Н. Н. Черникова Системы автоматизации программирования оборудования с ЧПУ (САПО ЧПУ)
Литература к курсу: Гжиров Р. И. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник. – Л. : Машиностроение. Ленингр. Отделение, 1990: - 588 с. : ил. Сосонкин В. Л. Программное управление технологическим оборудованием: Учебник для вузов. – М: Машиностроение, 1991. – 512 с. Ловыгин А. А. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система. – М. : «Эльф ИПР» , 2006, 286 с. Серебреницкий, П. П. Программирование для автоматизированного оборудования. — М. : Высш. шк. 2003. — 592 с: ил Босинзон М. А. Современные системы ЧПУ и их эксплуатация: Учебник для ссузов/ М. А. Босинзон, Б. И. Черпаков, ред. – М. : Академия, 2006. 192 с. Сердюк, А. И. Метод циклограмм в исследовании гибких производственных ячеек. Модели и алгоритмы: монография / А. И. Сердюк, Р. Р. Рахматуллин, А. П. Зеленин. – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. – 215 с. Сосонкин В. Л. Системы числового программного управления: учебю пособие для вузов/ В. Л. Сосонкин, Г. М. Мартинов. – М: Логос, 2005. – 269 с. Комплексная автоматизация в машиностроении: учебник для вузов/ под ред. Н. М. Капустина. – М. : Академия, 2005, - 368 с.
Тема 1. Введение. Термины и основные понятия. Экономический эффект от внедрения ЧПУ.
Введение Важнейшим достижением научно-технического прогресса является комплексная автоматизация промышленного производства. В своих высших формах гибкое автоматизированное производство (ГАП) и компьютерное интегрированное производство (КИП). В таком производстве особое значение приобретает оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ). Внедрение ЧПУ позволило сократить трудоемкость до пяти раз — в зависимости от вида обработки и конструктивных особенностей обрабатываемых заготовок
Введение Внедрение компьютерных систем CAD/CAM/CAE: резко снизило сроки подготовки производства; резко сократило сроки освоения и выпуска новой продукции; повысило ее качество; снизило себестоимость. Внедрение ЧПУ в технологию машиностроения обусловило необходимость построения числовых моделей технологического процесса. Технология машиностроения из науки, носившей по преимуществу качественный характер, стала превращаться в науку точную.
Введение Программирование обработки на станках с ЧПУ приобрело самостоятельное, причем главенствующее значение. Т. к. программированием обработки конкретных деталей завершаются все предшествующие работы по разработке, художественному дизайну, конструированию, моделированию и другие этапы выпуска нового изделия. Комплексная автоматизация: ь проектирование станков; ь инженерные расчеты; ь разработка технологии; ь разработка управляющих программ для станков с ЧПУ; ь планирование производства; ь закупка материалов и комплектующих
Введение Этапы жизненного цикла производственных изделий и системы их автоматизации
Термины и основные понятия Управляющая программа (УП) – совокупность команд на языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка для обработки конкретной заготовки. Числовое программное управление (ЧПУ) станком – управление обработкой заготовки на станке по УП, в которой данные заданы в цифровой форме. Позиционное ЧПУ (позиционное управление) – ЧПУ, при котором рабочие органы станка перемещаются в заданные точки, причем траектория перемещения не задается. Контурное ЧПУ (контурное управление) – ЧПУ, при котором рабочие органы станка перемещаются по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура заготовки. Адаптивное ЧПУ (адаптивное управление) – ЧПУ, при котором обеспечивается адаптивное приспособление процесса обработки заготовки к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям. Ручная подготовка УП – подготовка и контроль УП в основном без применения ЭВМ
Термины и основные понятия Автоматизированная подготовка УП – подготовка и контроль УП с применением ЭВМ. Устройство числового программного управления (УЧПУ) – устройство, выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с УП и информацией о состоянии управляемого объекта. Кадр управляющей программы (кадр) – составная часть УП, вводимая и отрабатываемая как единое целое и содержащая не менее одной команды. Слово УП (слово) – составная часть кадра УП, содержащая данные о параметре процесса обработки заготовки и (или) другие данные по выполнению управления Номер кадра УП – слово вначале кадра, определяющее последовательность кадров в УП. Формат кадра УП – условная запись структуры и расположения слов в кадре УП с максимальным числом слов. Главный кадр – кадр УП, содержащий все данные, необходимые для возобновления процесса обработки заготовки после перерыва. Главный кадр УП обозначают специальным символом.
