7.5. Автоматизированная разработка управляющих программ для оборудования с чпу

В управляющих программах для оборудования с ЧПУ обработка детали задается в виде массивов чисел, включая:

• технологические команды, определяющие выбор инструмента, задание скорости шпинделя и величину подачи, включение-выключение подачи и т.п.;

• геометрические команды, определяющие перемещение рабочего органа относительно детали по некоторой траектории, в том числе и контролируемой непрерывно;

• подготовительные команды, служащие для управления самим устройством ЧПУ и задания режимов его работы;

• вспомогательные команды, служащие непосредственно для управления включением и выключением механизмов станка.

Каждая команда представляет собой совокупность символов и цифр, доступных пониманию технолога-программиста станков с ЧПУ. Управляющая программа для станка с ЧПУ является определенным образом формализованной записью исходных данных для работы этого устройства, приводящих при неизменной процедуре их обработки к различным результатам.

К любому станку с ЧПУ прилагается инструкция по его программированию, являющаяся руководством для технолога-программиста по кодированию действий, совершаемых данным станком с ЧПУ при реализации процесса обработки той или иной детали. Например, унифицируются начало и конец как программы в целом, так и каждого кадра, указывается способ нумерации кадров программы, оговаривается формат и структура кадра.

Для кодирования буквенных символов и чисел в управляющих программах для оборудования с ЧПУ применяются различные унифицированные коды. Самым распространенным из них является требующий для изображения одного символа семи двоичных разрядов код, разработанный международной организацией по стандартизации ISO, который так и называется «код IS0-7bit».

При составлении текстов кадров управляющих программ для оборудования с ЧПУ используется адресный принцип, когда адресом называют буквенный символ, определяющий, куда именно будет направлена и каким образом будет использована непосредственно следующая за ним числовая информация, называемая подадресным выражением.

Таких адресов в коде IS0-7bit существует несколько:

• N — номер кадра управляющей программы;

• X, Y, Z — геометрическая информация, определяющая перемещения по указанным координатным осям;

• G (government — управление) — для подготовительной информации. Например, G00 — быстрый ход, G01 — линейная интерполяция и др.;

• М (англ. machine-tool — станок) — для вспомогательных команд;

• S (англ. spindle — шпиндель) — для задания оборотов шпинделя;

• F (англ. feed — подача) — для задания величины подачи;

• Т (англ. tool — инструмент) — для выбора того или иного инструмента и др.

При составлении текстов управляющих программ используются следующие основные понятия:

• нулевая точка детали (на производственном сленге — нуль детали) — это точка детали, которая принята за нулевую в системе координат, связанной с деталью, от которой откладываются характерные для обработки размеры;

• нулевая точка станка (на производственном сленге — нуль станка) — это точка в пространстве, которая принимается за нулевую в системе координат, cвязанной со станком, обычно совпадающая с базовой точкой зажимного приспособления;

• центр инструмента — неподвижная относительно державки точка инструмента, для которой ведется расчет траектории движения инструмента относительно детали. Например, для резца центром инструмента будет считаться центр скругления при вершине данного резца, а для пальцевой фрезы — точка пересечения оси данной фрезы с ее торцом;

• исходная точка составления управляющей программы, связывающая нулевые точки станка и детали;

• расчетная траектория - это траектория движения центра инструмента относительно обрабатываемой детали, рассчитываемая по геометрии обрабатываемой поверхности с учетом геометрии инструмента, которая может совпадать с контуром обрабатываемой детали, представлять собой его эквидистанту, или являться более сложной кривой;

• опорная геометрическая или технологическая точка — это та точка расчетной траектории, в которой происходит изменение закона, описывающего траекторию, или изменение условий обработки;

• постоянный цикл — это часто встречающаяся последовательность команд управляющей программы, оформленная в виде стандартного участка текста управляющей программы, т. е. стандартной подпрограммы, вызываемой одной командой управляющей программы, например стандартные подпрограммы точения цилиндрических поверхностей, сверления отверстий и т. п.

Быстрое развитие базовых электронных средств обусловило развитие функциональных возможностей устройств ЧПУ и связанных с этим методов подготовки управляющих программ.

Простейшими из таких устройств являются собственно устройства ЧПУ, называемые устройствами типа NC (numerical control).

Следующим шагом в развитии устройств ЧПУ явились системы типа SNC (storing numerical control). Использование универсальной управляющей мини-ЭВМ вместо специальных устройств управления привело к созданию систем класса DNC (direct numerical control), в которых вследствие высокого быстродействия подобной ЭВМ стало возможным управление от одного устройства ЧПУ, построенного на базе такой ЭВМ, сразу несколькими станками.

