Просмотр исходного текста страницы Числовое программное управление

{{Перенаправление|ЧПУ}}
[[Файл:Small CNC Turning Center.jpg|thumb|[[Токарный станок#Токарно-фрезерный обрабатывающий центр|Токарно-фрезерный обрабатывающий центр]] с ЧПУ]]
'''Числовое программное управление''' (сокр. '''ЧПУ'''; {{lang-en|computer numerical control}}, сокр. {{lang-en2|CNC}}) — [[компьютер]]изованная система управления, управляющая приводами технологического оборудования, включая [[Станок (техника)|станочную]] [[Станочное приспособление|оснастку]]. Оборудование с ЧПУ может быть представлено:
* '''станочным парком''', например, станками (станки, оборудованные числовым программным управлением, называются '''станками с ЧПУ''') для обработки металлов (например, [[Фрезерный станок|фрезерные]] или [[Токарная группа станков|токарные]]), дерева, пластмасс;
* [[Электрический привод|приводами]] асинхронных электродвигателей, использующих [[векторное управление]];
* характерной системой управления современными [[Промышленный робот|промышленными роботами]];
* [[периферийное устройство|Периферийные устройства]], например: [[3D-принтер]], [[3D-сканер]].

== История ==
Сменяемые [[алгоритм|программы]], нанесённые на [[Перфокарта|перфокарты]] с помощью двоичного кода, использовались уже в [[Жаккардовый ткацкий станок|жаккардовом ткацком станке]], созданном в 1804 году. На перфокартах были закодированы два возможных положения исполнительного механизма — опуская или поднимая челнок, можно было программировать простые одноцветные узоры.

В XIX веке были разработаны механические исполнительные устройства на основе [[Кулачковый механизм|кулачкового механизма]], похожие на используемые в [[механическом пианино]]. Хотя они позволяли плавно варьировать параметры движения обрабатывающих инструментов, процесс создания алгоритма обработки и требовал создания полноразмерных моделей детали.

Изобретателем первого станка с электронным числовым управлением ({{lang-en|Numerical Control}}, {{lang-en2|NC}}) является Джон Пэрсонс ({{lang-en2|John T. Parsons}}), работавший инженером в компании своего отца {{lang-en2|Parsons Inc.}}, выпускавшей в конце Второй мировой войны пропеллеры для вертолётов. Он впервые предложил использовать для обработки пропеллеров станок, работающий по программе, вводимой с перфокарт. В качестве привода впервые использовались [[Шаговый искатель|шаговые искатели]].

В 1949 году [[Военно-воздушные силы США|ВВС США]] профинансировали {{lang-en2|Parsons Inc.}} разработку станка для контурного [[Фрезерование|фрезерования]] сложных по форме деталей авиационной техники. Однако компания не смогла самостоятельно выполнить работы и обратилась за помощью в лабораторию сервомеханики [[Массачусетский технологический институт|Массачусетского технологического института]] (MIT). Сотрудничество {{lang-en2|Parsons Inc.}} с MIT продолжалось до 1950 года. В том году MIT приобрел компанию по производству фрезерных станков {{lang-en2|Hydro-Tel}} и отказался от сотрудничества с {{lang-en2|Parsons Inc.}}, заключив самостоятельный контракт с ВВС на создание фрезерного станка с программным управлением.

В сентябре 1952 года станок был впервые продемонстрирован публике — про него была напечатана статья в журнале {{lang-en2|[[Scientific American]]}}. Станок управлялся с помощью [[Перфолента (носитель информации)|перфоленты]].

Первый станок с ЧПУ отличался особой сложностью и не мог быть использован в производственных условиях. Первое серийное устройство ЧПУ было создано компанией {{lang-en2|Bendix Corp.}} в 1954 году и со следующего года стало устанавливаться на станки. Широкое внедрение станков с ЧПУ шло медленно. Предприниматели с недоверием относились к новой технике. Министерство обороны США вынуждено было на свои средства изготовить {{num|120|станков}} с ЧПУ, чтобы передать их в аренду частным компаниям.

