1

Podstawy automatyzacji

Podstawy automatyzacji

Kurs ARM 009041W

Kurs ARM 009041W

dr in

dr in

. Zbigniew Smalec, pok.3.19 B

. Zbigniew Smalec, pok.3.19 B

-

-

4

4

Kierunek studiów: ZIP - stacjonarne        

I-stopie , III rok, sem. 6-letni

Rok akad. 2011/12

Politechnika Wrocławska

W y d z i a ł M e c h a n i c z n y

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji

Wrocław, 2012

Cz

Cz

3

3 (1 – 144)

NC:

NC: Numerical  Control (sterowanie numeryczne) -

el

el

ektroniczne  uk

ektroniczne  uk

ł

ł

ady 

ady 

sterowania  obrabiarek,  kt

sterowania  obrabiarek,  kt

ó

ó

re  przetwarzaj

re  przetwarzaj

informacje

informacje

steruj

steruj

ce  w  postaci 

ce  w  postaci 

znak

znak

ó

ó

w  alfanumerycznych,  w  kt

w  alfanumerycznych,  w  kt

ó

ó

rych  zdefiniowany  jest  ci

rych  zdefiniowany  jest  ci

g  krok

g  krok

ó

ó

w 

w 

obr

obr

ó

ó

bkowych

bkowych

.

.

CNC:

CNC: Computerized Numerical Control (komputerowe sterowanie numeryczne) -

u

u

k

k

ł

ł

ad  s

ad  s

terowani

terowani

a

a

numeryczne

numeryczne

go

go

,  w  kt

,  w  kt

ó

ó

rym  funkcjonalno

rym  funkcjonalno

jest  realizowana

jest  realizowana

przy pomocy mikroprocesor

przy pomocy mikroprocesor

ó

ó

w.

w.

Uwaga: CNC  odpowiada  aktualnemu  stanowi  techniki  i  dlatego  te obecnie 

powszechnie u ywa si okre lenia NC zamiast CNC.

Uk

Uk

ł

ł

ady sterowania numerycznego zawieraj

ady sterowania numerycznego zawieraj

:

:

• urz dzenia regulacyjne dla ruchu osi z oddzielnymi nap dami,
• urz dzenia przetwarzania danych:

- do przetwarzania znaków alfanumerycznych i znaków  specjalnych,
- do zapami tywania, obliczania i wykonywania funkcji logicznych.

Osie numeryczne

Osie numeryczne

NC

NC

:

:

• realizuj warto ci zadane przemieszcze ,
• ka da z nich ma własny regulowany nap d oraz
• elektroniczny układ pomiarowy. 

Cechy układów sterowania numerycznego NC/ CNC

2

1938 Schanon uznaje binarne przetwarzanie danych za w

ł

a ciwe rozwi zanie w realizacji z

ł

o onych 

oblicze z wykorzystaniem elementów elektronicznych

1949-52 John Parsons i MIT (USA) opracowali uk

ł

ad sterowania numerycznego NC obrabiarki z:

- zapami tywaniem pozycji na kartach dziurkowanych,
- automatycznym odczytem kart dziurkowanych,
- wyprowadzaniem pozycji i interpolacj warto ci po rednich,
- wysterowywaniem serwomotorów.

1952 Uruchomienie obrabiarki NC z uk

ł

adem sterowania zbudowanym na lampach elektronowych

1958 Pierwszy symboliczny j zyk programowania APT
1959 Uk

ł

ady NC w technice tranzystorowej

1968 Wprowadzenie techniki IC do budowy uk

ł

adów sterowania

1969 Pierwsze instalacje DNC (ang. Direct Numerical Control) w USA
1972 Pierwsze układy CNC (ang. Computerized Numerical Control)
1976 Zastosowanie mikroprocesorów w uk

ł

adach sterowania

1979 Sprz enie CAD/CAM (ang. Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing)
1984 Wprowadzenie WOP (niem. Werkstattorientierte Programmierung)
1986-87 Wprowadzenie CIM przez zastosowanie standardowych interfejsów komunikacyjnych
1990 Cyfrowe interfejsy nap dów
1992 Otwarte uk

ł

ady CNC

1994 Wprowadzenie NURBS i 

ł

a cucha procesów CAD/CAM/CNC

1996 Cyfrowa regulacja nap dów i interpolacja dok

ł

adna z rozdzielczo ci <0.001 µm

Rys historyczny rozwoju techniki NC (kamienie milowe)

Rozwój układów sterowania numerycznego NC/CNC

Sprz t (układy 

sterowania NC)

Oprogramowanie (układy 

sterowania CNC)

Czas

K

os

zt

y,

 w

ie

lk

o

, 

za

kr

es

 fu

nk

cy

jn

y

ródło: Salib

Relacja kosztów 

oprogramowanie / 

sprz t

Zakres 

funkcyjny

Przeka nikowe NC

Lampowe NC

Tranzyst. 

NC w technice układów 

scalonych IC

NC

CNC

Mikroprocesorowe 

CNC

CNC

CNC

ESW 

CAM

WOP          

Obsługa graficzna

CIM

PC 

ONC

Koszty elementów

Wielko  sprz tu

3

Rozwój techniki NC/CNC

1950

1960

1970

1980

1990

2000

Lampy elektronowe

Techn. tranzyst.

Techn.  IC

Mini- i mikroprocesory (CNC)

Frezarki NC do zastosowania w przemy le

Obrabiarki NC dla innych technik wytwarzania

Równol. ukł. kinemat.

Opracowanie pierwszej frezarki NC

(CNC)

(CNC)

Binarne ta my perfor.

Symboliczny j zyk programowania APT, tworzenie pliku CLDATA

Format PN-ISO 6983 (DIN 66025), tzw. G-kody 

Graficzne wspomaganie programowania

NURBS

O

br

ab

ia

rk

i

U

kł

ad

y 

st

er

ow

an

ia

P

ro

gr

am

ow

an

ie

Rok

Rozwój układów sterowania numerycznego NC/CNC

1960

1970

1980

1990

2000

Rok

10

20

50

75

100

Cena

%

Przeka niki i lampy

Tranzystory

Minikomputery (CNC1)

Mikroprocesory (CNC2)

Jednoprocesorowe 

CNC (CNC3)

VLSI, Technika SMD

PC-NC (CNC4)

IC

Zakres funkcyjny i mo liwo ci 

(moc obliczeniowa) NC

IC (ang. 

Integrated Circuits)

VLSI (ang. 

Very Large-Scale Integration)

SMD (ang. 

Surface Mounted Devices)

PC-NC – układ CNC zintegrowany z PC

4

Przygotowanie 

wytwarzania, wydział

produkcyjny

Ta ma perforowana, ta ma 

magnetyczna, zintegrowana pami

elektroniczna np. RAM, 

bubble memory

Sterowanie 

pozycjonuj ce lub 

kształtowe o du ej 

dokładno ci 

Sterowanie 

numeryczne CNC

Obrabiarka 

Ta ma 

magnetyczna, 

pami

Ta ma 

magnetyczna, 

pami

Sterowanie 

punktowe,

odcinkowe lub 

kształtowe

Sterowanie z 

odgrywaniem 

(metoda

Play-back)

Przygotowanie 

wytwarzania 

Rysunek 

Rysunek 

Sterowanie 

odcinkowe lub 

kształtowe 

Sterowanie wg 

wykre lonych

kraw dzi 

Budowa 

oprzyrz dowania 

Szablony lub 

modele 

Szablony lub 

modele 

Sterowanie 

odcinkowe lub 

kształtowe 

Sterowanie 

kopiuj ce

Budowa 

oprzyrz dowania lub 

przygotowanie 

wytwarzania 

Arkusz 

programowy,

wtyk diodowy 

Listwa 

zderzakowa

Pozycjonowanie 

Sterowanie 

zderzakowe z 

wybierakiem 

krzy owym

Budowa 

oprzyrz dowania lub 

przygotowanie 

wytwarzania 

Wtyk programowy 

Listwa 

zderzakowa

Pozycjonowanie ze 

sterowaniem 

odcinkowym 

Sterowanie 

zderzakowe z 

wtykami 

programowymi

Budowa 

oprzyrz dowania 

Układ poł cze

Listwa 

zderzakowa 

Pozycjonowanie 

Sterowanie 

zderzakowe

Budowa 

oprzyrz dowania 

Krzywka tarczowa 

Krzywka tarczowa 

Pozycjonowanie 

Sterowanie 

mechaniczne

Tworzenie programu

Pami

informacji 

o przeł czeniach

Pami

informacji 

o drodze

Zadanie obróbkowe

Rodzaj układu 

sterowania

Rozwój układów sterowania obrabiarek

Pierwsza obrabiarka sterowana numerycznie 

– MIT/ Boston (USA) 1953 r.

5

Przykłady obrabiarek sterowanych numerycznie

Intuicyjny interfejs człowiek-maszyna HMI
Programowanie zorientowane warsztatowo (WOP)
Minimalne czasy przetwarzania bloków
Minimalny czas cyklu regulacji poło enia
Wysoka jako  czasu rzeczywistego
Funkcja

Look Ahead

Funkcja

Feed Vorward Control

Zaawansowane metody interpolacji (np. spline)
Otwarto  na rozszerzenia specyficzne dla firmy
Mo liwo  

Upgrade

Zasadnicze wymagania dla układów sterowania 

numerycznego

6

Wymagania dla układów sterowania 

numerycznego i obrabiarek CNC

Wa ne kryteria doboru sterowników CNC:

niezawodno  i jako ,
szybka wymiana bloków programu NC,
dost pno  cz ci zamiennych,
krótkie czasy realizacji usług dla klientów,

małe nakłady zwi zane ze szkoleniem

.

Prosta obsługa jest czynnikiem kluczowym zastosowania CNC:

wysoka wydajno  u u ytkownika obrabiarki,
wysoka dyspozycyjno  układu CNC i obrabiarki,
przyjazna dla u ytkownika warstwa obsługi,
5-osi, obróbka szybko ciowa HSC i hybrydowa,
technika bezpiecze stwa jako integralna cz

 CNC,

technologia Ethernet’u do wymiany danych przez sie  komunikacyjn ,
zdalna diagnostyka.