Экономический эффект от применения станков с ЧПУ Однажды отлаженная технология обработки может в дальнейшем применяться неоднократно; оператор обслуживает группу станков, в то время как станочник-универсальщик – только один; сложность геометрии и рассчитанная траектория для ее получения ни как не связана с количеством дополнительной оснастки для изготовления шаблонов, специального фасонного инструмента и т. п. Приводы станков обеспечивают движение инструмента надежней и точнее чем человеческий привод. количество перемещений (пошаговая дистанция обработки) не играет столь важной роли, как при ручной обработке;
Экономический эффект от применения станков с ЧПУ Скорости перемещений в десятки, а то и в сотни раз выше; Современные станки с высокоскоростной обработкой позволяют отказаться от проведения последующих работ (например, шлифования); многоинструментальный магазин станков с автоматической сменой инструмента обеспечивает возможность выполнять обработку непрерывно (круглосуточно); Уменьшение единиц оборудования за счет совмещения операций; Возможность изготовления сложных изделий с высоким качеством и в короткие сроки.
Тема 2. Функциональные составляющие подсистемы ЧПУ. Системы координат станка, детали, инструмента.
Функциональные составляющие подсистемы ЧПУ Подсистема управления Главный элемент подсистемы управления – контроллер (процессор), который обычно расположен в корпусе стойки ЧПУ. Стойка имеет набор кнопок и экран (все вместе называется пользовательским интерфейсом), для ввода и вывода необходимой информации. Системы могут быть закрытыми и открытыми (ПК совместимыми).
Функциональные составляющие подсистемы ЧПУ Подсистема управления Закрытые системы имеют собственные алгоритмы, циклы и логику работы. Информация об их архитектуре закрыта. Недостатки: обновление ПО и редактирование настроек невозможны. Достоинства: высокая надежность. Открытые системы имеют аппаратную начинку схожую с персональным компьютером. Достоинства: доступность и дешевизна комплектующих. Недостатки: низкая надежность.
Функциональные составляющие подсистемы ЧПУ Подсистема приводов состоит из двигателей и винтовых передач. Высокоточные ходовые винты станков с ЧПУ позволяют перемещать исполнительные органы станка с минимальным трением и практически без люфтов. Двигатели Шаговые двигатели – электромеханическое устройство, преобразующие электрический сигнал управления в дискретное механическое перемещение. • Шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели с постоянным магнитным сопротивлением • Гибридные двигатели
Функциональные составляющие подсистемы ЧПУ Подсистема приводов Достоинства: Шаговые двигатели просты и легки в управлении, могут работать без дорогой и сложной обратной связи, что позволяет создавать недорогие станки. Основной недостаток: дискретная и толчковая работа, что приводит к ухудшению качества обработки. Современные станки оснащаются в основном серводвигателями. У них более сложная конструкция и сложнее управление. Применение серводвигателей требует наличия специальных контроллеров и устройств обратной связи, что увеличивает стоимость станка.
Функциональные составляющие подсистемы ЧПУ Подсистема обратной связи Система открытого типа регистрирует наличие или отсутствие сигнала от подсистемы управления. Не дает информации о реальном положении и скорости исполнительного органа. В современных станках не используется. Система замкнутого типа использует внешние датчики для проверки необходимых параметров: - датчики, используемые для определения положения (вращающийся датчик положения, линейный датчик положения); - датчики состояния исполнительных органов (температурные датчики, инфракрасные датчики и т. д. ).
Система координат станка, детали, инструмента Система координат станка Оси координат у станков располагают обычно параллельно направляющим станка. В качестве единой системы координат для всех станков с ЧПУ принята стандартная прямоугольная (правая) система, при которой оси X, Y, Z указывают положительные перемещения инструмента относительно подвижных частей станка.
Система координат станка, детали, инструмента Система координат станка В паспортах станков с ЧПУ всех типов указаны координаты, которые закреплены за конкретным рабочим органом, показаны направления всех осей, начало отсчета по каждой из осей и пределы возможных перемещений. Для того чтобы не было путаницы с положительными направлениями рабочих органов, связанных с заготовкой (обозначение осей со штрихом) и с инструментом (обозначение осей без штриха), при подготовке УП всегда исходят из того, что инструмент движется относительно неподвижной заготовки.
Система координат станка, детали, инструмента Система координат детали является главной системой при программировании обработки. Система координат детали — это система, в которой определены все размеры данной детали и даны координаты всех опорных точек контура детали. Системы координат детали и программы обычно совмещены.