{{нет АИ 2|Первыми советскими станками с ЧПУ промышленного применения являются токарно-винторезный станок 1К62ПУ и токарно-карусельный 1541П. Эти станки были созданы в первой половине 1960-х годов. Станки работали совместно с управляющими системами типа ПРС-3К и другими. Затем были разработаны вертикально-фрезерные станки с ЧПУ 6Н13 с системой управления «Контур-ЗП». В последующие годы для [[Токарная группа станков|токарных станков]] наибольшее распространение получили системы ЧПУ советского/российского производства [[2Р22]] и «[[Электроника НЦ-31]]».|21|12|2016}}

Числовое программное управление также характерно для систем управления современными [[Промышленный робот|промышленными роботами]].

Аббревиатура «ЧПУ» соответствует двум англоязычным — {{lang-en2|NC}} и {{lang-en2|CNC}}, — отражающим эволюцию развития систем управления оборудованием.
# Системы типа '''NC''' ({{lang-en|Numerical control}}), появившиеся первыми, предусматривали использование жестко заданных схем управления обработкой — например, задание программы с помощью штекеров или переключателей, хранение программ на внешних носителях. Каких-либо устройств оперативного хранения данных, управляющих процессоров не предусматривалось.
# Более современные системы ЧПУ, называемые '''CNC''' ({{lang-en|Computer numerical control}}), — системы управления, позволяющие использовать для модификации существующих/написания новых программ программные средства. Базой для построения CNC служат современный (микро)контроллер или (микро)процессор:
## микроконтроллер,
## контроллер с программируемой логикой,
## управляющий компьютер на базе микропроцессора.

Возможна реализация модели с централизованным [[Автоматизированное рабочее место|автоматизированным рабочим местом]] (например, {{lang|en|ABB Robot Studio}}, {{lang|en|[[Microsoft Robotics Developer Studio]]}}) с последующей загрузкой программы посредством передачи по промышленной сети.

== Аппаратное обеспечение ==
[[Файл:MoriSeikiLathe.jpg|thumb|Токарный станок с системой управления ЧПУ]]
[[Файл:CNC Siemens Sinumeric 008.jpg|thumb|Корзина с контроллерами и платами обвязки Siemens Sinumerik. Выдвинута плата [[Преобразователь угол-код|энкодеров]]]]
[[Файл:CNC panel Sinumerik.jpg|thumb|Панель управления ЧПУ Siemens Sinumerik]]
[[Файл:FANUC R2000iB ControlUnit.jpg|thumb|200px|Шкафы систем управления двух промышленных роботов [[FANUC]] R200iB]]

Структурно в состав ЧПУ входят:
* '''пульт оператора (или консоль ввода-вывода)''', позволяющий вводить управляющую программу, задавать режимы работы; выполнить операцию вручную. Как правило, внутри шкафа пульта современной компактной ЧПУ размещаются её остальные части;
* '''дисплей (или операторская панель)''' — для визуального контроля режимов работы и редактируемой управляющей программы/данных; может быть реализован в виде отдельного устройства для дистанционного управления оборудованием;
{{Смотрите также|Операторская панель}}
* '''контроллер''' — компьютеризированное устройство, решающее задачи формирования траектории движения режущего инструмента, технологических команд управления устройствами автоматики станка, общим управлением, редактирования управляющих программ, диагностики и вспомогательных расчетов (траектории движения режущего инструмента, режимов резания);
* '''[[постоянное запоминающее устройство|ПЗУ]]''' — память, предназначенная для долговременного хранения (годы и десятки лет) системных программ и констант; информация из ПЗУ может только считываться;
* '''[[Оперативная память|ОЗУ]]''' — память, предназначенная для временного хранения управляющих программ и системных программ, используемых в данный момент.

В роли '''контроллера''' выступает [[промышленный контроллер]], как то: [[микропроцессор]], на котором построена [[встраиваемая система]]; [[программируемый логический контроллер]] либо более сложное устройство управления — [[промышленный компьютер]].

