К СЧПУ относят средства, участвую­щие в выработке по заданной программе управляющих воздействий на исполни­тельные органы станка и другие механиз­мы, средства внесения и управляющее воздействие внешних и адаптивных по­правок, а также средства диагностики и контроля работоспособности СЧПУ и станка при изготовлении детали. СЧПУ станком должна включать: технические средства; программное обеспечение (для программируемых СЧПУ); эксплуата­
ционную документацию.

К техническим средствам СЧПУ отно­сятся:

Вычислительно-логическая часть (включая запоминающие устройства раз­личного типа для программируемых си­стем) ;

Средства формирования воздействий на исполнительные органы станка (при­воды подач и главного движения, испол­нительные аппараты электроавтоматики и др.);

Средства связи с источниками инфор­мации о состоянии управляемого объекта (измерительными преобразователями раз­личных видов, устройствами контроля, адаптации, диагностики и др.);

Средства, обеспечивающие взаимо­действие с внешними системами и пери­ферийными устройствами (каналы связи с ЭВМ высшего ранга и др.).

Технические средства, входящие в состав СЧПУ, обычно конструктивно оформляются в виде автономного уст­ройства — УЧПУ.

Основными классификационными при­знаками СЧПУ являются уровень слож­ности управляемого оборудования и числа осей, связанных решением единой интерполяционной задачи во времени. По этому признаку СЧПУ станками под­разделяют на следующие группы:

СЧПУ с прямоугольным формообра­зованием по одной оси координат;

СЧПУ с контурным формообразова­нием при ограниченном составе функций по двум или трем осям координат (инфор­мационным каналам);

СЧПУ с расширенными функциональ­ными возможностями для оснащения многоцелевых станков и станков со слож­ным объемным формообразованием по четырем-пяти осям координат (информа­ционным каналам);

СЧПУ с расширенными функциональ­ными возможностями, включая специаль­ные задачи управления, для оснащения тяжелых и уникальных станков и ста­ночных модулей по 10—12 осям коорди­нат (информационным каналам).

Сложность структуры СЧПУ опреде­ляется по информационным признакам и оценивается числом и характером информационных каналов, используе­мых при работе системы. В связи с тем, что информационное назначение уст­ройств и их элементов, входящих в СЧПУ, различно, их относят к различным иерархическим рангам. Обычно СЧПУ станками имеет двух - или трехранговую структуру, обеспечивая при этом выходы на более высокие ранги для работы в качестве компонентов ГПС, автомати­зированных линий, участков и других производственных комплексов.

В структуре системы (рис. 2.13) уровни различных рангов связаны между собой информационными каналами. В обозначении канала (буква Р) обычно используют двойную индексацию: первая цифра нижнего индекса указывает ранг, на котором канал формируется, вторая цифра нижнего индекса — ранг, на кото­ром канал замыкается; верхний индекс (римские цифры) означает номер канала. Например, обозначение Р'з показывает, что информационный поток, соответст­вующий второму каналу (верхний ин­декс II), формируется на уровне 1-го ран­га (первая цифра нижнего индекса), т. е. датчиками станка, и замыкается на устройстве, соответствующем уровню 3-го ранга (вторая цифра нижнего ин­декса),—на УЧПУ (рис. 2.13, а).

При структурно-информационном анализе СЧПУ принято следующее рас­пределение уровней и информационных каналов.

Уровень 0-го ранга — это совокуп­ность таких факторов, как температура, качество материалов, данные контроль­но-измерительной аппаратуры и др.

Уровень 1-го ранга — это преобразо­ватели, формирующие информацию кана­лов: Р1 — по положению исполнитель­ных органов станка; — по технологи­ческим и размерным параметрам, харак­теризующим состояние системы СПИД (станок — приспособление — инстру­мент — деталь); P'v — по параметрам возмущений, вносимых в систему СПИД; PV — по точности детали, обрабатывае­мой на станке; Я У" — по замене приспо­соблений, инструмента и готовности стан­ка; рУ111 — по наблюдению за правиль­ным ходом процесса резания и регистра­ции возникающих неполадок, а также выработке способов их устранения.

Уровень 2-го ранга — это совокуп­ность исполнительных регулируемых при­водов и исполнительных механизмов станка — основных (осуществляющих программное перемещение исполнитель­ных органов), вспомогательных (выпол­няющих различного рода технологиче­ские команды, в том числе при помощи робота) и дополнительных (предназна­ченных для подналадочных и корректи­рующих перемещений).

Уровень 3-го ранга — уровень техни­ческих средств СЧПУ (в том числе УЧПУ).