Система координат станка, детали, инструмента Система координат детали Система координат инструмента предназначена для задания положения его режущей части относительно державки. Инструмент описывается в рабочем положении в сборе с державкой.
Система координат станка, детали, инструмента Связь систем координат 1 - Система координат станка X М Z, имеющая начало отсчета в точке М— нуль станка. 2 - Система координат детали или программы обработки детали. 3 - Система координат инструмента Все три координатные системы на любом станке взаимосвязаны.
Тема 3. Классификация УЧПУ. Оборудование с ЧПУ. Порядок подготовки УП. Технологическая документация.
Классификация устройств ЧПУ УЧПУ - автономный электронный агрегат, имеющий устройство ввода УП, вычислительную часть, электрический канал связи с автоматическими механизмами станка. Внешний вид УЧПУ во многом определен панелью управления, с которой осуществляется выбор режима управления станком (ручной, наладка, полуавтоматический, автоматический); производится исправление программы в период ее отладки, вводится коррекция, ведется контроль за выполнением команд и наблюдение за правильной работой станка и самого устройства ЧПУ и др.
Классификация устройств ЧПУ В соответствии с международной классификацией все УЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие основные классы: NC (Numerical Control); SNC (Stored Numerical Control); CNC(Computer Numerical Control); DNC (Direct Numerical Control); HNC(Handled Numerical Control); VNC (Voise Numerical Control). Структурно-информационный анализ этих систем сложен, хотя позволяет выделить в них (или установить отсутствие) определенных функциональных элементов и информационных каналов. Условной для реальных УЧПУ является классификация, т. к. реализация функций ЧПУ может быть такой, что реальный вариант системы управления представляет собой синтез отдельных признаков систем разных классов.
Классификация устройств ЧПУ СИСТЕМЫ КЛАССОВ NC И SNC Станки, оснащенные УЧПУ классов NC и SNC, в настоящее время еще имеются в практике предприятий, но выпуск систем этих классов уже прекращен. Это наиболее простые системы управления с ограниченным числом информационных каналов. В составе этих систем отсутствует оперативная ЭВМ. Внешним признаком УЧПУ классов NC и SNC является способ считывания и отработки УП. Системы класса SNC Эти системы сохраняют все свойства систем класса NC, но отличаются от них увеличенным объемом памяти. Системы класса SNC позволяют прочитать все кадры программы и разместить информацию в запоминающем устройстве большой емкости. Перфолента читается только один раз перед обработкой всей партии одинаковых деталей.
Классификация устройств ЧПУ Системы класса NC В системах класса NC принято покадровое чтение перфоленты на протяжении цикла обработки каждой заготовки. Системы класса NC работают 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. В это время информация второго кадра программы находится в запоминающем устройстве УЧПУ. После выполнения первого кадра станок начинает отрабатывать второй кадр, который для этого выводится из запоминающего устройства. В процессе отработки станком второго кадра система читает третий кадр программы, который вводится в освободившееся от информации второго кадра запоминающее устройство, и т. д. Системы класса NC обладают низкой надежности и подвержены частым сбоям.
Классификация устройств ЧПУ СИСТЕМЫ КЛАССОВ CNC Основу УЧПУ классов CNC составляют: ЭВМ, запрограммированная на выполнение функций числового программного управления, блоки связи с координатными приводами, блоки выдачи технологических команд в требуемой логической последовательности, системные органы управления и индикации, каналы обмена данными с центральной ЭВМ верхнего уровня. В системах класса CNC возможно изменять и корректировать в период эксплуатации (а не только в период проектирования и изготовления системы) как УП обработки детали, так и программы функционирования самой системы в целях максимального учета особенностей данного станка. Каждая из выполняемых функций обеспечивается своим комплексом подпрограмм. Подпрограммы увязываются общей координирующей программой-диспетчером, осуществляющей гибкое взаимодействие всех блоков системы.
Классификация устройств ЧПУ В запоминающее устройство системы CNC УП может быть введена полностью не только с перфоленты, с дискеты или по каналу внешней связи, но и отдельными кадрами — вручную с пульта УЧПУ. Некоторые УЧПУ класса CNC имеют специальные тест-программы для проверки работоспособности всех структурных частей системы. Неотъемлемой частью УЧПУ класса CNC является обширная встроенная память, которая может быть использована в качестве архива УП. СИСТЕМЫ КЛАССОВ DNC Системами класса DNC можно управлять непосредственно от центральной ЭВМ, минуя считывающее устройство станка. В функции DNC входит управление и другим оборудованием автоматизированного участка, например автоматизированным складом, транспортной системой и промышленными роботами, а также решение некоторых организационно-экономических задач планирования и диспетчирования работы участка.
