используют | дополнительные команды: G80 —— отмена цикла, т. е. сброс ре- | гистров Рг1, Рг2; G81 — признак цикла, т. е. команда, по которой J содержимое регистра Рг1 суммируется с Ах и сумма записывается | в регистр Рг1 и промежуточную память координаты X интерполя- 1 тора И нт. Аналогично при этой команде значение, полученное j из регистра Рг2, суммируется с Ау, и их сумма заносится в ре- I гистр Рг2 и промежуточную память координаты Y интерполятора. | Если приращения по соответствующей координате не заданы, | то соответствующие циклы суммирования не выполняются; под адресом L задается число циклов, М20 ——команда конца участка 1 повторения.I
Если нужно обработать деталь путем параллельного смещения | контура (рис. 4.62, а), где «О» — начало отсчета, то необходимо ] программу обработки представить в виде:|
L3 N1G01Y—1000LF1
N2G81Yr-100LF1
N3 LF
Nn LF4
N (n+1) G81Y+OLFj
N (n+2) Y+200LF1
N (n+3) X2000M20LFI
N (n+4) G80LF]
Если обработка идет так, как показано на рис. 4.62, 6, в про- ,| грамму необходимо ввести следующие изменения. Кадр № 1 j заменить на: N1 L3G01X—1000Y—1000LF. Кадр № 2 заменить 扌 на: N2 G81X—100Y—100LF. Кадр номер и + 1 записать: N (п + .1 + 1) G81X + О Y + 0LF. Другие любые отличия могут быть j в кадрах с N3 по Nn.j
Составленная таким образом программа заносится в блок ОЗУ. По сигналу «Пуск» И нт вырабатывает сигнал «Пуск ввода». Этот : сигнал устанавливает триггер Т1 * в единицу, и его потенциал 1 открывает элемент И7. В результате частота fB с выхода элемента I И7 поступает на входы счетчика адреса СчА и блока ввода про- | граммы БВП. Каждый импульс увеличивает содержимое счет- I чика СчА на единицу, поэтому информация программы с выхода ] ОЗУ поступает на вход блока БВП. Блок БВП дешифрирует 1 информацию и распределяет ее по блокам. Значение координаты х 1
Рис. 4.61. Схема устройства последовательного смещения контура
N （什2）N （什2）N（n+3）N（n+3）Рнс. 4.62. Смещение контура:а — по оси X; б — по осям X, ZРнс. 4.62. Смещение контура:а — по оси X; б — по осям X, Z
N （什2）
N （什2）
N（n+3）
N（n+3）
Рнс. 4.62. Смещение контура:
а — по оси X; б — по осям X, Z
Рнс. 4.62. Смещение контура:
а — по оси X; б — по осям X, Z
через сумматор См1 в последовательном коде с помощью тактовых импульсов ТИ X пересылается в Инт, значение у через сумматор См2 также переписывается в И нт с помощью импульсов ТИ У. Знаки координат х, у заносятся в блок Инт. Признак конца кадра LF с выхода блока ВВП поступает на вход элемента И9 и нулевой вход триггера Т1. Триггер Т1 сбрасывается в ноль, и элемент И7 закрывается. Прохождение /в на вход счетчика СчА прекращается.
После отработки кадра программы Инт вырабатывает сигнал «Пуск ввода», который устанавливает в единицу триггер Т1. Открывается элемент И7, и частота /в поступает на входы счетчика СчА и блока БВП, обеспечивая ввод очередного кадра. Так продолжается до кадра программы с кодом L. По этому коду блок БВП формирует импульс,- который запишет код адреса ячейки ОЗУ, в которой хранится буква L, в регистр Рг& Код L запоминается в блоке БВП и хранится до прихода любой следующей буквы или кода LF.
В результате следующие за буквой цифры переписываются с помощью импульсов СИ L в счетчик Сч, а триггер ТЗ устанавливается в единицу. Счетчик Сч обычно десятичный с числом разрядов — два, так как более 99 циклов практически не встречается. В момент прихода следующей за L буквы или кода LF триггер L в блоке БВП сбрасывается в ноль и на выходе элемента ИЮ образуется перепад, из которого формирователь Ф2 формирует импульс, который через элемент ИЛИ1 вычтет из содержимого счетчика Сч единицу.
С приходом команды G81 блок БВП формирует потенциал, который действует в течение ввода одного кадра. Этот потенциал открывает элементы И1——И4 и устанавливает в единицу триггер Т2, в результате чего элемент И6 нулевым выходом триггера Т2 закрывается. Прохождение импульсов СИ L на вход записи счетчика Сч и повторная запись в него числа циклов за- 172
прещены, пока триггер Т2 в единице. Так как элементы И1——И4 открыты потенциалом G81, то значение х суммируется в сумматоре См1 с кодом из регистра Рг1, потому что импульсы ТИ X через элемент И1 поступают на вход сдвига регистра Рг1, а его выход через элемент И2 подключен к входу сумматора См1. 'Выход сумматора См1 подключен ко входу старшего разряда регистра Рг1 и входу Инт, поэтому код с выхода сумматора См1 запишется в Инт и регистр Рг1； если в регистре Рг1 ноль, то при первом вводе значение % сложится с нолем и занесется в Инт и в регистр Рг1.
Аналогично в силу полной симметрии схемы работают элементы ИЗ, И4, сумматор См2 и сдвиговый регистр Рг2. При первом вводе кадра N2 по оси У интерполятора и в регистр Рг2 будет занесено 100. Поэтому первый раз в кадре N2 (см. рис. 4.62, а) будет отработано у = —100. Но при отработке кадра N (и + 1) код 100 из регистра Рг2 сложится с нулем и занесется в Инт и регистр Рг2. Поэтому при первой отработке кадра N (п + 1) отработается у = +100.
При вводе кадра N (п + 1) расшифровывается команда М20. Потенциал этой команды поступает на вход элемента И8, на втором входе которого присутствует единица, поступившая с выхода триггера ТЗ. На выходе элемента И8 появляется потенциал, который поступает на вход элемента Й9 и формирователя Ф2. На его выходе появляется импульс, который через элемент ИЛИ1 поступает на вход счетчика Сч и вычитает единицу.
Приходящий с выхода блока ВВП импульс LF сбрасывает в ноль триггер Т1 и через элемент И9 поступает на вход записи счетчика СчА. При этом код ячейки ОЗУ, в которой хранится буква L, из регистра РгЗ переписывается в счетчик СчА. В результате по сигналу «Пуск ввода» вновь будет вводиться информация кадра N1, начиная с символа L. Но на этот раз в кадре N2 будет отработано значение у = —200, т. е. 100 из накопительного регистра Рг2 и 100 из информации кадра, причем 200 занесется в регистр Рг2, поэтому в кадре N (п + 1) будет отработано значение у = 200 и код 200 сохранится в регистре Рг2. Следовательно, деталь будет отрабатываться со смещением образующей на 100 импульсов по оси Y.
Каждый раз команда М20 вычитает единицу из содержимого счетчика Сч по цепи: элемент И8, формирователь ФЗ, элемент ИЛИ1, счетчик Сч; нройпя через элемент И9, в счетчик СчА записывается код адреса буквы L. При третьем проходе в кадрах N2 и N (и + 1) будут отработаны перемещения у = —300 и у = — +300 соответственно. Отработка цикла закончится тогда, когда информация между буквой L и командой М20 будет отработана заданное число раз (в данном примере 3, так как задано L3).、
Действительно, в счетчике Сч было число 3. Импульс с выхода формирователя Ф2 при первом сбросе кода L вычел единицу 173
Рнс. 4.63. Смещение контура при нарезании резьб: а — цилиндрических; 6 — конических
и осталось два. (При дальнейших сбросах L элемент ИЮ закрыт сигналом с выхода триггера Т2 и поэтому перепада на его выходе не будет.) После первой отработки участка команда М20 вычитает единицу и в счетчике Сч остается единица; после второй отработки —ноль; после третьей отработки счетчик Сч переполняется и сигналом переполнения сбрасывает триггер ТЗ в ноль.
В результате импульс LF не проходит через элемент И9, закрытый нулем с выхода элемента И8, на входе которого имеется ноль с выхода триггера ТЗ. Следовательно, код ячейки ОЗУ, где хранится буква L, не будет занесен в счетчик СчА, поэтому вводится кадр N (и + 4) и т. д. В кадре N (п + 4) помимо любой другой информации необходимо задавать команду G80, которая, пройдя через формирователь Ф1, сбрасывает в ноль триггер Т2. Импульс ИУ с Инт через элемент И5 сбросит в ноль регистры Рг1, Рг2. Это необходимо для того, чтобы регистры Рг1, Рг2 не были сброшены в ноль преждевременно в случае задания команды G81 в кадре с командой М20. Устройство пришло в исходное состояние и может отрабатывать любую информацию; в том числе следующий цикл.
Если необходимо реализовать программу, изображенную на рис. 4.62, б, смещение кадрами по команде G81 выполняется одновременно по двум координатам. Кадрами N3—Nn может быть задана любая программа, в том числе нарезание резьб любого вида. В этом случае устройство реализует цикл резьбонарезания (рис. 4.63). Можно реализовать программу выбора ячейки для фрезерной обработки (рис. 4.64), для чего необходимо задать программу в виде
L5 N1G81G01X+1000LF N2G81Y+1000LF N3G81X—1000LF N4G81Y—1000M20LF N5G80LF
Рис. 4.64. Изменение раз-мера при фрезерной обра-ботке
Из приведенных примеров видно, насколько упрощается программирование. Сложнее решается задача АП при получении детали из прутка или неточной заготовки. В основе ее решения лежит принцип определения, по какую сторону контура детали находится инструмент. Структурная схема устройства, реализующего этот метод, изображена на рис. 4.65, а. Для реализации режима АП необходимо составить две программы： программу контура детали П1 (рис. 4.66, а) и программу съема припуска П2 (рис. 4.66, б). /
Устройство, для реализации автопрограммирования (см. рИС 4.65, а) состоит из интерполятора И1 программы П1, интер- полятора И2 программы П2, блока задания подачи БЗС, генератора Г высокой частоты /в, следящего коммутатора К. Ком^утат乎 реализует следующую логику. Пока сумма координат X】и % соответственно меньше и (см. рис. 4.65, б), на выход коммутатора проходит информация X?, Z?, при этом И2 работает на частоте
44a丿a丿К прибавим стихниК прибавим стихниРис. 4.65. Структурная схема устройства (а) и принцип (й) автоматического получения детали из прутка
4
4
a丿
a丿
К прибавим стихни
К прибавим стихни
Рис. 4.66. Траектории:<Рис. 4.66. Траектории:<а — контура детали; б — снятия припуска： 0lt 。纟一соответственно начальные точки программ П1 н П2； Лj — Л> — точки передачи управления движением инструмента от программы П2 к программе П1а — контура детали; б — снятия припуска： 0lt 。纟一соответственно начальные точки программ П1 н П2； Лj — Л> — точки передачи управления движением инструмента от программы П2 к программе П1подачи /п, причем каждый импульс координаты Z? подключает ко входу аргумента интерполятора И1 частоту /н, которая поступает на его вход до формирования импульса по координате Z「 Следующий импульс по координате Z2 вновь включает /в. Поэтому координаты Z текущих точек программ П1 и П2 равны. Когда ^i + х2 = 〃，траектории программ П1 и П2 пересекаются и их роли меняются. Интерполятор И1 начинает работать на частоте /п, и его сигналы Х^, Z^ проходят на выход коммутатора. Интерполятор И2 работает на частоте /в в следящем режиме по оси Z? относительно оси Z「Инструмент движется по контуру детали.
Рис. 4.66. Траектории:<
Рис. 4.66. Траектории:<
а — контура детали; б — снятия припуска： 0lt 。纟一соответственно начальные точки программ П1 н П2； Лj — Л> — точки передачи управления движением инструмента от программы П2 к программе П1
а — контура детали; б — снятия припуска： 0lt 。纟一соответственно начальные точки программ П1 н П2； Лj — Л> — точки передачи управления движением инструмента от программы П2 к программе П1
Рассмотрим подробно реализацию этого способа. Пусть из заготовки; например, цилиндрической формы необходимо выточить деталь, контур которой на рис, 4.67, а обозначен как зона Д. Составим программы П1 движения резца по контуру детали и П2' полного стачивания заготовки путем повторения одинаковых проходов (рис. 4.67, б) вдоль оси Z с врезанием по
Рис. 4.67. Проиесс обработки заго-товки при ведущей координате Z:а — контур детали; б, в — циклы ста-чивания заготовки
оси X, равным /. Подведя резен в точку 02, включим программу П2 и ее выходными сигналами будем управлять обработкой заготовки. Одновременно каждым сигналом по координате Z^ программы П2 будем включать интерполятор И1 программы П1 на максимальной скорости и выключать его первым же импульсом по координате Z^ (рис. 4.67, s). Инструмент будет двигаться под управлением импульсов по оси Z2, а его движение будет отслеживаться текущей точкой программы Ш (см. точки а -> а', у-> у' на рис. 4.67, 6). Если счетчиком алгебраически суммировать приращения по оси X программам П1 и П2, то в тот момент, когда их сумма окажется равной и, инструмент коснется контура (например в точке С). В этот момент надо так переключить выходы интерполяторов программ П1 и П2, чтобы работой управляла программа ГП, а программа П2 следила за ней по ведущей координате Z. Обратное переключение на управление по программе П2 включается, когда сумма хг + х2 программ П1 и П2 окажется меньше 〃，что соответствует точке К・
Таким образом, можно обрабатывать любые детали, сведя до минимума время на программирование и отладку программ. При этом упрощается и система управления. Для составления П1 необходимо задать только контур детали, программа же П2 состоит из трех значений: u = xmax, z и /. Все промежуточные проходы формируются автоматически во время обработки, поэтому корректировать достаточно только программу П1. Объем программ сокращается во много раз. Для детали, контур которой изображен на рис. 4.67, а, программа П1 составляет девять кадров, а при обработке обычным способом она составляет 61 кадр. Во избежание «зарезов» в момент переключения с Ш на П2 или с П2 на П1 можно задавать полу чистовой проход, смещенный эквидистантно или по одной из координат, а окончательно деталь получать при непрерывном обходе чистового контура уже без смещения. При ведущей координате X (рис. 4.68) сущность метода остается неизменной.
Структурная схема устройства изображена на рис. 4.69. Программа П1 вводится в ОЗУ интерполятора Инт1, а программа П2 — в ОЗУ устройства задания программы УЗП. Переключателем П или по команде П1 определяется ведущая координата Хв или Zr. Если ведущая координата X, то в счетчик Сч заносится Zmax = g , если ведущая координата Z, то значение и = = хтах. Код подачи 尸 заносится в блок задания скорости подачи БЗС. Инструмент находится в точке О2 (см. рис. 4.67, 4.68, 4.70). Включается блок УЗП. Так как код в счетчике Сч больше нуля, на выходе схемы Сх«0» имеется ноль, который закрывает элемент И1, а через элемент НЕ открывает элементы И2, И12, И14, И16 и коммутаторы КомЗ, Ком4. Поэтому выходы ±%, 土Zi блока
Рис. 4.68. Процесс обработки заготовки при ведущей координате X: а — контур детали; 6, 8 — циклы стачивания заготовки
УЗП через блоки ИЛИ9, ИЛИЮ подключаются ко входам блоков управления приводами БУП1, БУП2. Выход блока БЗС через элементы И2 и ИЛИ2 подключается ко входу блока УЗП* Поэтому импульсы блока БЗС поступают на вход блока УЗП, который начинает отрабатывать программу П2.
Пусть ведущей является координата Z. Тогда выходные сигналы координаты ——^ через элементы ИЮ и ИЛИ13 поступят на входы элементов И13, И14. Но элемент И13 закрыт, так как код в счетчике Сч меньше нуля, а элемент И14 открыт сигналом элемента НЕ. Поэтому выходной импульс координаты —Z2 пройдет через элементы И14, ИЛИ11 и установит в единицу триггер Т и откроет элемент И17. Импульсы частоты fB генератора Г через элементы И17, И12, ИЛИ1 поступят на вход блока Инт1.
Выходные сигналы ±Х^ блока УЗП через элементы ИЛИЗ, ИЛИ6; ИЗ, И6, ИЛИ7, ИЛИ8 поступают на входы вычитания и сложения счетчика Сч. Выходные импульсы координат ±Х^, 士Za блока УЗП поступают на входы блоков БУШ, БУП2 и обеспечивают обработку детали по программе П2 снятия припуска. С приходом импульсов /в на вход блока Инт1, он начинает отрабатывать программу П1, но его выходные сигналы ±Xi, 士Zi на входы блоков БУШ, БУП2 не поступают, так как коммутаторы Ком1, Ком2 закрыты нолем с выхода схемы Сх«0». Выходные сигналы 士 Xi блока Инт1 через элементы ИЛИЗ, ИЛИ6, ИЗ, И6, ИЛИ7, ИЛИ8 также поступают на соответствующие входы счетчика Сч. Первый же импульс по выходу ——Z】блока Инт1 через элементы И8, ИЛИ 14 проходит на входы элементов И15, И16.
Так как открыт элемент И16, его выходной импульс через элемент ИЛИ 12 сбросит триггер Т в ноль и закроет элемент И17. Прохождение /в на вход блока Инт1 прекратится до, прихода
Рнс. 4.69. Схема системы с ЧПУ с автоматическим программированием
следующего импульса —Z2 на единичный вход триггера Т. После этого цикл повторится. Поскольку на один импульс —Z2 блока УЗП приходится ровно один импульс —Zi блока Инт1, то и координаты Z текущих точек программ П1 и П2 постоянно совпадают (см. точки ау, о/у‘ на рис. 4.67, s; 4.68, s; 4.70, в). Так продолжается до тех пор, пока код в счетчике Сч (см. рис. 4.69) не окажется меньше нуля. Это означает, что траектории программ П1 и П2 пересеклись (точка С) и необходимо вести обработку детали по программе П1 блока Инт1, а программа П2 должна следить по оси Z за П1.
Переключение обеспечивается единичным сигналом схемы Сх«0», что приводит к появлению нуля на выходе элемента НЕ. Теперь элементы И2, И12, И14, И16 и коммутаторы КомЗ, Ком4 закрыты, а открыты элементы И1, И11, И13, И15 и коммутаторы Ком1, Ком2. В результате сигналы из БЗС блока через элементы И1, ИЛИ1 поступают на вход блока Инт1, который работает теперь на частоте /п, и его выходные сигналы 士石，士厶 через коммутаторы Ком1, Ком2 и блоки элементов ИЛИ9, ИЛИЮ поступают на входы блоков БУШ, БУП2, обеспечивая тем самым обработку участка С —К (см. рис. 4.68, s).
