Построение автоматизированных систем управления технологическим процессом механической обработки

С. Н. Сергиенко, О. А. Клецова, Н. В. Фирсова

ПОСТРОЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ 
УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ 

МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Учебное пособие

2-е издание, стереотипное

Москва

Издательство «ФЛИНТА»

2019

УДК 519.87: 6691
ББК 34.3в631.0

С 32

Научный редактор

Грызунов В. И., доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой машинострое
ния, материаловедения и автомобильного транспорта 

Орского гуманитарно-технологического института (филиала) ОГУ

Рецензенты:

Щеголев А. В., кандидат технических наук, генеральный директор 

АО «Механический завод»; 

Лысов В. И., кандидат технических наук, помощник заместителя 
главного инженера по научной работе АО «Механический завод»

С 32

Сергиенко С.Н. 
 Построение автоматизированных систем управления технологическим процессом механической обработки : учебное пособие / С.Н. Сергиенко, О.А. Клецова, Н.В. Фирсова. — 2-е изд., стер. — Москва : 
ФЛИНТА, 2019. — 100 с. — ISBN 978-5-9765-4208-2. — Текст : 
электронный.

Эксплуатация станков с ЧПУ возможна при наличии не только 
соответствующего технологического процесса, но и обеспечивающих его 
исполнение управляющих программ (УП). Поэтому программирование 
обработки для станков с ЧПУ отличается трудоемкостью и сложностью, 
требует от технолога высокой профессиональной подготовки, знания не 
только ряда технологических дисциплин, но и основ программирования, 
некоторых разделов математики. 

УДК 519.87: 6691 
ББК  34.3в631.0 

ISBN 978-5-9765-4208-2     
       © Сергиенко С.Н., Клецова О.А, 
        Фирсова Н.В., 2019 
   © Издательство «ФЛИНТА», 2019 

Содержание

Основные сокращения …………………………………… 4
Введение …………………………………………………..
6

1 Основные понятия и определения …………………….
8

2 Структура систем управления …………………………
17

3 Классификация устройств ……………………………..
22

4 Модели ………………………………………………….. 23
5 Особенности изготовления …………………………….
28

6 Траектории перемещений ……………………………...
31

7 Интерполяция …………………………………………... 41
8 Создание расчетно-графических карт (РГК) …………
44

9 Особенности расчета …………………………………...
47

10 Структура и ее формы ………………………………...
52

11 Код ISO-7 ВIT …………………………………………
54

12 Строение программоносителя ……………………….
61

13 Структура УП …………………………………………
64

14 Составляющие кадры …………………………………
66

15 Система координат ……………………………………
89

Библиографический список ……………………………...
99

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АРМ – автоматизированное рабочее место; 
АСИ – автоматическая смена инструмента;
АСПДЛ – автоматизированная система подготовки данных на 

перфоленте;

АСТПП – автоматизированная система технологической подго
товки производства;

АСУ – автоматизированная система управления; 
АСУП – автоматизированная система управления производ
ством; 

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
АЦПУ – автоматизированное цифровое печатающее устройство; 
БД – база данных; 
БИС – большая интегральная схема; 
БПУ – бюро программного управления; 
ВТ – вычислительная техника; 
ГАП – гибкое автоматизированное производство; 
ГПК – гибкий производственный комплекс; 
ГПМ – гибкий производственный модуль; 
ГПС – гибкая производственная система;
ДОС – датчик обратной связи; 
ДП – диалоговое прерывание; 
ИО – информатор ошибки; 
ИОС – информация обратной связи; 
КД – конструкторская документация; 
КИП – компьютерно-интегрированное производство; 
КЦПП – кустовой центр подготовки программ; 
НИР – научно-исследовательские работы; 
НМД – накопитель на магнитных ЭВМ дисках; 
ОГТ – отдел главного технолога; 
ОТК – отдел технического контроля; 

ПК – персональный компьютер; 
ПМО – программно-математическое обеспечение;
ППЗУ
–
перепрограммируемое постоянное запоминающее 

устройство;

ПЦ – постоянный цикл;
РТК – расчетно-технологическая карта;
САП – система автоматизации программирования;
САПР – система автоматизированного проектирования;
СОЖ – смазочно-охлаждающая жидкость;
СПД – система подготовки данных;
СПО – системное программное обеспечение;
СПУ – система программного управления;
СУБД – система управления базами данных;
СЧПУ – система числового программного управления;
ТД – технологическая документация;
ТЗ – техническое задание;
ТП – технологический процесс;
ТПП – технологическая подготовка производства;
ТУ – технические условия;
УП – управляющая программа;
УЧПУ – устройство числового программного управления; 
ФСУ – фотосчитывающее устройство; 
ЧПУ – числовое программное управление; 
ШД – шаговый двигатель;
ЭВМ (компьютер) – электронно-вычислительная машина; 
ЭЛТ – электронно-лучевая трубка.