Классификация устройств ЧПУ СИСТЕМЫ КЛАССОВ HNC Оперативные УЧПУ класса HNC позволяют ручной ввод программ в электронную память ЭВМ УЧПУ непосредственно прямо с ее пульта. Современные УЧПУ класса HNC построены на базе лучших УЧПУ класса CNC, лишь формально отличаясь от последних отсутствием устройств для ввода УП с перфолент, позволяют вести программирование с пульта УЧПУ в режиме диалога и при использовании большого архива стандартных подпрограмм, хранящихся в памяти встроенной микро. ЭВМ. Эти подпрограммы по команде с пульта вызываются на экран дисплея, на экране высвечиваются как графика (схема обработки), так и текст (перечень необходимых данных для ввода в УЧПУ по выбранной подпрограмме).
Оборудование с ЧПУ В настоящее время множество оборудования различного назначения и степени сложности оснащается УЧПУ стали доступны по цене, легки в обслуживании и эксплуатации. Примеры современного оборудования: - Фрезерные станки с ЧПУ; Токарные станки с ЧПУ; Фрезерно-токарные станки с ЧПУ; Лазерная резка; Плазменная и газовая резка; Гидроабразивная резка; Деревообрабатывающие; Фрезерно-гравировальные; Заточные; Станки для модельного производства; Электроэрозионные станки и т. д.
Подготовка УП Технологический процесс (ТП) обработки на станке с ЧПУ, В отличие от традиционного технологического процесса, требует большей детализации при решении технологических задач и учета специфики представления информации. Структурно технологический процесс также делится на операции, элементами которых являются: установы; позиции; технологический и вспомогательный переходы; рабочие и вспомогательные ходы; …
Подготовка УП Детализация технологического процесса для оборудования с ЧПУ приводит к разделению ходов на шаги, каждый из шагов представляет собой перемещение на участке траектории инструмента вдоль определенного геометрического элемента, на котором не изменяется режим. В общем случае проектирование ТП для станков с ЧПУ можно разделить на три стадии: разработку маршрута детали; разработку ТП; подготовку УП.
Технологическая документация Технологической документацией называется комплекс текстовых и графических документов, определяющих в отдельности или в совокупности технологический процесс изготовления изделия и содержащих данные, необходимые для организации производства. Государственными стандартами установлена Единая система технологической документации (ЕСТД), в которой определены правила ее разработки, оформления и комплектации.
Технологическая документация Справочная документация: классификаторы деталей по конструкторскотехнологическим признакам; типовые технологические процессы; каталоги и картотеки универсальных станков и станков с ЧПУ, режущего, вспомогательного и измерительного инструмента, приспособлений и обрабатываемых материалов; нормативы режимов резания; таблицы допусков и посадок; инструкции по расчету, кодированию, записи, контролю и редактированию УП; методические материалы по определению экономической эффективности обработки на станках с ЧПУ.
Технологическая документация Сопроводительная документация. Операционная карта предназначена для описания операций технологического процесса изготовления детали с разделением на переходы и указанием оборудования, оснастки и режимов резания. Карта наладки инструмента используется при настройке инструмента вне станка и установке его на станке в соответствии с выбранной наладкой. В карту записывают координаты вершин всех инструментов наладки и показания прибора для их настройки вне станка. Операционная расчетно-технологическая карта предназначена для ручной подготовки УП.
Тема 4. Основы металлообработки. Траектория обработки. Интерполяция.
Основы металлообработки Фрезерование Управляющие программы для фрезерных, токарных, электроэрозионных, деревообрабатывающих и других станков с ЧПУ создаются по одинаковым принципам. Для осуществления фрезерования необходимо иметь два движения – главное и подачи. При фрезеровании главным движением является вращение инструмента, а движением подачи является поступательное движение заготовки.
Основы металлообработки Фрезерование Попутное фрезерование Толщина стружки на входе максимальна и уменьшается на выходе до нулевого значения на выходе. Условия входа пластины в резание наиболее благоприятны. Встречное фрезерование При врезании толщина стружки равна нулю и максимальна на выходе.