Одновременно импульсы ±х〔 блока Инт! (см. рис. 4.69) через элементы ИЛИЗ, ИЗ, ИЛИ7 и элементы ИЛИ6, И6, ИЛИ8 поступают на соответствующие входы счетчика Сч. В то же время каждый импульс ——Z^ блока Инт1 через элементы И8, ИЛИ 14 поступает на входы элементов И15, И16. Открыт элемент И15, и импульс с его выхода через элемент ИЛИ11 поступает на единичный вход триггера Т, который устанавливается в единицу. Открывается элемент И17, импульсы частоты /в через элементы И11, ИЛИ2 поступают на вход блока УЗП. Блок УЗП начинает работать на частоте /в. Импульсы ±Х? поступают на входы счетчика Сч, пер вый же импульс по входу ——Z2, пройдя через элементы ИЮ, ИЛИ13, И13, ИЛИ 12, сбрасывает триггер Т в ноль. Теперь блок Инт1 управляет обработкой заготовки, а блок УЗП лишь следит за движением инструмента по координате Z.
Так продолжается до появления нуля на выходе схемы Сх«0», что соответствует точке К (см* рис. 4.67,8 и 4.68, в, 4.70, 6). В результате чего произойдет обратное переключение и на участке К工 управлять обработкой будет блок УЗП, а следить по координате Z ——блок Инт1. В точке Z вновь произойдет переключение на обработку от блока Инт1 до точки ^, после которой управление обработкой вновь берет на себя блок УЗП. Он возвращает инструмент в точку О2 по программе П2, обеспечивает врезание, и цикл повторяется до тех пор, пока программа П2 не будет отработана до конца. Если координата X — ведущая, фактически ничего не меняется в силу симметрии схемы, но в счетчик Сч заносят значение w = zraax, а не u = xmax. Далее работа идет полностью так же, как описано выше, но в других координатах.
Процесс обработки, схема которого приведена на рис. 4.70, имеет лишь ту особенность, что деталь изготовляют из рациональной заготовки, поэтому П2 имеет более сложный вид, но не вносит изменений в работу устройства. Упрощение системы происходит за'счет сокращения емкости ОЗУ для П1 и П2 до 1К байт, т. е. в 20—30 раз, и за счет упрощения блока Инт1, так как в нем становятся ненужными некоторые режимы (абсолютных координат, коррекций и т. д.)- Блок УЗП превращается в простейшее позиционное устройство, состоящее из нескольких счетчиков.
Учет коррекции эквидистанты. Если чистовую обработку предполагается выполнять резцом, имеющим радиус г при вершине, то контур, задаваемый программой П1, представляет собой эквидистантный контур, отстоящий от контура детали на радиус г. .
При использовании резца радиусом г ± Дг необходимо, чтобы блок Инт1 (см. рис. 4.69) отработки программы П1 был оснащен устройством коррекции эквидистанты и был способен задавать смещенный эквидистантный контур. Тогда точки скорректированного контура будут восприниматься, как точки контура программы П1, и описанный выше способ сохранит работоспособность. Следовательно, геометрический метод совместим с функцией коррекции эквидистанты, более того, именно смещение Дг эквидистанты может быть использовано для смещения инструмента перед выполнением окончательного чистового прохода, для чего необходимо изменить значение коррекции на Аг.
Скачок перемещения и способы его преодоления. При обработке конкретных деталей могут встречаться ситуации, которые мы назовем скачками перемещений, способными нарушить работоспособность описанного выше способа. Действительно, пусть система, описанная выше (см. рис. 4.69), ведет обработку детали, контур которой приведен на рис. 4.71. Резание выполняется по программе П2, а программа П1 отслеживает движение по коорди-
Рнс. 4.70. Процесс изготовления деталц нз рациональной заготовки:
а — контур детали; б, в — циклы ,стачивания заготовки
Рис. 4.71. Скачки перемещении: а — случай 1; б — случай 2
нате Z, Так продолжается до достижения точки А2 при обработке по программе П2 и точки Лх при обработке по П1. Следующий шаг по оси Z需 может быть отслежен по оси Z^ лишь после того» как будет достигнута точка Б движением по координате X】при отработке программы П1, так как до тех пор Инт1 не может сделать уравновешивающий шаг по Zx.
Пусть скорость (1,2 м/мин при дискрете 1 мкм) по координате Z2 соответствует частоте 20 кГц, Ах = 100 мм (100 000 дискрет). Чтобы точка А】 достигла точки А2 раньше, чем будет сделан следующий шаг по оси Z2, необходимо, чтобы время отработки Ах было не больше 5-10"5 с, т. е. выходная частота /и интерполятора Инт1, отрабатывающего программу П1, должна быть /и = 厶尤广工= =105/(5.10-5)= 2-10» Гц = 2000 мГц.
Аналогичная ситуация возникает и во втором случае, изображенном на рис. 4.71, 6, но теперь скачок на Дх необходимо выполнить по программе П2. Прямое решение этой задачи с учетом реально существующей элементной базы невозможно. Необходимы следующие специальные способы.
Первый способ основан на сознательном искажении программы П1 таким образом, чтобы всегда при ведущей координате Z выполнялось условие dx/dz = NkJ5 < fmax/fn- Если максимальная выходная частота интерполятора равна 1 мГц, а максимальная выходная частота подачи вдоль ведущей координаты 20 кГц, то A#i/Azi = 50, т. е. прямая А^В на время съема припуска должна быть заменена наклонной прямой АБ с наклоном 1 : 50. Если А]В = 150 мм, то А]А должно быть задано равным 3 мм.
При чистовом проходе эта дополнительная информация, которая может быть помечена в программе скобками, просто не отрабатывается. Однако такой способ усложняет расчет программы и, что самое главное, не универсален, ибо если участок А]В представляет собой участок окружности, то dx/dz может превышать fmax/fu (для данного примера 50), а ввести искажение как для линейных участков сложно. Поэтому такой способ для практического использования мало пригоден.
Второй способ заключается в преодолении скачка большими шагами, т. е. отработку программы при съеме припуска вести не в дискретах, определяющих точность системы, например, 0,001 мм, а в грубой дискрете, близкой к расстоянию между чистовым или получистовым контуром, например 0,1 мм или 1 мм. Тогда при приведенных выше характеристиках имеется возможность преодолевать скачки соответственно в 5 и 50 мм. Однако и этот способ имеет ограничения, так как скачок может превышать 50 мм, а программирование в различных дискретах неудобно. Для устранения этого неудобства необходимы делители на всех выходах первого и второго интерполяторов и коммутаторов. Поэтому применение и Зтого способа затруднительно. 、
Третий способ заключается в кодовом преодолении скачка за счет добавления △%, которое имеется в / счетчике Сч (см. рис. 4.63), к кодам в соответствующих регистрах и счетчиках интерполяторов программы П1 и П2. Это позволяет мгновенно преодолеть скачок, но только в том случае, если А]В (см. рис. 4.71, а) — прямая; если А]В—дуга окружности, необходимо вычислить приращения синуса и косинуса и откорректировать значения подынтегральных функций хь ^ в интерполяторе Инт! программы П1 и значения в счетчиках окончания отработки. Вычисление приращений синуса и косинуса требует сложного оборудования.
Четвертый способ, наиболее пригодный для практики, заключается в введении обратной связи между триггером Т (см. рис. 4.69) и блоком БЗС. При этом нулевой выход триггера Т блокирует выход БЗС, т. е. следующий шаг ведущая программа сделает только тогда, когда ведомая программа отработает предыдущий шаг. Однако если между этими моментами произойдет смена ведущей программы, то произойдет самопроизвольное выключение работы. Поэтому для реализации четвертого способа надо изменить схему слежения, разделив функцию триггера Т между двумя триггерами.
В этом случае схема слежения приобретает вид, приведенный на рис. 4.72. Управляющими являются сигналы ведущего направления по осям, т. е. +Х, —X, +Z, —Z, признаки ведущего оборудования «Работает Инт1» или «Работает Инт2». Предварительно триггеры Tl, Т2 находятся в ноле. Сигнал автоматического программирования открывает элементы И17， И18, а сигнал автоматической работы — элемент И19.
В обычном режиме частота подачи /п с выхода элемента И19 через элемент ИЛИЗ поступает на вход аргумента Инт1. Когда открыты элементы И17, И18 частота /п поступает на элементы И14, И16, а частота/п —на элементы И13, И15. Пусть задан признак ведущей координаты —X. Тогда открыты элементы И2, И6 и на входе имеется потенциал Инт1. Элементы И13, И14 открыты, а элементы И15, И16 закрыты.
Рис. 4.72. Схема слежения преодоления скачка перемещения
Так как триггер Т1 в нуле, то импульсы /п через элементы И14, ИЛИЗ поступают на вход Инт1 до появления импульса на его выходе —Х> Этот импульс через элементы И2, ИЛИ1, И9 установит в единицу триггер Т1. Закрывается элемент И14, и поступление частоты /п на вход аргумента Инт1 прекращается, но открывается элемент И13, и /в через элементы И13, ИЛИ4 поступает на вход аргумента Инт2 до появления импульса по его координате—X.. Этот импульс через элементы И6, ИЛИ2, И12 сбросит в ноль триггер Т1. При этом /п поступает на вход Инт1 до появления импульса по —Хх, после чего на вход Инт2 поступает /в до появления импульса по —Х^. Если при этом окажется ступенька, то возможно переклюнение с потенциала Инт1 на Инт2 при единичном положении триггера Т1. При этом закроются элементы И9, И12, И13, И14 и эта единица сохранится до обратного переключения с потенциала Инт2 на Инт1.
При наличии на входе потенциала Инт2 схема работает абсолютно аналогично, с тем лишь различием, что импульсы по координате —Ха, пройдя через элементы И6, ИЛИ2, И11, будут устанавливать в единицу триггер Т2. При этом частота /в будет поступать через элементы И15 и ИЛИЗ на вход Инт1, а сигналы по —Хх, пройдя через элементы И2, ИЛИ1, ИЮ, будут устанавливать в ноль триггер Т2, частота /п будет поступать через элементы И16, ИЛИ4 на вход аргумента Инт2. При ведущих направлениях +Х, +Z или —X, —Z схема в силу симметрии работает аналогично. Эффект самопроизвольного выключения отсутствует, так как всегда открыт один из элементов И13, И14.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Автоматическое программирование при незначительных аппаратных затратах позволяет решить задачу автоматического обеспечения максимальной производительности по следующим параметрам: сокращение суммарной длины 'Вспомогательных ходов и переход на скорости вспомогательного хода везде, где не выполняется резание. Рассмотрим последовательно эти методы.
Сжатие растра съема припуска. На рис. 4.73, а изображен типичный случай обработки детали с помощью АП. После передачи управления в точке Ах программе П1 участок получистового контура ЛХВ будет обработан полностью. Однако при следующих проходах, когда передача управления программе^П1 произойдет в точке 4, А3, 4《，инструмент совершит движение от соответствующей точки 4 до точки В, затем до точки Д и точки 02-
Предположим, что передача управления программе П1 произошла в точке Д2. Тогда резание будет закончено, когда инструмент достигнет точки Лг и его дальнейший пробег по пути Лх, В, Д, О, 52 бесполезен. Очевидно^ что если деталь имеет конфигурацию, изображенную на этом рисунке, то, пройдя участок 4——4, логично с точки зрения производительности вернуться в точку 52 по пути Аъ б】，52. Для этого необходимо запоминать координаты точки 4（4, 4）, в которой при предыдущем проходе была выполнена передача управления программе П1.
Рис. 4.73, Сжатие растра съема припуска по Z для деталей:
а — без внутренних полостей; б — с внутренними полостями; 6 — с несколькими внутренними полостями
Следовательно, должно осуществляться автоматическое сжатие $ растра снятия припуска вдоль ведущей координаты, в данном ， случае Z. Если первоначально в качестве параметра цикла была задана величина z, то в процессе обработки эта величина заменяется на Zi, Z2, Z3 и т. д. Выполнение такой замены значительно j сокращает длину вспомогательных ходов и повышает производи-' тельность станка.；
Задача оптимизации снятия припуска несколько усложняется, если деталь имеет такие заглубления (рис. 4.73, 6, е), которые , делают невозможным передачу управления в течение одного про-； хода. В этом случае сжатие припуска возможно только по коорди- натам тех точек передачи управления программе П1, после кото- 3 рых в течение этого прохода не было передачи управления про- ■ грамме П2. Например, сжатие припуска возможно в точках %「 4, Л5 (см. рис. 4.73, б), но недопустимо в точке Л3, т. е. обратная передача управления произойдет в точке Л4, поэтому при сжатии ； растра в точке А3 контур детали между точками /《，Л5 окажется ； необработанным. Кроме того, обратное движение резца, гаранта-扌 рующее исключение «зарезов», должно происходить не по линиям AnBnt а по линии 力(рис. 4.73, е).-；
Поскольку характер детали ясен из чертежа, то закон сжатия ' растра снятия припуска можно задавать с помощью специальных $ команд: G82 ——для случая, приведенного на рис. 4.74, и G83 ± для случая, показанного иа рис. 4.75, а и б. Эти команды практически не усложняют программирования, так как для выбора той ] или другой достаточно одного взгляда на чертеж. Такой алгоритм ； осуществляет автоматическое сжатие растра съема припуска ； по ведущей координате (см. рис. 4.73, а—е — это координата Z) и программное задание закона сжатия растра съема припуска по ведомой координате (см. рис. 4.73, а——в ——это координата X).
Для большинства деталей такой уровень оптимизации достаточен, но имеется возможность автоматизировать сжатие растра съема припуска и по ведомой координате, для приведенных случаев по координате X, Рассмотрим это на примере рис. 4.74. Первый проход выполняется по пути О, 51( Аъ В, Д, О, при этом запоминаются координаты точки 百】(尤騎 zj, так как после этой точки повторной передачи управления программе П2 не было. При выполнении следующего прохода по пути О, 52, Л2, Л3, Л4, ■Ai, Ei запоминается координата точки Л4 (z4), но сохраняется координатаг х1( так как на участке 52Л4 имела место обратная передача управления программе П2 (в точке А^. Следующий проход выполняется по пути 51, 53, Л5, 4б, Л7,力％ 4，，瓦，при этом запоминается координата z7 точки А7.
Запоминание координат точек передачи управления программе П1 осуществляется записью импульсом передачи управления текущего значения координаты Z2 в регистр Z блока управления съемом припуска. Если таких точек несколько, то автоматически запоминается координата последней точки. Поэтому при обра-
Рис. 4.74. Оптимальное сжатие съема припуска по осям
Хи Z
Рис. 4.75. Управление скоростью подачи внутри цикла:
，，Z，，Zа)а)О,О,а — по оси Z； б — по оси X
，，Z
，，Z
а)
а)
О,
О,
ботке прохода 占，5в,才貝，4, Л5> 4, Л3, Лв, 4, Л12> С, Л13 будут запомнены координаты точки Ди (z14, х14), причем х14 будет запомнено, так как до нее не было передачи управления программе П1, а после нее — программе П2. Следующий проход будет отрабатываться по пути В】,57,百15,百1《,5в с запоминанием координат точки Л15. Затем проход будет отрабатываться по пути 5в, 58, Л1в, Л15, 57. При таком алгоритме задавать команды G82, G83 не надо, так как он сам определяет зоны действия команд G82 — G83 и как бы формирует их автоматически；
Автоматическое управление скоростью подачи внутри цикла. Производительность может быть еще увеличена, если на участках, на которых при предыдущем проходе снят металл, скорость движения будет автоматически увеличена с заданной 尸 до максимальной. Для случая, изображенного на рис. 4.73, а, такие участки отсутствуют, для случая, показанного на рис. 4.73, 6, это участок контура между точками Л3> Л4, для случая, приведенного на рис. 4.73, в это участки контура между точками Alt Л2, Л3, Л4 при выполнении второго прохода и участки Лб — 4, As — А9 при выполнении третьего прохода. Для случая на рис. 4.74 таких участков много, начиная с третьего прохода:力工一人，人一Д6,
百8 —厶9 и т. д. Задача увеличения скорости подачи может быть решена двумя способами: запоминанием точек по ведущей координате или запоминанием уровня по ведомой координате (см. рис. 4.75, а, 6).
Действительно, если во время выполнения четвертого прохода (см. рис. 4.75, а) участок контура между точками а, b отрабатывался на скорости подачи, то при выполнении пятого прохода участок контура между точками а, b может отрабатываться на скорости вспомогательного хода. / Для этого необходимо запоминать координаты точек а и b или координату точки а и координату Z]. При выполнении шестого прохода на ускоренной скорости можно обрабатывать участок с — d, т. е. необходимо запоминать, координаты точек cud или координату точки с и координа-' ту 4.
Тот же результат можно получить, запоминая сумму пере- 1
мещений при врезании, т. е. £ /й до (п ——1)-го прохода, при этом все, что выше этого значения (см. рис. 4.75, б), может отрабатываться на скорости подачи вспомогательного хода, ниже —— на скорости рабочей подачи. Второй способ иногда проще, так как запоминать надо только одну величину £ /й. '
Для использования любого из этих способов СЧПУ должна иметь следящую систему с компенсацией динамической погрешности или придется значительно увеличить расстояние, оставляемое между получистовым и чистовым контуром. Интегральное повышение производительности от использования этой оптимизации невелико, так как такие участки встречаются редко.
Введение контура заготовки для управления скоростью. При изготовлении детали из фасонной .заготовки, по, форме сильно отличающейся от цилиндра и недостаточно точной, чтобы ее было выгодно обрабатывать методом последовательного смещения чистового контура, рациональным является введение в систему контура заготовки "как границы перехода со скорости подачи вспомогательного хода на скорость рабочей подачи. Если контур заготовки имеет вид, представленный на рис. 4.76, то его можно аппроксимировать, например, с помощью отрезков прямых. Тогда при обработке детали необходимо воспроизводить в следящем режиме одновременно контур детали (программа П1), растр съема припуска (программа П2), контур аппроксимации заготовки (программа ПЗ).