Wymagania dotycz ce układu sterowania numerycznego 

obrabiarki

Zdolno  integracyjna:

• sie  komputerowa przedsi biorstwa,
• integracja z systemami nadrz dnymi i podrz dnymi,
• standardowe interfejsy.

Dokładno :

• układy pomiarowe o wysokiej 

dokładno ci.

• dokładne pozycjonowanie.
• dokładne przemieszenia.
• kompensacja bł dów 

obrabiarki.

Elastyczno :

• programowalno ,
• korekcje narz dzi,
• kompensacja zamocowania.

Niezawodno

• zintegrowane nadzorowanie 

i diagnostyka obrabiarki

• zintegrowana diagnostyka 

układu sterowania

Przyjazno  dla u ytkownika:

• wspomaganie programowania,
• symulacja,
• diagnostyka,
• funkcje pomocy.

Produkcyjno :

• szybko  obróbki,
• ci gi zabiegów obróbkowych,
• wymiana narz dzi i przedmiotu,
• krótkie czasy pomocnicze.

7

Zalety

Zalety

:

:

• Du a elastyczno

i wydajno :

- krótsze czasy przebiegów,
- przedmioty geometrycznie 

z

ł

o one,

- krótsze czasy uruchomienia 

produkcji,
- obróbka kompletna.

• Z

ł

o one operacje obliczeniowe

• Zewn trzne programowanie
• Powtarzalno
• Dyspozycyjno
• Przyjazno

dla słu b 

utrzymania ruchu

• Mo liwo

rozszerzania zakresu 

funkcyjnego

• Wysoka dok

ł

adno

i jako

• Wytwarzanie bezobs

ł

ugowe

Wady

Wady

:

:

• Programowanie 

wymagaj ce wysokich 

nakładów

• Wy sze wymagania dla 

operatora

• Podatno

elektroniki 

na zak

ł

ócenia

• Oddzielne serwo-

nap dy

• Wysokie koszty 

inwestycyjne

Cechy zastosowania techniki NC

Układy sterowania numerycznego CNC składaj  si  z nast puj cych modułów:
• 

Obsługi i wprowadzania danych:

Obsługi i wprowadzania danych: wymiana instrukcji steruj cych i programów 

NC,

• 

Interpretacji i zarz dzania programami:

Interpretacji i zarz dzania programami: zapami tywanie programów NC i ich 

podział na poszczególne instrukcje steruj ce. S  one nast pnie zamieniane na 

rozkazy przemieszcze ,

• 

Interpolacji:

Interpolacji: tworzenie warto ci zadanych współrz dnych dla poszczególnych 

osi obrabiarki oraz koordynacja ruchu osi,

• 

Regulacji osi:

Regulacji osi: regulacja ruchu osi wg warto ci zadanych.

W układach sterowania CNC wszystkie informacje słu ce do obróbki 

przedmiotu (o drodze i zał czeniach) s  wprowadzane w postaci programu NC, 

który zawiera informacje steruj ce jako znaki alfanumeryczne. W programie NC 

rozró nia si  dwie zasadnicze grupy informacji:

• 

dane geometryczne:

dane geometryczne: opisuj  one wzgl dne przemieszczenia narz dzi i 

przedmiotu i tym samym okre laj  geometri  przedmiotu,

• 

dane technologiczne:

dane technologiczne: dodatkowe informacje niezb dne dla obróbki, takie jak 

pr dko  posuwu, pr dko  obrotowa wrzeciona, zmiana narz dzia, 

chłodzenie.

Budowa układów sterowania numerycznego CNC

8

Struktura obrabiarek sterowanych numerycznie

 ! "#

$

 ! "#

$

%

!

%

  #

%

&

'()*

+'(,

'()*

+'(,

!

!

- $

!

!

- $

%

.

"

!

!

%

"

! 

"

%

."

- &

/(

.

  # "

/(

.

  # "

0

"

0

$

0

"

0

$

%

0

+

% .

  # "

-

%

  0

+

. "

%

 " #

0

#

#

&

&

&

&

('(

('(

('(

)

 

%

%

1

# ('(

1

# ('(

!

0

+

+

!

0

+2

0

+

3

.

"

4

.

4 &

2

&

Budowa konwencjonalnego nap du posuwu obrabiarki 

CNC

Silnik Sprz gło

Ło yska

Sanie

Nakr tka 

tocznej 

ruby 

poci gowej

Toczna 

ruba 

poci gowa

9

Sterowanie obrabiarki na przykładzie osi NC (nap du 

posuwu)

Przekładnia 

pasowa z bata

Warto  zadana

Układ pomiaru 

poło enia

Silnik 

nap du 

posuwu

Pr d silnika

Wzmacniacz 

nap du

Poło enie rzeczywiste

Cze  elektroniczna

Cze  elektroniczna

Program NC

Układ 

stero-

wania

NC

Narz dzie

Przedmiot

Stół obrabiarki

Przekładnia  rubowa toczna

Cze  

Cze  

mechaniczna

mechaniczna

Rodzaje układów pomiaru poło enia w obrabiarkach NC

Bezpo redni układ pomiaru poło enia

Bezpo redni układ pomiaru poło enia

Urz dzenie pomiarowe jest zwi zane z 

prowadnicami (saniami) dla których mierzone jest 

poło enie. 
Układ pomiarowy musi by  chroniony przed 

zabrudzeniem.

Po redni pomiar poło enia

Po redni pomiar poło enia

Tarcza kodowa jest sprz ona z  rub  toczn . 

Podczas obracania si  silnika i tym samym 

ruby tocznej głowica pomiarowa zlicza pola 

tarczy. Z uzyskanej liczby impulsów, przy 

uwzgl dnieniu skoku  ruby, okre lane jest 

poło enie zespołu roboczego. Bł dy skoku 

ruby mog  by  kompensowane programowo. 

Układ taki jest nieczuły na zabrudzenie, 

poniewa  przetwornik pomiarowy jest 

zabudowany.

Silnik nap du posuwu

Korpus

Liniał kreskowy

Głowica 

pomiarowa

Sanie

Głowica 

pomiarowa

Tarcza 

kodowa

Silnik nap du posuwu

10

Przyrostowy (inkrementalny) układ pomiaru 

Przyrostowy (inkrementalny) układ pomiaru 

poło enia

poło enia

W tym układzie nast puje sumowanie 

(odejmowanie) du ej ilo ci impulsów 

pomiarowych. Oprócz tego, równolegle z 

kreskami pomiarowymi, jest umieszczony 

znacznik odniesienia (referencyjny) o znanej 

pozycji, aby po awarii zasilania lub wył czeniu 

obrabiarki mo na było okre li  pozycj  sa . 

Bezwzgl dny (absolutny) układ pomiaru 

Bezwzgl dny (absolutny) układ pomiaru 

poło enia 

poło enia 

W takim układzie ka demu krokowi podziału 

jest  ci le przyporz dkowana warto  

liczbowa.  Głowica pomiarowa za pomoc  

wi zki  wiatła okre la na listwie pomiarowej 

poło enie sa . Po wył czeniu zasilania 

pozycja osi obrabiarki jest nadal okre lona 

bez zjazdu na punkt referencyjny.  

Lampa

Kondensor

Siatka 

kreskowa

Fotoelementy

Płytka 

formuj ca

Znacznik 

odniesienia

ródło 

wiatła

Liniał kodowy

Urz dzenie 

sonduj ce 

(pomiarowe)

Punkt zerowy

Rodzaje układów pomiaru poło enia w obrabiarkach NC c.d.

Wzrost dokładno ci obróbki na obrabiarkach 

skrawaj cych (wg Taniguchi)

1900

1920

1940

1960

1980

2000

Rok

0,001

0,01

0,1

1

10

100

[

µµµµ

m]

D

ok

ła

dn

o

 o

br

ób

ki

Zwy

kłe o

brab

iarki

Prec

yzyjn

e ob

rabia

rki

Ultra

-pre

cyzy

jne o

brab

iarki

11

Budowa obrotowego enkodera optycznego na  wiatło 

przechodz ce z czterema fotoelementami przesuni tymi 

fazowo o 90

0

Zasada działania liniowego enkodera optycznego

Fotoelektryczne sondowanie z czterema 

elementami pomiarowymi.

ródło 

wiatła LED

Podziałka

Okres podziału

Fotoelementy

Znacznik odniesienia

Płytka formuj ca

Przesuni cie fazowe

Sygnał okresowy

12

Zasada działania liniowego enkodera optycznego

Fotoelektryczne 

sondowanie z jednym 

elementem 

pomiarowym.

Odwzorowanie 

jasnych/ciemnych pól 

(płytka formuj ca i 

podziałka) na 

fotosensorze 

strukturalnym. 

ródło 

wiatła LED

Podziałka

Okres podziału

Znacznik odniesienia

Płytka formuj ca

Fotosensor strukturalny

Pola fotosensora strukturalnego do 

uzyskiwania przesuni tych w fazie 

sygnałów pomiarowych

Zasada działania przyrostowych układów pomiaru poło enia

Liniał pomiarowy z podziałk  2 mm

U

3

U

1

U

2

Głowica 

pomiarowa 

(ruchoma)

U

1

, U

2

– napi cia wej ciowe                            

U

3

– indukowane napi cie wyj ciowe

Induktosyn liniowy

T

E

E

1

1

E

E

2

2

Głowica 

magnetyczna

Skr caj cy 

sygnał 

wej ciowy

Wzmacniacz 

magnetyczny

Napi cie 

wzbudzaj ce:

I

I

1

1

I

I

2

2

Liniał 

pomiarowy z 

podziałk  2 mm

Sygnał 

wyj ciowy

(n+1/4)*T

Magnetyczny układ pomiarowy

N

N

S

S

N

N

S

S

N

N

S

S

N

N

S

S

N

N

N

N

ródło  wiatła

Kondensor

Przyrostowa 

cie ka

cie ka 

odniesienia

Fotoelementy

Podziałka 

10 / 20

µµµµ

m

Listwa 

pomiarowa

Płytka 

formuj ca

Optyczny układ pomiarowy

13

-

Odkształcenia korpusu (ło a) 

obrabiarki

-

Bezwzgl dne informacje o 

sygnale pomiarowym

> 360

o

0.5 do 3 m

Zakres pomiarowy

Do 20 000 obr/min

Do 24 m/min

Szybko  pomiaru

3

”

