Программирование для автоматизированного оборудования

И. В. Полторацкая
ПРОГРАММИРОВАНИЕ 
ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ
Допущено Министерством образования Республики Беларусь 
в качестве учебного пособия для учащихся учреждений образования, 

реализующих образовательные программы 
среднего специального образования по специальности 
«Техническая эксплуатация технологического оборудования 
и средств робототехники в автоматизированном производстве»
Минск 
РИПО
2023

УДК 004.4+338.364(075.32)
ББК 32.965-018я723
       П49
А в т о р:
преподаватель УО «Витебский государственный технический колледж» 
И. В. Полторацкая.  
Р е ц е н з е н т ы:
цикловая комиссия «Электротехника и эксплуатация электронных систем» 
филиала «Минский государственный автомеханический колледж 
имени академика М. С. Высоцкого» УО «Республиканский институт 
профессионального образования» (Т. В. Навойчик); 
старший преподаватель кафедры «Технологическое оборудование» 
Белорусского национального технического университета Ю. И. Касач.
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой 
ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства 
образования Республики Беларусь.
Полторацкая, И. В.
П49
Программирование для автоматизированного оборудования : учеб. 
пособие / И. В. Полторацкая. – Минск : РИПО, 2023. – 201 с. : ил.
ISBN 978-985-895-128-3.
Содержит теоретический материал для изучения учебного предмета «Программирование для автоматизированного оборудования», включает описание классификации систем ЧПУ, структуры систем ЧПУ, этапы подготовки 
управляющих программ, характеристику систем координат.
 Также приведена 
информация об особенностях технологической и геометрической подготовки 
для работы на станках с ЧПУ различных групп.
Предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих 
образовательные программы среднего специального образования по специальности «Техническая эксплуатация технологического оборудования и 
средств робототехники в автоматизированном производстве». Может быть 
полезно преподавателям для организации образовательного процесса.
УДК 004.4+338.364(075.32)
ББК 32.965-018я723
ISBN 978-985-895-128-3	
	
© Полторацкая И. В., 2023 
	
	
	
© Оформление. Республиканский институт
профессионального образования, 2023

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
АСЦУ – автоматизированные системы централизованного управления
БПУ – бюро программного управления 
ДГ – делительные головки
ЕСТД – единая система технологической документации 
ЗУ – запоминающее устройство
ISO – международная организация по стандартизации
МС – многоцелевые станки
НМД – накопители на оптических магнитных дисках 
ОГТ – отдел главного технолога
ОТК – отдел технического контроля
ПУ – программное управление 
РГ – револьверная головка
РТК – расчетно-технологическая карта
САП – система автоматизированной подготовки
САПР – система автоматизированного проектирования
САП – система автоматизированного программирования 
СКД – система координат детали
СКИ – система координат инструмента 
СКС – система координат станка
СОЖ – смазочно-охлаждающая жидкость
СПИД – станок–приспособление–инструмент–деталь
СЧПУ – система числового программного управления
ТП – технологический процесс
УДГ – универсальные делительные головки
УП – управляющая программа
УСП – универсально-сборные приспособления
УЧПУ – устройство числового программного управления
ФСУ – фотосчитывающие устройство
ЦПУ – цикловое программное управление
ЧПУ – числовое программное управление
ЭВМ – электронно-вычислительная машина
3

ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение является отраслью промышленности по 
производству машин, приборов и прочего оборудования, которое 
в том числе выступает в роли средств производства.
В индустриальном обществе машиностроение было главной 
отраслью, и уровень ее развития напрямую показывал экономическую мощь государства, военный потенциал. При переходе в 
информационное общество машиностроение не утратило своей 
роли, потому что разработка и создание всевозможных средств 
производства в большой мере обеспечивает экономическую независимость и безопасность регионов и государств. 
Современное машиностроение характеризуется большой 
наукоемкостью и технологичностью. В такой ситуации развитие машиностроительной отрасли связано с необходимостью 
укрепления сферы науки и образования. Если в XX веке машиностроение ассоциировалось с конвейерными производствами, 
огромными заводами, которые требовали большого количества 
рабочих, то сейчас можно наблюдать несколько другую ситуацию, а именно, роботизированные производства с минимальным 
количеством персонала, на который зачастую возлагаются инженерные и менеджерские функции.
Эксплуатация станков с ЧПУ возможна при наличии соответствующего технологического процесса и разработанных под 
него управляющих программ. Программирование обработки для 
станков с ЧПУ отличается сложностью и трудоемкостью, требует 
от технолога знаний не только ряда технологических дисциплин, 
но и основ программирования, некоторых разделов математики.
Обеспечение высокого качества технологических процессов 
и управляющих программ при минимальных затратах времени и 
труда на их подготовку и последующее изготовление – одно из 
4