Контур аппроксимации отстоит от максимально возможного контура заготовки на некоторое расстояние, необходимое для торможения со скорости - вспомогательного хода до скорости подачи. Для этого программа ПЗ следит за программой П2, а при их пересечении на выходе схемы сравнения, эквивалентной схеме Сч (см. рис. 4.69), исчезает потенциал признака ускоренного хода 188
Рис. 4.76. Использование контура заготовки для управления скоростью подачиРис. 4.76. Использование контура заготовки для управления скоростью подачии БЗС переходит на скорость подачи. Поскольку при этом высокой точности не требуется, то для отработки ПЗ достаточно линейного интерполятора с памятью на 6—12 кадров, работающего при цене отсчета 0,1—1 мм. Это значительно упрощает устройство (оно строится на 26 элементах серии К155) и повышает производительность на 10—15 %. По-и БЗС переходит на скорость подачи. Поскольку при этом высокой точности не требуется, то для отработки ПЗ достаточно линейного интерполятора с памятью на 6—12 кадров, работающего при цене отсчета 0,1—1 мм. Это значительно упрощает устройство (оно строится на 26 элементах серии К155) и повышает производительность на 10—15 %. По-
Рис. 4.76. Использование контура заготовки для управления скоростью подачи
Рис. 4.76. Использование контура заготовки для управления скоростью подачи
и БЗС переходит на скорость подачи. Поскольку при этом высокой точности не требуется, то для отработки ПЗ достаточно линейного интерполятора с памятью на 6—12 кадров, работающего при цене отсчета 0,1—1 мм. Это значительно упрощает устройство (оно строится на 26 элементах серии К155) и повышает производительность на 10—15 %. По-
и БЗС переходит на скорость подачи. Поскольку при этом высокой точности не требуется, то для отработки ПЗ достаточно линейного интерполятора с памятью на 6—12 кадров, работающего при цене отсчета 0,1—1 мм. Это значительно упрощает устройство (оно строится на 26 элементах серии К155) и повышает производительность на 10—15 %. По-
этому использование этого способа выгодно.
Автоматическое получение оптимальной траектории обработки. Рассматривая рис. 4.76, можно видеть, что цикл обработки можно еще сократить, если полностью ликвидировать вспомогательные пробеги, выполняемые инструментом между контуром аппроксимации заготовки (программа ПЗ) и прямой ОХО2. Для этого необходимо получить траекторию, изображенную на рис. 4.77. В идеальном случае при обработке заготовки инструмент должен постоянно находиться в зоне, ограниченной контуром детали и контуром заготовки. Выход из этой зоны означает вредное увеличение вспомогательных ходов.
При ручном' программировании или при программировании с помощью САП обеспечить такую траекторию можно, но при этом
значительно увеличиваются трудоемкость подготовки данных и расчета программы, объем, информации готовой программы и трудности ее отладки, так как исчезает базовая точка, относительно которой следует вводить коррекции в значения черновых проходов, поэтому на практике это не применяется.
При автоматическом программировании методом геометрических аналогий такой закон формирования траектории возможен и не вызывает усложнения программирования. Для его реализации
необходимо ввести в систему программу (П1) контура детали, программу (ПЗ) аппроксимации контура заготовки и, как обычно, z, х, и, т. е. данные программы П2. Начальная точка программы ПЗ выбирается на оси X, причем она может совпадать с начальной точкой。工 программы П1. Если точки。工 и О3 лежат на оси X, то цикл реализуется следующим образом.
Включается программа ПЗ, и инструмент движется по контуру аппроксимации заготовки до тех пор, пока глубина врезания / не окажется равной заданной (точка 4]), при этом по программе П1 в следящем режиме отр абатывается участок 。工一£> После этого инструмент начинает движение из точки 41 в направлении оси ——Z, а текущая точка программы Ш в следящем режиме от точки 5工 движется к точке 0х. По достижении инструментом оси X, осуществляется реверс, инструмент на высокой скорости возвращается в точку Д2 и продолжает движение по программе ПЗ от точки Лг к точке Л2. При этом текущая точка программы П1 в следящем режиме перемещается в точку 5&. Здесь инструмент начинает двигаться из точки 百之 в направлении оси —Z, а текущая точка программы П1 отслеживает движение инструмента до точки пересечения Blt где управление передается программе П1, которая управляет движением инструмента до точки 。工.После чего инструмент на ускоренном ходу по пути 0ь &, А2 возвращается в точку 儿，а текущая точка программы П1 в точку 52. Затем возобновляется движение инструмента по программе ПЗ до точки 4з, а текущая точка программы П1 движется до точки 63. Инструмент вновь движется в направлении оси ——Z до точки B2t затем по программе П1 до точки 当，реверс и возврат в точки Л3, 53. Так продолжается до окончания съема припуска.
Реализация такого цикла затрудняется необходимостью ре- верса отработки программы П1 в произвольных точках, что значительно усложняет устройство отработки программы П1. Этот Цикл может быть реализован без реверсивного устройства отработки^ программы П1. Тогда начальной точкой П1 выбирается точка °「расположенная на оси Z, а программы ПЗ и П1 отрабатываются поочередно, т. е. первоначально инструмент выводится п0 программе ПЗ в точку Лг (%“)，а затем отрабатывается на предельной скорости программы П1 до совпадения координаты г тсякн & (4) и точки 6工(5П). После этого включается движение инструмента в направлении оси —Z, а программа П1 продолжает отрабатываться в следящем режиме, как и в предыдущем случае.
Недостатком такого решения является то, что инструмент должен^ простаивать в точках Л1)百？，…，百在,ожидая достижения текущей точкой программы П1 требуемой координаты по оси Z. При скорости решения 106 и цене импульса 0,001 мм скорость движения текущей точки составляет 60 м/мин, или 1 м/с, что при больших размерах детали может привести к некоторому возрастанию цикла обработки. Сократить это время можно, используя интерполяцию большими шагами [121.
Основными преимуществами обеспечения оптимальной траектории обработки методом геометрических аналогии (МГА) является прежде всего предельная простота реализации, так как не требуется введения в систему ЧПУ вычислительной машины с большой емкостью памяти для хранения математического обеспечения системы автоматического программирования, который занимает от 64—200К байт и более при сохранении предельной простоты программирования и минимума вводимой информации.
ВЫЧИСЛЕНИЕ КООРДИНАТ НЕДОСТАЮЩИХ ТОЧЕК
Если в чертежах детали размеры проставлены таким образом, что некоторые значения, необходимые для составления программы, отсутствуют, их можно вычислить с помощью геометрических построений, выполненных с помощью комбинации интерполяторов. Поскольку таких вариантов может,быть очень много, рассмотрим только два типичных случая и на их примере убедимся в возможности получения решения достаточности и идентичности использования для этой цели устройства, реализующего геометрический меток автоматического программирования.
Пусть имеется деталь, представленная на рис. 4.78, а. На чертеже отсутствуют координаты точки / (рис. 4.78, 6) пересечения окружности и прямой. Определим координату этой точки, используя систему, изображенную на рис. 4.69. Введем в интерполятор Инт! данные для интерполяции окружности радиусом R от точки Ог против часовой стрелки, а в УЗП данные для интерполяции прямой, отстоящей от оси Z на величину D/2 в направлении ——Z. Выбрав в качестве ведущего направления ——Z, включим устройство и в момент пересечения окружности и прямой в точке 4 когда схема сравнения СхО вырабатывает команду передачи управления при работе в 'режиме обработки, выключим БЗС. В этот момент в регистрах подынтегральных функций интерполятора Инт! программы П1 окажутся искомые координаты1 хн> ^н
Рис. 4.78. Нахождение координат точки пересечения (6) и точки сопряжения (в) при обработке детали (а)
точки Л, которые считываются с индикатора и используются в дальнейшем при составлении программы.
На рис. 4.78, в изображен более сложный случай, когда заданы координаты центров сопряженных окружностей 0{ и 0} радиусами Ri и Т?2・ Для задания обработки детали необходимо вычислить координаты точки сопряжения А. Задаем в качестве программы П1 движение по окружности от точки (\ против часовой стрелки, а в качестве программы П2 движение по прямой от точки 0^ совпадающей с точкой 。2, в направлении точки О；. Для этого предварительно вычисляем приращения координат прямой О2Оз, как разность их абсолютных координат, после чего включаем устройство (см. рис. 4.69). До пересечения прямой 030； (см. рис. 4.78, е) с окружностью радиусом R2HB момент пересечения в регистрах окажутся искомые координаты. Вычитая их из координат расстояния 010〔，получим те же данные для окружности радиусом
Таким образом, мы убедились, что это устройство после крайне незначительных доработок можно использовать и для вычисления координат недостающих точек. Но вычисление этих данных непосредственно у станка, как правило, экономически не выгодно. Разумнее, чтобы эти данные были вычислены предварительно технологом и указаны на чертеже, так как в противном случае уменьшится коэффициент использования станка или в систему придется добавить блок, который будет использоваться крайне редко.
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КООРДИНАТ И УМЕНЬШЕНИЕОТКЛОНЕНИЯ ОТ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОСТИ ОСЕЙ
Часто программу обработки детали или ее отдельных элементов бывает удобнее составлять в координатах детали, а не станка. Кроме того, часто бывает трудно установить заготовку точно относительно координат станка или составить программу с учетом отклонения осей станка от перпендикулярности. В этих случаях также удобно использовать функцию преобразования координат. При использовании ЭВМ эта задача решается аналитическим пересчетом координат (рис. 4.79):
% =尤'cos (F7i) + у1 cos (/О) + z7 cos (迎i);
g =犬 cos (/О) + д' cos (/G) + z‘ cos (^O)；(4.18)
Z = £ COS (f, k) + У COS (/7^) + Z，COS M^k}・
Как следует из приведенных выражений, преобразование координат требует вычисления весьма сложных тригонометрических функций и выполнения многочисленных умножений. Поэтому эта функция весьма сложно реализуется в СЧПУ, работающих в реальном масштабе времени.'
Рис. 4.79. Взаимное расположение двух систем координатРис. 4.79. Взаимное расположение двух систем координатМетод геометрических аналогий позволяет реализовать эту функцию весьма просто на скоростях, превышающих высшие характеристики современных систем. Для упрощения понимания рассмотрим задачу на примере преобразования двух координат. В этом случае формулы (4.18) примут вид, определяющий поворот осей；
Рис. 4.79. Взаимное расположение двух систем координат
Рис. 4.79. Взаимное расположение двух систем координат
% = х‘ cos а — у' sin а;
у1 = х‘ sin а + у' cos а.
Легко показать, что в этом случае преобразование координат элементарно выполняется с помощью двух дополнительных
линейных интерполяторов, включенных на выходе основного интерполятора, воспроизводящего траекторию в координатах Хг У. Структурная схема устройства изображена на рис. 4.80； а, а геометрическая интерпретация на рис. 4.80, 6. Чтобы перейти от системы координат К, У' к системе координат X, У, необходимо соответственно разложить вектор ОА = R на векторы OD и ОС, а вектор OB = R на вектор ON и ОМ. При движении только в положительном направлении1 преобразование выполняют с помощью схемы, состоящей из интерполятора И нт программы, заданной в координатах X, У, линейных трехкоординатных интерполяторов ЛИ1, ЛИ2; сумматоров унитарных кодов См1, См2, двух элементов И1, И2 и генератора Г высокой частоты.
рис. 4.80. Схема устройства (а) и геометрическая схема (6) преобразованиякоординат
Если импульс с выхода интерполятора программы по координате X' установит в единицу триггер Т1, то высокая частота генератора через элемент И1 начнет поступать на вход аргумента ЛИ1 до тех пор, пока на выходе его координаты X' не появится импульс, который выключит триггер Т1, так как в две другие ' координаты ЛИ1 занесены проекции вектора R на оси X, У, то интерполятор ЛИ1 раскладывает вектор ОА на оси X, У, а интерполятор ЛИ2 делает то же с вектором ОВ.
Выходные сигналы координат X, У интерполяторов ЛИ1, ЛИ2 суммируются с учетом знаков сумматорами См1, См2. Легко видеть, что схема может работать и при отклонении от перпендикулярности осей, т. е. выполнять коррекцию отклонения от перпендикулярности осей станка. Но при этом вектор R проецируется на неперпендикулярные оси. Вектор R из соображений точности должен быть близок к максимальным размерам обрабатываемых деталей.
Для трехкоординатного интерполятора основной программы схема должна иметь три четырехкоординатных линейных интерполятора ЛИ1, ЛИ2, ЛИЗ. Однако при повороте перпендикулярных осей имеется возможность упрощения схемы. Если интерполяторы ЛИ сделать с принудительным шагом по большей коор- * динате, то ненужными становятся триггеры, генератор и элементы И, а если значение R выбирать равным периоду интерполятора ЛИ, то число координат сокращается на единицу, так как координата, в которую заносится значение R, становится ненужной. Расположение неперпендикулярных осей показано на рис. 4.81, где Хс, Ус ——неперпендикулярные оси станка, X, Y — идеальные оси программы. Поскольку механическое обеспечение строгой пер пенди ку л я р ности осей станка весьма трудоемко и теряется в процессе эксплуатации, значение функции исправления непер- пендикулярности понятно. Кроме того, в этом случае интерполяторы ЛИ превращаются практически в накапливающие сумматоры, на входы которых поданы (запаяны в виде перемычек) константы.
кулярных осейкулярных осейРис. 4.82. Линейная интерполяцияРис. 4.82. Линейная интерполяцияв полярных координатахв полярных координатах
кулярных осей
кулярных осей
Рис. 4.82. Линейная интерполяция
Рис. 4.82. Линейная интерполяция
в полярных координатах
в полярных координатах
ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОРВ ПОЛЯРНЫХ КООРДИНАТАХ
Пусть необходимо провести интерполяцию в полярных координатах отрезка А'В' прямой /8 (рис. 4.82). Прямая АВ описывается уравнением: р sin ср = а, где а — расстояние от точки 0 (полюса) до прямой АВ.
Составим оценочную функцию
= рг sin 的—a.(4.19)
При ц > 0 шаг надо делать по р на —1, при w < 0 — по ср на +1. После шага по р (以》0) Pi+i = р?——1. Новое значение оценочной функции будет
ui+b j = (рг — l)sin(pj — a = pjSinq),/ — sin(p； 一 a
или с учетом (4.19) uMi / = 以厶 j — sin 屮力 т. e. после шага по р необходимо к значению оценочной функции прибавить (—sin ф). После шага 口。屮(我 V 0)(р；+1 = <р^ + 1, Подставив значение(pJ+1 в формулу (4.19), получим и*, J+1 = р» sin (的 + 1) — а. Но sin (的 + 1) = sin ср, + A sin ср, тогда
«г, ；+i = Pi sin q)j + р； A sin <p — a
или- с учетом формулы (4.19) 〃厶『〃=修3 + Pt A sin (р.
Величина A sin ср при шаге по ср на единицу может принимать различные значения от нуля до п в зависимости от угловой цены единицы отсчета, поэтому коррекция оценочной функции может или вообще не производиться (A sin <р = 0) или производиться на величину прь где n = 1, 2, 3 н т. д.
.Схема устройства приведена на рис. 4.83. Перед началом работы информация распределяется по блокам следующим образом. Значение р0 в прямом коде заносится в счетчик Сч1, Ар0 в дополнительном коде —— в счетчик Сч2, cos(р0 и sin(р0 в прямом коде — соответственно в счетчики СчЗ, Сч4; Д(рд в дополнительном коде —'В счетчик Сч5. В регистры линейного интерполятора ЛИ заносятся постоянные значения (р90 (КИ), соответствующие 90°, т. е. число импульсов аргумента кругового интерполятора на ЦДА, образованного сумматорами См2 и См3, счетчиками СчЗ, Сч4, элементами ИЗ, И4, и(р90 (ДОС), т. е. число отсчетов датчика обратной связи координаты 中 при повороте на 90°.
Пусть сумматор См1 в нуле. Сигнал «Пуск 1》устанавливает в единицу триггеры Т2, ТЗ. На выходе элемента ИЛИЗ появляется единица, и открывается элемент И6. С его выходов импульсы частоты / поступают на входы элементов И1, И2. Так как и = 0, то импульс проходит на выход устройства по координате р, вычитает единицу из содержимого счетчика Сч1 и добавляет едидицу в счетчик Сч2 и через элемент ИЛИ1 поступает на вход G сумматора См1. На входы См1 через блок БИ—НЕ и блок БИЛИ подается обратный код sin ^j с выхода счетчика Сч4. На перенос младшего разряда сумматора См1 действует единица с выхода
Рнс. 4.83. Схема линейного интерполятора полярных координат
элемента НЕ, которая открывает и блок БИ—НЕ. Поэтому по Заднему фронту импульса с выхода элемента ИЛИ1 в сумматор См1 добавится код sin (р + 1, т. е. дополнительный код sin ф. Теперь 〃 V 0, поэтому следующий импульс с выхода элемента И6 пройдет через элемент И2, поступит на выход устройства по координате ф и установит в единицу триггер Т1.
В результате откроется элемент И5 и импульсы частоты /в генератора Г через элемент ИЛИ2 поступят на вход линейного интерполятора ЛИ, который служит для согласования угловой цены ДОС и импульсов аргумента кругового интерполятора на ЦДА.
Пусть, например, <рэо (КИ) = 0,5л2п ~ 12 874, а ср9о (ДОС)= =2500. Пока на выходе второй координаты ЛИ появится импульс, который выключит триггер Т1 и поступит на вход счетчика Сч5, на вход аргумента кругового интерполятора на ЦДА пройдет пять или шесть импульсов. Если при этом вырабатываются приращения A sin ф, то каждый импульс приращения через элемент ИЛИ1 проходит на вход суммирования .сумматора См1 и к его ■содержимому добавляется код р» из счетчика Сч1 по цепи блоков БИ, БИЛИ; при этом знак оценочной функции может остаться отрицательным или измениться на положительный. С приходом следующего импульса частоты / цикл повторяется. Отработка участка Л5 (см. рис. 4.82) закончится, кбгда переполнятся оба счетчика Сч2, Сч5 (см. рис. 4.83) и сигналами переполнения сбросят в ноль триггеры Т2, ТЗ. •
При желании можно не задавать cos ф0, sin(р0, а вычислять их непосредственно в устройстве. Для этого в счетчик СчЗ заносится единица, в счетчик Сч4 ——ноль, в счетчик Сч5 ——(ф0)д. После этого сигналом «Пуск 2》устанавливают в единицу триггер Т4, при этом /в через элементы И7, ИЛИ2 поступает на вход аргумента ЛИ, работает до тех пор, пока на вход счетчика Сч5 не пройдет Фо импульсов. Тогда счетчик переполнится и выходной сигнал сбросит в ноль триггер Т4. За это время на вход аргумента кругового интерполятора на ЦДА пройдет число импульсов, пропорциональное (р0, и в счетчиках СчЗ, Сч4 образуются искомые cos(р0 и sin(р0. Теперь в счетчик Сч5 надо занести Аф и подать сигнал «Пуск 1», устройство будет работать так же, как описано выше.
