Программирование обработки деталей на станках с чпу

Выполняя программирование обработки деталей на станках с чпу, применяют следующие методы подготовки управляющей программы (УП):

• ручное программирование обработки, выполняемое соответствующими специалистами (инженером-технологом, программистом и др.);
• автоматизированное программирование, выполняемое при использовании системы автоматизированной подготовки УП для станков с ЧПУ (САП УП), построенной на основе применения ЭВМ;
• оперативное, диалоговое программирование обработки детали, когда подготовка УП производится непосредственно у станка с клавиатуры УЧПУ.

В общем случае независимо от принятого метода подготовки управляющей программы сопроводительная документация обычно включает: чертеж детали; карту наладки инструментов; расчетно-технологическую карту изготовления детали на станке с ЧПУ; управляющие программы обработки и их распечатки; графики траектории инструментов (при автоматизированном расчете УП) и акт проверки управляющих программ.

В карте наладке инструментов записываются координаты вершин инструментов, определяемые вне станка на специальных приборах.

Расчетно-технологическая карта содержит законченный план обработки детали на станке с ЧПУ в виде графического изображения траекторий движения используемых инструментов со всеми необходимыми пояснениями и расчетными размерами.

Ручное программирование обработки деталей на станках с ЧПУ практически используется только при обработке простых деталей. Подготовку исходных данных, маршрутной и операционной технологии I, II, III этапов (см. Система чертеж-деталь на станках с ЧПУ) проводит технолог, который разрабатывает план операций и карту наладки инструментов (рис. 1). Задачи математических расчетов (этап IV) выполняет программист в бюро математических расчетов (БМР) с использованием средств вычисления (калькуляторы). По предварительно разработанному плану операций программист составляет расчетно-технологическую карту, в которой указываются во временной последовательности все рабочие движения станка, а также дополнительная информация, например свойства обрабатываемого материала, размеры и положение инструмента, скорость резания и т.п. Используя таблицы кодирования, программист пишет текст управляющей программы для конкретного станка с ЧПУ (V этап).

Рис. 1. Этапы ручного программирования обработки деталей на станках с чпу

Изготовление и контроль УП (VI этап) может проводиться в бюро электронных схем (БЭС) предприятия, где осуществляется запись программы на носитель и графическая проверка траекторий движения органов станка (см. рис. 1).

Если носителем информации для станка с ЧПУ является перфолента, то запись УП ведется на устройстве подготовки данных для перфоленты (УПДЛ). На этапе контроля, информация, считываемая с перфоленты, должна быть преобразована в импульсные или фазомодулированные сигналы в зависимости от типа УЧПУ. Вырабатываемые УЧПУ сигналы подаются на исполнительные механизмы координатографа — устройства графической проверки управляющей программы (см. рис. 1).

При программировании обработки деталей на станках с чпу число решаемых задач настолько велико, что ручное программирование часто невозможно. Управляющая программа для деталей средней сложности, а особенно для сложных деталей, может быть составлена только при использовании ЭВМ (рис. 2).

Автоматизация процессов программирования является основным средством сокращения затрат времени на разработку управляющей программы, обеспечивает не только снижение трудоемкости подготовки управляющей программы по сравнению с ручным способом, но и повышает их качество в связи с возможностью рассмотрения нескольких вариантов технологического процесса и выбора оптимального из них.

Использование автоматизированного программирования позволяет на одном рабочем месте рассчитывать опорные точки движения рабочих органов станка, рассчитывать и формировать управляющие программы изготовления детали в коде устройства ЧПУ, контролировать цифровую и графическую информацию в процессе ее формирования и получать распечатку бланков с пояснениями к выходной управляющей программе (см. рис. 2). Автоматизированную программирование обработки деталей на станках с чпу проводит на предприятии технолог-программист.