Введение
главных условий рационального использования станков с ЧПУ 
в промышленности. Современный специалист должен быть и 
конструктором, разрабатывающим изделия и его отдельные элементы, и технологом, составляющим технологический процесс и 
управляющую программу для станков с ЧПУ, т. е. универсальным специалистом.
При программировании технологических процессов для 
станков с ЧПУ выполняется значительная часть работы, перенесенная из сферы непосредственного производства в область 
его технологической подготовки. Автоматическая работа станка 
с ЧПУ по управляющей программе, содержащей подробную информацию о последовательности и характере функционирования 
его исполнительных механизмов, заменяет действия квалифицированного рабочего, обрабатывающего заготовку на станке с 
ручным управлением. Все задачи формообразования решает технолог-программист в процессе подготовки УП. 
5

РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ 
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ С ПОМОЩЬЮ 
ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
1.1. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ 
ПРОЦЕССАМИ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Программное управление станками имеет свою историю, и в 
этой истории существует немало ключевых моментов, с которых 
можно начинать отсчет очередного поколения систем ЧПУ. Такие моменты связаны с внедрением в область ЧПУ и адаптацией 
(с учетом специфики ЧПУ) концептуальных идей из вычислительной техники и электроники, техники автоматизированного 
управления приводами и процессами, автоматизированного проектирования. Можно насчитать несколько сменивших друг друга 
поколений (исследователи насчитывают от четырех да десяти), 
каждое из которых оставило свой след в облике современной системы управления производственными процессами.
Система циклового программного управления (ЦПУ) позволяет частично или полностью программировать цикл работы 
станка, режим обработки и смену инструмента, а также с помощью предварительного налаживаемых упоров задавать величину 
перемещений исполнительных механизмов станка. Она является 
аналоговой системой управления замкнутого типа и обладает достаточно высокой гибкостью. На основе достижений кибернетики, 
электроники, вычислительной техники и приборостроения были 
разработаны принципиально новые системы программного управления – системы ЧПУ, широко используемые в станкостроении. 
На сегодняшний день практически каждое предприятие, занимающееся механической обработкой, имеет в своем распоря6

1.1. Программное управление производственными процессами 
жении станки с ЧПУ. Они выполняют те же функции, что и 
станки с ручным управлением, однако перемещения исполнительных устройств контролируются электроникой. Все большее 
число заводов предпочитает инвестировать капитал именно в 
современное оборудование с автоматическим управлением, а не 
покупать относительно дешевые универсальные станки.
Первым очевидным преимуществом использования станков 
с ЧПУ является высокий уровень автоматизации производства. 
Вмешательство оператора станка в процесс изготовления детали 
сведено к минимуму. Станки с ЧПУ могут работать автономно, 
день за днем, неделю за неделей, выпуская продукцию с неизменно высоким качеством. При этом главной задачей станочникаоператора являются подготовительно-заключительные операции: 
установка и снятие детали, наладка инструмента и т. д. В результате один работник может обслуживать сразу несколько станков.
Вторым преимуществом является производственная гибкость. 
Это значит, что для обработки разных деталей нужно всего лишь 
заменить программу. А уже проверенная и отработанная программа может быть использована в любой момент и любое число раз.
Третьим преимуществом является высокая точность и повторяемость обработки. По одной и той же программе можно изготовить тысячи идентичных деталей с требуемым качеством. 
ЧПУ позволяет обрабатывать такие детали, которые невозможно изготовить на обычном оборудовании, например со сложной 
пространственной формой (штампы, пресс-формы и др.).
Стоит отметить, что сама методика работы по программе 
позволяет более точно рассчитывать время обработки некоторой 
партии деталей и соответственно более полно загружать оборудование.
Станки с ЧПУ стоят достаточно дорого и требуют больших 
затрат на установку и обслуживание. Тем не менее, их высокая 
производительность легко может перекрыть все затраты при грамотном использовании и соответствующих объемах производства.
Числовое программное управление – это автоматическое 
управление станком при помощи компьютера, который находится внутри станка, и программы обработки (управляющей программы). Системы называют числовыми, потому что величина 
каждого хода исполнительного органа станка задается с помощью числа. Каждой единице информации соответствует дискретное перемещение исполнительного органа на определенную 
7