Легко видеть, что элементы См1, БИЛИ, БИ—НЕ, БИ, Сч1, НЕ, И1, И2 образуют линейный интерполятор, работающий по оценочной функции, следовательно, весь линейный интерполятор полярных координат ——комбинация двух линейных интерполяторов и кругового на ЦДА. Но при(р90 (КИ) = ср90 (ДОС) линейный интерполятор становится, ненужным, но его отсутствие приведет к работе с нестандартными ценами отсчета по углу и потребует разработки специального датчика.
КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОРВ ПОЛЯРНЫХ КООРДИНАТАХ
Пусть необходимо осуществить круговую интерполяцию окружности, центр которой не совпадает с началом координат (полюсом) (рис. 4.84), т. е. круговая интерполяция описывается уравнением вида
(х — а)2 + 货=(4.20) Так как х = р cos q>; у = р sin ф, получим р2 — 2ap cos ф 十 + а2 = RL Тогда оценочная функция примет вид:
〃九 / = р? — 2ар； cos 叨 + 炉一RL(4.21)
Для пер вой четверти при обходе против часовой стрелки справедлив следующий алгоритм работы: и^ 0 шаг по р на —1, т. е. Pt+i = Рг ——L Тогда новое значение оценочной функции Uf+i, j = (pi — 1)2 — 2a (р； — 1) cos q); + a2 — *
или после тождественных преобразований с учетом (4.21) получим: 以t+i,j =修，j — 2Pt + 2a cos Ф/ + 1-
При u < 0 шаг по ф на +1, т. e. q)；+1 =叨十 1. Тогда новое < значение оценочной функции
%, _м = ре — 2*t cos (ф； + 1) + 炉R* но cos ((р/ + 1) = cos ф/ + A cos 屮， тогда uit = pf + +' 2apt cos q)y — 2арг Д cos 叨 十 巒一Rz или с учетом (4.21) 〃t, j+i =以t, j — 2ар» A cos q)y.
Схема устройства, реализующего этот алгоритм, изображена на рис. 4.85. Сумматоры См3, См4, счетчики СчЗ, Сч4 и элементы ИЗ, И4 образуют круговой интерполятор, построенный по принципу ЦДА.
Рис. 4.84. Круговая интерполяция в полярных координатахРис. 4.84. Круговая интерполяция в полярных координатахПеред началом работы информация распределяется по блокам устройства следующим образом: в счетчик Сч1 заносится Ар в дополнительном коде, т. е. Дрд; в накапливающий сумматор См2 — 2叩0口 в дополнительном коде; в регистр Рг1 — 2a; в счетчик Сч2 — рОд в дополнительном коде; в сумматор См5 — 2a cos %; в регистр Рг2 — 2a в дополнительном коде, сдвинутая вправо на п разрядов,где п — разрядность кругового интерполятора; в счетчики СчЗ, Сч4 — соответственно cos (р0 и sin %; в счетчик Сч5 — Афд в дополнительном коде; в регистры линейного интерполятора ЛИ — константы q>90 (КИ), т. е. число импульсов аргумента кругового интерполятора, соответствующее 90°, и б。(ДОС), т. е. число отсчетов датчика обратной связи координаты за 90°.
Рис. 4.84. Круговая интерполяция в полярных координатах
Рис. 4.84. Круговая интерполяция в полярных координатах
纣
Рис. 4.85. Схема кругового интерполятора полярных координат
Все триггеры в иоле. Пусть сумматор См1 в иоле. Тогда иа выходе элемента НЕ имеется единица. По сигналу «Пуск 1》триггеры ТЗ, Т4 устанавливаются в единицу, при этом через элемент ИЛИЗ открывается элемент И7 и импульсы частоты / генератора Г поступают иа входы элементов И1, И2. Так как 〃》0, открыт элемент И1, поэтому шаг делается по координате р.- При этом импульс с выхода элемента И1 через элемент ИЛИ1 поступает иа вход С2 записи сумматора См1 и своим задним фронтом добавляет к содержимому -.сумматора См1 с выхода комбииациоииого сумматора Смб по цепи блоков БИ2 —— БИЛИ значение (2рг)д + + 2a cos q)j + 1, осуществляя тем самым вычисление нового значения оценочной функции 〃及羽 у.
Тот же импульс своим задним фронтом добавляет едиииЦы в счетчики Сч1, Сч2 и вычитает из содержимого сумматора См2 величину 2a. Но так как иа выходе сумматора См2 мы имеем 2ар» в дополнительном коде, то вычитание осуществляется добавлением прямого кода 2a. При 〃 V 0 импульс частоты / проходит через элемент И2 иа выход устройства по координате ф и поступает иа единичный вход триггера Т1. В результате открывается элемент И5 и импульсы частоты /в через элемент ИЛИ2 поступают иа вход аргумента ЛИ. Выходные импульсы его, первой координаты поступают иа вход аргумента КИ иа ЦДА. Если при этом вырабатывается импульс приращения Д cos 中，то ои корректирует код в счетчике СчЗ иа минус единицу, а, пройдя через элемент ИЛИ1, по заднему фронту обеспечивает добавление к коду в сумматоре См1 величины 2叩》 в дополнительном коде с выхода сумматора См2 по цепи блоков БИ1 — БИЛИ. Этот же импульс обеспечивает добавление к содержимому сумматора См5 величины 2а ■ 2~л из регистра Рг2.
Первый же импульс по второй координате ЛИ сбрасывает в ноль триггер Т1. С приходом следующего импульса частоты / в зависимости от знака и повторяется одни из этих циклов. Отработка заданной дуги 4В (см. рис. 4.84) заканчивается, когда переполнятся оба счетчика Сч1 (Др) и Сч5 (А屮)，при этом оба триггера ТЗ, Т4 сбрасываются в ноль.
При желании можно осуществить автоматическое вычисление cos(р0, sin(р0> 2a cos(р0. Для этого необходимо в счетчики СчЗ, Сч4 занести единицу и ноль соответствеиио, в сумматор См5 — 2а, в счетчик Сч5 — ((р0)д. По сигналу «Пуск 2》триггер Т2 установится в единицу и иа вход ЛИ будут поступать импульсы /а через элементы И6, ИЛИ2 до тех пор, пока ие переполнится счетчик Сч5 и ие выключит триггер Т2. К этому моменту в счетчиках СчЗ, Сч4 окажутся cos(р0, $in(р0, а в сумматоре См5 — 2a cos(р0.
Интерполяторы, схемы которых приведены на рис. ,4.83 и 4.85, позволяют осуществлять интерполяцию в полярных координатах с точностью до дискреты н с К/ == К『(ЛИ) • К/ (宜И), ио К/ (ЛИ)= =1 ... 2, К/ (КИ) — 2 ... 4. Поэтому К/ =夕…8, что полностью . удовлетворяет требованиям.
БЕЗЭКВИДИСТАНТНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Методы автоматического расчета эквидистанты подробно рассмотрены в [16]. При этом наиболее сложным является расчет разностей прямых эквидистантного, и основного контура. Однако методом геометрических аналогий эти величины можно определить весьма просто и совершенно одинаково как для виутрениих, так и для внешних углов. На рис. 4.86, а изображен элемент контура детали АБД, который необходимо обработать в режиме безэкви- дистантного программирования.
Для виешиего контура траектория центра фрезы в этом случае должна иметь вид А®Д\ если строить траекторию методом пересечения эквидистант, и 4'5‘ далее по дуге 5'С‘ радиусом /?ф затем С'Д', если строить траекторию методом сопряжения эквидистант. В первом случае А由 幺 АВ, так как А'В' — А'Бг + + В В', причем {'5‘ — АВ. Аналогично В，Д' ^ 5Д, так как 加乙'=В'С' + С'Д\ причем СД1 小 ВД. Следовательно, необходимо определить проекции БгВ' и В'С иа координатные оси.
Метод геометрических аналогий позволяет сделать это весвма просто. Из точки 5, примятой за начало отсчета, проводим два перпендикуляра В6’ и ВС длиной, равной R^, любым описанным ранее способом и определяем координаты точек 5’ и С' относительно точки В. Затем проводим встречно линейную интерполяцию, определяемую параметрами заданных прямых АВ и СД
оетипи
Эквидистантау<^^、
〃\></Рис. 4.86. Построение эквидистаи-
НоНтур / ^а 一 к пересечению линий; б — для
ОВтСЛи 月）двух пересекающихся дуг; в — для
〃丿пересечения дуги с прямой
из точек 5’ и С' до пересечения в точке 5. Подсчитанные при этом приращения координат прибавляем к значениям, задающим участки АВ и ВД, в результате получаем данные, необходимые для интерполяции эквидистантного контура А'В'Д'.
Преимуществом способа является то, что координаты точки В' можно вычислять одновременно с отработкой заданного участка 4В, если подавать импульсы приращений поправки в счетчики определения окончания отработки с обратным знаком, что снижает требования к времени вычисления поправок /р. *
При использовании метода сопряжения эквидистант на втором этапе преобразования определяют, как и в предыдущем случае, координаты точек 5‘, С', которые и являются необходимыми данными для задания и отработки участка БГС на третьем этапе преобразования. Преимущество этого метода: уменьшение ускорения в приводах координат.
Если угол АВД——внутренний, он не может быть обработан точно фрезой ненулевого радиуса. Поэтому задача сводится к определению момента касания фрезой точек 5 и С, при этом центр фрезы окажется в точке В" и должен закончить движение по прямой А" В" и начать движение по прямой В"ДЛ Но прямая В" В В' является биссектрисой углов Б'ВС и ВВ"С, Б'В1 = БВ, а В'С'= =ВС, следовательно, определив проекции отрезков SВ' и В'С' и вычтя их из значений задающих участков АВ и БД. получим значения задающих участков АпВп и В"*.
Аналогично выполняется построение любым способом эквидистантного контура при пересечении дуг (рис. 4.86, 6) или дуги и прямой (рис. 4.86, в), так как и для этого требуются лишь цифровые модели циркуля, линейки и угольника. Безэквидистантное программирование имеет множество органических ограничений, поэтому более универсальным является режим коррекции эквидистанты.
Глава 5
Проектирование структураппаратных систем ЧПУ
ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ЧПУПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ
В предыдущих главах были рассмотрены различные реализации элементарных и комплексных функций систем ЧПУ. Однако конкретные СЧПУ реализуют некоторый набор таких функций, поэтому важно найти простейшую структуру системы пятого поколения , удовлетворяющую заданным требованиям. Приступая к ее определению, разработчик сталкивается с противоречием между функциональными возможностями, с одной стороны, и сложностью, надежностью и стоимостью, с другой. Нахождение правильных соотношений между этими противоречивыми требованиями определяет успех разработки и зависит от искусства разработчика.
Рассмотрим некоторые приемы, позволяющие последовательно добиваться совершенствования структуры с целью упрощения конкретной системы ЧПУ. Формализация таких действий выходит за рамки этой книги и может быть предметом самостоятельных исследований. Ниже будут рассмотрены лишь основные принципы, эффективность которых возрастает по мере возрастания требований к СЧПУ и классу управляемого оборудования.
Раньше разработка аппаратных систем ЧПУ шла по принципу постепенного наращивания их функций, т. е. от простого к сложному. Это определялось, в частности, тем, что реализация многих элементарных и большинства комплексных функцийвызывала серьезные технические трудности, а общая картина их набора либо просто отсутствовала, либо не имела общего стержня, каковым является метод геометр и чески х аналогий. Кроме того, системы ЧПУ выполняли только третье и четвертое преобразования, что ограничивало возможности разработчика в части использования одного блока для выполнения функций на различных этапах преобразования информации. Такой путь создания систем
ЧПУ приводил к тому, что каждая новая функция вносила изменения в ранее разработанные блоки или цепи связи и агрегатирования практически не получалось.. '
На новом витке развития аппаратных систем, который должен завершиться созданием гаммы агрегатированных систем ЧПУ на основе метода геометрических аналогий с использованием специальных больших интегральных схем (спецБис), необходим противоположный принцип построения от сложного, пусть абстрактного, к более простому и конкретному. Этот принцип основан на разработке некоторой обобщенной структуры с увязкой взаимодействия блоков и определении на ее основе их набора. Конкретные же структуры должны получаться не добавлением новых блоков, а исключением из ее состава ряда блоков или спецБИСос.
.Функциональный состав системы должен определяться на основании функционально-стоимостного анализа, который должен отбросить функции, снижающие срок окупаемости системы, т. е. Дублирующие, редко используемые, рекламные, а то и просто бесполезные. Применительно к станкам фрезерно-токарной группы, для которых характерна обработка детали с одновременной работой двух-трех координат (на одно движение), система ЧПУ пятого поколения выполняет четыре этапа преобразования информации и тем самым полностью обеспечивает процесс подготовки программы и. изготовления детали, не нуждаясь в дополнительных внешних средствах подготовки и расчета программ, что экономически оправдано в редких случаях.
Рассмотрим обобщенную структуру такой аппаратной системы, способной управлять станком любого класса, с одним работающим инструментом (одним движением). При этом определим максимальный набор блоков, которые в различных комбинациях могут образовывать конкретные СЧПУ для управления конкретным станком. Обобщенная структурная схема, приведенная на рис. 5.1, * соответствует некоторому токарно-фрезерному многооперационному станку, объединяющему в себе все функции токарной и фрезерной обработки. В систему входит оборудование, необходимое для всех четырех этапов преобразования информации. Оборудование каждого этапа разделено штриховыми линиями и помечено римскими цифрами I—IV.
Оборудование этапа I состоит из объединенных общим каналом фотосчитывающего устройства ФСУ, пульта набора данных в 'коде ISO, мнемопульта МнП, накопителей на магнитной ленте НМЛ1, НМЛ2, дисплея Дис, оперативных запоминающих устройств ОЗУ1, ОЗУ2, блока циклов БЦ, блока редактирования БРед, ОЗУЗ коррекций, перфоратора Перф, блока геометрических расчетов БГР, блока расчета режимов обработки БРР и блока БУ1 управления первым этапом преобразования. Пульт МнП служит для упрощения набора информации о прямых, дугах, фасках и т. д., так как его каждая кнопка заменяет комбинацию G-функций 204
БВИБВИ6КГС6КГС
БВИ
БВИ
6КГС
6КГС
И знаков, ОЗУ1 и ОЗУ2 служат для запоминания программ обработки, редактирования ее и организации программных циклов. Причем в то время, как одно из них работает с общим каналом в режиме подготовки и записи программы детали типа Б, второе в режиме считывания обеспечивает обработку детали типа А, повышая тем самым коэффициент использования станка. Блоки БЦ, БРед служат для организации указанных режимов. Назначение блоков Перф, ФСУ, пульт ISO, НМЛ1, НМЛ2, Дис очевидно, ОЗУЗ служит для запоминания коррекции всех видов, блок геометрических расчетов БГР — для вычисления координат точек пересечения и сопряжения, отсутствующих в чертежах, значений эквидистантных поправок 6Х, 6? и т. д. .Блок расчетов режимов БРР предназначен для определения технологических параметров обработки, блок управления БУ1 осуществляет общее управление первым преобразованием.
Оборудование этапа II состоит из блока БВИ ввода и дешифрирования информации, блока коррекции БК и блока управления БУ2. Блок БВИ необходим для декодирования информации в соответствии с используемым кодом, перевода в принятую в устройствах третьего этапа преобразования систему счйсления с учетом метода задания размеров и распределения ее по блокам. Блок БК служит для суммирования корректирующих поправок и их вычисления, а также для вычисления констант при специальных видах интерполяции или задания и поддержания скорости. Блок БУ2 осуществляет общее 'управление вторым этапом преобразования.
Оборудование этапа III состоит из основного интерполятора Инт, блока задания подачи БЗП, блока управления шпинделем БУШ, блока аппаратных циклов БАЦ, блока вспомогательного интерполятора БВИнт, коммутатора выходных сигналов КВС, блока преобразований координат БПК, блока коррекций геометрии (механики) БКГС станка, блока технологических команд БТК (контроллера), блока БУЗ управления третьим этапом преобразования. Интерполятор Инт может иметь различное исполнение в зависимости от конкретной системы, осуществлять любые виды интерполяции и представлять собой комбинацию нескольких интерполяторов и позиционеров. Блок БЗП представляет собой блок задания скорости подачи, набор функций которого хотя и имеет некоторые вариации, но довольно стабилен. Блок управления шпинделем БУШ должен реализовывать режим задания частоты вращения шпинделя и режим задания и поддержания скорости резания. Блок БАЦ реализует аппаратные циклы, например циклы автопрограммирования с оптимизацией цикла резания, циклы резьбонарезания и т. д/Блок вспомогательного интерполятора служит для воспроизведения вспомогательных контуров с различными целями от переключения скоростей до исключения аварий и столкновений. Коммутатор КВС осуществляет коммутацию сигналов блоков БУШ, Инт, БЗП, БАЦ, БВИнт между собой и блоком БПК- Блок БПК преобразует информацию, заданную в координатах программы, в идеальные координаты станка, блок- БКГС корректирует механические погрешности станка, такие, как шаг винта, зазор, отклонение от перпендикулярности осей и т. д. Блок БТК осуществляет управление электроавтоматикой станка, а блок БУЗ — комплексное управление третьим этапом преобразования.
На этапе IV, который в этой книге не рассматриваем, осуществляется цифроаналоговое преобразование для управления исполнительными приводами. Для этого в системе имеется ЦАП шпинделя ЦАПШ, ЦАП подач ЦАПП, блок БР гальванических развязок с электроавтоматикой станка. Выполнение всех решающих блоков, кроме блока БРР подробно описано выше.
Структурная схема обобщенной аппаратной системы пятого поколения представляет собой мультипроцессорную систему с параллельной обработкой информации, причем основная масса ее процессоров специализирована для - выполнения геометрическйГх преобразований. Преобразования (расчеты) негеометрического характера возможны только в блоках БРР, БВИ, ВТК, ЦАПШ, ЦАПП, причем преобразования в блоках ЦАПШ, ЦАПП носят также сугубо специальный характер.
