7 - 2000

Системы ЧПУ SINUMERIK 810D/840D: аппаратные и технологические возможности

Аппаратные характеристики

Технологические возможности

Заключение

Фирма Siemens является одним из ведущих производителей систем ЧПУ, занимая по объему продаж первое место в Европе и второе в мире. Эти показатели были достигнуты благодаря не только знаменитому немецкому качеству, но и аппаратным и технологическим возможностям систем управления.

Сегодня фирма Siemens предлагает две группы УЧПУ:

  • Семейство SINUMERIK 802C, 802S, 802D, которое ориентировано на применение в простых токарных и фрезерных станках. Эти УЧПУ ограничены по количеству осей и имеют оптимальные функциональные возможности, соответствующие их назначению.
  • Семейство SINUMERIK 810D, 840D. SINUMERIK 810D — для станков с небольшими рабочими усилиями. SINUMERIK 840D — наиболее распространенное базовое модульное УЧПУ для широкого круга станков и технологических задач.

Данная статья посвящена обзору аппаратных и технологических возможностей УЧПУ SINUMERIK 810D, 840D.

В начало В начало

Аппаратные характеристики

Современные УЧПУ фирмы Siemens можно сравнить с детским конструктором: в зависимости от потребности из аппаратных и программных частей можно собрать систему для выполнения разных задач.

УЧПУ SINUMERIK 810D, 840D представляют собой интегрированные мультипроцессорные системы, в которых нельзя выделить ЧПУ и приводы в самостоятельные устройства.

Рассмотрим основные составные части.

Процессорный модуль ЧПУ

ЧПУ SINUMERIK имеют линейку процессорных модулей, которые называются либо CCU (Сompact Сontrol Unit) для 810D типа CCU1 и CCU2, либо NCU (Numerical Control Unit) для 840D с типами от 571.2 до 573.2. Основные аппаратные характеристики процессоров ЧПУ приведены в таблице.

Пульт оператора

Пульт оператора состоит из следующих частей:

  • ММС-процессора (Human Machine Communication). Он представляет собой персональный компьютер ММС100.2 (Intel 486, MS-DOS) или ММС103 (Intel Pentium, Windows 95);
  • дисплея, который может быть цветным или монохромным (10,4" TFT плоский экран).

Кроме того, пульт может быть оснащен полноразмерной клавиатурой, дисководом, адаптером подключения к сети Ethernet. Весь интерфейс полностью русифицирован.

На ММС-процессоры можно установить дополнительное программное обеспечение собственно фирмы Siemens (например, ShopMill — для экспресс-подготовки управляющих программ на рабочем месте, SINTDI — для управления инструментом, WinBDE — для сбора и анализа информации о работе станка) или третьих фирм. Тенденции развития таковы: в скором времени появятся 12-15-дюймовые дисплеи, а также возникнет возможность установки на ММС-процессоры CAD/CAM-систем. Это позволит произвести объединение рабочих мест проектировщика (конструктора-технолога) и станочника-оператора.

Процессорный модуль ЧПУ

ЧПУ SINUMERIK имеют линейку процессорных модулей, которые называются CCU (Compact Control Unit) для 810D типа CCU1 и CCU2 и NCU (Numerical Control Unit) для 840D с типами от 571.2 до 573.2. Основные аппаратные характеристики процессоров ЧПУ приведены в таблице.

Цифровые приводы

В системах ЧПУ SINUMERIK 810D, 840D используются приводы (D — digital), в которых сигнал от ЧПУ передается по специальной цифровой шине. В каждом модуле привода имеется процессор, который выполняет задачи по управлению приводом и разгружает центральный процессор ЧПУ для других целей.

Основными достоинствами цифровых приводов являются:

  • минимальное приводное время (время, через которое производится контроль положения) — 0,125 мс;
  • высокая разрешающая способность — 4,2 млн. импульсов на один оборот двигателя;
  • большой диапазон регулирования скорости (примерно в 50 раз больше по сравнению с аналоговыми приводами);
  • высокие динамические характеристики.

Цифровое управление приводами позволяет повысить производительность станка и улучшить качество детали. Кроме того, улучшаются сервисные возможности:

  • настройка привода через параметры, вводимые через ММС-процессор (без традиционных вольтметров и осциллографов, необходимых для настройки аналоговых приводов);
  • автоматическая оптимизация приводов, позволяющая более точно и быстро адаптировать приводы к механике станка;
  • представление информации о состоянии привода (температура, нагрузка и т.д.).

Применение возможностей цифровых приводов позволяет поднять уровень технологических функций, используемых в УЧПУ.

В начало В начало

Технологические возможности

В нашей статье, опубликованной в журнале «САПР и графика» №3’2000, мы сделали краткий обзор технологических возможностей УЧПУ SINUMERIK 840D. Полное описание технологических функций (и языка программирования) для этих УЧПУ занимает несколько томов документации и, естественно, не может быть приведено в рамках статьи.

Хотя последние годы язык программирования для УЧПУ претерпел серьезные изменения, однако багаж старых знаний не стоит отбрасывать. Большинство программ, написанных для старых моделей УЧПУ, работают и с новыми моделями при минимальных переделках. Имеющиеся сегодня возможности позволяют говорить о действительном программировании, а не о кодировании перемещений, как это было раньше. Мнемоника команд стала более ясной и читабельной. Базовый набор технологических функций УЧПУ позволяет использовать его с широкой гаммой станков (токарные, фрезерные, шлифовальные и т.п. станки и обрабатывающие центры). Целый ряд высокоуровневых функций обеспечивает такие возможности, о которых раньше технолог мог только мечтать.