Дальнейшее развитие микроэлектроники привело к появлению устройств ЧПУ класса HNC (hand-controlled numerical control). В подобных устройствах обработка головной (пилотной) детали партии производится высококвалифицированным рабочим, а все его действия кодируются и записываются в виде управляющей программы для обработки других таких же деталей партии.

Наконец, снижение стоимости компьютерных микроэлектронных средств привело к появлению устройств ЧПУ класса CNC (computerized numerical control), в которых стало возможным использование индивидуального компьютера для построения систем ЧПУ того или иного станка.

Разработка управляющих программ путем кодирования согласно инструкции по программированию данного станка с ЧПУ элементарных действий, совершаемых данным автоматическим станком, требует подробной и полной разработки технологического процесса обработки программируемой детали на данном станке. Кроме того, такое составление управляющих программ для более или менее сложных деталей требует высокой квалификации программиста и сопряжено с неизбежными ошибками, ведущими к поломкам дорогостоящего оборудования и травмам людей. Вся информация, необходимая для обработки данной детали, содержится в рабочем чертеже детали. Стремление, с одной стороны, сократить объем дополнительно разрабатываемой документации и вводимой информации, а с другой — уменьшить, если не полностью исключить, ошибки программирования, привело к созданию и использованию систем автоматического программирования для станков с ЧПУ, получивших общее название САП.

Примером таких САП является система автоматического программирования станков с ЧПУ, называемая APT (auto programming tool). Она послужила основой для разработки многочисленных АРТ-образных языков. Русской версией такой системы автоматического программирования станков с ЧПУ является система Техтран, включающая в себя проблемно-ориентированный язык Техтран и транслятор с него. Система Техтран (технологический транслятор) получила свое название по аналогии с известным языком программирования Фортран (формульный транслятор).

Базовый Техтран позволяет программировать любые плоские контуры, находящиеся в плоскости ХОY состоящие из набора точек, прямых линий и дуг окружностей. Перемещения по оси Z возможны при осуществлении движения типа «точка—точка» в процессе управления глубиной обработки и выходе на заданную плоскость XOY. Такая обработка называется 2,5-координатной.

Система Техтран обеспечивает:

• слежение за процессом составления управляющей программы и осуществляет диагностирование ошибок в исходном тексте,

• позволяет по одному исходному тексту, написанному в формальных параметрах, производить составление управляющих программ для группы похожих деталей путем задания для каждой из этих деталей фактических значений формальных параметров.

• обеспечивает возможность редактирования составляемых управляющих программ как на уровне исходного текста, так и в результирующем коде ISO-7bit.

• формирование сопроводительной документации.

Последовательность подготовки исходного описания детали для последующего использования его системой Техтран сводится к следующему:

• выбор системы координат и определение контурных элементов;

• выбор исходной точки обработки;

• определение последовательности обработки детали;

• описание на языке Техтран контура детали, последовательности обработки и технологических команд.

Всякая автоматизированная разработка управляющих программ для станков с ЧПУ опирается на базы данных, содержащие следующие компоненты:

• технологические схемы и наладки для обработки типовых поверхностей, таких как наружное и внутреннее точение, выполнение канавок, сверление, фрезерование пазов и др.;

• библиотека простейших графических элементов, таких как окружности, овалы, прямоугольники, зубья шестерен и др.;

• технические характеристики станков, приспособлений, инструментов;

• данные для расчета режимов обработки;

• архив ранее разработанных переходов и операций;

• архив готовых управляющих программ;

• архив постпроцессоров для разных станков с ЧПУ.

Станки с ЧПУ, а значит и соответствующие САП, специализируются. Среди них можно выделить следующие группы:

1) токарные станки с ЧПУ и САП, предназначенные для 2- координатной обработки;

2) фрезерные и сверлильные станки с ЧПУ и САП, предназначенные для 2,5-координатной обработки;

3) фрезерно-сверлильно-расточные многоинструментные станки (обрабатывающие центры) с ЧПУ и САП, предназначенные для 3-координатной обработки.

Современные САП позволяют смоделировать и визуализировать на экране монитора в виде мультфильма движение инструмента относительно детали и процесс съема металла, что весьма удобно для контроля составляемой управляющей программы. Они также допускают коррекцию и редактирование управляющей программы оператором на любом этапе ее создания.