Преобладание геометрических расчетов имеет место не только при аппаратном решении систем пятого поколения, но и при использовании программно-аппаратных средств. Так, в работе [1 ] указывается, что в системах ЧПУ металлорежущим обору-
дованием объем задач формообразования занимает до 70—80 % общего времени оперативного управления. Это делает более экономным использований на каждом этапе специальных процессоров, состоящих из набора интерполяторов, а не универсальных микропроцессоров. Заметим, что переход к мультипроцессорным системам обработки данных является общей тенденцией развития вычислительных комплексов [13, 18, 20 ]. Однако применение такого подхода к решению узкого круга задач СЧПУ, особенно второго, третьего и четвертого преобразований, приводит, как правило, к неоправданному увеличению объемов электронного оборудования и усложнению разработки математического обеспечения.
Достаточно посмотреть на структуру мультипроцессорной системы CNC-600 (рис. 5.2), в которую входят девять ЭВМ. При этом введение любой новой функции требует серьезных изменений МО и может привести к снижению других характеристик. В системе, приведенной на рис. 5.1, введение дополнительных функций не влияет на характеристики уже имеющихся, так как они выполняются разными работающими независимо блоками. Это обеспечивает достижение наивысших внешних характеристик при минимальном количестве электронного оборудования в пересчете на транзисторы.
Действительно, в коде ISO имеется всего 28 символов. Считая на каждом этапе преобразования по четыре регистра (округление в большую сторону) на символ, общее число регистров (счетчиков, накапливающих сумматоров) не может быть больше 28-4X Х4 = 448, в то время как ЗУ МО систем, использующих универсальные процессоры, составляет от десятков тысяч до миллионов слов. Причем, чем сложней устройства, выполняющие первое—— третье преобразования, тем меньше требуется емкость ОЗУ1, ОЗУ2, которая может изменяться от 1К байт до 32K байт. Следовательно, если не рассматривать емкость ОЗУ для хранения программ обработки (она одинакова в обеих случаях), соотношение оборудования находится в пределах 32 000 : 448 ... 10-106 : 448
75 ... 12 000 раз.
Этот расчет дает значительно сниженное отношение объема электронного оборудования систем класса CNC или MPST к объему электронного оборудования систем класса NC, построенных на основе метода геометрических аналогий. Сравнивали емкость реальных трех-шестикоординатных систем ЧПУ класса CNC, MPST с емкостью гипотетической 28-координатной системы ЧПУ класса NC. Причем из всего оборудования систем классов CNC, MPST учитывали только память для хранения математического обеспечения, а собственно микропроцессоры, мини-ЭВМ, интерфейсы и т. д. не учитывали. Следовательно, для равного числа координат это соотношение надо увеличить в 10—20 раз, и тогда оно окажется в пределах 750——24Q 000 раз. При равном уровне технологии это означает пропорциональное превосходство надежности и снижение
системсистем
систем
систем
С NC-600С NC-600Рис. 5.2. Структура мультипроцессорной системы
С NC-600
С NC-600
стоимости аппаратной системы (см. рис. 5.1) по сравнению с системой, приведенной на рис. 5.2.
Разумеется нет необходимости введения в систему ЧПУ всех известных функций. Каждая новая функция должна вводиться после всестороннего экономического анализа и прежде всего после определения срока окупаемости. Например, блок расчета режимов имеет загрузку 3——10 мин в день, а его исключение для потребителя означает лишь внесение в чертеж нескольких отметок о режимах резания, что легко может выполнить технолог до передачи чертежа в цех. При стоимости этдго блока 3—10 тыс. руб. и указанной загрузке, понятно, что Он не только не окупится сам, но и значительно увеличит срок окупаемости всей системы. Блок геометрических расчетов также имеет ничтожную загрузку, поэтому и он окупится лишь в исключительных случаях. Л1ного- координатные (пяти-, шестикоординатные) специальные системы пятого поколения отличаются от своих предшественников лишь повышенными скоростями, наличием блоков ОЗУ, циклов, блока коррекции погрешностей механики станка и иногда использованием специального интерполятора. Блоки МнП, ОЗУЗ, БГР, БРР, БК (см. рис. 5.1) в них, как правило, отсутствуют. Поэтому загрузка блоков выше.
СИСТЕМА ЧПУ КАК СОВОКУПНОСТЬАСИНХРОННЫХ АВТОМАТОВ
Переход от систем ЧПУ класса CNC с централизованной структурой, к мультипроцессорным структурам привел к еще большему усложнению программирования при создании МО для независимых процессоров, использующих, общие шины связи. В результате разработки МО для таких систем превратилось в серьезную научную проблему, один из путей решения которой —— программирование в макрокомандах ——требует создания специальных языков.
Это ни в коей мере не относится к аппаратной системе, структурная схема которой изображена на рис. 5.1. Действительно, эта система состоит из решающего оборудования, схема которого определяет выполняемый алгоритм. Каждый ее блок работает в двух режимах: занесение информации по сигналам «Конец отработки» или «Ввод» и отработка информации по сигналу《Пуск》. Исполнение основных блоков с этой точки зрения было рассмотрено выше, но укрупненно оборудование каждого этапа преобразования можно рассматривать как асинхронный автомат (синхронными в значительной мере являются только автоматы III и IV этапов, кроме режима позиционирования). При этом «Конец отработки» последующего этапа формирует сигнал «Пуск» отработки следующего кадра предыдущего этапа.
Сигнал «Позиция достигнута» с выхода блока ЦАПП или сигнал «Технологическая команда выполнена» с выхода блока ЗУ
запускает интерполяцию следующего кадра этапа III, который в свою очередь запускает преобразование следующего кадра этапа II, а тот вводит следующий кадр этапа I. Следовательно, сложности в увязке работы оборудования этапов I——IV нет.
При наличии стандартных блоков или спецБИСов разработка конкретной системы сводится фактически к определению состава функциональных блоков и разработке блоков управления БУ1— БУЗ, которые должны организовать распределение вводимой информации по регистрам функциональных блоков и коммутировать сигналы «Пуск» и «Стоп». Функциональные блоки в этом случае практически выполняют макрокоманды: интерполяция (линейная, кр-уговая, винтовая и т.工)，вычисление эквидистантной поправки, вычисление момента начала торможения,' точки пересечения или сопряжения. Понятно, что при использовании таких макрокоманд конструкция блоков БУ 1——БУЗ настолько упрощается, что может быть успешно решена с помощью сдвиговых регистров и дешифраторов, и только в особо сложных случаях или с целью унификации в них приходится использовать ДЗУ для хранения последовательности макрокоманд.
ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ЧПУС ПРОГРАММНО-ИЗМЕНЯЕМОЙ ЛОГИКОЙ
Принцип изменения структуры решающих устройств по командам, задаваемым в программах, вообще говоря, не нов. Изменение структуры на уровне функционального блока по G-функции является общим приемом и используется практически в любой системе класса NC с линейно-круговым интерполятором. По команде G01 образуется линейный интерполятор, по командам G02 (G03) —— круговой. Разработка систем ЧПУ для управления несколькими независимыми движениями, например несколькимя суппортами токарного станка или несколькими головками много- шпиндельного фрезерного станка, расширила область применения этого принципа на совокупности блоков, образующих независимые системы, управляющие различными рабочими органами в различных режимах, что позволило сократить затраты оборудования на один работающий инструмент. Однако это относилось к системам ЧПУ, выполнявшим практически только третье и четвертое преобразования.
Появление систем ЧПУ, реализующих все четыре этапа преобразования, открыло новые возможности в использовании этого принципа особенно в совокупности с методом геометрических аналогий и с использованием на разных этапах однородных функциональных блоков, состоящих из комбинаций интерполяторов. Эти новые возможности заключаются в том, что часть оборудования I——III этапов может передаваться по команде другому этапу для вьщолнения некоторой сложной функции. Это позволяет, вводя незначительные с точки зрения ограничения
функциональных возможностей или снижения производительности ограничения, сильно упростить конкретную систему ЧПУ по сравнению со структурой> полученной из обобщенной простым вычеркиванием ненужных блоков.
Доскональное исследование и формализация такого метода может быть предметом с амосто яте ль но й работы, поэтому лишь поясним принцип конкретными примерами. Предположим» нам необходима токарная система ЧПУ для мелкосерийного и единичного производства деталей высокой сложности. Для такой системы необходимо совмещение во времени операций составления программы для детали типа Б с обработкой детали типа А, режим автопрограммирования, расчет недостающих точек траектории, обработка эллипсов и коррекция отклонения от перпендикуляр* ности осей станка. Набор заданных функций требует наличия в системе блоковд€)ЗУ1, ОЗУ2, БГР, БВИ, Инт, БЗП, БАЦ, БВИнт, КВС, БКГС (см. рис. 5.1), причем блок Инт должен представлять собой линейно-круговой и эллипсный интерполятор. То есть объем оборудования такой системы значителен, а загрузка некоторых блоков невелика. Введя ограничение, что обработка детали типа А не может совмещаться с расчетом недостающих точек на этапе первого преобразования, ликвидируем блок БГР, загрузка которого 5—10 мин в смену, а его функции выполним с помощью блоков Инт, БАЦ, бВИнт, КВС (см、пп. 4.7—4.8). Далее обработку эллипсов выполняем с помощью линейно-кругового интерполятора Инт и линейных интерполяторов блока БКГС. При этом несколько усложнится программирование, но упростится блок Инт, что допустимо, если учесть, что эллипсы встречаются крайне редко., В данном случае такой подход практически без ущерба для потребительских функций сократит объем оборудования системы на 12——20 %. Чем больше сложных функций требуется реализовать системе, тем шире возможности и лучше результаты применения этого принципа.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ КОНКРЕТНОЙ СИСТЕМЫ ЧПУПО СЛОЖНЕЙШЕЙ ФУНКЦИИ
Определяя структуру конкретной системы, прежде всего необходимо исключить из ее состава экономически неоправданные функции (функции', созданные для рекламы), кроме тех случаев, когда без них невозможно сделать нужную деталь. Далее определить, какая из оставшихся функций является наиболее сложной и выбрать или наиболее простую ее реализацию, или реализацию, позволяющую, используя принцип программного изменения логики, реализовать еще одну или несколько заданных функций на том же оборудовании. Затем добавить оборудование, необходимое для реализации остальных функций, и полученную совокупность функциональных блоков еще раз проанализировать с точки зрения упрощения за счет программного изменения
логики.
Если полученная совокупность блоков содержит блоки, выполняющие предварительные расчеты констант специальных видов интерполяции, косинусов поворота координат, следует посмотреть, нельзя ли еще сократить оборудование за счет вычисления этих величин другими функциональными блоками ценой прерывания обработки на время их вычисления. Например, если перед выполнением режима резьбофрезерования для вычисления угловой константы с помощью основного интерполятора Инт (см. рис. 5.1) произойдет остановка на 0,1 — 1 с, но за счет этого упростится или исчезнет вообще блок БК, то такое решение безусловно рационально. Оно, во-первых, повысит надежность системы, во-вторых, снизит затраты, хотя с появлением спецБИСов последнее может потерять решающее значение из-за их невысокой стоимости. Подробнее эти принципы рассмотрим на примере конкретных систем ЧПУ.
5.5. ПРИМЕРЫ СТРУКТУР АППАРАТНЫХ СИСТЕМ ЧПУ
Структура системы ЧПУ повышенной оперативности для токарной обработки. Для мелкосерийного и единичного производства не очень сложных деталей, а также деталей из точных заготовок оптимальной является система, схема которой изображена на рис. 5.3. Она состоит из общего канала, объединяющего фотосчитывающее устройство ФСУ, пульт ISO, простейший дисплей Дис, ОЗУ1. Выходы ОЗУ 1 присоединены ко входу блока ввода информации БВИ, который распределяет информацию между интерполятором Инт, блоком задания подачи БЗП, блоком управления шпинделем БУШ, блоком технологических команд БТК- Выходы интерполятора через блок коррекции геометрии станка БКГС или непосредственно связаны со входами ЦАПП подачи, выходы БУШ ——с ЦАПШ шпинделя, выходы БТК — с входом блока развязок БР.
При подготовке программы обработки вне станка деталей средних и мелких серий и при длительных циклах обработки,
ФСУ
ПультISO
Дие
6TN
БУШ
I БР
Рис. 5.3. Структура системы ЧПУ повышенной оперативности для токарных ，станков
что обеспечивает сменяемость деталей не чаще чем 1——2 раза в смену, такая структура yдoвлefвopитeльнa, так как позволяет быстро вводить программу с ФСУ в ОЗУ 1 и редактировать ее с помощью дисплея и пульта ISO. Это для указанных условий обеспечит достаточно высокий коэффициент использования станка, даже если иногда и приходится составлять (вводить) программу с пульта ISO.
При снижении числа одинаковых деталей в партии, так же как и при снижении цикла их обработки, в систему можно ввести мнемопульт МнП для набора программы и ОЗУ2 для обеспечения совмещения во времени программирования с обработкой. Во всех случаях, неособенно при изготовлении деталей из точных заготовок и при наличии большого числа резьб, интерполятор системы разумно выполнить совмещенным с блоком цикла смещения контура. Это обеспечит необходимый коэффициент использования в указанных условиях.
Структура сверхоперативной токарной системы. Если необходимо обрабатывать детали высокой сложности, малых серий или единичные из прутковых заготовок особенно в условиях ремонтных и экспериментальных производств с острым дефицитом времени, когда окупаемость определяется не стоимостью изготовления детали, а сокращением простоя другого дорогостоящего оборудования, может оказаться оправданным использование системы, приведенной на рис. 5.4. Такая система кроме блоков имевшихся в предыдущей системе (см. рис. 5.3) содержит также блоки аппаратных циклов БАЦ, вспомогательного интерполятора БВИнт, коммутации выходных сигналов КВС. что позволяет обрабатывать детали из прутковой заготовки в режиме автоматического программирования с оптимизацией цикла резания, как это описано в гл. 4.
рис. 5.4. Структура сверхоперативной токарной системы ЧПУ
I ФСУ [ > <»Р^7р^,
"如 IJ
Рис. 5.5. Структура системы ства и
5ВИ\
ВТК-
Инт\
ЧПУ для фрезерных станков массового производ- миогооперациоииых станков
В исключительных случаях в нее могут быть введены также блок геометрических расчетов Б ГР, оперативное запоминающее устройство коррекций ОЗУ К, блок коррекции БК- Это позволит проводить расчеты недостающих точек детали типа Б при обработке детали типа А и выполнять точную обработку радиусным резцом неточного радиуса. Однако экономический эффект от введения этих блоков из-за их низкой загрузки, как правило, отрицателен. Действительно, функции блока БГР можно выполнить с помощью блоков Инт, БВИнт и КВС за счет программноизменяемой структуры (см. п. 5.3). Кроме того, при наличии БГР не нужны ОЗУК и БК, так как возможен быстрый перерасчет программы с его помощью под новое значение радиуса, что требуется редко, потому что программу составляют сразу под имеющийся резец. Следовательно, такие функции и блоки вводить в систему экономически допустимо в редких случаях, например тогда, когда систему ср станком используют как стенд для отработки и подготовки программ для большой группы станков (6—20 щт.) с простейшими системами. В этом случае возможно * использование блока расчета режимов. В настоящее время существует общесоюзная программа создания персональных ЭВМ, поэтому не исключено, что функции этих блоков окажется выгоднее выполнять с их помощью.
Структура системы ЧПУ для фрезерных станков массового производства. Для таких станков характерны наличие трех координат, иногда 2,5 или четырех, относительно невысокая точность обработки, причем большинство операций выполняются в плоскостях, работа переточенными фрезами. Такая система (рис. 5.5) содержит в общем канале ФСУ, пульт ISO, дисплей Дис, ОЗУ1, ОЗУК- Обязательным является наличие В К, так как при обработке используют переточенные фрезы. БУШ часто не используется, а его функции передаются в БТК- Иногда (по требованию) основной интерполятор И нт делается не только линейно-круговым, но и винтовым для резьбофрезерования. Блок преобразования координат БПК может быть введен (по требованию) для обработки деталей с угловой симметрией. Использование блока коррекции 214
геометрии станка БКГС зависит от требований точности. При использовании в мелкосерийном и единичном производстве в состав системы возможно введение оперативного запоминающего устройства ОЗУ2 и пульта мнемопрограммирования МнП.
Структура системы ЧПУ для многооперационных станков. Для многооперационных станков (по сравнению с фрезерными станками) характерны, с одной стороны, более высокая точность, а с другой ——большой объем позиционной обработки, специальные циклы сверления, растачивания, нарезания резьб метчиком, обработка элементов деталей в плоскостях, повернутых относительно осей X, F, Z станка. Однако эти отличия означают главным образом изменение состава, блоков, а не структуры системы. Действительно, в состав блоков канала ввода (см. рис. 5.5) добавляется блок программных циклов БЦ, блоки преобразования координат БПК и коррекции геометрии станка БКГС становятся обязательными, в состав интерполятора Инт могут быть введены позиционеры, в том числе для сверления радиально расположенных отверстий.
Структура системы ЧПУ для токарно-фрезерных станочных модулей. Появившиеся в последние годы токарно-фрезерные модули позволяют с одного установа выполнять токарную и фрезерную обработку. Понятно, что система для управления'такими станками должна объединять в себе основные функции фрезерной и токарной системы, поэтому ее структура близка к обобщенной структуре (см. рис. 5.1), в которой набор блоков канала ввода зависит от конкретных производственных задач, серийности, цикла обработки и т. д. Но такие блоки, как накопитель на магнитной ленте НМЛ, блок геометрических расчетов БГР, блок расчета режимов, а также блок преобразования координат БПК, как правило, не, нужны. Именно в таких системах иногда приходится вводить интерполяцию в полярных координатах (см. пп. 4.10, 4.11). По удельным затратам на управляющее оборудование в расчете на один работающий инструмент такая система наименее экономична, как и станок для управления которым она предназначена.
Структура системы ЧПУ для специальных станков. Особенностью таких станков является многокоординатная обработка с использованием многокоординатного линейного интерполятора или интерполятора специальных функций, высокая сложность управляющих программ, составление которых выполняется продолжительное время, часто по специальному договору или теме, с помощью больших ЭВМ, длительные циклы обработки деталей. Все это практически исключает составление программ непосредственно у станка и сильно усложняет даже их простейшее редактирование. Кроме того, для них характерно наличие различных программных циклов, в том числе циклов в цикле.