Важной характеристикой CNC-контроллера является количество осей (каналов), которые он способен синхронизировать (управлять) — для этого требуется высокая производительность и соответствующее программное обеспечение.

В качестве исполнительных механизмов используются [[сервопривод]]ы, [[Шаговый электродвигатель|шаговые двигатели]].

Для передачи данных между исполнительным механизмом и системой управления станком обычно используется промышленная сеть (например, [[Controller Area Network|CAN]], [[Profibus]], [[Industrial Ethernet]]).

Крупнейшие производителей систем ЧПУ (по данным на 2009 год)<ref>{{статья|автор=Мартинов&nbsp;Г.&nbsp;М. ({{comment|д.т.н.|доктор технических наук}}), Мартинова&nbsp;Л.&nbsp;И. ({{comment|к.т.н.|кандидат технических наук}})|заглавие=Современные тенденции развития систем ЧПУ|ссылка=http://stanoks.com/index.php?option=com_content&view=article&id=1318:2013-06-14-06-44-20&catid=49:articles&Itemid=74|язык=|издание=Стружка|тип=|год=2009, 2010|том=|номер=1—2 (26—27)|страницы=38—45|issn=|doi=}}<!-- библиографическая ссылка дона согласно списку научных работ сотрудников «Научно-исследовательской лаборатории систем ЧПУ» — http://www.ncsystems.ru/ru/education/bibliography/ --></ref>:
* [[Fagor Automation]] — 8037, 8055, 8060, 8065, 8070;
* [[FANUC]] — 0i-MD, 0i-TD, 0i-PD, 0i Mate-MD, 0i Mate-TD, 30i-MODEL B.
* [[Fidia]] — nC 12R, nC 15, C10, C20, C40;
* [[HAAS]]
* [[Heidenhain]] — TNC 128, TNC 320, TNC 620, TNC 640, MANUALpus 620, CNC PILOT 640;
* [[Mitsubishi Electric]] — C70, M70V, M700V;
* [[Rexroth Bosch Group]] — IndraMotion MTX micro, IndraMotion MTX standard, IndraMotion MTX performance, IndraMotion MTX advanced;
* [[Siemens]] — [[Sinumerik]] 802D, 808D, 810D, 840D.

== Программное обеспечение ==
После того как составлена управляющая программа, оператор при помощи [[программатор]]а вводит её в контроллер. Команды управляющей программы размещаются в ОЗУ. В процессе создания или после ввода управляющей программы оператор (в данном аспекте выполняющий роль программиста) может отредактировать её, включив в работу системную программу редактора и выводя на дисплей всю или нужные части управляющей программы и внося в них требуемые изменения. При работе в режиме изготовления детали управляющая программа ''кадр за кадром'' поступает на выполнение. В соответствии с командами управляющей программы контроллер вызывает из ПЗУ соответствующие системные подпрограммы, которые заставляют работать подключенное к ЧПУ оборудование в требуемом режиме — результаты работы контроллера в виде электрических сигналов поступают на [[исполнительное устройство]] — приводы подач, либо на устройства управления автоматикой станка.

Управляющая система считывает инструкции [[специализированный язык программирования|специализированного языка программирования]] (например, [[G-code|G-кода]]) программы, который затем [[интерпретатор]]ом системы ЧПУ переводится из входного языка в команды управления главным приводом, приводами подач, контроллерами управления узлов станка (например, включить/выключить подачу охлаждающей эмульсии).

Разработка управляющих программ в настоящее время выполняется с использованием специальных модулей для [[Система автоматизированного проектирования|систем автоматизированного проектирования]] (САПР) или отдельных систем автоматизированного программирования ([[CAM]]), которые по электронной модели генерируют программу обработки.

Для определения необходимой траектории движения рабочего органа в целом (инструмента/заготовки) в соответствии с управляющей программой используется [[интерполяция|интерполятор]], рассчитывающий положение промежуточных точек траектории по заданным в программе конечным.