Основы металлообработки Фрезерование Припуск – слой материала заготовки, который необходимо удалить при обработке. Припуск можно удалить за один или несколько проходов. Черновое фрезерование проводят с максимально допустимыми режимами резания для выборки максимального объема материала за минимальное время. При этом оставляют минимальный припуск для чистовой обработки. Чистовое фрезерование используется для получения деталей с окончательными размерами и высоким качеством поверхности.
Основы металлообработки Фрезерование. Режущий инструмент – непосредственно осуществляющий механическую обработку (сверла, фрезы, метчики и др. ). Вспомогательный инструмент – инструмент, служащий для закрепления режущего инструмента в шпинделе станка (патроны, державки, оправки). Инструментальный блок – совокупность режущего и вспомогательного инструмента.
Основы металлообработки Траектория обработки При обработке детали инструмент и заготовка перемещаются относительно друга по определенной траектории. Если принять, что радиус инструмента во время обработки детали по контуру остается постоянным, то траектория центра инструмента при контурной обработке является эквидистантой контуру детали.
Основы металлообработки Траектория обработки Движение по эквидистанте относится только к траектории рабочих ходов. Перемещения центра инструмента при обработке детали могут быть также подготовительными и вспомогательными. В практике программирования траекторию инструмента представляют состоящей из отдельных, последовательно переходящих друг в друга участков. В общем случае участки траектории движения центра инструмента и траекторию в целом удобно представить графически, исходя из зафиксированного определенным образом положения контура обрабатываемой детали.
Основы металлообработки Траектория обработки При обработке детали инструмент может перемещаться: в одной плоскости — плоская обработка (2 Х), при которой используются две управляемые координаты; обрабатываться строчками, каждая из которых является плоской кривой (2, 5 Х); иметь сложное перемещение в пространстве (3 Х)— объемная обработка (неизменно направление оси инструмента); иметь сложное перемещение одновременно с поворотом оси инструмента (5 Х).
Основы металлообработки Траектория обработки Каждое из положений (каждая опорная точка) в выбранной системе координат может быть определено числами, например, координатами. Сочетание таких чисел, определяющих ряд последовательных положений инструмента, или, иначе, ряд опорных точек траектории, и будет представлять основную часть программы работы станка, выраженную в числовом виде.
Основы металлообработки Траектория обработки В начале программирования в системе координат детали Xд. Yд. Zд задают положение базовых элементов заготовки. Относительно нуля детали (точка W) задаются при программировании положение всех опорных точек, определяющих траекторию движения центра инструмента при обработке.
Основы металлообработки Траектория обработки При установке детали на станок положение нуля детали (точки W) будет зафиксировано относительно координатной системы станка XYZ координатами x. MW, y. MW, z. MW.
Основы металлообработки Траектория обработки Если при обработке детали используют приспособление, то оно должно быть закоординировано на станке относительно нуля станка (точки М). при установке детали в приспособлении координатная система детали XДYДZД должна совпадать с координатной системой приспособления.
Основы металлообработки Интерполяция При постоянной скорости подачи по осям вследствие неравенства координат заданной точки (ΔX 1≠ΔY 1) время движения по оси X не будет равно времени движения по оси Y, и заданная траектория будет искаженной.
Основы металлообработки Интерполяция Приблизить фактическую траекторию к заданной можно введением дополнительных (промежуточных) опорных точек.
Основы металлообработки Интерполяция В процессе работы такой интерполятор при исходных заданных приращениях ΔX 1 и ΔY 1 непрерывно должен поддерживать такое соотношение скоростей движения инструмента по осям, при котором инструмент будет перемещаться по заданной линейной траектории.
Основы металлообработки Интерполяция В большинстве существующих станков перемещение инструмента по заданной траектории осуществляется приближенно, путем включения подачи попеременно то вдоль одной, то вдоль другой оси. При этом интерполятор системы управления непрерывно оценивает отклонения от заданной траектории и стремится свести эти отклонения к минимуму. Скачки ступенчатой траектории равны или кратны цене одного управляющего импульса, поступающего из интерполятора, или импульса, формируемого датчиком обратной связи. Различают линейную интерполяцию и круговую, и соответствующие им интерполяторы.
Тема 5. Структура УП и ее формат. Код ISO-7 bit. Формат кадра. Базовые G-коды. Базовые М-коды.