Структура такой системы приведена на рис. 5.6. Канал ввода состоит из фотосчитывающего устройства ФСУ, пульта ISO,
Рис. 5.6. Структура системы ЧПУ для специальных станков
дисплея Дне, блока циклов БЦ, ОЗУ и иногда блока редактирования БРед. Основные особенности системы определяются исполнением интерполятора и соответственно блока задания подачи БЗП, которые строятся с учетом условий, изложенных в гл. 3. Кроме того, обязательно обеспечение работоспособности блока ручного управления БРУ при включении аварийного торможения и абсолютного отсчета во всех режимах, так как нахождение опорных точек в случае преднамеренного или вынужденного прерывания обработки затруднительно особенно в намоточных станках.
Обеспечение максимальной надежности и уменьшение вероятности брака являются главной особенностью в таких системах. Для этого приходится применять специальные меры и вводить развитый аппаратный контроль, исключающий перемещения больше заданных в программе и выход за рабочие зоны [А. с. 1280576 (СССР); А. с. 1288652 (СССР), А. с. 1255939 (СССР)}, а также специальные способы обеспечения работоспособности ОЗУ и коррекции [А. с. 1291928 (СССР) ]. Все это оправдано, так как стоимость заготовок и самих станков высокая.
Структуры систем ЧПУ для многосуппортных и многошпиндельных станков. Системы ЧПУ для многосуппортных токарных Ьтанков кроме задачи одновременного управления несколькими инструментами с наименьшими затратами управляющего оборудования должны обеспечивать автоматическое или полуавтоматическое пространственное и режимное согласование работы нескольких суппортов с целью получения минимального времени обработки детали. При этом желательно независимое составление программ работы инструментов в общей рабочей зоне и обеспечение их устойчивости. В общем случае структура таких систем имеет вид, представленный на рис. 5.7. Она состоит йз собственно систем ЧПУ, взятых по числу рабочих органов, и блока согласования их работы БС. Структуры СЧПУ1 и СЧПУ2 определяются характером производства и типом обрабатываемых деталей и могут соответствовать, например, рис. 5.3 или рис. 5.4. В некоторых случаях системы для многошпиндельных фрезерных станков
могут иметь структуру близкую к структуре, показанной на рис. 5.7.
Многошпиндельные токарные станки, например типа «Булларт» (ПО «Красный пролетарий»), в которых в каждой шпиндельной позиции выполняется часть операций, позволяют значительно снизить стоимость управляющего оборудования в расчете на один работающий инструмент. Действительно, пусть в первой позиций происходит черновое обтачивание вдоль оси X, во второй ——вдоль оси Z, в третьей ——чистовое протачивание вдоль оси Z, в четвертой — контурная обработка, в пятой — прорезка канавок, в шестой — нарезание резьбы. Тогда структура системы для управления таким станком примет вид, показанный на рис. 5.8.
Она состоит из шести независимых специализированных управляющих блоков, каждый из которых управляет выполнением одного прохода: обработкой вдоль оси X или Z (6УХ, БУ2), интерполяцией Инт, резьбонарезанием .БУРН: Все эти блоки получают информацию от блока ввода информации БВИ. Так как эти блоки постоянно выполняют только одну операцию, они узко специализированы, объем их электронного оборудования минимален, а загрузка велика, потому что они работают почти все время, за исключением времени поворота стола и ожидания завершения выполнения операций в двух позициях. Часть этого времени может быть использована для управления возвратными вспомогательными ходами. В системе ЧПУ для универсального станка имеется оборудование для реализации 10——20 режимов и более, а работает только один, так же как и в самом станке работает один инструмент.
Следовательно, развитие схем самих технологических машин является важнейшей основой развития систем управления, которые являются для этих машин лишь «надстройкой». Поэтому повышение эффективности использования СЧПУ неразрывно связано с новыми классами технологических машин с большим числом одновременно работающих инструментов. Например, си-
/77п?
Рнс. 5.7. Структура систе- рис. 5.8. Структура системы ЧПУ для много- мы ЧПУ для многосуп-шпиндельных станков
портных станков с217
8 В. Л. Кошкин
стема ЧПУ для, двухсуппортного токарного станка в расчете на один работающий орган может быть дешевле в 1,5——2 раза, для многошпиндельных станков ——в 10—15 раз. С учетом их высокой загрузки срок окупаемости таких комплексов будет значительно ниже, чем у обычного оборудования, а фондоотдача выше.
Структуры систем СЧПУ для автоматических роторно-конвейерных линий. Выше было пока
зано, что с повышением числа одновременно работающих органов технологической машины сни
жаются затраты на управляющее оборудование, отнесенное к одному работающему инструменту. В работе [12 ] указано, что одновременно происходит снижение и всех остальных затрат с увеличением доли (массы, объема) инструментов в общей доле ' (массы, объеме) машины. Максимума это соотношение достигает в роторных и роторно-конвейерных линиях, в которых к тому же отсутствуют простои, связанные с неодинаковыми циклами работы различных инструментов.
Роторные и роторно-конвейерные линии в настоящее время являются наиболее высокопроизводительными машинами для комплексной автоматизации производства и обладают наиболее
высоким экономическим показателем (отношение числа выполненных операций к суммарным затратам). Поэтому основной путь создания экономически выгодных гибких производственных систем — это разработка программно-переналаживаемых или программно-управляемых роторных и роторно-конвейерных линий. Поскольку в каждой такой линии одновременно работают десятки и сотни инструментов, расположенных в различных роторах, то для управления каждым инструментом имеется возможность создания еще более узко специализированного и, следовательно, дешевого управляющего устройства.
Кроме того, в каждом рабочем роторе (рис. 5.9) имеется зона между позицией выдачи детали и позицией загрузки, которую можно использовать для выполнения вспомогательных ходов, контроля, автоматической смены или переналадки инструмента. Для осуществления программного управления, например, токарным ротором необходимо, чтобы каждая позиция такого ротора имела свой управляемый по программе во всех зонах одно- или двухкоординатный суппорт.
В программно-переналаживаемом роторе в зоне обработки осуществляется работа от упора до упора, а перестановка упоров выполняется в зоне вспомогательных ходов. Понятно, что роторноконвейерная линия, состоящая из таких роторов, может со своей
обычной производительностью 100—500 шт/мин и более выпускать самые разные детали близких типоразмеров, заменяя целый цех универсальных станков с ЧПУ. Структура системы управления для такой линии близка к структуре, приведенной на рис. 5.8, но число управляющих блоков в ней равно числу инструментов, управляемых по программе, или числу позиций ■ переналадки в зонах вспомогательных ходов. Блок ввода информации должен осуществлять операцию распределения различных кадров программы между блоками управления инструментами различных роторов, т. е. выполнять сложную коммутационную функцию.
Можно представить себе линию для сверления печатных плат, в которой плата, проходя через все роторы, каждой своей координатной точкой оказывается под позицией сверления, а команда сверления вырабатывается системой управления, если в этом месте должно быть отверстие. Реализация таких машин требует создания высоконадежных и дешевых спецБИС, малогабаритных надежных и дешевых следящих исполнительных механизмов с глубиной регулирования 10——100, а не 104 ——2-104, как это имеет место в приводах универсальных станков с ЧПУ и средств передачи информации во вращающиеся части машин.
Последовательное решение этих задач позволит объединить производительность роторно-конвейерных машин с гибкостью ЧПУ и создавать цеха и заводы-автоматы для мелкосерийной продукции с высокими экономическими показателями. При этом приведенные расходы на управление одним инструментом составят около 300—1500 р. по сравнению с 6000—100 000 р в универсальных станках с ЧПУ.
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯНАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЧПУ
Конструктивная надежность. Надежность является важнейшей характеристикой систем ЧПУ. Директивные показатели надежности СЧПУ требуют 10 000—20 000 ч наработки на отказ, 3000 ч наработки на индикатируемый сбой, 1000——2000 ч наработки на неиндикатируемый сбой при сроке службы 8——12 лет и трехсменной работе в цеховых условиях. Эти требования оправданы, так как часто встречаются детали, обработка которых продолжается 24—72 ч, и, кроме того, имеются детали с циклами обработки 500——1000 ч. Отказ и даже сбой системы во время обработки такой детали может привести к ее браку и сорвать план целого завода. При этом особенно опасны неиндикатируемые сбои, так как при их возникновении обработка продолжается несмотря на потерю информации и искажение траектории, поэтому брак детали, а то и авария станка неизбежны. Необходимо принятие всех возможных мер для обеспечения надежности систем ЧПУ и абсолютно недопустимо следовать «моде» и гоняться за «новинками».
При разработке конструкции СЧПУ надо соблюдать следующие правила.
Все разъемы должны быть абсолютно надежны, каждый контакт должен иметь не менее шести контактных точек и обеспечивать надежный контакт в условиях вибрации и ударов. Так как в современных СЧПУ. используются импульсы длительностью 10~в—io— с, то потеря контакта даже на такое время недопустима. Кроме того, разъем должен выдергивать сотни стыковок за срок службы без потери своих свойств.
Конструкция блоков на основе печатных плат должна полностью исключать возможность их коробления в процессе эксплуатации, что приводит к возникновению микротрещин в печатных проводниках. Поэтому желательно применение рамок или других элементов, обес печи вающи х необходимую жесткость.
Длительные сроки службы предъявляют дополнительные требования к ремонтопригодности. Поэтому использование многослойных печатных плат и других неремонтопригодных конструкций крайне нежелательно.
Конструктивно желательно размещение СЧПУ в одном шкафу. Допустимо два шкафа: вычислитель и ЦАП, что дает некоторые преимущества в унификации, так как ЦАП наиболее консервативная часть системы. Децентрализованное исполнение СЧПУ с «размазыванием» его узлов по станку не дает никаких существенных преимуществ, но заставляет работать блоки в условиях повышенных вибраций, температур и помех. Не следует также стремиться к чрезмепному уменьшению габаритных размеров системы. Стоимость 1 м* производственной площади примерно 200 р. Это предел экономии от сокращения размеров СЧПУ. Причем высота СЧПУ не лимитируется. При увеличении габаритных размеров теряет свою остроту проблема охлаждения, в том числе герметизированных шкафов.
Допустимо использование только абсолютно отработанной, наиболее надежной элементной базы, так как СЧПУ должно не удивлять посетителей выставок, а обеспечивать выполнение производственной программы. Поэтому то, что пригодно (допустимо) для универсальных средств вычислительной техники, может быть абсолютно непригодно для СЧПУ.
Особое внимание надо уделять помехозащищенности, т. е. конструкции блоков питания и блоков развязок, при этом коэффициент полезного действия блоков можно рассматривать как второстепенный параметр.
Нарушение любого из перечисленных принципов достаточно, чтобы СЧПУ оказалась непригодной для промышленного использования.
Функциональная надежность. Поскольку функциональная надежность зависит от числа элементов, то можно считать, что предыдущие главы, в которых рассмотрены рациональные методы
реализации функций и структур СЧПУ, посвящены также методам ее повышения. Однако самая рациональная реализация функции может оказаться ненадежной в работе или непригодной к серийному производству, если при ее разработке не будет учтено следующее.
Время суммирования операндов, распространения переносов, установления логических комбинаций зависит от схемы устройства, значений самих операндов, параметров конкретных элементов (время задержек переключений), температуры окружающей среды и т. д. При благоприятном сочетании этих факторов макетные и даже опытные образцы могут удовлетворительно работать без сбоев и отказов. При серийном же производстве выяснится, что многие СЧПУ неработоспособны, постоянно сбиваются, не поддаются наладке и требуют серьезных схемных и даже структурных изменений.
Это может быть следствием неблагоприятного соотношения указанных факторов, отсутствием или неправильным построением местных синхронизаторов или общей структуры еинхронизирую- щих частот. Снижение тактовых частот ликвидирует неработоспособность из-за увеличения времени суммирования и т. п., но может привести к недопустимому ухудшению внешних, потребительских характеристик. Для их обеспечения придется изменять общую структуру устройства, т. е. серьезно перерабатывать конструкцию на этапе серийного производства.
Проще устраняются ошибки синхронизации, но обнаружить их труднее, так как они могут возникать лишь при определенных сочетаниях значений операндов и частот, к тому же неодинаковых в различных образцах. Поэтому для обеспечения надежной работы СЧПУ на этапе разработки необходимо просчитывать все задержки исходя из худшего случая и, кроме того, брать двойной запас. На этапе экспериментальной отработки на макетах и опытных образцах необходимо проверить имеющийся запас во всех решающих устройствах путем плавного увеличения до частоты, при которой возникают сбои. Если экспериментально определенный запас сильно отличается от расчетного, необходимо переработать схему.
Структуры должны строиться таким образом, чтобы при возникновении сбоя, неисправности или сигнала аварийной ситуации в одном месте (блоке) системы он поступал в другой исправный блок, который должен среагировать на этот сигнал и прервать дальнейшую отработку с минимальным ущербом. Недопустима ситуация, когда контролируемое устройство и устройство, реагирующее на неисправность или сбой, имеют общее оборудование. В этом случае «ошибка в перемещении» (интерполяции, отработки) не может включи*гь «Аварийное торможение» или «Аварийный стоп», если интерполяция и задание скорости выполнены на едином процессоре и неуправляемое перемещение ■невозможно остановить.
Неверным является такое построение блока технологических команд (контроллера) с циклическим обеганием входных сигналов, при котором исчезновение опросов отключает все аварийные выключатели станка. Более того, в них необходимо закладывать аппаратный контроль, который исключал бы запуск системы в работу при отсутствии (неисправности цепей) сигналов, исключающих неуправляемые перемещения, как это сделано в системах СЦП-5, КСЦ-3, КСЦ-ЗМ, «Дельта-386».
Таким образом, обеспечение функциональной надежности на этапе разработки и отработки СЧПУ является одной из важнейших задач, для решения которой необходим аппаратный контроль.
Аппаратный контроль и его роль в обеспечении функциональной надежности, исключении аварий и брака. Поскольку для функционально ненадежных схем характерно возникновение хаотических редких сбоев, для их обнаружения и устранения на стадии разработки необходим аппаратный контроль, т. е. контроль, осуществляемый одновременно и параллельно с обработкой информации основными блоками. В отработанных серийных СЧПУ аппаратный контроль (пусть в меньшем объеме) нужен на стадии отладки и испытаний.для доведения каждого экземпляра до требуемого уровня, а на стадии эксплуатации — для выработки сигналов, позволяющих при возникновении сбоев или неисправностей включить аварийные режимы и исключить тем самым брак детали или аварию станка.
Диагностический контроль, осуществляемый последовательно с отработкой основной информации и использующий одно и то же оборудование, выполнить эти функции не может или выполняет их с таким запаздыванием, что использовать его для исключения аварии или^ брака не представляется возможным.
Основными задачами аппаратного контроля является контроль преобразования геометрической информации с точностью до импульса на всех этапах преобразования, выполняемых в конкретной СЧПУ. Общепринятым является контроль вводимой информации на «чет» или по структуре кадра и контрольному числу [8]. Значительное распределение получил аппаратный контроль отработки информации интерполятора и контроль потерн информации (переполнения) в следящих системах (ЦАП).
Для систем, выпускаемых в 70-е годы, которые выполняли кроме ввода лишь третье и четвертое преобразования, этих видов контроля было достаточно, и они полностью себя оправдали. Их использование резко сократило цикл разработки и доводки таких систем ЧПУ, как СЦП-5, КСЦ-3, КСЦ-ЗМ, СЩ8, СЦ-9 и т. д. Переход к системам ЧПУ, реализующим четыре этапа преобразования информации с одновременным повышением тактовых частот и числа промежуточных вычислений, усложнил и расширил задачи аппаратного контроля. Во-первых, возникла необходимость контроля ОЗУ. Во-вторых, в результате работы функциональных блоков в различных системах счисления и вве- 222
дения коррекций сквозной контроль отработки перемещений стал невозможен (информация, введенная в СЧПУ, не равна отработанной) и возникла необходимость поэтапного контроля преобразования информации и передачи ее от блока к блоку.
Совместно с повышением степени интеграции элементов, а особенно с появлением спецБИС созданы предпосылки для обнаружения места сбоя, неисправности с точностью до функционального блока и даже элемента (в спецБИСах), не подлежащего ремонту. Построение аппаратного контроля для современных СЧПУ — тема самостоятельного исследования, поэтому рассмотрим лишь некоторые основные моменты, помня что он, как и всякий контроль, характеризуется широтой и глубиной.
Реализация аппаратного контроля. Аппаратный контроль реализуется с помощью дополнительного оборудования, работающего параллельно основному. Чем больше преобразований выполняет конкретная СЧПУ, тем больше требуется устройств контроля для обеспечения его необходимой^ широты. В зависимости от цели, которая ставится перед аппаратным контролем, меняются его широта и глубина. Если ставится задача обнаружения неисправности и сбоя при сквозной передаче информации с целью выработки аварийных сигналов, то требуется незначительное количество аппаратных средств. Если нужно точно указать место возникновения сбоя (неисправности), то объем контролирующего оборудования возрастает.
На рис. 5.10 изображена структура контроля обобщенной системы ЧПУ (см. рис. 5.1). Каждый этап преобразования должен иметь свой блок контроля БК1——БК4, принципы действия которых сильно различаются. БК1 выполняет контроль вводимой информации на «чет», а при наличии таких ненадежных элементов, как накопитель на магнитной ленте, может использовать мажоритарную логику с троированием записи и считывания информации. Кроме того, БК1 должен выполнять контроль работы ОЗУ как наиболее сложного узла.
В настоящее время в системах классов CNC и MPST для контроля памяти всех видов используются коды Хэминга с обнаружением и исправлением ошибок. Однако эти коды требуют для хранения контрольных разрядов до 30 % емкости ОЗУ. Кроме того, емкость ОЗУ для хранения контрольных кодов Хзмннга линейно возрастает с увеличением емкости основного ОЗУ. Когда в ОЗУ хранится математическое обеспечение систем CNC, MPST и т. д., с этим, видимо, приходится мириться.
В системах рассматриваемых классов в ОЗУ хранятся только программы обработки деталей и коррекции, например, в коде ISO, который имеет запрещенные комбинации, например, 00000000 — «Пусто» и 11111111 — «Забой». На этом основан принцип действия контроля ОЗУ с обходом неисправных ячеек. При записи записанное число считывается и сравнивается с числом на входе. Если числа одинаковы, то все верно, тогда изменяется
Рис. 5.10. Структура контроля обобщенной системы ЧПУРис. 5.10. Структура контроля обобщенной системы ЧПУРис. 5.11. Контроль вычисления эквидистантных поправокРис. 5.11. Контроль вычисления эквидистантных поправок
Рис. 5.10. Структура контроля обобщенной системы ЧПУ
Рис. 5.10. Структура контроля обобщенной системы ЧПУ
Рис. 5.11. Контроль вычисления эквидистантных поправок
Рис. 5.11. Контроль вычисления эквидистантных поправок
адрес и осуществляется запись следующего числа. Если коды не совпали, в эту ячейку записывается «Пусто» и вновь повторяется сравнение; если коды сравнились, то переходят к следующему адресу; если не сравнились, то записывают «Забой» и вновь производят сравнение. Если коды сравнились, то переходят к следующему адресу. Если же не сравнились — это значит, что в ячейке имеется двойная неисправность, т「е. в один разряд нельзя записать «ноль», а в другой —■ «единицу», и необходим ремонт.