3 

µµµµ

m/m

Niepewno  pomiaru

0.3

”

0.1 

µµµµ

m

Rozdzielczo

Warto

Warto

Wielko  

Wielko  

charakterystyczna

charakterystyczna

Wymaganie

Wymaganie

Wa niejsze wymagania dotycz ce systemów do 

pomiaru przemieszcze  (liniowych 

i k towych    ) w nowoczesnych obrabiarkach

LASER   

LASER   

f

1

, f

2

Licznik

Licznik

Ró nica

Detektor

Ruchomy 

reflektor 

(lustro)

s

f

2

f

1

λλλλ

/4

Detektor

Obliczanie 

Wskazywanie

∆∆∆∆

f

∆∆∆∆

f

”

Stały 

reflektor 

(lustro)

Budowa interferometru laserowego

14

Zasada tworzenia toru ruchu w obrabiarkach NC

•

o  NC obrabiarki składa si  z regulatora, silnika 

posuwu, elementów mechanicznych (np.  ruby 

tocznej) oraz układu pomiaru poło enia,

• silnik posuwu realizuje ruch osi,
• układ pomiaru poło enia okre la aktualn  pozycj  

zespołu roboczego (suportu, stołu) i przekazuje j  do 

komparatora,

• komparator porównuje pozycj  zadan  z rzeczywist  

(uchyb poło enia), a regulator zgodnie z uchybem 

oddziałuje na silnik,

• dzi ki nakładaniu si  ruchu w wielu osiach mo na 

tworzy  dowolne przebiegi torów w przestrzeni. 

Rodzaje informacji w układach NC

Dane geometryczne

Dane geometryczne

opisuj  

przemieszczenia 

narz dzi wzgl dem 

przedmiotu i tym 

samym okre laj  

geometri  obrabianego 

przedmiotu.

Dane technologiczne

Dane technologiczne

zawieraj  niezb dne do 

obróbki informacje takie jak: 

warto  pr dko ci obrotowej 

wrzeciona, warto  

pr dko ci posuwu, numer 

narz dzia, doprowadzenie 

chłodziwa itp.

15

- Geometria

- Technologia

Obrabiarka

Obrabiarka

- Dane obrabiarki

Przedmiot

Przedmiot

Obrabiany element

Arkusz programu NC

X

P1

Z

P2

P3

P4

P5

P6

Punkt startu

N05

F200

G01

N04

300

150

G00

N03

M06

T0101

N02

M04

S300

N01

%

M

M

T

T

S

S

F

F

K

K

I

I

Z

Z

X

X

G

G

N

N

Funkcje 

pomo-

cnicze

Rozkaz 

narz dzia

Rozkaz 

pr dko ci 

obrotowej

Rozkaz 

posuwu

Odległo  

rodka koła

Rozkazy drogi

Warunek 

drogi

Nr 

bloku

Dane dotycz ce ruchu

Dok d b dzie przemieszczenie

Jak b dzie realizowane przemieszczenie

Parametry skrawania

Dane technologiczne

Dane obrabiarki

Podstawowe dane i zawarto

programu NC

Działanie układów NC

N001 G00 X0 Y0 Z2000 S500
N002 G01 X100 F200 M08
N003 G02 X150 Y100 F100
N004 G01 X200
N001 G00 X0 Y0 Z2000 S500
N002 G01 X100 F200 M08
N003 G02 X150 Y100 F100
N004 G01 X200
N001 G00 X0 Y0 Z2000 S500
N002 G01 X100 F200 M08
N003 G02 X150 Y100 F100
N004 G01 X200
N001 G00 X0 Y0 Z2000 S500
N002 G01 X100 F200 M08
N003 G02 X150 Y100 F100
N004 G01 X200

Program NC

Program NC

Przygotowanie danych:

Przygotowanie danych:
• wywoływanie cykli i podprogramów,
• obliczanie korekcji: punktu zerowego, długo ci narz dzia, promienia narz dzia.

Przetwarzanie danych geometrycznych:

Przetwarzanie danych geometrycznych:
• interpolacja,
• regulacja poło enia,
• korekcja posuwu.

Przetwarzanie danych technologicznych:

Przetwarzanie danych technologicznych:
• funkcje zał czania,
• regulacja pr dko ci skrawania.

16

Regulacja poło enia

Regulacja poło enia

C

C

C

A

Tworzenie warto ci zadanej 

Tworzenie warto ci zadanej 

poło enia

poło enia

Informacje 

o drodze

Informacje 

o posuwie

Warunki 

drogi

Rozdział danych NC

Rozdział danych NC

Dane geometryczne

Dane technologiczne

Pami  programu NC

Pami  programu NC

Sterowanie wczytywaniem programu i danych NC

Sterowanie wczytywaniem programu i danych NC

Program NC

Program NC

Maszyna wytwórcza

Maszyna wytwórcza

Nap d

Układ 

mechaniczny

Układ pomiaru 

poło enia

Sygnały 

logiczne

Sterowanie 

Sterowanie 

dopasowuj ce

dopasowuj ce

Informacje o 

zał czaniu

D

D

A

A

N

N

E       

E       

G

G

E

E

O

O

M

M

E

E

T

T

R

R

Y

Y

C

C

Z

Z

N

N

E

E

D

D

A

A

N

N

E       

E       

T

T

E

E

C

C

H

H

N

N

O

O

L

L

O

O

G

G

I

I

C

C

Z

Z

N

N

E

E

S

S

T

T

E

E

R

R

O

O

W

W

N

N

I

I

K 

K 

N

N

C

C

Zespoły funkcyjne sterownika NC

Przepływ informacji w układzie sterowania numerycznego

Nap dy posuwu

Funkcje obrabiarki

Układ pomiarowy

Obrabiarka

Obrabiarka

Program NC

Wprowadzanie

Optymalizacja

HMI

Pami  geometrii

Pami  rozkazów zał/wył

Pami

CPU

Interpolacja

Przetwarzanie  rozkazów zał/wył

Komputer

Sterowanie osi

Jednostka mocy

Regulator poło enia

Sterowanie dopasowuj ce

Jednostka mocy

Układ CNC

Interfejs

Geometryczne i 

technologiczne warto ci 

zadane i rzeczywiste

Interfejs 

sieciowy

Pulpit 

obsługi

Stacja 

dyskietek

Czytnik ta my 

perforowanej

Twardy dysk

17

Program NC

Program NC

Przygotowywanie 

Przygotowywanie 

bloków

bloków

Modyfikacja    

Modyfikacja    

bloków

bloków

Wykonywanie bloków

Wykonywanie bloków

Geometria

Geometria

Technologia

Technologia

Interpolator

Interpolator

Regulacja 

Regulacja 

poło enia

poło enia

Sterowanie 

Sterowanie 

dopasowuj ce

dopasowuj ce

Obrabiarka NC

Obrabiarka NC

Interpreter

Korekcja punktu zerowego
Korekcja narz dzi

Realizacja programu NC

Przeszło

Przeszło

Obecny stan techniki

Obecny stan techniki

OpenCNC

OpenCNC

21

'

21

'

)

+

*#

,

'

1

!

5

#

21

(

&

1

!

# "

 &

4

0

"

!

 

&

"

!

('(

Tendencje rozwojowe techniki CNC

21

a. HMI oparte na PC

b. Sterownik oparty na PC                c. Soft-CNC + Soft-PLC 

Pulpit obsługi oparty na PC

Oparty na PC sprz t CNC

Oparte na PC oprogramowanie CNC 

z rozszerzeniem RTX

18

Stopnie rozbudowy sprz tu układów sterowania 

numerycznego

PROFIBUS

Magistrala 

BF

Elektroniczne 

kółko r czne

Nap dy

Pulpit sterowania 

maszyny

Magistrala BF

Magistrala BF

Monitor i 

klawiatura

Manager 

systemu
J dro NC
HMI

Master CPU

V.24

Sterownik swobodnie 

programowalny

PLC-CPU

Interfejs 

RGB

I/O

Wewn trzna magistrala systemowa

Nap dy

Manager 

systemu
J dro NC

Master CPU

Wewn trzna magistrala systemowa

Sterownik          

swobodnie 

programowalny

PLC-CPU

J dro NC

NC-CPU ...

HMI

HMI-CPU    ...

Komunikacja

COM

Nap dy

I/O

V.24

Interfejs 

RGB

Magistrala 

BF

V.24

Działy 

organizacyjne

Ethernet

PC

Elektroniczne 

kółko r czne

Pulpit 

sterowania 

maszyny

Monitor i 

klawiatura

Struktura sprz towa układu sterowania numerycznego

 

 !

  0

"

2

"

)

 

'

'

"

 

1

 !

3

#

1

%

%

( 6

( 6

(1

(1

."

#

 

!

'( 7

'(

!

#- 8

!

#- 9

!

#- :

!

#- ;

18

19

1:

1;

< ! 

8

< ! 

9

< ! 

:

< ! 

;

< ! 

=

< ! 

>

< ! 

?

< ! 

@

< ! 

A

!

4

0

#0

"

2

"

/(

/(

%

%

( 6

( 6

'(

'(

%

%

( 6

( 6

 

19

Schemat blokowy układu sterowania typu 

Slot-CNC

Komputer PC

Komputer PC

Warstwa u ytkownika

Warstwa u ytkownika

Panel 

operatorski

Aplikacje 

diagnostyczne

Aplikacje 

CAD/CAM

Zarz dzanie 

danymi 

obróbkowymi

Zarz dzanie 

programami 

obróbkowymi

System operacyjny

ISA/PCI

ISA/PCI

Karta Slot

Karta Slot

-

-

CNC

CNC

DSP

DSP

In

te

rf

ej

s 

do

 o

bi

ek

tu

Transmisja 

danych

Algorytm 

sterowania

Komputer PC

Komputer PC

Warstwa u ytkownika

Warstwa u ytkownika

Aplikacja sterowania:

Panel operatorski 

Zarz dzanie programami 

Zarz dzanie danymi 

obróbkowymi     

Diagnostyka       

Interpolacja            

Regulacja poło enia

Aplikacje 

CAD/CAM

Bazy 

danych

Systemy 

ekspertowe 

itp.