Структура УП и ее формат Существует множество языков программирование обработки. Наиболее популярным является программирование в G и М кодах. Язык G и М кодов основывается на положениях Международной организации по стандартизации (ISO) и Ассоциации электронной промышленности (EIA). Каждый кадр УП содержит геометрические и технологические данные, необходимые для обработки одного элементарного участка детали, чаще всего между двумя соседними опорными точками. Кадры состоят из слов — информации, определяющей программу работы отдельных исполнительных органов: - перемещения по координатам X, Y, Z, - скорость подачи, - частоту вращения шпинделя, - работу механизмов смены инструмента …
Код ISO-7 BIT Семиразрядный буквенно-цифровой код ISO-7 bit в двоично-десятичной системе счисления представляет цифры, буквы латинского алфавита и различные символы. Значение букв и символов в терминах ЧПУ у этого кода соответствует ГОСТ 20999— 83. Код был предназначен для записи информации на восьмидорожечной перфоленте, но в этом же коде в настоящее время представляются все УП независимо от использования того или иного программоносителя.
Код ISO-7 BIT При построении УП в коде ISO-7 bit в последовательности кадров программы записывается только та геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, которая изменяется по отношению к предыдущему кадру. Другими словами для большинства команд, представляемых в УП, действительно правило, согласно которому записанная в данном кадре команда не повторяется в последующих кадрах и отменяется лишь другой командой из этой группы или специальной командой отмены, отменяющей все команды данной группы.
Код ISO-7 BIT Каждая УП должна начинаться символом % — «начало программы» после которого должен стоять символ — «конец кадра» Кадр с символом % не нумеруется. Нумерация кадров программы начинается с последующего кадра. Любая группа символов, не подлежащая отработке на станке, должна быть заключена в круглые скобки.
Код ISO-7 BIT К структуре кадра УП предъявляют определенные требования: Каждый кадр должен содержать слово «номер кадра» . Формат некоторых УЧПУ позволяет это слово не использовать. Далее в кадре приводятся информационные слова или слово. Завершается кадр символом ПС или LF ( «конец кадра» ). Использование этого символа, как правило, обязательно. При необходимости в кадре указывают символы табуляции. Их проставляют перед любым словом в кадре, кроме слова «номер кадра» .
Формат кадра Каждый конкретный тип УЧПУ характеризуется форматом - принятым (рекомендуемым) порядком расположения слов в кадре и структурой каждого слова в отдельности. %: / DS N 04 3 G 2 Х+053 Y+053 Z ± 042 F 031 S 04 Т 05 М 2* Данный формат указывает, что УЧПУ, для которого выполняется запись УП, воспринимает: символы начала программы (%), главного кадра (: ), пропуска кадра (/ ); явную десятичную запятую (DS).
Формат кадра %: / DS N 04 3 G 2 Х+053 Y+053 Z ± 042 F 031 S 04 Т 05 М 2* В приведенном формате N 04 — четырехзначный номер кадра. Это означает, что всего в программе можно привести кадры с номерами от N 1 до N 9999. Цифры записываются за символом N в последовательности: — тысячи — сотни — десятки — единицы, т. е. сначала значащая десятичная цифра тысяч, потом сотен, десятков, единиц. Если бы в формате было указано N 3 (без нуля перед цифрой 3) то во всех кадрах, где необходимо, обязательно было бы написание нулей как значащих цифр: например N 001, N 002, . . N 099
Базовые G коды Современные системы ЧПУ понимают более сотни различных команд. Однако технологи-программисты использую довольно узкий набор G и М кодов. Для реализации перемещений возможно пользоваться всего несколькими кодами, которые можно назвать базовыми. Ускоренное перемещение G 00 Код G 00 используется для ускоренного перемещения или позиционирования. Ускоренное перемещение никогда не используется для обработки, т. к. скорость движения очень велика и непостоянна.
Базовые G коды Линейная интерполяция G 01 Код G 01 предназначен для линейной интерполяции (перемещения инструмента по прямой линии с заданной скоростью). Структура кадра линейной интерполяции G 01 Xn. n Yn. n Zn. n Fn. n Слово данных F определяет скорость подачи. Линейная интерполяция может использоваться для перемещения одновременно по трем координатам.
Базовые G коды Круговая интерполяция G 02 и G 03 Коды G 02, G 03 предназначены для выполнения круговой интерполяции G 02 – по часовой стрелке G 03 – против часовой стрелки Направление определяется при взгляде на инструмент со стороны шпинделя в отрицательном направлении оси Z. Движение по часовой стрелке. Код G 02
Базовые М коды Коды, обозначающиеся буквой М (Miscellaneous) называются вспомогательными и предназначены для управления режимами работы станка. М код может быть в кадке как один, так и совместно с G кодами.