Введение

Эксплуатация станков с ЧПУ возможна при наличии не только 

соответствующего технологического процесса, но и обеспечивающих 
его исполнение управляющих программ (УП). Поэтому программирование обработки для станков с ЧПУ отличается трудоемкостью и 
сложностью, требует от технолога высокой профессиональной подготовки, знания не только ряда технологических дисциплин, но и основ 
программирования, некоторых разделов математики.

Программирование технологических процессов для станков с 

ЧПУ – качественно новый этап, на котором выполняется значительная часть работы, перенесенная из сферы непосредственного производства в область его технологической подготовки. Так, действия 
квалифицированного рабочего, обрабатывающего заготовку на обычном станке, заменяются на станке с ЧПУ автоматической работой 
станка по управляющей программе, содержащей подробную информацию о последовательности и характере функционирования его исполнительных механизмов. Требования к квалификации оператора 
станка снижаются, так как задачи формообразования теперь решает 
технолог-программист в процессе подготовки УП.

При подготовке УП перерабатывается большой объем техноло
гической информации. В ряде случаев поиск и нахождение оптимальных решений возможны лишь при широком использовании в 
процессе программирования электронно-вычислительных машин. 
Методы и организация подготовки УП на предприятиях зависят от 
доступа к ЭВМ, наличия и совершенства специального программноматематического обеспечения (ПМО), типизации технологических 
процессов, серийности изделий, профессионального уровня работников технологических служб. Развитие и широкое распространение в 
промышленности средств вычислительной техники, применение 
ЭВМ для управления участками станков и создание автоматизированных рабочих мест – все это создает предпосылки для полного пе

рехода на автоматизированную подготовку УП для станков с ЧПУ. 
При этом неизбежно слияние систем автоматизации программирования (САП) изготовления изделий с системами автоматизации их проектирования (САПР), что связано с решением насущного вопроса 
производства – комплексной автоматизации проектирования и изготовления.

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Ниже приведены применяемые в науке, технике и производстве 

термины и основные понятия в области систем числового программного управления металлорежущими станками, установленные Стандартами Российской Федерации [1]. 

Абсолютный размер – линейный или угловой размер, задавае
мый в УП и указывающий положение точки относительно принятого 
нуля отсчета.

Автоматизированная подготовка УП – подготовка и контроль 

УП с применением ЭВМ.

Автоматическая работа системы устройства ЧПУ (автомати
ческая работа) – функционирование СЧПУ (УЧПУ), при котором отработка УП происходит с автоматической сменой кадров УП.

Адаптивное ЧПУ станком (адаптивное управление) – ЧПУ, при 

котором обеспечивается автоматическое приспособление процесса 
обработки заготовки к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям. 

Адрес ЧПУ (адрес) – часть слова УП, определяющая назначение 

следующих за ним данных, содержащихся в этом слове.

Алгоритм – формальное предписание, однозначно определяю
щее содержание и последовательность операций, переводящих совокупность исходных данных в искомый результат – решение задачи.

Аппаратное устройство ЧПУ – устройство ЧПУ, алгоритмы ра
боты которого реализуются схемным путем и не могут быть изменены после изготовления устройства.

Аппроксимация – процесс замены одной функциональной зави
симости другой с определенной степенью точности.

Байт – единица скорости передачи информации; 1 байт = 

1 бит/с.

Бит – одноразрядная единица двоичной информации.
Бод – единица количества двоичной информации, равная восьми 

битам. 

Ввод УП (ввод) – функционирование УЧПУ, при котором ввод 

данных в память УЧПУ с программоносителя происходит от ЭВМ 
верхнего ранга или с пульта оператора.