System operacyjny czasu rzeczywistego

ISA/PCI

ISA/PCI

Karta I/O

Karta I/O

In

te

rf

ej

s 

do

 o

bi

ek

tu

I/O

I/O

Schemat blokowy układu sterowania typu 

Soft-CNC

20

W ostatnich latach znacznie wzrosła szybko  obliczeniowa mikroprocesorów, co w poł czeniu z szybszymi 

modułami pami ci RAM doprowadziło do uzyskania bardzo du ej mocy obliczeniowej standardowych 

komputerów PC. Ponadto, ze wzgl du na bardzo du e serie produkcyjne, wsuwane do PC karty stały si  

bardzo tanie. Doprowadziło to do tego,  e producenci układów CNC wycofuj  si  z rozwoju własnego, 

drogiego sprz tu i coraz cz ciej stosuj  standardowe karty komputerowe. Ponadto stało si  zbyteczne 

zastosowanie wielu mikroprocesorów w jednym układzie CNC, co pozwoliło na unikni cie wielu problemów. 

Istniej ca obecnie moc obliczeniowa PC jest wystarczaj ca do sterowania wieloosiowych maszyn i realizacji 

zło onych zada  sterowania. 
Korzy ci wynikaj ce z takich rozwi za  s  nast puj ce:

standardowe składniki pozwalaj  na zmniejszenie kosztów i czasu,
sprz t stale odpowiada najnowszemu stanowi techniki,
wyeliminowane s  wewn trzne poł czenia magistralowe w CNC,
czasy cyklu bloku i czasy ich wymiany s  krótsze od 1 ms,
zapewniona jest dostawa cz ci zamiennych,
istniej ce oprogramowanie mo e by  przenoszone na aktualne generacje sterownika CNC,
s  standardowo przewidziane interfejsy do wszystkich urz dze  peryferyjnych,
stosowane s  znane i akceptowane warstwy obsługi na bazie WINDOWS.

Moc obliczeniowa jednego mikroprocesora jest nawet obecnie wystarczaj ca do tego,  eby realizowa  funkcje 

sterownicze zarówno CNC jak i PLC. To przynosi dodatkowo takie korzy ci jak:

mniejsze nakłady na oprogramowanie dla specjalnych aplikacji,
minimalne czasy szkolenia dla u ytkowników,
mo liwo  synchronizacji sterowania procesem w czasie,
mo liwo  sterowania zło onych, wymiennych funkcji.

Zalety CNC na bazie PC

Sterownik PLC:

Sterownik PLC:

• sterowanie i nadzorowanie mechanicznych jednostek funkcyjnych,
• powi zania logiczne,
• funkcje blokad,
• nadzorowanie czasowe i wa no ci,
• funkcje  zał czania/wył czania,
• zarz dzanie narz dziami,
• PDA/MDA – zbieranie i przesyłanie danych produkcyjnych/maszynowych.

Rdze  NC (NCK):

Rdze  NC (NCK):

• przygotowanie danych geometrycznych,
• obliczanie pozycji,
• interpolacje,
• regulacja poło enia,
• komunikacja z komputerem nadrz dnym,
• interfejs człowiek-maszyna HMI.

Podział zada  w układach sterowania 

numerycznego

21

PLC

Pulpit 

obsługi

Czytnik ta my 

perforowanej

Interfejs 

sieciowy

Stacja 

dyskietek

Twardy 

dysk

HMI

Pami  geometrii

Pami  rozkazów  zał/wył

Pami

CPU

Interpolacja

Przetwarz.  rozkazów zał/wył

Komputer

Sterowanie osi

Jednostka mocy

Regulator poło enia

Sterowanie dopasowuj

Jednostka mocy

Układ CNC

Interfejs

Sterowanie sekwencyjne

Sterowanie sekwencyjne

Zmieniacz narz dzi:

Magazyn na poz. 3
Pochyli  chwytak                 

.....

Transport przedmiotów:

Otworzy  drzwi
Unie  palet
Pochyli  zmieniacz palet     

.....

Sterowanie logiczne

Sterowanie logiczne

Blokada:

Je eli

Je eli

drzwi otwarte

wtedy

wtedy

wył czy  chłodziwo

Chłodziwo:

Je eli 

Je eli 

temperatura > 35

O

C 

wtedy

wtedy

wł czy  agregat chłodz cy

Funkcje dwustanowe i działania logiczne w obrabiarkach

Zadania PLC w obrabiarkach

Sterowanie jednostek 

Sterowanie jednostek 

funkcyjnych

funkcyjnych

działania logiczne
blokady
przebiegi funkcyjne
...

Nadzorowanie 

Nadzorowanie 

i diagnostyka

i diagnostyka

nadzorowanie czasowe
nadzorowanie zgodno ci
wskazywanie bł dów (tekstowo lub 

graficznie)

...

Interfejs 

Interfejs 

u ytkownika

u ytkownika

elementy wprowadzania
elementy wskazywania (lampki, 

wy wietlacze tekstowe, ...
...

sprz enie z NC
komunikacja z komputerem 

nadrz dnym lub innymi PLC

....

Wymiana danych z 

Wymiana danych z 

innymi układami

innymi układami

Zadania 

Zadania 

specjalne

specjalne

zarz dzanie narz dziami
zbieranie danych produkcyjnych
...

22

Rodzaje układów sterowania numerycznego

Sterowanie punktowe:

Sterowanie punktowe:

• równoczesne pozycjonowanie   

wszystkich osi ruchem 

szybkim,

• narz dzie nie pracuje (nie jest 

w styku z przedmiotem),

• prosty i tani układ sterowania,
• wiertarki, zgrzewarki 

punktowe,   maszyny do 

wykrawania.

Sterowanie odcinkowe:

Sterowanie odcinkowe:

• wykonywanie ruchu kolejno w 

poszczególnych osiach z 

posuwem roboczym,

• narz dzie pracuje (jest w styku 

z przedmiotem)

• proste, prostok tne zarysy,
• frezowanie płaskich 

powierzchni,

• toczenie wzdłu ne/ poprzeczne
• rozszerzone sterowanie 

odcinkowe:  obróbka 

powierzchni sko nych.

Sterowanie kształtowe:

Sterowanie kształtowe:

• równoczesny ruch wielu 

osi zgodnie z zale no ci  

funkcyjn ,

• koordynacja za pomoc  

interpolatora,

• szeroki zakres korekcji,
• obróbka powierzchni o 

swobodnych kształtach.

Warianty sterowania kształtowego

Sterowanie 2D

Sterowanie 2D

Umo liwia obróbk  w 

dwóch osiach z 

ruchem po linii 

prostej lub łuku koła.

Sterowanie 2

Sterowanie 2

1

1

/

/

2

2

D

D

Umo liwia obróbk  

przedmiotów z ruchem 

w dwóch osiach po 

prostej lub łuku koła, 

ze zmian  płaszczyzny 

interpolacji.

Sterowanie 3D

Sterowanie 3D

Umo liwia obróbk

przedmiotów  w 

dwóch lub wi kszej 

liczbie osi, z ruchami 

po linii prostej lub 

łuku koła.

23

Zmiana osi symultanicznej podczas obróbki kształtowej

Układ 

współrz dnych 

przedmiotu

Układ 

współrz dnych 

narz dzia

Obróbka 3

Obróbka 3

-

-

osiowa

osiowa

Obróbka 3

Obróbka 3

1

1

/

/

2

2

-

-

osiowa

osiowa

Stały k t ustawienia

α

αα

α

Obróbka 5

Obróbka 5

-

-

osiowa

osiowa

α

αα

α

Zmienny k t ustawienia

α

αα

α

Kompensacja geometrii narz dzia

Przygotowanie 

Przygotowanie 

toru

toru

Nadzorowanie dynamiki osi 

„

Lock ahaed”

Obliczanie 

spline’ów osi

Transformacja

Interpolacja

Transformacja

Interpolator

Interpolator

Pozycja

Orientacja

Regulator poło enia

Regulator poło enia

Współrz dne obrabiarki

Budowa kanału NC w 5-osiowym frezowaniu

24

x

z

y

Układ współrz dnych przedmiotu

TCP

Punkt  rodka freza

Styczna do zarysu

Zarys przedmiotu

Punkt styku freza

Normalna

do zarysu

r

F

TCP= P

S

r

F

r

E

P

S

TCP

r

E

P

S

TCP

r

E

P

S

TCP

r

E

P

S

TCP r

F

r

F

P

S

TCP

TCP

P

S

r

F

r

E

Frez palcowy bez 

zaokr glenia

Frez palcowy z 

zaokr gleniem

Frez walcowy z 

zaokr gleniem

Frez  z ko cówk  

kulist

Frez beczkowaty

Frez sto kowy

Frez sto kowy z ko cówk  kulist

Rodzaje frezów stosowanych w 5-osiowym frezowaniu

Moduły układów sterowania numerycznego

Bank danych czasu 

Bank danych czasu 

rzeczywistego

rzeczywistego

(np. dane geometryczne i 

technologiczne narz dzi, dane o 

procesie)

System 

System 

operacyjny czasu 

operacyjny czasu 

rzeczywistego

rzeczywistego

niezale ny od sprz tu

*

0

0

0 #

  # "

#B

",

Sterowniki urz dze  peryferyjnych

Sterowniki urz dze  peryferyjnych

(grafika, komunikacja, klawiatura, ...)

Sprz t NC

Sprz t NC

(pami  danych, procesory, moduły pomiarowe)

Programy funkcyjne NC

Programy funkcyjne NC

np. programy j dra NC (interpreter, interpolator, edytor, symulacja,...)