Базовые М коды М 00 – Запрограммированный останов М 01 – Останов по выбору М 02 – Конец программы М 03 – Прямое вращение шпинделя М 04 – Обратное вращение шпинделя М 05 – Останов шпинделя М 06 – Автоматическая смена инструмента М 08 – Включение подачи СОЖ М 09 – Отключение подачи СОЖ М 30 – Конец программы, перевод курсора в начало программы
Тема 6. Постоянные циклы станка. Функции компенсации инструмента.
Постоянные циклы станка Постоянные циклы – специальные макропрограммы заложенные в УЧПУ для выполнения стандартных операций обработки. Практически все станки с ЧПУ имеют набор циклов, например циклы сверления, растачивания, нарезания резьбы.
Постоянные циклы станка Станки с ЧПУ могут иметь разнообразные циклы от сверления и растачивания до обработки контуров и карманов. Циклы разрабатываются производителями станков и систем ЧПУ и могут значительно отличаться. Необходимо всегда изучать документацию на станок. Постоянные циклы для обработки отверстий G 80 – отмена постоянного цикла G 81 – стандартный цикл сверления G 82 – сверление с выдержкой G 83 – цикл прерывистого сверления G 73 – высокоскоростной цикл прерывистого сверления G 84 – цикл нарезания резьбы G 74 – цикл нарезания левой резьбы G 85 – стандартный цикл растачивания
Функции компенсации инструмента Функция инструмента Т Например Т 9 – инструмент № 9 В силу различия используемых инструментов их размеры должны быть внесены в систему перед началом воспроизведения программы. Только в этом случае траектория может быть рассчитана безотносительно к параметрам используемых инструментов. После того как инструмент установлен в шпиндель и активизирована соответствующая коррекция, система ЧПУ автоматически принимает в расчет эту коррекцию.
Функции компенсации инструмента Функция Н - компенсация длины Функция D – компенсация радиуса
Функции компенсации инструмента Два способа компенсации длины: 1. по отношению к передней плоскости шпинделя
Функции компенсации инструмента Два способа компенсации длины: 2. по отношению к нулевому инструменту
Тема 7. САМ-системы. Разработка УП. Создание конструкторских элементов. Параметры конструкторских элементов.
САМ-системы САМ – computer-aided manufacturing Компьютерная поддержка изготовления Автоматизирует расчеты траектории перемещений инструмента для обработки на станках с ЧПУ и обеспечивает выдачу управляющих программ с помощью компьютера. Общая схема работы: 1. В CAD системе создается электронный чертеж и (или) 3 D модель; 2. Чертеж или модель импортируются в САМ систему. Технолог выбирает поверхности и геометрические элементы, которые необходимо обработать, выбирает стратегию обработки, режущий инструмент, режимы резания. Система производит расчет траекторий перемещения инструмента. 3. Формирование УП при помощи постпроцессора.
САМ-системы САМ системы могут отличаться областью применения и возможностями. 1. Специализированные системы (для токарной, фрезерной, электроэрозионной обработки, деревообработки, гравировки и т. д. ) 2. Комплексные системы, как правило состоят из специализированных модулей, которые могут приобретаться по отдельности. Сам системы могут делиться на уровни. Например системы для фрезерной обработки имеют уровни по количеству одновременно используемых координат 2. 5 Х, 3 Х, 5 Х. Стоимость систем значительно отличается в зависимости от уровня.
Подготовка УП Исходные данные для разработки УП с использованием САП: геометрия изделия, модель станка, модель устройства ЧПУ. В диалоговом режиме оператор ЭВМ создаёт технологические объекты: добавляет переходы, указывает обрабатываемые поверхности, выбирает режущий инструмент, определяет плоскость холостых ходов и т. д.
Подготовка УП Последним этапом создания УП с помощью САП является отладка программы с помощью специальных средств системы – модулейверификаторов, которые позволяют визуально отследить траекторию движения инструмента, проконтролировать срезаемый слой материала, проверить УП на наличие столкновений и т. д.