Уровни 4-го и более высоких рангов выходят за пределы СЧПУ и станка. К уровню 4-го ранга относится, напри­мер, внешняя ЭВМ.

В наиболее общем случае СЧПУ металлорежущими станками имеют трех - ранговую структуру. Функциональное на­значение информационных каналов при трехранговой структуре может быть сле­дующим.

Информационный канал Р1 — канал, передающий информацию управляющей программы, которая, будучи введена в УЧПУ на уровне 3-го ранга, приводит в движение исполнительные механизмы и приводы 2-го ранга и всю систему контроля и измерения 1-го ранга. Степень совершенства канала Р1 зависит от достоверности априорных сведений, кото­рыми располагает технолог-программист о будущих свойствах процесса обра­ботки.

Информационный канал Я11 — канал, передающий информацию датчиков об­ратной связи по положению исполнитель­ных органов станка. Этот канал имеют замкнутые СЧПУ, исполнительной частью которых служит следящий привод, а в разомкнутых СЧПУ он отсутствует. Ка­нал Рп замыкается на уровне 3-го ранга.

Информационный канал Рш — канал, передающий информацию датчиков, из­меряющих силовые параметры резания, температурные и силовые деформации, относительные колебания инструмента и заготовок, текущий износ инструмента. Этот канал характеризует состояние си­стемы СПИД непосредственно в процес­се обработки и может быть использован

Для повышения точности обработки и оптимизации процесса резания. В 'зави­симости от конкретной структуры систе­мы управления канал замыкается на уровнях 3-го или 4-го ранга, а именно там, где вносятся необходимые коррекции в управляющую программу.

Информационный канал Plv — канал передачи информации возмущения, кото­рая воздействует на станок и систему управления на уровне 2-го ранга, оказы­вая влияние на процесс обработки. При­
чинами возмущения являются перемен­ные припуск и твердость материала, изменения в температуре окружающей среды и другие факторы. Интенсивность возмущения не зависит от работы систе­мы управления и не может быть изме­нена в ходе управления. Компенсируя возмущения, можно повысить точность изготовления детали. Возмущения изме­ряются на уровне 1-го ранга. Информа­ция, собранная на уровне 1-го ранга, используется на уровнях 3-го и 4-го ран­гов. Колебания припуска и твердости часто оцениваются по отклонениям со­ставляющих силы резания или крутящего момента на шпинделе. Следовательно, датчики силы резания или датчики мо­мента в различных структурных вариан­тах управления могут входить или в контур канала Р11', или в контур кана­ла Plv.

Информационный канал Pv — канал передачи информации оптимизации, предназначенной для оптимальной кор­рекции управляющей программы по од­ному из критериев эффективности: крите­рию максимальной производительности, критерию качества какого-либо парамет­ра детали, критерию минимальных при­веденных затрат и другим критериям. Источником информации канала Pv являются блоки оптимальной адаптации. Эти блоки могут входить в УЧПУ, моде­лироваться в ЭВМ или представлять собой внешнее устройство. В зависимости от того или иного структурного решения какал Pv может иметь различную кон­фигурацию.

Информационный канал PVI — канал, несущий информацию об истинной точ­ности параметров обрабатываемой де­тали. Такая информация используется для выполнения заданных требований к точности размеров и формы, а также к качеству поверхности. Получение этой информации прямым способом, непосред­ственно в процессе резания, представ­ляет значительные трудности. Информа­ция в канале формируется на уровне 1-го ранга и замыкается на уровне 4-го и более высоких рангов.

Информационный канал PVH — канал передачи сведений о степени готовности станка к обработке следующей детали, включая сведения об освобождении ра­бочей позиции, наличии заготовки и на­ружного инструмента, приспособлений и др. Канал Pv" — это канал, сопрягаю­щий работу станка с роботом, а также обеспечивающий работу станков при групповом управлении. В зависимости от построения системы управления канал Pvu связывает уровень 1-го ранга с уровнем 3-го или 4-го ранга.

Информационный канал PVI" — ка­нал, при помощи которого контролирует­ся работоспособность системы, решаются задачи диагностики, вырабатываются рекомендации по устранению неполадок. Информация канала циркулирует между уровнями 1-го и 3-го или 4-го рангов.

На рис. 2.13,6 показан граф трех - ранговой структуры, где изображены описанные выше каналы. Его можно рассматривать как подграф четырехран - говой структуры и других, еще более разветвленных структур.

Графы конкретных структур систем можно сравнивать между собой и таким образом характеризовать степень слож­ности и развитости различных вариантов СЧПУ.