При наличии любой одинарной неисправности в ячейке остается код «Забой» или «Пусто», который при считывании блокирует синхроимпульс, и эти ячейки просто выпадают. Если же сбой (неисправность) возник после записи, то он определяется традиционно при контроле на «чет». Такое устройство позволяет ■спокойно работать при наличии в ОЗУ большого числа неисправных ячеек, и его объем не зависит от емкости контролируемого ОЗУ. Кроме того, оно при ремонте автоматически указывает место неисправных ячеек.
Блок БК2 должен контролировать перевод 10 -> 2, вычисление и суммирование поправок. Контроль суммирования поправок удобнее всего строить по mod 3, как это было сделано в системе «Дельта-122». Контроль вычисления эквидистантных поправок можно выполнять по сумме координат базовых точек (рис. 5.11), т. е. после определения поправок Ах, Ау и значений, отработанных круговым интерполятором, т. е. Дхки + Ах — AR.
Блок Б КЗ должен контролировать отработку введенной информации. Традиционный прием суммирования по модулю приращений, подлежащих отработке, с последующим подсчетом импульсов унитарных кодов этих приращений счетчиком и сравнением остатков. Его применение полностью себя оправдало в системах СЦП-5, КСЦ-3, КСЦ-ЗМ, СЩТ2Т, ^Дельта-386» и т. д., работающих в десятичной системе счисления. Этот прием можно распространить на системы с двоичным представлением информации II и Ш этапов преобразования, его успешно использовали в системе «Дельта-122» и в некоторых других.
В блоке БК4 для контроля используется принцип предельного отклонения отработанной информации от заданной (например, предельная погрешность по положению или по скорости). Наличие 224
в системе развитых блоков аппаратного контроля позволяет не только быстро обнаруживать место и причину неисправности или сбоя в серийной системе, но и, что значительно важнее, на небольшом числе опытных образцов выявите основные «тонкие» места возникновения сбоев и их ликвидировать, т. е. быстро добиваться функциональной надежности схем. В противном случае это постепенно приходится выполнять в процессе серийного производства и эксплуатации, что требует много времени и средств. Для массовых систем ЧПУ средней стоимости целесообразно разрабатывать блок аппаратного контроля многих параметров, который используется в процессе разработки, а серийные системы комплектовать более простым блоком с меньшим числом параметров контроля.
Принцип отключаемого контроля. Для скорейшей доводки принципиальных схем, обеспечения функциональной надежности и быстрого обнаружения места неисправности желательно контролировать возможно большее число режимов, параметров устройств, особенно в тех случаях, когда речь идет о системах ЧПУ для ответственных и дорогих специальных станков, простои кото^ рых ставят под угрозу срыв плана завода.
В этих случаях расходы на контролирующее оборудование окупаются. Но усложнение этого оборудования (хотя оно редко достигает 5 %) при отказе создает ситуацию, при которой основное оборудование исправно и может продолжать обработку, а неисправность контрольного оборудования блокирует работу. В ряде случаев выгоднее закончить обработку детали, а ремонт СЧПУ провести во время смены заготовки. Поэтому рационально использовать отключение контроля параметра при неисправности контролирующего оборудования. Это достигается введением соответствующих кнопок или кодов напрямую или через шифратор, чтобы сократить их число, блокирующих сигнал «Параметр неверно», поступающий в схему управления, но не блокирующий индикацию. Это исключает влияние отказов схем аппаратного контроля на надежность СЧПУ. *
Пульт аппаратного контроля первых трех этапов преобразования информации системы «Дельта-122» имеет кнопки блокировок и индикацию 80 параметров. Пульт совмещен с пультом наладчика, на который выводится состояние всех двоичных и десятичных регистров системы, возможен подсчет импульсов. Наличие такого пульта позволило отработать функциональные схемы токарной системы очень высокой сложности за четыре месяца.
Глава 6
Использование аппаратных систем ЧПУи перспективы их развития
ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯАППАРАТНЫХ СИСТЕМ ЧПУ
Большинство находящихся в настоящее время в эксплуатации отечественных станков, выполняющих производственную программу, оснащены аппаратными системами ЧПУ. Универсальные токарные станки эксплуатируются с системами Н22, «Гамма-122» (вычислитель Н22 с ЦАП и следящими приводами), а фрезерные станки — с системами НЗЗ-1М, НЗЗ-2М или их многочисленными модификациями.
Система Н22 выполняет практически только третье и четвертое преобразования, а НЗЗ — второе, третье и четвертое. Системы не имеют памяти для хранения управляющих программ и их редактирования, работают с ценой отсчета 0,005—0,01 мм при скорости не более 4,8 м/мин, построены на элементах малой степени интеграции, что соответствует характеристикам систем начала 70-х годов. Однако низкая стоимость, достаточная надежность, простота ремонта и обслуживания и, главное, отсутствие работоспособной замены до сих пор не позволяет отказаться не только от их эксплуатации, но и от их производства.
Высокие для того времени характеристики достигнуты благодаря использованию большого числа оригинальных технических решений [А. с. 741234 (СССР) ]. Незначительные модернизации, проводимые на заводах-потребителях, реализуют запоминание и редактирование программ, что для многих производств делает системы серии Н вполне пригодными и в настоящее время.
Для управления специальными станками широко применяют модификации систем СЦП-5 (А, М, АМВ и т. д.) и системы КСЦ-3, КСЦ-ЗМ. Построенные на устаревшей, но надежной феррит- транзисторной элементной базе эти системы за счет использования большого числа оригинальных решений позволяют до сих пор решать важные производственные задачи, в том числе обеспечивают обработку деталей с длительностью цикла 12——200 ч и более. Кроме того, использование системы КСЦ-ЗМ обеспечило управление шести шпи нде ль ными фрезерными станками, что позволило в 5 раз сократить цикл обработки и во столько же раз увеличить фондоотдачу оборудования.
В 1977—1978 п\ был разработан и изготовлен макет системы «Дельта-122» для обработки деталей высокой сложности на токарных станках. По всем основным характеристикам эта система не уступала лучшим зарубежным системам, а по некоторым характеристикам, например по скоростям подач, циклам, контролю, превосходила их. Система выполняет все четыре преобразования, в том числе запоминание и редактирование программ в адресном режиме, и с помощью дисплея на электронно-лучевой трубке обеспечивает управление обработкой сложных элементов деталей (многозаходных и сбегающих резьб), реализует такие сложные режимы, как стабилизация объема снимаемой в единицу времени стружки, скорости резания и т. д. Система построена на СИС серии К155. Оборудование размещено в шкафу системы НЗЗ.
Система «Дельта-122^ была изготовлена по откорректированной документации в соответствии с требованиями завода-изготовителя (ширина печатных проводников более 2 мм), что резко снизило плотность монтажа и увеличило объем шкафа системы в 2,5 раза по сравнению с макетом. Система практически имеет структуру схожую со структурой, приведенной на рис. 5」，за исключением блоков преобразования координат БПК, блока вспомогательного интерполятора БВИнт. Она успешно работала со станком АТ-220. Систему «Дельта-122» не выпускали серийно, но в процессе ее создания были найдены и практически проверены многие решения, описанные в гл. 3—5.
В 1979-1981 гг. была создана упрощенная система «Дельта-422» класса HNC для токарных станков, обрабатывающих не очень сложные детали в условиях мелкосерийного производства. Система обеспечивает составление программ у станка с помощью мнемопульта, что значительно повышает ее оперативность' и упрощает ручной ввод программы. Несколько таких систем было изготовлено и их успешно использовали для управления различными станками. Так, на заводе «Красный пролетарий» система «Дельта-422» наглядно продемонстрировала преимущества аппаратных систем, обеспечив при управлении особо точным станком МК-6521 следующие характеристики： параметр шероховатости поверхности Rz & 0,08 мкм, отклонение формы менее 0,2 мкм при цене импульса 0,025 мкм.
Систему успешно эксплуатируют, начиная с 1982 г. Однако отсутствие в ней ЭВМ также явилось формальным препятствием к ее серийному производству. При создании и эксплуатации системы «Дельта-422» накоплен большой опыт в реализации режимов автоматической установки адресов и особых режимов работы интерполяторов по оценочной функции. Одним из результатов создания систем «Дельта-122» и «Дельта-422» явилось появление гибридного интерполятора (см. гл. 3), который широко применяют в новых разработках и даже заложен в основу спецБИС. Кроме того, в процессе этих работ сформировался метод геометрических аналогий (МГА). “
Одновременно была выполнена разработка базовой специальной системы «Дельта-386» с числом координат до восьми. Система предназначена для замены морально устаревших систем серии СЦП-5 и КСЦ-ЗМ. Опытные образцы системы успешно эксплуатируются совместно со специальными станками с 1982 г. Эксплуатация этих систем и многообразие управляемого оборудования привели к решению о ее конструктивной переработке с размещением следящей части (ЦАП) и вычислителя (УЦУ) в двух независимых шкафах. При этом был модернизирован интерполятор с целью исключения возможности возникновения неуправляемых перемещений при возникновении неисправностей и блок управления циклами. В этом виде и организовано их серийное производство.
В настоящее время разработано восемь модификаций систем «Дельта-386» для различного оборудования. В системах использованы некоторые оригинальные решения, описанные в гл. 3—5.
В 1978—1979 гг. были созданы устройства, названные блоком формирования дискретных сигналов управления БФДСУ-1 (БФДСУ-1М) для задания программ испытания цифровых приводов. В основе устройства лежит цифровой интерполятор sin q> (см. гл. 4) и интерполятор на ЦДА (см, гл. 3). Альтернативным вариантом было использование ЭВМ М-6000 со специальными блоками сопряжения. Экономический эффект составил более 250 000 р. от использования трех устройств.
Для управления автоматизированными складами разработано и серийно выпускается устройство управления ПУУС-250М1, способное заменить системы АСУ-КША и ПУУС-250М и др. Устройство может управлять складами следующих типов: АШН-250; СА-60; СА-0,1; СА-0,25; СА-0,5; КША-1,0; СТАС и т. д. Экономический эффект от снижения только первоначальных затрат составляет по сравнению с экономическим эффектом от применения ПУУС-250М — 4906 р. на одно устройство, а по сравнению с АСУ-КША — более 20 000 р. Устройство подробно описано в гл. 4.
Для оснащения станков ССП-2-2, предназначенных для сверления отверстий в печатных платах и оснащенных первоначально системой CNC-Ф класса CNC, построенной на двух мини-ЭВМ «Электроника-60», была разработана аппаратная система СП-33, структурная схема которой приведена на рис. 4.45. Станок с системой CNC-Ф практически не использовали; так как максимальная производительность составляла шесть отверстий в минуту. Применение системы СП-33 повысило производительность до 200 отверстий в минуту. Все станки выдержали прогон 200 ч и в настоящее время их успешно эксплуатируют. При этом СП-33 минимум в 4 раза дешевле систем CNC-Ф.
：Во всех случаях аппаратные системы обладали лучшими характеристиками, более низкой стоимостью, надежностью, во много раз превосходящей надежность систем класса CNC или
устройств, построенных с использованием универсальных вычислительных средств. Основные характеристики систем приведены в приложении.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИАППАРАТНЫХ СИСТЕМ ЧПУ
Наиболее важной разработкой является создание агрегатиро- ванной системы ЧПУ, предназначенной для управления станками широкого применения практически всех классов. Структурная схема системы в максимальном комплекте должна соответ- ствовать схеме, приведенной на рис. 5.1, и целиком базируется на методе геометрических аналогий. Первая очередь этих систем была создана на основе СИС серии К155 и БИС — ОЗУ серий 565РУ2А и 537РУЗА. В этом виде система полностью обеспечит внутренний рынок в современных СЧПУ. Система МГА NC—АТ создана на ПО «Красный пролетарий» (рис. 6*1). По основным характеристикам она превосходит систему «Фанук-ОТ».
Одновременно начаты работы по созданию спецБИС для этой системы и других систем на основе метода геометрических аналогий. После перевода ее на спецБИС система достигнет уровня, необходимого для выхода на внешний рынок. Ожидаемая стоимость систем на СИС в 3—5 раз ниже аналогичных систем классов CNC, MPST, а на спецБИС ——в 5—20 раз. В этом случае цена токарной СЧПУ в зависимости от карты заказа будет около 1000—3000 р. (без комплекта датчиков). По сравнению с системами класса CNC экономия только первоначальных затрат составит примерно 10 000 р. на одну систему, т. е. при выпуске 10 000 шт. в год (потребность и планы значительно выше) эффект составит 100 млн. руб. в год. Эффект у потребителя за счет повышения надежности, упрощения эксплуатации, сокращения простоев и реализации новых функций может достигать 20—: 100 млн. руб. в год.
Работу выполняют поэтапно, начиная с токарных СЧПУ, так как более половины станочников в стране — токари, поэтому поднять их производительность наиболее важно.
Пр едпол а га ется создание специальной системы ЧПУ для шестишпиндельных фрезерных станков. Система обеспечит независимое управление шестью шпиндельными головками. Формула системы: (2x6 + 1) координат. Система позволит в 3 раза сократить цикл обработки некоторых корпусных деталей. Ведутся работы по созданию специальной предельной по возможностям ЧПУ системы для токарных станков завода «Красный пролетарий», предназначенных для алмазного точения с получением параметра шероховатости поверхности Rz < 0,025 мкм. Система должна работать при цене импульса 10"1—10~3 мкм.
Рассматривается вопрос о создании специальных систем для многошпиндельных токарных станков типа «Булларт» и многосуппортных токарных станков.
Рн& 6.L Система МГА NC-AT
СОЗДАНИЕ СПЕЦБИС ДЛЯ АППАРАТНЫХ СИСТЕМ ЧПУ — ОЧЕРЕДНОЙ ЭТАП ИХ РАЗВИТИЯ '
'В настоящее время основными потребителями дискретных микросхем являются производители универсальных средств вычислительной техники. Но универсальные вычислительные средства представляют собой фактически машину Неймана, структура которой практически не менялась со времени ее создания, т. е. с 50-х годов.. Все успехи универсальной вычислительной техники за последние 40 лет — это успехи развития комплектующих, а не новых принципов. Но новая комплектация создавалась для эффективной реализации консервативной структуры машины Неймана, что подтвердило и появление универсальных микропроцессорных наборов. Использование такой элементной базы для специальных устройств таких, как СЧПУ, приводит к аппаратной избыточности 102—105 раз в расчете на число элементов (инверторов, транзисторов). Это справедливо не только для ЧПУ [10].
Разработка спецБИС для аппаратных СЧПУ означает уменьшение их физических объемов от 10—40 до 1-—3 печатных плат с соответствующим снижением стоимости. Появится реальная возможность сократить стоимость одной управляемой координаты до 100—500 р., вместо 5000—10 000 р. в системах класса CNC, MPST на универсальных БИС.
Следует заметить, что при совершенствовании самих универсальных вычислительных средств постепенно переходят от структуры машины Неймана к аппаратным структурам параллельной обработки данных [2, 13 ].
Выбор архитектуры и состава набора спецБИС для СЧПУ —— объект самостоятельных исследований. При этом возможны три основных пути.
Первый путь заключается в создании минимума спецБИС, обладающих некоторой избыточностью и позволяющих реализовывать основные блоки системы, приведенной на рис. 5.1. Такой путь может оказаться экономически наиболее целесообразным. На рис. 6.2 изображен вариант структуры одного такого спецБИС. Он позволяет реализовать практически все виды интерполяторов, блоков вычисления поправок и т. д. и может даже использоваться в ЦАП.
Второй ——прямая реализация блоков системы (см. рис. 5.1). В этом случае номенклатура спецБИС будет довольно широка (табл. 6.1), затраты средств и времени на их разработку значительны, но СЧПУ, построенные на таких БИС, будут иметь минимальный физический объем и транзисторов в 1,5——2 раза меньше, чем в аналогичной системе на СИС и ИС.
Третий путь заключается в создании набора решающих элементов (полуБИС) необходимой разрядности и быстродействия для реализации основных блоков аппаратных СЧПУ. Этому пути соответствует технология базовых матричных кристаллов (БМК).
6.1. Состав набора спецБИС для СЧПУ
Наименование функции
Устройство ЧПУ
Оборудование
БИС задания скорости подачи в мм/мин, мм/об
Линейио-круговой интерполятор с возможностью нарезанияконических
резьб
БИС управления частотой, мин-1, и скоростью вращения шпинделя, м/мии
БИС решающих узлов многокоординатных линей^ ных интерполяторов
БИС преобразования сигналов датчика
БИС ЦАП подачи
БИС вычисления эквидистантных поправок
БИС коррекции винта, зазора и абсолютного отсчета
БИС дешифрирования вводимой информации
БИС аппаратных циклов с оптимизацией резаиия БИС мнемопульта
БИС пульта ISO
БИС дешифратора ISO
БИС позиционера
БИС контроллера，
Всех классов, где используются режимы задания подачи в мм/мин, мм/об ' Для токарной и токарнофрезерной обработки
Для токарной обработки, для фрезерной обработки с бесступенчатым регулированием частотой вращения шпинделя
С преобразованием координат, миогокоординатные и специальные УЧПУ, блоки коррекции геометрических погрешностей, специальные виды интерполяции
Всех типов с фазовыми фотоэлектрическими датш-А ками
Всех типов
Всех типов с коррекцией • радиуса резца
Всех типов
То же
Для токарных станков Всех типов
То же
Токарные, фрезерные, специальные станки
Токарные, много- суппортные, многошпиндельные и другие станки Станки токарной ифрезерной
группы
Специальные станки, многокоординатные станки, намоточные станки и т. д.