System operacyjny czasu 

System operacyjny czasu 

rzeczywistego

rzeczywistego

zale ny od sprz tu

(zarz dzanie przerwaniami, 

zarz dzanie procesami)

Biblioteka graficzna

Biblioteka graficzna

(np. warstwa Windows)

25

Model odniesienia dla oprogramowania układu NC

System operacyjny

System operacyjny

System plików, 

programy 

technologiczne

Zarz dzanie 

taskami

Sterowanie  

taskami

Zarz dzanie 

pami ci

Sterowniki 

urz dze  (

driver’s

)

Mechanizmy sieci 

TCP/IP

Edytor

System 

wspomagania 

programowania WOP

HMI 

HMI 

–

–

interfejs 

interfejs 

człowiek

człowiek

-

-

maszyna

maszyna

Warstwa u ytkownika

Wizualizacja

Komunikacja LAN

NCK (

NCK (

Numerical Control 

Numerical Control 

-

-

Kernel

Kernel

)

)

Zarz dzanie danymi NC

Pami  lokalna 

Interpreter 

Przygotowanie 

Interpolacja 

Transformacja 

Kanał 1

Kanał 1

.

.

.

.

.

.

Kanał 2

Kanał 2

Regulator poło enia

Sterowanie serwonap dami

Sterowanie serwonap dami

Nap d 1 .... Nap d n

PLC

PLC

Logika obrabiarki

Tryby pracy

Rozkazy wyboru 

narz dzi

I/O procesu

Czujniki, elementy 

Czujniki, elementy 

wykonawcze

wykonawcze

Sprz t i oprogramowanie sterownika NC

Platforma sprz towa układu NC:

Platforma sprz towa układu NC:

Technologia PC: magistrala PCI, ...
System automatyzacji z magistral  VME,
System wbudowany: mikrosterownik.

Biblioteka 

Biblioteka 

graficzna

graficzna

GUI (

Graphical 

User Interface),
Warstwa 

Windows.

Baza danych czasu 

Baza danych czasu 

rzeczywistego

rzeczywistego

Np. dla programów 

NC, danych 

geometrycznych i 

technologicznych, 

danych procesu.

R

eg

ul

ac

ja

 

R

eg

ul

ac

ja

 

po

ło

en

ia

po

ło

en

ia

P

ro

gr

am

ow

an

ie

P

ro

gr

am

ow

an

ie

In

te

rp

ol

ac

ja

In

te

rp

ol

ac

ja

P

rz

yg

ot

ow

an

ie

P

rz

yg

ot

ow

an

ie

P

LC

P

LC

K

om

un

ik

ac

ja

K

om

un

ik

ac

ja

W

ar

st

w

a 

W

ar

st

w

a 

u

yt

ko

w

ni

ka

u

yt

ko

w

ni

ka

W

iz

ua

liz

ac

ja

W

iz

ua

liz

ac

ja

. . .

Standardowe systemy operacyjne czasu rzeczywistego:

Standardowe systemy operacyjne czasu rzeczywistego:

Zarz dzanie task’ami, komunikacja mi dzy task’ami, synchronizacja, 

Scheduling

(przydział czasu procesora), zarz dzanie pami ci ,
System plików dla zarz dzania danymi NC,
Sterowniki urz dze  (

driver’s): przerwania, OMA, SCSI, ...

Grafika, klawiatura, RS 232, Ethernet, 

Fieldbus.

Programy systemowe układu NC (

Programy systemowe układu NC (

task

task

’i

’i

)

)

26

Interpreter NC

Przetwarzanie 

danych 

geometrycznych

Interpolator

Regulacja 

poło enia

Regulacja 

nap dów

Programy NC

(kod ASCII)

Sygnały 

PLC

Szybkie I/O

Warto ci zadane/ 

rzeczywiste 

nap dów

Warto ci zadane/ 

rzeczywiste

Wewn trzny 

blok danych

Zamienia bloki w kodach ASCII na wewn trzny format
Steruje przebiegiem programu
Synchronizuje/ reorganizuje bufor bloków 

Transformacja FRAME
Korekcja narz dzi
Przygotowuje przebieg pr dko ci (LOCK AHEAD)

Interpolacja toru
Transformacja kinematyczna
Działania synchronizacyjne

Regulacja poło enia

Regulacja pr dko ci
Regulacja pr du

Przepływ informacji w układzie NC

Zakres funkcyjny układów sterowania numerycznego

Komunikacja

Komunikacja

Sprz enie z PLC

Interfejs DNC
MAP/MMS
ISDN

Interfejs u ytkownika

Interfejs u ytkownika

Softkey’s

Kółko elektroniczne

Technika 

Windows

Konfigurowalno

Symulacja obróbki

Symulacja obróbki

Sprawdzanie kolizji

Zobrazowanie 2D/3D
Optymalizacja ruchów
Okre l. czasu obróbki

Funkcje gniazda

Funkcje gniazda

Zarz dz. zleceniami

Zarz dzanie paletami
Zarz dz. narz dziami
Zarz dz.  trwało ci

Diagnost

Diagnost

. i 

. i 

nadzorow

nadzorow

.

.

Telediagnostyka

Samodiagnostyka NC
Rejestracja historii
Nadzorow. narz dzi

Funkcje pomiar. i korek.

Funkcje pomiar. i korek.

Korekcja 2D narz dzi

Przesun. p-ktu zerowego
Pomiary przedmiotu

Kompensacja temperat

.

Programowanie

Programowanie

ISO 6983 (DIN 66025)

Ci gi zarysów
Parametry
Technologie specjalne

N1 F100
N2 Y350
...
N25 M05

Urucham

Urucham

. i konfiguracja

. i konfiguracja

Nastaw. regulatorów
Wyrównywanie 

Offset’u

Nastawianie warto ci 

współczynnika K

v

27

Mo liwo ci generowania programu NC

Informacje 

Informacje 

wej ciowe

wej ciowe

Dane ogólne

Dane ogólne

Dane technologiczne

Dane technologiczne

Dane geometryczne

Dane geometryczne

– numer przedmiotu  

– dane obrabiarki         

– ...

– elementy geometryczne           

– opis zarysów                       

– ...

– materiał przedmiotu 

– narz dzia                               

– operacje                      

– ...

Interfejs 

Interfejs 

u ytkownika

u ytkownika

Wprowadzanie tekstowe

Wprowadzanie interakcyjno-graficzne

Wariant 1

Wariant 2

Wariant 3

Wariant 4

Program  ródłowy

Neutralny od obrabiarki 

program  ródłowy

Procesor CLDATA

Program CLDATA

Postprocesor

Program NC (G-kody) + rozkazy specj. obrab.

Program NC specyficzny dla obrabiarki

Układ sterowania NC obrabiarki

Układ sterowania NC obrabiarki

Np. STEP-NC (ISO 14649)

P

ro

gr

am

 N

C

 ja

ko

   

   

  f

or

m

at

 w

ym

ia

n

y 

d

an

yc

h

Mo liwo ci sprz enia systemów programowania NC 

z systemami CAD

System CAD 

& moduł NC

Dane 

geometryczne

Bezpo redni dost p do 

wewn trznej pami ci danych

S

pe

cy

fic

zn

y 

dl

a 

o

br

ab

ia

rk

i 

ko

d 

st

er

ow

an

ia

P

ro

gr

. 

ró

dł

. /

 n

eu

tr

al

n

y 

ko

d 

p

o

re

d

ni

 C

LD

A

T

A

N

eu

tr

al

n

y 

ko

d 

po

re

dn

i 

sp

ec

yf

ic

zn

y 

dl

a 

fi

rm

y

Specyficzny dla obrabiarki 

program NC

Konstruktor/ 

programista

• Wprowadzanie danych 

geometrycznych

• Programowanie

Dane o 

narz dziach, 

przedmiotach, 

obrabiarkach

• Wprowadzanie danych 

geometrycznych

• Przygotow. danych 

geometr. w  prz. a)  i b)

Konstruktor

Dane geometryczne w 

formatach:

a) J zyka programu 

ródłowego

b) Makroj zyka
c) Znormalizowanego 

formatu interfejsu

d) Indywidualnego formatu 

interfejsu

P

ro

gr

. 

ró

dł

. /

 n

eu

tr

al

n

y 

ko

d 

p

o

re

d

ni

 C

LD

A

T

A

Dane geometryczne             

(DXF, IGES, STEP, VDAFS)

N

eu

tr

al

n

y 

ko

d 

po

re

dn

i 

sp

ec

yf

ic

zn

y 

dl

a 

fi

rm

y

S

pe

cy

fic

zn

y 

dl

a 

ob

ra

bi

ar

ki

 k

od

 

st

er

ow

an

ia

Programista

• Przygotow. danych 

geometr. w  prz. c)  i d)

• Programowanie

Dane o narz dziach, 

przedmiotach, 

obrabiarkach

Specyficzny dla 

obrabiarki program NC

System CAD

28

Struktura standardu STEP

M

et

od

y 

op

is

u

M

et

od

y 

op

is

u

Protokoły aplikacyjne

Protokoły aplikacyjne

Electronical Design and 

Implementation AP212

Core Data for Automotive 

Mechanical Design AP214

...

Zintegrowane zasoby

Zorientowane aplikacyjnie modele bazowe

Wiedza rysunkowa 

#101

Analiza elementów 

sko czonych #104

Struktury skosów 

#102

Kinematyka #105

Funkcjonalno  

elektryczna #103

...

Ogólne modele bazowe

Podstawy opisu i 

zarz dzania produktów #41
Struktura produktów i 

konfiguracja #44
Tolerancje #47

Reprezentacje geometryczne i 

topologiczne #42

Materiały #45

Struktura i własno ci 

procesów #47

Struktury 

reprezentacji #43
Zobrazowanie 

wizualne #46
...

Wymiana przez 

sekwencyjne pliki #21

Interfejs dla dost pu 

do danych STEP #22

...

Metody implementacji

Metody implementacji

...

E

X

P

R

E

S

S

 #

11

Te

st

 z

go

dn

o

ci

: m

et

od

yk

a 

i s

tr

uk

tu

ra

Te

st

 z

go

dn

o

ci

: m

et

od

yk

a 

i s

tr

uk

tu

ra

...