В системе управления, кроме самой программы, присутствуют данные других форматов и назначения. Как минимум, это ''машинные данные'' и ''данные пользователя'', специфически привязанные к конкретной системе управления либо к определённой серии (линейке) однотипных моделей систем управления.

Программа для станка (оборудования) с ЧПУ может быть загружена с внешних носителей, например, магнитной ленты, [[Перфолента (носитель информации)|перфорированной бумажной ленты (перфоленты)]], [[Дискета|дискеты]] или [[Флеш-память|флеш-накопителей]] в собственную память либо временно, до выключения питания — в оперативную память, либо постоянно — в [[Постоянное запоминающее устройство|ПЗУ]], [[Флеш-память|карту памяти]] или другой накопитель: [[жёсткий диск]] или [[твердотельный накопитель]]. Помимо этого, современное оборудование подключается к централизованным системам управления посредством [[Промышленная сеть|заводских (цеховых) сетей связи]].

Наиболее распространенный язык программирования ЧПУ для металлорежущего оборудования описан документом [[ISO{{nbsp}}6983]] Международного комитета по стандартам и называется «[[G-code|G-код]]». В отдельных случаях — например, системы управления гравировальными станками — язык управления принципиально отличается от стандарта. Для простых задач, например, раскроя плоских заготовок, система ЧПУ в качестве входной информации может использовать текстовый файл в формате обмена данными — например, [[DXF]] или [[HPGL]].<!--

Здесь можно добавить информацию о языках программирования и форматах, специфичных для CNC -->


== См. также ==

=== Практическая организация ===
* [[Автоматизированная система управления]] (АСУ)
** [[АСУ ТП]]

=== Программное обеспечение ===
* [[Параметрическое программирование (ЧПУ)|Параметрическое программирование]]
* [[G-code]]

=== Автоматизация, в том числе с использованием компьютера ===
* [[CAx]]
** [[CAM]]
** [[Система автоматизированного проектирования|CAD]]
** [[Computer-aided engineering|CAE]]
* [[ADEM]]
* [[SprutCAM]]
* [[NX CAM]]
* [[Mathcad]]
* [[SCADA]]
* [[Windows Embedded]]
* [[Windows Server]]

=== Промышленная автоматизация и частные аспекты ===
* [[Промышленная автоматика]]
* [[Промышленный контроллер]]
* [[Микроконтроллер]]
* [[Встраиваемая система|Встраиваемые системы]]
* [[Человеко-машинный интерфейс]]
* [[Операторская панель]]

=== Разработка и аппаратное обеспечение ===
* [[Наноробот]]
* [[Программируемая материя]]
* [[Молекулярный компьютер]]
* [[ДНК-компьютер]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* ''Сосонкин В. Л., Мартинов Г. М.'' Системы числового программного управления. Учебное пособие для вузов. Изд. Логос, 2005 г., 296 стр. ISBN 5-98704-012-4
* ''Сосонкин В. Л., Мартинов Г. М.'' Программирование систем числового программного управления. Изд. Логос, Университетская книга, 2008 г., 344 стр. {{ISBN с опечаткой|номер_с_опечаткой=978-5-98704-296-8|номер_по_стандарту=978-5-98704-296-0}}
* ''Босинзон М. А.'' Современные системы ЧПУ и их эксплуатация. Учебник для нач. проф. образования Изд. Academia, 2009 г. ISBN 978-5-7695-6060-6
* ''Ловыгин А. А., Васильев А. В.'' Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система. Изд. Эльф ИПР, 2006 г., ISBN 5-900891-60-7
* ''Байков В. Д., Вашкевич С. Н.'' Решение траекторных задач в микропроцессорных системах ЧПУ. Л, «Машиностроение», 1986

== Ссылки ==
{{wiktionary|ЧПУ}}
* [http://zero-divide.net/index.php?page=fswizard&shell_id=199&lang=ru FSWizard] — CNC-калькулятор: фрезеровка, сверление{{ref-ru}}{{ref-en}}

[[Категория:Автоматизация производства]]
[[Категория:Детали машин и механизмов]]
[[Категория:Промышленная автоматика]]