Числовое программное управление, принятое сокращение ЧПУ (, сокр. — компьютерное числовое управление, развитие числового управления , NC)  — область техники, связанная с применением программных цифровых вычислительных устройств для управления производственными процессамиN.097 numerical control числовое программное управление, ЧПУ//Иллингуорт В., Глейзер Э., Пайл И. (ред.) Толковый словарь по вычислительным системам —М.:Машиностроение, 1990, массовое прикладное значение имеет в поточном машиностроении (т.н. программируемые станки) и в последующих системах дерево- и металлообработки.

Оборудование с ЧПУ может быть представлено: станочным парком, например, станками (станки, оборудованные числовым программным управлением, называются станками с ЧПУ) для обработки металлов (например, фрезерные или токарные), дерева, пластмасс; современными промышленными роботами с характерной системой управления; периферийными устройствами предназначенными для аддитивной обработки (например 3D-принтер); машинами и приспособлениями в состав которых входит электрический привод асинхронного электродвигателя, использующего векторное управление.

История Сменяемые программы, нанесённые на перфокарты с помощью двоичного кода, использовались уже в 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 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.

Широкие возможности повышения уровня автоматизации, непосредственно влияющими на гибкость самого процесса переналадки станка, стали возможны после разработки и внедрения в систему управления промышленного станка числового программного управления. По сравнению с существовавшими ранее, функциональные команды на выполнение необходимых переключений или включений, величина и размерность пути перемещения рабочих органов, обработка сигналов определяющих состояние или положение управляющих и рабочих органов, получили удобный механизм ввода, коррекции и отображения в виде доступном и понятном органам восприятия оператором станка с максимально удобными и комфортными параметрами.

Изобретателем первого станка с электронным числовым управлением (, ) является Джон Пэрсонс (), работавший инженером в компании своего отца , 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 шаговые искатели.

В 1949 году ВВС США профинансировали разработку станка для контурного фрезерования сложных по форме деталей авиационной техники. Однако компания не смогла самостоятельно выполнить работы и обратилась за помощью в лабораторию сервомеханики Массачусетского технологического института , . Сотрудничество с MIT продолжалось до 1950 года. В том году MIT приобрел компанию по производству фрезерных станков и отказался от сотрудничества с , 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 . Станок управлялся с помощью перфоленты.

Первый станок с ЧПУ отличался особой сложностью и не мог быть использован в производственных условиях. Первое серийное устройство ЧПУ было создано компанией 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 с ЧПУ, чтобы передать их в аренду частным компаниям.

. Базовыми системами ЧПУ в СССР были НЦ-31 и 2Р22 (токарная группа) и 2С42 и 2Р32 (фрезерная группа).

Серийный выпуск собственных образцов промышленного оборудования с ЧПУ был освоен в БолгарииДля резки металла // "Красная звезда" от 31 марта 1988.

Числовое программное управление также характерно для систем управления современными промышленными роботами.

Аббревиатура «ЧПУ» соответствует двум англоязычным — и , — отражающим эволюцию развития систем управления оборудованием.

1 Системы типа NC (), появившиеся первыми, предусматривали использование жестко заданных схем управления обработкой. Для реализации этого уровня характерны задание "программы" с помощью матрицы их штекерных гнёзд (позднее заменённых на декадные переключатели), располагаемых горизонтальными "строчками" в несколько "столбцов". Каждое отверстие штекерного гнезда предназначено для "ввода" команды управления одного технологического перехода (операции). Получение разных функций в команде достигалась различными кодовыми комбинациями выступов и впадин на ножке ключа, вставляемого в гнездо — происходило переключение контактных групп кодовых реле в цепях управления станком. Корректировка (изменение) технологического шага производилась извлечением и переустановкой ключа с ножкой иной формой. Шаговое устройство, по мере опроса очередного штекерного гнезда, определяло отсутствие в гнезде ключа (и соответственно пропуск команда) либо же считывало закодированную информацию и вносило изменение в цепь управления соответствующего рабочего органа станка. Данный тип первоначально практически исключал возможность хранения "программ" на внешних носителях, но со временем появились (например, система управления DATA-MODUL станка SCHIESS-FRORIEP, DATAPROG) съёмные пластиковые матрицы, которые накладывались на штекерные гнёзда и путём снятия которых технологическая "программа" в виде определенной комбинации ключей, установленных напротив соответственных штекерных гнёзд, снималась и могла быть сохранена для дальнейшего повторного использования или перенесена на другой станок с такой же системой управления станком. Такой способ хранения позволял сохранять лишь общий "скелет" технологической программы без параметров, например удавалось закодировать включение подачи какой либо оси, но скорость и перемещение на этом цикле приходилось устанавливать оператору станка вручную. Каких-либо устройств оперативного хранения данных, управляющих процессоров не предусматривалось.

Точность позиционирования инструмента в такой системе управления, для выхода в размер и достижения точности обработки детали без снижения общей скорости обработки, требовала для гашение инерционных сил применения ступенчатого торможения и определения тормозного пути, сложного плохо поддающегося предварительному расчёту в силу взаимодействия ряда переменных и постоянных факторов: массы движущихся частей станка и детали, качество поверхностей трения и величина зазора, первоначальная скорость, интенсивность торможения, наличие и характер смазки. В советских станках эти вычисления производились устройством типа Ф5134, которым оснащались подвесные пульты управления станком моделей 1512Ф1, 1516Ф1, 1525Ф1 и 1Л532Ф1 выпускаемые Краснодарским станкостроительным заводом им. Седина .

С появлением и совершенствованием датчиков линейного перемещения и изменения угла поворота, появилась возможность, например связать величину пройденного суппорта пути с вращением планшайбы, что позволило автоматизировать (в отличие от ранее существовавшего механического способа управления подач) токарную обработку, например нарезание резьбы на токарно-карусельных станках или вести обработку конической поверхности что требовало кроме основного вращения планшайбы, управляемой траектории движения резца достигаемой одновременным перемещением приводов горизонтального и вертикального суппортов.

2 Более современные системы ЧПУ, называемые CNC (), — 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 автоматизированным рабочим местом (например, , ) с последующей загрузкой программы посредством передачи по промышленной сети.

Крупнейшими производителями станков с числовым программным управлением по состоянию на 2013 год являлись Германия (14 млрд долл), Япония (13 млрд долл), Китай (8 млрд долл).

Крупнейшими потребителями станков являются: Китай (11 млрд долл), США (8 млрд долл), Германия (7 млрд долл) Пайвин, А. С. Основы программирования станков с ЧПУ : учебное пособие / А. С. Пайвин, О. А. Чикова ; Уральский гос. пед. ун-т, Ин-т физики, технологии и экономики. — Екатеринбург : [б. и.], 2015. — 102 с. .

Аппаратное обеспечение

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;

контроллер — вычислительное 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); ПЗУ — память, предназначенная для долговременного хранения (годы и десятки лет) системных программ и констант; информация из ПЗУ может только считываться; 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 сервоприводы, шаговые двигатели.

Для передачи данных между исполнительным механизмом и системой управления станком обычно используется промышленная сеть (например, CAN, Profibus, Industrial Ethernet).

Крупнейшие производители систем ЧПУ (по данным на 2009 год): 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, 828D, 840D.

В РФ станочное ЧПУ разрабатывается «Мехатроника» (Иваново)Цифровая система ЧПУ серии MNC

Программное обеспечение