M

et

od

y 

te

st

ów

 d

la

 P

ar

t2

1 

#3

4

#  = ISO 10303 Part ...

Dlatego te  prowadzone s  prace nad rozwojem nowego standardu STEP-NC, który 

odznacza si  nast puj cymi cechami:
jest to model danych, a nie j zyk programowania,
umo liwi on zast pienie formatu w kodzie G (wg PN-ISO 6983),
zapewni jednolity format danych dla sprz enia CAD-CAM,
uzyska si  wymienialno  danych,
b dzie definiowany proces obróbki, a nie ruchy osi,
opis b dzie oparty na zadaniach i zdefiniowaniu strategii.

Cechy nowej techniki programowania: STEP-NC

Stosowany obecnie powszechnie sposób opisu zada  obróbkowych w postaci 

programu NC wg PN-ISO 6983 (tzw. G-kody) jest ukierunkowany na przetwarzanie 

danych w układzie sterowania CNC obrabiarki i nie jest odpowiedni dla operatora. 

Wynika to z nast puj cych przyczyn:
s  w nim zawarte trudno rozpoznawalne zadania obróbkowe,
nie ma relacji pomi dzy blokiem w programie NC a geometri  przedmiotu,
w przypadku modyfikacji programu NC nie ma sprz enia zwrotnego do działu 

konstrukcyjno-technologicznego, co mo e powodowa  niespójno  danych 

dotycz cych przedmiotu, a ponadto wykorzystanie wiedzy i do wiadcze  operatora 

jest ograniczone.

29

Dział 

projektowania

Produkcja

Obrabiar-

ka NC

Otwór 2:

Otwór 2:

- nawiercanie  

- wiercenie

Krok1:

Krok1:

- obróbka zgr.          

- obr. wyk.

Kiesze  1:              

- planow.     

- obr. zgr.          

- obr. wyk.

Otwór 1

Zasada zastosowania standardu STEP-NC w wytwarzaniu

Porównanie konwencjonalnego 

programowania NC z STEP-NC

Aktualna sytuacja

Nowy interfejs

Opracowanie 

Opracowanie 

technologii

technologii

Wytwarzanie

Wytwarzanie

Układ NC

Układ NC + 

postprocesor

CLDATA + 

firmowe 

rozszerzenia

ISO 6983 + 

firmowe 

rozszerzenia

Korzy ci:

Korzy ci:

• przelotowy ła cuch metod 

od systemu CAD do 

układu sterowania bez 

utraty informacji,

• jednolita baza danych dla 

systemu CAD i układu NC,

• rozszerzone mo liwo ci 

opisu (np. spline),

• przejrzysta struktura 

dzi ki 

Features + 

Workingsteps,

• ukierunkowanie na 

informacj ,

• dwukierunkowo ,

• integracja wiedzy i 

do wiadcze  operatora

30

Korzy ci zastosowania STEP-NC do wymiany 

danych w ła cuchu procesów wytwarzania

• Oparte na Feature projektowanie i 

kodowanie NC.

• Zarz dzanie STEP-NC na poziomie 

sterownika CNC.

• Kod STEP-NC procesu w sterowniku.

Dwukierunkowy 

przepływ

Feature

Projektowanie 

Projektowanie 

konstrukcyjne

konstrukcyjne

Projektowanie 

Projektowanie 

wytwarzania

wytwarzania

Wytwarzanie

Wytwarzanie

CAD

CAM

Symulacja

STEP-NC

CNC

CNC

Wymiana z 

symulacj

STEP-NC: model danych dla inteligentnej obrabiarki NC

Przedmiot

Plan obróbki

Feature

Workingstep

Operation

czoło

kiesze

otwór

obszar

frezowanie_czołowe

frezowanie_walcowe wiercenie

narz dzie

technologia

strategia

cie ka_narz dzia

geometria

geometria

geometria

trajektoria_styku_skrawania

trajektoria_miejsca_skrawania parametryzowana_ cie ka

......

1

L[0:?]

1

S[0:?]

L[0:?]

L[0:?]

.....

1

1

....

31

Oczekiwane korzy ci z zastosowania nowego 

interfejsu STEP-NC

Zamkni ty ła cuch procesu z CAD do CNC,
Zastosowanie danych STEP - CAD bez przetwarzania daje wi ksz  

dokładno  obróbki przedmiotów,
Nie jest wymagany  aden postprocesor,
Proste dopasowanie zada  wytwórczych do własno ci obrabiarki,
Lepsze metody interpolacji (np. 

spline):

- wy sza jako  powierzchni,
- lepsze mo liwo ci obróbki szybko ciowej HSC (ang. 

High Speed

Cutting),
W układzie CNC jest do dyspozycji cały model danych przedmiotu,
Rozwi zanie otwarte, łatwe dopasowanie do nowych własno ci   

obrabiarek,
Otwarte interfejsy do wymiany danych z planowaniem, symulacj , ...

Funkcjonalno  systemów WOP (niem. 

Werkstattorientierte Programmierung)

Pierwotny cel:

Pierwotny cel: wspomaganie operatora przy programowaniu 

obróbki na obrabiarkach CNC.

Weryfikacja programu NC:

Weryfikacja programu NC:

– symulacja obróbki (

off-line, on-line),

– zobrazowanie przedmiotu, informacji dotycz cych 

narz dzi, itp.

Dopasowanie programu, ustawienie narz dzi:

Dopasowanie programu, ustawienie narz dzi:

– wyrównywanie punktów zerowych, ustawianie  narz dzi.

Tworzenie nowych programów NC:

Tworzenie nowych programów NC:

– wcze niej zdefiniowane elementy (otwory, kieszenie, ...).

Pewna i o wysokiej jako ci obróbka przez:

Pewna i o wysokiej jako ci obróbka przez:

– zdefiniowanie obszarów bezpiecze stwa,
– bezkolizyjne generowanie torów ruchu,
– styczne drogi dobiegu i wybiegu narz dzi.

32

Miejsce przetwarzania danych geometrycznych w układzie NC

Dane programu NC

Dane narz dziowe

Interpreter

Przetwarzanie danych geometrycznych

• Korekcja narz dzi
• Interpolacja
• Transformacje
• Oddziaływanie na poło enia
• Sterowanie pr dko ci

• Regulacja poło enia
• Regulacja pr dko ci
• Regulacja momentów

Regulacja

Override

Tabele 

korekcji

Kompen-

sacje

Informacje 

z 

sensorów

Czas przetwarzania bloku (prosta 3D bez kompensacji):

Czas przetwarzania bloku (prosta 3D bez kompensacji):

- przygotowywanie i zestawianie bloków NC: 4 – 40 ms

Czas cyklu bloku (interpolacja toru):

Czas cyklu bloku (interpolacja toru):

- regulacja osi, generowanie warto ci zadanych w interpolatorze: 3 – 6 ms

Okres taktowania (czas cyklu regulacji pr dko ci obrotowej):

Okres taktowania (czas cyklu regulacji pr dko ci obrotowej):

-

regulacja nap du: 0,6 – 2 ms

Regulacja nap du zintegrowana z układem sterowania:

Regulacja nap du zintegrowana z układem sterowania:

- przemieszczenie:        0,4 ms

- pr dko  obrotowa:   0,2 ms
- pr d:                            0,2 ms

Typowe czasy wyst puj ce w układach sterowania NC

33

Sposób realizacji funkcji 

Look-Ahead

Unikanie niedokładno ci obróbki przy zmianie bloków:

Unikanie niedokładno ci obróbki przy zmianie bloków:

wyprzedzaj ca analiza wielu bloków NC w aspekcie zmian pr dko ci i kierunku ruchu,
obliczanie zmodyfikowanych profili pr dko ci,
uwzgl dnianie:
- własno ci obrabiarki,
- zmian dokładno ci. 

Zalety:

Zalety:

krótsze czasy obróbki,
wy sza pr dko  posuwu przy krótszych odcinkach toru,
mniejsze skoki pr dko ci ruchu,
wy sza jako  obróbki.

N10    X0   Y100  F4000
N20    X1
N30    X2
N40    X12
N...     M30

N10    

G8

X0   Y100  F4000

N20    X1
N30    X2
N40    X12
N...     M30

N10    

G108 

X0   Y100  F4000

N20    X1
N30    X2
N40    X12
N...     M30

N20        N30          N40

t

V

f    

4

m/min

N20 N30          N40

t

N20 N30            N40

t

Działanie funkcji 

Look-Ahead

Blok

t

x

1

2 3

4

5

6

7 8 9 10

Zaprogramowana 

pr dko  posuwu

Bez

Przez 5 

bloków

34

Wymagania dotycz ce interpolatora:

Wymagania dotycz ce interpolatora:
• elementy kształtu musz  mo liwie dokładnie przybli a  geometri  przedmiotu,
• utrzymywanie mo liwie stałej pr dko ci ruchu po torze,
• musz  by   ci le uzyskiwane punkty ko cowe zarysu, 
• obliczanie danych korekcyjnych w trybie on-line,
• warto ci pr dko ci posuwu i przyspieszenia musz  by  mo liwe do uzyskania w 

obrabiarce,

• minimalne nakłady obliczeniowe.

Sposoby post powania:

Sposoby post powania:

• tworzenie zale nych od osi wielko ci wiod cych / warto ci zadanych poło enia,
• mo liwo  zobrazowania parametrycznego:

- umo liwienie jednoznacznego przyporz dkowania osi,
- ułatwienie kierowania pr dko ci  ruchu,

• parametry maszyny (obrabiarki) s  ukierunkowane na najsłabsz  o .

Wymagania dotycz ce interpolatora

Interpolator w układach CNC jest pakietem oprogramowania, którego zadaniem jest 

obliczanie chwilowych warto ci zadanych poło enia dla poszczególnych osi NC 

obrabiarki podczas realizacji programu (wykonywania obróbki przedmiotu).

Interpolacja - podstawy

Metody interpolacji s  zwykle oparte na wyprowadzeniach z  cisłych równa  

matematycznych, które dla układu współrz dnych prostok tnych (kartezja skiego) 

daj  przedstawi  w nast puj cej postaci: 

Opis implicite:

Opis implicite:

F(x, y, z) = 0

F(x, y, z) = 0

x = F(y, z)

x = F(y, z)

Opis explicite: 

Opis explicite: 

y = F(x, z)

y = F(x, z)

z = F(x, y)

z = F(x, y)

x = F(u)

x = F(u)

Opis parametryczny: 

Opis parametryczny: 

y = F(u)

y = F(u)

z = F(u)

z = F(u)

ze wspólnym parametrem 

u

u (np. czas).