Остановимся на некоторых наиболее интересных из них.

Сплайны и полиномы

Эти функции позволяют создавать плавные непрерывные кривые (рис. 1). В системе возможно использование трех видов сплайнов (А, В, С) и кривых, заданных с помощью полиномов третьего порядка. Главное назначение сплайнов — быть интерфейсом между CAD/CAM-системами и УЧПУ. Основная область применения — производство штампов и пресс-форм. Использование сплайнов в обработке позволяет сократить управляющую программу, улучшить динамику движения приводов, повысить качество обрабатываемых поверхностей, отказаться от ручной доводки пресс-форм.

Изменение величины подачи по заданному закону в пределах одного кадра

Данная функция позволяет адаптировать величину подачи к режимам резания (например, изменять подачу при сверлении отверстия). Закон изменения определяется тремя способами: FLIN — линейное изменение (рис. 2), FCUB — по плавной кривой, FPO — по закону, заданному с помощью полинома.

Автоматическое предотвращение зарезов

Возможность обработки «узких мест» (карманов, пазов и т.п.) зависит от диаметра инструмента. При использовании опции Look Ahead происходит опережающий просмотр программы (до 1000 кадров; рис. 3), Система позволяет автоматически отслеживать подобные ситуации и предотвращать зарезы.

Преобразование рабочей системы координат в пространстве

Базовый набор команд (концепция FRAME) позволяет производить с рабочей системой координат следующие преобразования: TRANS — линейный сдвиг; ROT — наклон в заданной плоскости или вращение всей плоскости обработки; MIRROR — зеркальное отображение заданных осей, SCALE — масштабирование вводимых размеров (рис. 4). Используя эти возможности, можно исключить пересчет координат и задавать размеры прямо с исходного чертежа.

Ориентация инструмента относительно плоскости обработки

При наличии на станке поворотной инструментальной головы при условии 2,5D-обработки значительно упрощается обработка наклонных поверхностей. После задания соответствующей команды ориентации инструмента к плоскости обработки все дальнейшие действия по программированию перемещений производятся так, словно продолжается работа в стандартной системе координат (рис. 5).

Ориентация инструмента относительно криволинейных поверхностей

Эта возможность позволяет отказаться от суррогатных решений при пятиосевой обработке криволинейных поверхностей в производстве штампов и пресс-форм (формирование траектории движения с помощью САМ-систем одновременным заданием в кадре пяти осей; рис. 6). Необходимыми условиями использования данной возможности является наличие на станке двухосевой поворотной инструментальной головы и установка дополнительного пятиосевого пакета. Дополнительно к ориентации инструмента это обеспечит компенсацию длины и радиуса в объеме, ориентированный отвод в пространстве в случае поломки. Наиболее перспективно использование этих возможностей в цепочке из CAD/CAM-систем.

Специальные функции для токарно-фрезерных станков

При выполнении фрезерных операций на телах вращения, необходимо совмещать движения линейных и круговых осей. Для упрощения этих действий введены специальные функции TRANSMIT и TRACYL, которые позволяют свести работу программиста к работе на плоскости (рис. 7). Необходимое перемещение круговой оси система формирует автоматически.

Задание запрещенных для перемещения зон на станке

Отдельные зоны на станке можно объявить запретными (рис. 8). Конфигурация таких зон может быть произвольной. В этом случае система автоматически отслеживает возможность попадания в эти зоны и блокирует указанные ситуации (например, защита зоны патрона на токарном станке).

Создание программных конструкций, аналогичных языкам высокого уровня

Язык программирования для УЧПУ содержит много элементов из языков программирования высокого уровня (больше всего он напоминает Паскаль). Программист может создавать переменные различных типов, использовать команды условных и безусловных переходов, арифметические и логические операции, циклы, выполняемые по условиям (WHILE — ENDWHILE; REPEAT — UNTIL; FOR — ENDFOR). Система предоставляет доступ к внутренним переменным (например, к текущей памяти положения, к значениям остатков пути внутри кадра и т.д.).

Имея эти возможности, можно создавать программы, построенные по принципу групповой технологии (для ввода новой детали необходимо просто заполнить таблицу внутри программы) и существенно облегчающие работу оператора (простой запуск с промежуточного инструмента или технологического перехода). Для пользователей, знакомых хотя бы с основами программирования, освоение языка не составит проблем.

Вызов внешних подпрограмм при возникновении аварийных ситуаций

В случае возникновения нештатных ситуаций (например, при поломке инструмента) автоматически может быть вызвана специальная подпрограмма, внутри которой организуются все необходимые действия по устранению ситуации. Возврат на контур обработки производится одной командой, при этом можно вернуться в любую точку прерванного кадра.

В начало В начало

Заключение

Фирма Siemens выпускает системы управления уже более 20 лет. В годовую программу входит около 18 тыс. УЧПУ, 180 тыс. двигателей подач, 22 тыс. двигателей главного движения. Многие западные, а теперь и российские станкостроители выбирают эти системы управления в качестве базовой комплектации для выпускаемого оборудования.

Принимая решение о выборе системы управления для нового станка или модернизации существующего, вы можете быть уверены, что мировой лидер — фирма Siemens — обеспечит вам длительную и надежную работу электроники, высокие аппаратные характеристики, широкий спектр технологических возможностей, сервисное обслуживание, обучение персонала в специализированных центрах.

Более подробную информацию об УЧПУ SINUMERIK, о предлагаемых услугах можно получить у сотрудников московского представительства фирмы Siemens, а также у специалистов фирмы «СИТЕК» — официального партнера и сервисного центра фирмы Siemens.

«САПР и графика» 7'2000