Вывод УП (вывод) – функционирование УЧПУ, при котором 

происходит вывод хранимой в памяти УЧПУ управляющей программы на носитель данных. При выводе УП могут выводиться дополнительные данные, используемые при отработке УП и хранящиеся в 
памяти УЧПУ, например константы.

Геометрическая информация – информация, описывающая фор
му, размеры элементов детали и инструмента и их взаимное положение в пространстве.

Геометрический элемент – непрерывный участок расчетной 

траектории или контура детали, задаваемый одним и тем же законом 
в одной и той же системе координат.

Главный кадр – кадр УП, содержащий все данные, необходимые 

для возобновления процесса обработки заготовки после перерыва. 
Главный кадр УП обозначают специальным символом.

Групповое ЧПУ станками (групповое управление) – ЧПУ груп
пой станков от ЭВМ, имеющей общую память для хранения управляющих программ, распределяемых по запросам от станков.

Датчики обратной связи (ДОС) – устройства, с помощью кото
рых собирается информация обратной связи.

Дискретность задания перемещения – минимальное перемеще
ние или угол поворота рабочего органа станка, которые могут быть 
заданы в УП.

Дискретность отработки перемещения – минимальное пере
мещение или угол поворота рабочего органа станка, контролируемые 
в процессе управления.

Дисплей – устройство визуального отображения алфавитно
цифровой и графической информации. Наиболее распространены 
дисплеи телевизионного типа.

Задающая информация (программа управления) – информация, 

известная до начала технологического процесса и зафиксированная 
тем или иным способом на материальном носителе, называемом программоносителем. В программе даются сведения о характере движения рабочих органов, их синхронизации, режимах обработки, различные технологические и другие команды.

Зеркальная отработка – функционирование СЧПУ (УЧПУ), 

при котором рабочие органы станка перемещаются по траектории, 
представляющей собой зеркальное отображение траектории, записанной в УП.

Значение коррекции диаметра фрезы (коррекция на фрезу) –

расстояние по нормали к заданному контуру перемещения фрезы, на 
которое следует дополнительно переместить центр фрезы.

Значение коррекции длины инструмента (коррекция на длину 

инструмента) – расстояние вдоль оси вращающегося инструмента, на 
которое следует дополнительно сместить инструмент.

Значение коррекции положения инструмента (коррекция на по
ложение инструмента) – расстояние по оси координат станка, на которое следует дополнительно сместить инструмент.

Интерполятор системы ЧПУ станком – вычислительный блок 

системы ЧПУ, задающий последовательность управляющих воздействий для перемещения рабочих органов станка по осям координат в 
соответствии с функциональной связью между координатами опорных точек, заданных программой управления станком.

Интерполяция – получение (расчет) координат промежуточных 

точек траектории движения центра инструмента в плоскости или пространстве.

Интерфейс – совокупность аппаратных и программных средств, 

обеспечивающих совместимость (взаимодействие) различных функ

циональных блоков (устройств), образующих измерительную, вычислительную или управляющую систему в соответствии с требуемыми 
условиями, например видом кода, моментом выдачи (приема) информационных и управляющих сигналов, формой представления информации (аналоговая или цифровая).

Информация возмущения – информация, источником которой 

служит окружающая среда (температура, влажность, колебания припуска заготовки, твердость материала, уровень вибрации и др.).

Информация обратной связи (ИОС) – информация, источником 

которой является сам технологический процесс. К этой информации 
относятся данные о фактическом положении и скорости движения рабочего органа, размере обрабатываемой поверхности, температурных 
и силовых деформациях в системах СПИД, температуре в зоне резания, уровне вибрации.

Исходная точка станка (исходная точка) – точка, определенная 

относительно нулевой точки станка и используемая для начала работы по УП.

Кадр управляющей программы (кадр) – составная часть УП, вво
димая и отрабатываемая как единое целое и содержащая не менее одной команды.

Килобайт – единица количества двоичной информации, равная 

1024 (103) байт.

Код – ряд правил, посредством которых выполняется преобразо
вание данных из одного вида в другой. Применение кода (кодирование) сводится к записи информации в виде комбинации символов.

Контурная скорость – результирующая скорость подачи рабо
чего органа станка, вектор которой равен геометрической сумме векторов скоростей перемещения этого органа вдоль осей координат 
станка.

Контурное ЧПУ станком (контурное управление) – ЧПУ, при 

котором рабочие органы станка перемещаются по заданной траекто