Do zastosowa  praktycznych szczególnie przydatna jest 

trzecia posta  opisu z 

trzecia posta  opisu z 

parametrem

parametrem. Umo liwia ona po pierwsze jednoznaczne uj cie dróg, dla których warto ci 

jednej osi (wiod cej) musi by  przyporz dkowanych wiele warto ci zwykłych osi 

( ledz cych). Po drugie, przez jej zastosowanie ułatwia si  obliczenia w interpolacji i 

sterowaniu pr dko ci . Jako maksymalne warto ci pr dko ci, przyspieszenia i zmian 

przyspieszenia (ang.

Jerk) przyjmuje si  dane dotycz ce najsłabszej dynamicznie osi 

obrabiarki.

35

Interpolacja liniowa:

Interpolacja liniowa:

krzywe płaskie i przestrzenne s  opisywane ci giem linii prostych,
dokładno  jest zale na od odległo ci punktów wsparcia (w złowych).

Interpolacja kołowa:

Interpolacja kołowa:

w przestrzeni jest odniesiona do płaszczyzny,
zredukowanie nakładów zwi zanych z wprowadzaniem danych.

Interpolacja paraboliczna:

Interpolacja paraboliczna:

równoczesne ruchy w wielu osiach.

Interpolacja  rubowa (

Interpolacja  rubowa (

helikalna

helikalna

):

):

nało enie ruchu kołowego i liniowego.

Interpolacja 

Interpolacja 

spline

spline

’ami

’ami

:

:

opis geometrii za pomoc  krzywych wy szego rz du,
zredukowanie nakładów podczas programowania obróbki,
obróbka powierzchni o swobodnych kształtach.

Metody interpolacji

Interpolacja liniowa

Rozpatrzmy przykład interpolatora liniowego dla stołu X-Y frezarki, który realizuje nast puj ce zadania:
- zawiera algorytm interpolacji liniowej,
- zapewnia przyspieszanie i hamowanie ruchu,
- umo liwia tworzenie warto ci zadanych dla regulatora poło enia.
W ramach jednego bloku programu NC zawieraj cego ruch roboczy interpolacj  liniow  (

np. N20 G01 X30 

Y50 F300

) jest realizowany ruch po prostej od punktu pocz tkowego 

P

P

0

0

= (x

= (x

0

0

, y

, y

0

0

)

) do punktu ko cowego 

P

P

1

1

=(x

=(x

1

1

,  y

,  y

1

1

)

) z  maksymaln   pr dko ci ruchu  na  torze 

v

v

f

f

.  Przebieg  ruchu  zaczyna  si z  pr dko ci

v

v

f

f

=  0

=  0

(stan spoczynku). Nast pnie tak długo odbywa si ruch przyspieszony, a zostanie uzyskana pr dko

na 

torze

v

v

f

f

(faza przyspieszania). Dalej przebieg ruchu jest kontynuowany ze stał pr dko ci

v

v

f

f

tak długo, a

droga  resztkowa

s

s

resz

resz

(pozostałe  przemieszczenie)  b dzie  mniejsza  ni wymagana droga hamowania do 

zatrzymania ruchu. Nast pnie od punktu hamowania odbywa si ruch z opó nieniem 

-

-

a

a a do uzyskania 

stanu spoczynku. 

s

c

s

v

f

v

a

-a

t

1

t

2

t

3

Przyspie

Przyspie

-

-

szanie

szanie

Stała pr dko

Stała pr dko

Hamo

Hamo

-

-

wanie

wanie

t

t=0

t

t

P

P

0

0

(x

(x

0

0

, y

, y

0

0

)

)

P

P

1

1

(x

(x

1

1

, y

, y

1

1

)

)

x

y

36

Interpolacja

spline’ami

Obróbka przedmiotów z powierzchniami o swobodnych kształtach powoduje zwykle konieczno  

przebiegów toru ruchu, których dokładnie matematycznie nie opisuj  przewidziane w programowaniu 

za pomoc  G-kodów elementy zarysu takie jak prosta i łuki koła. Za pomoc  segmentów linii prostych 

zło one zarysy, przy zało eniu okre lonej tolerancji, mo na jedynie aproksymowa . Jednak taki 

sposób sterowania obróbk  ma istotne wady. I tak po pierwsze przej cia mi dzy segmentami linii 

prostych nie s  wygładzone, co powoduje skokowe zmiany pr dko ci i niepotrzebne obci enia 

dynamiczne nap dów oraz pogorszenie jako ci powierzchni. Po drugie długo  odcinków linii 

prostych jest tym mniejsza, im zostanie dobrana mniejsza warto

tolerancji przy aproksymacji. Małe 

długo ci segmentów, którymi opisany jest obrabiany zarys powoduj  du e wielko ci programu NC i 

mog  prowadzi  do ogranicze  i zatrzyma  posuwu ze wzgl du na wynikaj ce z układu CNC czasy 

zmiany bloków. 

Rozwi zanie umo liwiaj ce unikni cie tych wad polega na zastosowaniu do opisu zarysu funkcji 

matematycznych wy szego rz du. W projektowaniu konstrukcyjnym ju  od dłu szego czasu do tego 

celu s  stosowane 

spline’y. Dlatego dla zapewnienia przelotowo ci ła cucha metod NC wiele 

obecnych układów NC, oprócz standardowych rodzajów interpolacji (liniowej i kołowej) dysponuje 

tak e mo liwo ci  interpolacji 

spline’ami. Interpolacja spline’ami, szczególnie podczas obróbki 

przedmiotów z powierzchniami o swobodnych kształtach, w porównaniu ze zwykłym 

programowaniem z segmentami linii prostych, przynosi istotne korzy ci. I tak długo ci dróg w 

blokach s  znacznie wi ksze i tym samym mniejsza jest wielko  programu NC (liczba bloków). Tym 

samym na przygotowanie bloków w układzie CNC jest do dyspozycji wi cej czasu. Ponadto przej cia 

pomi dzy poszczególnymi blokami s  ci głe (gładkie). 

Termin 

spline’s pochodzi z j zyka angielskiego i pierwotnie oznaczał on spr yst  listw  stosowan  

w budowie statków. Przez wyginanie tej listwy przy zadaniu kilku punktów podparcia powstawał 

kształt, który miał t  wła ciwo ,  e minimalizował energi  uginania listwy. Kształt ten odpowiada w 

przybli eniu segmentowi wielomianu trzeciego stopnia. 

W nap dach głównych (wrzeciona) i nap dach posuwu obrabiarek s  obecnie stosowane zwarte 

silniki z bezstopniow  regulacj  pr dko ci obrotowej o momencie obrotowym i mocy 

wystarczaj cych zarówno do realizacji procesów obróbki jak i szybkich przemieszcze . 
Ze wzgl du na problemy zwi zane z piel gnacj  silniki pr du przemiennego, pomimo wi kszych 

nakładów na sterowanie, praktycznie wyparły silniki pr du stałego. W silniku bezszczotkowym 

pr du stałego komutacja jest zast piona przez stale wzbudzany wirnik, który wiruje w obrotowym 

polu elektromagnetycznym statora.
Silniki asynchroniczne maj  bardzo prost  budow .  Ich wirnik składa si  ze zwartego p dnika, ale 

w porównaniu z silnikami synchronicznymi maj  one mniejsz  g sto  mocy, s  w nich wi ksze 

straty mocy oraz wymagaj  wi kszych nakładów zwi zanych ze sterowaniem.

Silniki

Silniki

Pr du stałego

Bezszczotkowe

pr du stałego

Asynchroniczne 

pr du 

przemiennego

Synchroniczne 

pr du 

przemiennego

Krokowe 

(

reluktancyjne)

Silniki pr du przemiennego

Nap du głównego

Nap du posuwu

Rodzaje silników elektrycznych 

stosowanych w nap dach obrabiarek

37

Charakterystyka nap du głównego (wrzeciona) 

obrabiarki na przykładzie tokarki SPINNER

0    1.500 2.000   4.500  6.000   7.500   9.000 10.500 12.000 12.500 15.000 [obr/min]

20

40

60

80

100

120

Moc
Moment obrotowy

40%

100%

40%

100%

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

P [

P [

kW

kW

]

]

M [

M [

Nm

Nm

]

]

Struktura serwonap du (osi NC)

Regulator

Przetwarza-

nie energii

Układ 

pomiarowy

Dostarcza-

nie energii

Warto  

zadana

-

Sterownik 

(np. CNC)

Wzmacniacz 

operacyjny

Oprogramowanie

+

Procesor 

sygnałowy (DSP)

+

ASIC (dla 

urz dze  

peryferyjnych)

Zasilacz 

półprzewodni-

kowy

(przetwornik, 

modulator 

szeroko ci 

impulsu)

Silnik pr du 

stałego

Silnik 

synchroniczny

Silnik 

asynchroniczny

Pr dnica 

tachometryczna

Enkoder 

przyrostowy

Resolwer

A

na

lo

go

w

o

C

yf

ro

w

o

38

Model fizyczny elektromechanicznego nap du posuwu 

obrabiarki

RP – regulator pr dko ci

RI – regulator pr du i prostownik

Zespoły 

mechaniczne

RP

RI

Obwód 

wzbu-

dzenia

Tarcie

Tarcie

Obwód 

wirnika

Moment 

Moment 

bezwładno ci

bezwładno ci

Całkowite przeło enie

Całkowite przeło enie

Podatno  i 

Podatno  i 

tłumienie

tłumienie

Masa

Masa

Tarcie

Tarcie

Toczna  ruba poci gowa

Toczna  ruba poci gowa

i

wz

R

wz

L

wz

i

w

R

w

L

w

K

M

φφφφ

i

z

u

w

ω

ω

ω

ω

w

I

w

ω

ω

ω

ω

w    

M

w

M

obc

M

RV

i

g

v

a

C

DG

v

m

x

a

C

FG

x

m

C

DM

Wzmacniacz nap du

Silnik

Przekładnia

u

j

ω

ω

ω

ω

z   

u

wz

J

w

Przykłady kasowania luzów w przekładniach

Spr yny

Koło z bate 

(wykonane np. 