Станки всех типов
Станки всех типов То же
»
СпецБИС являются необходимой предпосылкой для создания технологи чески х машин третьего класса, т. е. роторных и роторноконвейерных линий с программным управлением.-
СОЗДАНИЕ СИСТЕМ ЧПУ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХМАШИН ТРЕТЬЕГО КЛАССА
Важнейшим фактором, определяющим эффективность использования систем управления, является развитие самих технологических машин, прежде всего в направлении увеличения числа одновременно работающих инструментов. Переход от одношпиндельных к шестишпиндельным станкам повышает их эффектив- 232
Рис, 6.2, Вариант структуры базового спецБИС
ность в 3—5 раз. Поскольку наибольшим числом одновременно работающих инструментов обладают роторные и роторно-конвейерные линии, то и СЧПУ для их управления будут наиболее эффективны.
При управлении станком с одним инструментом из множества функций, реализуемых СЧПУ, в каждый момент времени исполь- зуется только одна, а остальные простаивают. При управлении машинами третьего класса каждый инструмент реализует только один проход, хотя и с изменяемыми параметрами и его мини- СЧПУ может реализовать и непрерывно реализует только одну эту функцию, поэтому ее стоимость низкая, а загрузка близка к 100 %. Отсюда и высокая окупаемость.
Для технологи чески х процессов третьего класса характерно поверхностное взаимодействие (штамповка, прессование, ковка). Многономенклатур ность р отор ной линии определяется чи сл ом позиций рабочего ротора и поэтому напрямую связана с производительностью машины, в роторно-конвейерной машине число выпускаемых типов изделий определяется числом позиций в цепи инструментов и не связано с производительностью машины. Но для технологических процессов первого класса (токарйая, фрезерная и т. п. обработка) отделить конструктивно привод от инструмента затруднительно, и роторно-конвейерная машина теряет свойство независимости числа производимых типов от заданной производительности. Программное управление инструментами таких роторов обеспечивает эту возможность и для технологических процессов первого класса.
Таким образом, возникает принципиальная возможность создать линию, например для токарной обработки, с числом типов установов заготовок, определяемых числом позиций инструмен-
таЛьной цепи и с неограниченным числом вариантов размерной обработки. То есть такая линия сможет производить неограниченную номенклатуру деталей из ограниченного числа типов заготовок, например 60——200 типов с заданной й эйономическй необходимой производительностью 20—1000 шт/мин. Следовательно одна лнння высвобождает до 500 человек и важность создания такого оборудования не вызывает сомнений.
Для практической реализации такой машины помимо создания дешевых и надежных управляющих спецБИС необходимо решить еще задачи передачи информации во вращающиеся узлы (роторы) линий и создания специализированных управляемых (следящих) электромеханизмов, которые можно встраивать в токарные блоки роторных машин. Эти блоки должны обладать надежностью, компактностью, низкой стоимостью, долговечностью, а по другим характеристикам существенно отличаться от приводов станков с ЧПУ в меньшую сторону, так как высокая производительность машин третьего класса определяется их структурой, а не использованием предельных режимов- обработки, скоростей вспомогательных ходов, временем реверса и т. д.
Решение этих проблем позволит поднять производительность в средне- и мелкосерийном производстве до уровня крупносерийного и массового* Попытка же комплексной автоматизации таких производств на основе машин первого класса ничего, кроме экономического ущерба, принести не может [4 ].
Заключение
Аппаратные системы остаются важнейшим средством операционной механизации. Существующие и ожидаемые характеристики, в том числе экономические показатели аппаратных СЧПУ, созданных на основе метода геометрических аналогий, превосходят аналогичные показатели СЧПУ классов CNC, MPST. Элементная база аппаратных СЧПУ на основе МГА позволит обеспечить внутренний рынок надежными и эффективными СЧПУ и отказаться от импортных систем.
Создание спецБИС для аппаратных СЧПУ на основе МГА позволит выйти на внешние рынки, в кратчайшие сроки создавать уникальные и надежные комплексы для управления специальным технологическим оборудованием. СпецБИС являются не- -обходимым условием для разработки роторных и роторно-конвейерных линий с ЧПУ, т. е. машин, объединяющих производительность линий массового производства и гибкость универсального оборудования.
Ожидаемый годовой эффект от внедрения аппаратных СЧПУ только за счет сокращения первоначальных затрат составит более 100 млн. руб.
Затраты средств и времени на разработку аппаратных СЧПУ значительно меньше, чем затраты на разработку СЧПУ классов CNC, MPST.
Обслуживание и эксплуатация аппаратных СЧПУ значительно проще и дешевле. Они не требуют сложной аппаратуры поддержки и, следовательно, централизованного ремонта методом замены плат. Для их ремонта достаточно простейшего логического пробника размером с авторучку и иногда осциллографа. вРем^Д * становления и число отказов аппаратных систем значительно меньше, чем систем классов CNC, MPST.
Приложения
.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВ
ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЭКВИДИСТАНТНЫХ ПОПРАВОК
Структура
Время расчета поправок %
U H9 §*н^
"卢 h h V
d 落
虹 賦 办
3 s
E
I
仔 嘘
е ° § J蓊
4.3
ЛИ+ЗСч
Агф/и
69
4860
ЦДА, R
4.4
ЛИ+ЗСч
Агф/и
81
5760
ИДА, R
4.5
ЛИ+ЗСч
(Агф/и) 4
—
—
Глад-
4.6
ЛИ+КИ
R/(u 匕② + Дгф/v
107
8968
кая
ЛИ-ЦДА, КИ—ОФ
4.8
■ ЛИ+КИ
R/(o K2)+ 2Дгф/и
95
7708
ЛИ-ЦДА, КИ—ОФ
4.9
ЛИ+КИ
2Агф/(。Г2)
90
5454
ЛИ-ЦДА, КИ—ОФ
4.13
КИ+КИ
(Дгф/Г2>
57
4860
КИ-ЦДА
4.14
КИ+КИ
R/(。Н) .
81
6390
КИ—ЦДА
4.16
КИ+КИ
R/(»)+ Агф/“)
93
6890
КИ—ЦДА
4.18
лки
R/(o 忆)+ 2Агф/о
78
5268
ЛКИ—ЦДА
4.19
4Сч
0
120
7180
Лома-
R
на я
Примечание, и — максимальная зуемого типа.
скорость интерполятора исполь-
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТНЫХ СЧПУ
Параметр
Тип интерполятора
лки
лки
ЛИ
ЛКИ
Дискретность, мкм
1
1
1, ю,
1 .
20
Максимальная частота выхода, кГц
200
500
100
100
500
Максимальная скорость подачи, м/мин
12
30
20
6
30 (75)
Наличие резьбы вдоль оси X или Z
+
+
，--
—
+
Возможность нарезания резьбы всех типов
+
—
+
Задание скорости подачи
一；+； +
一；+； +
+ ；-；
+;
一；+； +
G93 (1/Т); G94 (мм/мин);
G95 (мм/об)
Число координат
2+1
2+1
6(9)
3
2+1
Циклы специальные
+
+
+
+ '
+
Циклы смещения контура
+
+
—
—
Автопрограммирование
—
—
—
Емкость ОЗУ программы, байт
4К
IK.
5—16К
8K
Два по
4К
Редактирование
+
、+
+
+
+
Дисплей
ЭЛТ
Ин
Ин
Ин
ЭЛТ
Совмещение обработки и ввода УП
—
一.
+
Коррекции режимов
+
+
+
Коррекции инструмента
+
+
+.
Коррекции механики
—
+
Число корпусов ИС и СИС
4 200
1 071
1 225
450
1 400
Число транзисторов без учета ОЗУ и ЦАП
173 400
65 000
56 500
23 400
95 860
3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕРПОЛЯТОРОВ ПРИ ЧИСЛЕ ДВОИЧНЫХ РАЗРЯДОВ п= 24
Принцип
勺 (max)
Число корпусов СИС н ИС серии К155 прн числе координат
Вид реализуемых функций
1
2
3
4
5
6
3.4, а
224
18
36
54
32
90
108
2520
ЛИ
3.4,6
24 • 2%
14
28
42
56
70
84
2020
ли
2.2%
24
48
60
72
84
96
3960
ки, ли
ЦДА
224
—
72
—
—
6080
кн, ли
8
—
84
—
—
—
6240
ли, ки
Принцип
勺 (max)
Число корпусов СИС и ИС серии К155 при числе координат
||3
Вид реализуемых функций
1
2
3
4
5
6
3.9
3.10
2
92
24
—
—
一
7040
1860
ли, ки, РН2 РН2
3.13
3.14
3.16
Оценочная функция
1
<1
1
——
48
48
48
96
96
144
144
192
192
240
240
重08
3108
3348
ЛИ ЛИ ли, ки, РН1
3.19
Гибридный
1
—
49
——
—
——
—
3188
ЛИ, ки, РН2 .
Примечание. ЛИ, КИ — линейная и круговая интерполяция соответствеиио; PHI, РН2 — резьбонарезание по одной или двум координатам соответственно.
Продол жение табл. 3
4. СХЕМЫ БЛОКОВ, ВХОДЯЩИХ В СХЕМУАВТОМАТИЗИРОВАННОГО СКЛАДА (см. рис. 4.52, а)
Схема сравнения
о
„Захват S ноне
Окончание перемещения по двдм ttgp®tin6EQM
Дешифратор нуля
“
О
И
Пуск Ми*вни 貝夕碑竺 llgiN инн/iu“Взять二 Пдск цикаа /(таки哗
НЕ
Лолотить
И
И
例万龙切的mG1c
ДВи>не»ие 夕 моль
匆s “ Взвть “ 一 口g刑愚 &ш 口 〃駆勿， 倒切4"〃w “ 〃勿碉"及
Схемы управления циклом «Положить»
Взять
ПУ
Пусн
J
匚
Схема управления циклами «Взять» и «Положить»
Пуск
ЛЧ
马
z〃
g“g
夕
ДОСу^ 加力 AUCzn 入位z" 4%夕z
Ж
С
ИЛИ
И
佑， nt 勿万外行留mlgzllfzl
движение 9 положение 品з груза
Прямое ВВижвнив 〃〃 ноордимагле Z А8и阳вние « 仃口иих(внив 夕 грузом
一次％еу 勿* 08а*енив т ло лоординате /*
И
Схема цикла «Взять груз»
R6
4
~Y8m. К
Пусн лрямо- а голода
Пуск ооратшзго xQda
Опоганив qux/j口
AGU卅ERUE夕ПШЮ貝&ШЕ С勿"竺
#匕产
Прамве 08mHetше 〃q ни叩Wiam£ 2
Движение 夕 nsu>HE*i/e 庞з 移吗
5хиби
Odpam/fae @8им<*ие ло Koop&ut/ame Z
И
,/(онец &инт. Положить “
Схема цикла <Положить груз»
Схема выбора направлений
От ПУ счет-
urn psffspctjff- от Um ра 方з 駅 но?。 счетчи- регистров
cqemquttQ нов- 6* 7
3 делителей
*5
Схема блока сопровождающей индикации
Список литературы
Байков В. Д・,Смолов В. Б. Специализированные процессоры: итерационные алгоритмы и структуры. М.: Радио и связь, 1985. 218 с.
Брод У. Д. Проектирование компьютера: Новый подход//Америка, 1986. Январь. № 350. С. 44.
Васильев В. В., Мезилкин И, Г., Плотников А. В. Устройство ЧПУ широкого применений на основе микропроцессора//Приборы и системы управления. 1978. № И. С. 8—9.
Волчкевич Л. И. Автоматизация и роботы//Новое время. 1986. № 27. С. 17—19.
Воронов А. А. Цифровые аналоги для систем автоматического управления. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 120 с.,
Головенков С. Н・，Сироткин С. В. Основы автоматики и автоматического регулирования станков с программным управлением. М.: Машиностроение, 1980. 142 с.
Дригваль Г. П. Цифровые дифференциальные анализаторы. М.: Советское радио, 1970. 456 с.
Зусман В. Гм Розииов А. Г. Основные предпосылки создания единой системы кодирования//Интерполяторы для контурных систем числового управления станками. М.: Машиностроение, 1970. С. 9, 10—12.
Зусмаи В. Г., Розинов А. Г*, Тихомиров Э. Л. Числовое управление станками в условиях автоматизированного производства//Системы числового программного управления и перспективы их развития. М.: Машиностроение, 1975. С. 44. •
Ке前ннс Р. П. Проблемы проектирования и производства сверхбольших интегральных схем//Электроника. 1978. Т. 51. № 24. С. 29—51.
Киселев В. М. Фазовые системы числового программного управления станками. М.: Машиностроение, 1976. 352 с.
Кошкин Л. Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. М.: Машиностроение, 1982. 350 с.
Крылов А. В. Микропроцессоры в вычислительных системах//Техника и вооружение. 1986. № 11. С. 24—25.
Кузнецов С. П. Линейный интерполятор ИЛ-2//Способы подготовки про- грамм и интерполяторы для контурных систем числового управления станками. М.: Машиностроение, 1970. С. 71 —76.
Левин А. А. Алгоритм сложного формообразования для систем ЧПУ на основе ЭВМ//Системы числового программного управления и перспективы их развития. М.: Машиностроение, 1975. С. 18—20.
Левин Б. Км Мальчик А. Ю. Методы автоматического расчета эквиди- станты//Способы подготовки программ и интерполяторы для контурных систем числового управления станками. М.: Машиностроение, 1970. С. 130—133.
Никитенко В. Д. Подготовка программ для станков с программным управлением. М.: Машиностроение, 1973. 240 с.
Прангкшвили И. В. Микропроцессоры и локальные сети микроЭВМ в распределительных системах управления. М.: Энергоатомиздат, 1985. 232 с.
Сосоикии В. Л. Программное управление станками. М.: Машиностроение, 1981. 330 с.
Фет Я. И. Параллельные процессоры для управляющих систем. М.: Энергоатомиздат, 1981. 152 с.
Чубуков А. С. Системы ЧПУ для гибких производственных модулей// Автомобильная промышленность США. 1985. № 8. С. 44—49.
Оглавление
Предисловие■ 3
Введение 4
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ СИСТЕМ ЧПУ. .7
Задачи, эффективно решаемые оборудованием с ЧПУ 7
Процесс изготовления деталей на станках с ЧПУ 9
Функции, выполняемые системами ЧПУ 11
Основные тенденции развития функций систем ЧПУ 12
Многообразие систем ЧПУ 14
Этапы преобразования информации в современных системах ЧПУ .16
Основные способы построения систем ЧПУ 19
Диалектическая необходимость' создания СЧПУ иа основе специального оборудования 22
Г л а в а 2. МЕТОД ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ АНАЛОГИЙ 26
Функциональная однородность вычислений первых трех этапов преобразования информации в системах ЧПУ 26
Решение задач первого преобразования информации методом геометрических аналогий 30
Решение задач второго преобразования, информации методом геометрических аналогий 31
Цифровые моделилинейки 33
Цифровая модельугольника 34
Цифровые модели циркуля '34
Цифровые моделитранспортира 36
Глава 3. АППАРАТНЫЕ РЕАЛИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕН- ТАРНЫХ ФУНКЦИЙ СИСТЕМЧПУ 41
Общие требования, предъявляемые к блокам, и критерии их совершенства 41
3：2. Интерполяция по принципу ЦДА 42
Обеспечение минимального значения коэффициента превышения
частоты в интерполяторах на ЦДА . 50
Интерполяция по оценочной функции 58
Задание режимов в СЧПУ*72
、Глава 4. РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ФУНКЦИЙ В АППАРАТНЫХ СИСТЕМАХ ЧПУ 87
Требования к устройствам для реализации комплексных функций и их характеристики 87
Решение задачи коррекции эквидистанты 87
Интерполяция специальных функций 117
Вычисление моментов торможения 126
Резьбонарезание с разгоном и торможением 158
Решение задачи автоматического программирования 168
Обеспечение максимальной производительности 185
Вычисление координат недостающих точек 191
Преобразование координат и уменьшение отклонения от перпендикулярности осей 192
Линейный интерполятор в полярных координатах 195
Круговой - интерполятор в полярных координатах 198
Безэквидистантное программирование 201
Глава 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУР АППАРАТНЫХ СИСТЕМ ЧПУ:
Обобщенная структура системы ЧПУ пятого поколения
Система ЧПУ как совокупность асинхронных автоматов
Принцип построения систем ЧПУ с программно-изменяемой логикой
Определение структуры конкретной системы ЧПУ по сложнейшей функции
Примеры структур аппаратных систем ЧПУ
Некоторые аспекты обеспечения надежности систем ЧПУ...，
Глава 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АППАРАТНЫХ СИСТЕМ ЧПУ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ ..
6.1. Опыт разработки и внедрения аппаратных систем ЧПУ
6.2. Перспективные разработки аппаратных систем ЧПУ
63 Создание спецБИС для аппаратных систем ЧПУ — очередной этап их развития
203203209210211212219226226229231232234236243203203209210211212219226226229231232234236243аключениеаключение• р♦ у• т• ар я е и т и и е л ж к о о л с и и рп зпс• р♦ у• т• ар я е и т и и е л ж к о о л с и и рп зпс6.4. Создание систем ЧПУ для технологических машин третьего класса
203
203
209
210
211
212
219
226
226
229
231
232
234
236
243
203
203
209
210
211
212
219
226
226
229
231
232
234
236
243
аключение
аключение
• р
♦ у
• т
• а
р я е и т и и е л ж к о о л с и и рп зпс
• р
♦ у
• т
• а
р я е и т и и е л ж к о о л с и и рп зпс
3 В. Л. Кошкин
ББК 34.630.2-5
К76
УДК [681.335.87.004.14 : 681.513] : 621.9.06
Рецензент канд. техн, наук Г. В. Маринин
Кошкин В. Л.
К76 Аппаратные системы числового программного управления.—М.: Машиностроение, 1989. — 248 с.: ил.
ISBN 5-217-00447-9
Дан анализ развития функций н структур систем ЧПУ. Приведен метод геометрических аналогий, использование крторого позволяет с помощью цифровых моделей циркуля, лннейкн, угольника и транспортира, т. е. проблемно ориентированных геометрических процессоров, в основе которых лежат интерполяторы, реализовать любые функции современных СЧПУ. Показано, что при этом снижается объем электронного оборудования в 103—105 рад, обеспечиваются высокое быстродействие и наивысшая точность описания траектории. Дано описание быстродействующих интерполяторов и схем, реализующих практически все комплексные функции СЧПУ. Приведены структурные схемы СЧПУ и перспективы нх развития.
Для широкого круга специалистов, занимающихся разработкой и эксплуатацией СЧПУ, будет полезна студентам вузов.
ББК 34.630.2-5ББК 34.630.2-52402010000—026
ББК 34.630.2-5
ББК 34.630.2-5
К 038 (01)- 89 26—89
ISBN 5-217-00447-9© Издательство «Машиностроение», 1989