Результатом выполнения технологом-программистом задач технологической подготовки УП (I, II, III этапы) является разработка РТК изготовления детали на станке с ЧПУ. РТК содержит чертеж детали с указанием системы координат программируемой детали и выбранными траекториями обработки, а также перечень технологических данных о последовательности обработки, инструменте, припусках, режимах обработки и т.п.

Рис. 2. Этапы автоматизированного программирования обработки деталей на станках с чпу

Задачи, решаемые на IV, V, VI этапах, объединяют в общий автоматизированный этап преобразования информации, выполняемого ЭВМ. Применение ЭВМ для автоматизации программирования обработки на станках с ЧПУ требует разработки специального программно-математического обеспечения, а также проблемно-ориентированного языка для записи информации об изготавливаемой детали и ввода ее в ЭВМ. Это программно-математическое обеспечение называют системами автоматизированной технологической подготовки производства для станков с ЧПУ или системами автоматизированной подготовки управляющих программ (САП УП).

На рис. 3 показана структурная схема системы автоматизированной подготовки управляющих программ.

Комплект программ САП УП содержит транслятор, процессор и постпроцессоры. Указанные программы составляют программное обеспечение САП УП, которое находится на машинных носителях информации ЭВМ — магнитных дискетах, дисках. Для работы в системе автоматизированной подготовки УП это программное обеспечение заносится в оперативную память ЭВМ.

Входной язык САП УП включает правила задания текстов исходных программ для ЭВМ и является проблемно-ориентированным языком высокого уровня. Он дает возможность описать геометрическую и технологическую информацию о конкретной детали кратко и однозначно и близок к машинному языку и языку технолога.

Транслятор осуществляет перевод информации с входного проблемно-ориентированного языка САП УП на язык ЭВМ. Он выполняет: лексический контроль программы, выявляющий недопустимые слова; синтаксический анализ, распознающий тип предложений, структуру программы и синтаксические ошибки; семантический анализ, в ходе которого производятся исследование каждого предложения и генерирование семантически эквивалентных предложений машинного языка; оптимизацию программы с целью сокращения времени ее выполнения и понижения используемого объема памяти ЭВМ.

Рис. 3. Структурная схема системы автоматизированной подготовки управляющих программ

Процессор системы осуществляет геометрические вычисления без учета специфики станка, на котором будет обрабатываться деталь, а также особенностей его системы ЧПУ. Процессор обеспечивает общее решение задачи определения траектории движения инструмента в зависимости от формы обрабатываемой детали и инструмента. Результатом решения этой задачи являются данные о последовательном положении инструмента (cutter-location data) CLDATA.

По существу, CLDATA состоит из серий координат x, y, z для острия режущего инструмента в последовательных его положениях, когда формируются геометрические элементы обрабатываемой детали.

Расчеты, связанные со станком, осуществляются постпроцессором. Постпроцессор — комплект программ для перевода информации с машинного языка на язык конкретного станка с ЧПУ.

Постпроцессоры бывают либо специального назначения для какой-то особой комбинации «станок–система ЧПУ», либо разрабатываются в обобщенном виде для ряда станков. Задачи, решаемые постпроцессором:

• считывание и сортировка данных CLDATA;
• выработка команд для осуществления подготовительных и вспомогательных функций;
• вычисление соответствующих движений рабочих органов станка с учетом его динамики;
• распечатка и запись на программоноситель.

При обработке простых деталей предварительная подготовка управляющей программы может не выполняться. Программирование обработки деталей на станках с чпу ведется непосредственно у станка с пульта УЧПУ по чертежу детали. Такой способ подготовки управляющей программы называется оперативным программированием.

Оперативное программирование осуществляется оператором с пульта системы управления станком в режиме ввода и редактирования управляющих программ.

Информация управляющей программы вводится в УЧПУ в специальном семиразрядном буквенно-цифровом коде по ГОСТ 13032–77, соответствующем международному коду ISO–7 bit. Управляющая программа вводится отдельными кадрами, состоящими из слов, которые задаются буквенными адресами с определенными числовыми значениями.