z tekstolitu)

Wrzeciono 

obrabiarki

Koło z bate 1

Koło z bate 2

Przetwornik 

obrotowo-

impulsowy

Bezluzowa przekładnia z bata

Dwudzielna, 

szlifowana na 

odpowiedni  

grubo , podkładka

Sposób kasowania luzu w 

rubowej przekładni tocznej

39

Podstawowy schemat blokowy układu 

serwonap dowego pr du przemiennego

Prostownik

Falownik

Układ sterowania 

cz stotliwo ci                

i napi cia

U

zad

(n

zad

)

R

S

T

U

V

W

3~

U

f

i

s

U

j

f

2=

ω ω ω ω

ϕϕϕϕ

ω ω ω ω

1

Silnik 3~

Silnik 3~

Pr dnica 

tachome-

tryczna

Produktyw

no

Obsługa, przestoje

Zarz dzanie 

jako ci

Elastyczno

10

12

10

10

Cechy dwóch rozwi za  sterowania ruchem

Podej cie konwencjonalne

Podej cie konwencjonalne

Podej cie

Podej cie

mechatroniczne

mechatroniczne

40

Zalety elektrycznego silnika asynchronicznego

1000   2000   3000   4000    5000    6000    7000   8000     

n

n

M
M

N

Moment obrotowy

[obr./min]

Silnik asynchroniczny

Silnik asynchroniczny

Silnik pr du stałego

Silnik pr du stałego

Silnik 

Silnik 

synchroniczny

synchroniczny

1000   2000   3000   4000    5000    6000    7000   8000     

n

n

[obr./min]

n

N

n

N

Moc

P

P

N

Silnik 

Silnik 

asynchroniczny

asynchroniczny

Silnik pr du 

Silnik pr du 

stałego

stałego

Silnik 

Silnik 

synchroniczny

synchroniczny

Du  zalet  silników 

asynchronicznych jest bardzo szeroki 

zakres pr dko ci obrotowych w pracy 

z osłabionym polem. 
Tryb pracy z osłabionym polem 

uzyskuje si  wówczas, gdy 

cz stotliwo  wzbudzania stojana 

jest wi ksza ni  znamionowa 

pr dko  obrotowa silnika n

N

. 

Oznacza to,  e czas który ma 

uzwojenie (cewka) na wyindukowanie 

pola magnetycznego w klatce jest za 

krótki aby wytworzy  wystarczaj co 

silne pole. Dzi ki temu pr dko  

obrotowa n jest nastawiana w bardzo 

szerokim zakresie przy stałej mocy. 

Jest to bardzo du a zaleta w 

porównaniu z silnikami pr du stałego 

i silnikami synchronicznymi. 

Obwód regulacji poło enia osi posuwu                           

z regulatorem kaskadowym

Zadana 

warto  

poło enia

Zadana 

warto  

pr dko ci 

obrotowej

Zadana 

warto  

pr du

Regulator 

poło enia

Cyfrowy 

regulator 

pr dko ci 

obrotowej

Regulator 

pr du

Jednostka 

mocy

Silnik 

nap du 

posuwu z 

pr dnic  

tacho-

metryczn

Sanie 

obrabiarki 

z układem 

pomiaru 

poło enia

+
-

+
-

+
-

Rzeczywista 

warto  

poło enia

Rzeczywista 

warto  

pr du

Rzeczywista 

warto  

pr dko ci 

obrotowej

41

G

R

= K

R

= K

V

G

N

= ----------

1

1 + T

N

s

G = ---

1

s

+

-

x

z

∆∆∆∆

x

x

rz

v

f

u

s

K

V 

- współczynnik wzmocnienia pr dko ciowego 

T

N

- stała czasowa nap du

ω

ωω

ω

oN

– cz sto

własna nap du

D  - współczynnik tłumienia nap du

Transmitancja zast pcza całego układu regulacji poło enia:

G

N

= ---------- = -------------------------------

1 + K

V

-1

s + T

N

K

V

-1

s

2

X

rz

(

s)

X

z

(

s)

1

ω

ωω

ω

oN

=

√√√√







 





 







K

V

T

N

D = 









√√√√







 





 







1

K

V

T

N

1

2

K

V

= 







 







1

2 T

N

Dla: D = 0,7

Schemat blokowy nap du posuwu i jego parametry

Wzmocnienie pr dko ciowe K

V

w obwodzie 

regulacji poło enia

Iloraz zadanej pr dko ci posuwu i odchylenia poło enia (uchybu 

nad ania) w stanie drga  własnych (pr dko  stacjonarna):

wzmocnienie otwartego obwodu regulacji,
miara dokładno ci odwzorowania obrabiarki.

Współczynnik

Współczynnik

K

K

v

v

lub wzmocnienie pr dko ciowe:

lub wzmocnienie pr dko ciowe:

K

v

= -------

.

X

X

W

[----- ]

m

min  mm

lub s

-1

1

[-----]

=

---

[

s

-1

]

=

16,6 [s

-1

]

m/min

mm

1000

60

Przeci tne warto ci K

Przeci tne warto ci K

V

V

w nap dach elektro

w nap dach elektro

-

-

mechanicznych:

mechanicznych:

0,6

≤

K

K

v

v

≤

2,4

[-----]   

lub 10 

≤≤≤≤

K

K

v

v

≤≤≤≤ 40 [ s

-1

]

m

min mm

Uwaga:

Wzmocnienie pr dko ciowe K

V

wszystkich osi obrabiarki 

musi by  jednakowe!

42

Przebieg pozycjonowania osi NC

s

ko c

s

v

max

v

a

1

a

2

t

1

t

2

t

3

Przyspie

Przyspie

-

-

szanie

szanie

Stała pr dko

Stała pr dko

Hamowanie

Hamowanie

t

t

t

Wpływ wzmocnienia pr dko ciowego 

K

V

i własno ci 

układu nap dowego na przebiegi przej ciowe 

regulacji poło enia

1,00

0,75

0,50

0,25

X

[mm]

t [s]

0,1

0,2

0,3

1,00

0,75

0,50

0,25

X

[mm]

t [s]

0,1

0,2

0,3

Pr dko  posuwu:

V

f

= 0.3 m/min

Nap d:

ω

ω

ω

ω

ON

= 80 s

-

1

x

rz

x

z

Uchyby 

nad ania :
K

v

= 100 s

-1

K

v

= 40 s

-1

K

v

= 20 s

-1

K

v

= 10 s

-1

Pr dko  posuwu:

V

f

= 0.3 m/min

Wzmocnienie K

V

:

K

v

= 20 s

-1

x

rz

x

z

ω

ω

ω

ω

ON

=

∞

∞

∞

∞

ω

ω

ω

ω

ON

= 80 s

-1

ω

ω

ω

ω

ON

= 25 s

-1

43

Maksymalne warto ci parametrów 

serwonap dów posuwu

> 90

50-140                          

z chłodzeniem ciecz

200 - 500

25-40                          

z chłodzeniem 

powietrzem 

Bezpo redni 

nap d liniowy

>100

120

<15

wi cej tylko dla 

du ych skoków 

ruby

Elektronakr tka

– ruba toczna 

nieobrotowa

20 –100

ok. 60

<10

wi cej tylko dla 

du ych skoków 

ruby

Silnik obrotowy 

– nap dzana 

ruba toczna

1/s

m/min

m/s

2

Współczynnik 

wzmocnienia 

pr dko ciowego

K

K

V

V

Pr dko  

przesuwu

v

v

f

f

Przyspieszenie

a

a

Rodzaj nap du

Zadana 

warto  

poło enia

Zadana 

warto  

pr dko ci 

obrotowej

Zadana 

warto  

pr du

Regulator 

poło enia

Cyfrowy 

regulator 

pr dko ci 

obrotowej

Regulator 

pr du

Jednostka 

mocy

Silnik 

nap du 

posuwu z 

pr dnic  

tacho-

metryczn

Sanie 

obrabiarki 

z układem 

pomiaru 

poło enia

+
-

+
-

+
-

Rzeczywista 

warto  

poło enia

Rzeczywista 

warto  

pr du

Rzeczywista 

warto  

pr dko ci 

obrotowej

+
+

Przesterowywanie

pr dko ci

Obwód regulacji poło enia osi posuwu                            

z przesterowywaniem pr dko ci

44

Obwód regulacji poło enia osi posuwu                

z przesterowywaniem przyspieszenia

Zadana 

warto  

poło enia

Zadana 

warto  

pr dko ci 

obrotowej

Zadana 

warto  

pr du

Regulator 

poło enia

Cyfrowy 

regulator 

pr dko ci 

obrotowej

Regulator 

pr du

Jednostka 

mocy

Silnik 

nap du 

posuwu z 

pr dnic  

tacho-

metryczn

Sanie 

obrabiarki 

z układem 

pomiaru 

poło enia

+   +

-

+
-

+
-

Rzeczywista 

warto  

poło enia

Rzeczywista 

warto  

pr du

Rzeczywista 

warto  

pr dko ci 

obrotowej

+
+

Przesterowywanie

pr dko ci

Przesterowywanie

przyspieszenia

Cz sto

własna 

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

o

o

jest miar jako ci transmisji sygnału:

10 

≤≤≤≤

f

o

= 

ω

ω

ω

ω

o

/ 2 D 

≤≤≤≤

30 Hz

Gdzie:
f

o

- cz stotliwo

graniczna obwodu regulacji, 

je eli stosunek amplitudy warto ci rzeczywistej do amplitudy 

warto ci zadanej przy sinusoidalnych zmianach sygnału warto ci 

zadanej przyjmuje warto

graniczn 1/

√√√√

2 to:

f

g

= -----

1

2 

ππππ

Stopie  tłumienia D

D

opisuje zdolno  do powstawania drga  układu. 

Tłumienie powinno by  mo liwie du e, aby unikn  wyst powania

przeregulowa . 

Cel: D=1

Cz sto  własna i tłumienie obwodu regulacji poło enia