Раздел 1. Общие сведения об автоматизации производственных процессов
величину, называемую разрешающей способностью системы ЧПУ 
или ценой импульса. 
До изобретения ЧПУ управление станком осуществлялось 
вручную или механически (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Металлообрабатывающий станок с ручным управлением
Под управлением станком принято понимать совокупность 
воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение 
технологического цикла обработки, а под системой управления – 
устройство или совокупность устройств, реализующих эти воздействия.
Осевыми перемещениями станка с ЧПУ руководит компьютер, который читает управляющую программу и выдает команды соответствующим двигателям. Двигатели заставляют перемещаться исполнительные устройства станка – рабочий стол или 
колонну со шпинделем. В результате производится механическая 
обработка детали. Датчики, установленные на направляющих, 
посылают информацию о фактической позиции исполнительного устройства обратно в компьютер. Это называется обратной 
связью. Как только компьютер узнает о том, что исполнительное 
устройство станка находится в требуемой позиции, он выполняет 
следующее перемещение. Такой процесс продолжается, пока чтение управляющей программы не подойдет к концу.
По конструкции и внешнему виду станки с ЧПУ похожи на 
обычные универсальные станки. Отличие этих двух типов станков заключается в наличии у станка с ЧПУ устройства числового 
программного управления (УЧПУ), которое называют стойкой 
ЧПУ (рис. 1.2, 1.3).
8

1.2. Классификация систем ЧПУ
Рис. 1.2. Пульт оператора (стойка ЧПУ)
Рис. 1.3. Пульты оператора различных систем ЧПУ
Программное управление (ПУ) – это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком-либо носителе массива информации. Управляющая информация для систем 
ПУ является дискретной, и ее обработка в процессе управления 
осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров. 
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ЧПУ 
В соответствии с международной классификацией все УЧПУ 
делят по 4 признакам.
По степени совершенства и функциональным возможностям 
выделяют следующие системы.
1.	 
NC (Numerical Control) – системы с вводом информации 
с программоносителя (рис. 1.4, а). В данных системах принято 
9

Раздел 1. Общие сведения об автоматизации производственных процессов
покадровое чтение программоносителя на протяжении цикла обработки каждой заготовки. Работа осуществляется в следующем 
режиме: после включения станка и УЧПУ читаются первый и 
второй кадры программы. Как только заканчивается их чтение, 
станок начинает выполнять команды первого кадра. Информация 
второго кадра в это время находится в запоминающем устройстве 
УЧПУ. После отработки первого кадра начинает отрабатываться 
второй, который для этого выводится из запоминающего устройства. Пока выполняются команды второго кадра, система читает 
третий, который вводится в освободившееся от информации второго кадра запоминающее устройство, и т. д.
а
б
Рис. 1.4. Путь управления информацией для NC (а) и SNC (б) систем
Недостатки системы:
•
• для обработки каждой следующей заготовки системе ЧПУ 
приходится вновь читать все кадры. В процессе чтения нередко 
возникают сбои из-за недостаточно надежной работы считывающих устройств УЧПУ; 
•
• при таком режиме работы перфолента быстро изнашивается 
и загрязняется, что увеличивает вероятность сбоев при чтении.
В настоящее время УЧПУ класса NC уже не выпускаются.
2.	 
SNC (Stored Numerical Control) – системы сохраняют все 
свойства класса NC, но отличаются увеличенным объемом памяти (рис. 1.4, б). Системы SNC дают возможность осуществлять 
однократный ввод УП при длине перфоленты от 40 до 310 м. 
Данные системы позволяют прочитать все кадры программы и 
расположить информацию в запоминающем устройстве большой 
емкости. Перфолента прочитывается один раз, поэтому имеет 
10