Современные микропроцессорные УЧПУ позволяют осуществлять оперативное программирование в режиме диалога оператора с УЧПУ. При этом УП готовится с помощью специального графического редактора в режиме «меню». Данный способ программирования обработки деталей на станках с чпу называется диалоговым программированием. Такой диалог возможен при наличии в УЧПУ специального программного обеспечения и следующих технических средств: клавиатуры ввода на пульте УЧПУ (рис. 4, α); дисплея УЧПУ, работающего как в алфавитно-цифровом режиме, так и в режиме графического отображения (рис. 4, б, в); пульта управления станком (рис. 4, г).

Рис. 4. Технические средства ведения диалогового программирования на станке с системой ЧПУ «HEIDENHAIN»: α — клавиатура ввода данных; б — дисплей УЧПУ в режиме «алфавитно-цифровой клавиатуры»; в — дисплей УЧПУ в режиме «графической симуляции»; г — пульт управления станка

На экране дисплея УЧПУ высвечивается последовательность вопросов, на которые должен ответить оператор нажатием определенных буквенных или цифровых клавиш. Эти вопросы могут также задаваться в виде перечня («меню»), из которого надо выбрать желаемый вариант.

Оператор в процессе программирования выбирает требуемый по чертежу вариант из «меню» и вводит с пульта УЧПУ необходимые данные в предлагаемой последовательности. Введенные данные (графики, буквенно-цифровая информация) тут же высвечиваются на экране дисплея и, при необходимости, редактируются.

Программирование обработки деталей на станках с ЧПУ при использовании диалогового программирования не требует знания условных изображений и формата кадра. По данным, вводимым оператором, микроЭВМ сама формирует УП в виде, необходимом для работы УЧПУ.

Программирование обработки включает последовательные этапы: формирование геометрии обработанной детали; выбор режущих инструментов; определение режимов резания; определение схем наладки и обработки; моделирование процесса обработки. Управляющая программа в этом случае представляет собой упорядоченное множество геометрических объектов и технологических команд.

По геометрическим данным чертежа оператор, используя соответствующее «меню», производит построение контура обрабатываемой детали из различных геометрических элементов: точек, линий, окружностей и т.д., которые изображаются на экране графического дисплея в виде рисунка (рис. 5).

Рис. 5. Задание геометрических элементов контура обрабатываемой детали в УЧПУ «SINUMERIK»

При необходимости на экран дисплея вызывается информация о режущем инструменте. Графически могут быть представлены схема инструмента, его данные, включая размеры, код, номер корректора, материал режущей части и др.

Из «меню» «Последовательность переходов» оператор выбирает необходимые для обработки технологические переходы, при формировании которых будут использоваться типовые циклы обработки, например цикл сверления (рис. 6), цикл чернового точения цилиндрической поверхности и т.п. В циклах задаются соответствующие параметры: припуски на черновую, чистовую обработку; глубина и ширина обработки; плоскость безопасности; направление подачи и т.п.

Режимы резания могут быть или назначены оператором, или получены автоматически по введенному коду материала детали и инструмента, виду обработки (черновая, чистовая), принятым циклам обработки. Программное обеспечение УЧПУ может определять оптимальные режимы (подачу, скорость резания, необходимые замедления) с учетом данных, характерных для станка.

Рис. 6. Типовой цикл обработки (цикл сверления), используемый при диалоговом программировании на УЧПУ «SINUMERIK»

После определения всех параметров обработки УЧПУ автоматически рассчитывает управляющую программу работы станка, и с определенными комментариями ее можно увидеть на экране дисплея в соответствующем коде. По желанию оператора возможно графическое представление всего процесса обработки детали как в плоскостном (рис. 7, α), так и в объемном изображении (рис. 7, б). Такой вид информации на экран дисплея делает ее обзорной и легко понимаемой.

Рис. 7. Графическое представление процесса обработки, полученного диалоговым программированием: α — плоскостное изображение; б — объемное изображение