Подготовка УП Стадии создания технологического объекта на основе геометрической модели: 1. Создание конструктивного элемента (колодец, уступ, плоскость, отверстие, поверхность и т. п. ). На этом этапе задаётся геометрия поверхностей, подлежащих обработке. 2. Задание технологического перехода (фрезеровать, сверлить, точить, пробить и т. п. ). Результатом выполнения шагов 1 и 2 является «Технологический объект» (ТО). 3. Повторение шагов 1 -2 для каждого технологического объекта. 4. Задание технологических команд (начало цикла, плоскость холостых ходов, стоп и т. п. ). 5. Расположение созданных технологических объектов в правильном порядке (управление последовательностью выполнения ТО). 6. Расчет траектории движения инструмента с генерацией файла CLDATA. 7. Выполнение моделирования процесса обработки. 8. Создание управляющей программы.
Создание конструктивных элементов Конструктивный элемент (КЭ) — это геометрический элемент детали, обрабатываемый за один технологический переход. Совместимость технологических переходов и конструктивных элементов
Создание конструктивных элементов Колодец — это конструктивный элемент, у которого внешний ограничивающий контур всегда замкнут и обработка идет внутри этого контура. Внутри колодца могут располагаться внутренние необрабатываемые элементы (острова), которые описываются замкнутыми контурами.
Создание конструктивных элементов Уступ — это конструктивный элемент, внешняя граница которого задается двумя незамкнутыми контурами. Первый контур определяет часть уступа, ограниченную стенкой. Второй контур определяет открытую часть уступа. Внутри уступа могут располагаться внутренние необрабатываемые элементы (острова), которые описываются замкнутыми контурами.
Создание конструктивных элементов Окно — это конструктивный элемент, который может иметь замкнутый или незамкнутый ограничивающий контур. Контур окна может состоять из нескольких незамкнутых контуров. У окна не может быть внутренних необрабатываемых элементов (островов) и обрабатываемых/контролируемых поверхностей!
Создание конструктивных элементов Стенка — это конструктивный элемент, который может иметь замкнутый или незамкнутый ограничивающий контур. Если контур замкнутый, обработка производится всегда с его внешней стороны. Паз — это конструктивный элемент, который может иметь замкнутый или незамкнутый ограничивающий контур. Обработка контура производится всегда с учетом положения материала.
Создание конструктивных элементов Плоскость — это конструктивный элемент, у которого внешний ограничивающий контур определяет свободную поверхность. Внешний контур плоскости всегда замкнут.
Создание конструктивных элементов Плита — это конструктивный элемент, у которого внешний контур определяет стенку плиты, а внутренние контуры определяют окна в плите. Все контуры, определяющие плиту, должны быть замкнуты.
Создание конструктивных элементов Поверхность — это конструктивный элемент, определяемый поверхностью 3 D-модели. Для обработки части поверхности 3 Dмодели можно использовать ограничивающие 2 D-контуры или пространственные кривые.
Создание конструктивных элементов Торец — это конструктивный элемент, расположенный в плоскости, перпендикулярной оси вращения детали, и определяемый тремя точками.
Создание конструктивных элементов Область — это конструктивный элемент, определяющий снимаемый припуск.
Создание конструктивных элементов Параметры конструктивных элементов Тип области Открытая — это область, которая может быть обработана на проход.
Создание конструктивных элементов Параметры конструктивных элементов Тип области Полуоткрытая — это область, которая обрабатывается в упор.
Создание конструктивных элементов Параметры конструктивных элементов Тип области Закрытая — это область, которая обрабатывается на врезание.
Создание конструктивных элементов Внешний контур — это конструктивный элемент, используемый в лазерной обработке, аналогичный КЭ "Стенка". Внешний контур может иметь замкнутый или незамкнутый ограничивающий контур. Если контур замкнутый, обработка производится всегда с его внешней стороны. Внешний контур может состоять из нескольких незамкнутых контуров.
Создание конструктивных элементов Внутренний контур — это конструктивный элемент, используемый в лазерной обработке, аналогичный КЭ "Окно". Этот конструктивный элемент может иметь замкнутый или незамкнутый ограничивающий контур. Если контур замкнутый, обработка производится всегда с его внутренней стороны. Внутренний контур может состоять из нескольких незамкнутых контуров.
Создание конструктивных элементов Отверстие — это конструктивный элемент определяемый группой точек. Группа точек – набор геометрических элементов, определяющих положение центров отверстий.
Создание конструктивных элементов Текст – конструктивный элемент, определяемый текстовыми строками и параграфами.
Параметры конструктивных элементов Плоскость холостых ходов — это плоскость, в которой инструмент перемещается на холостом ходу при обработке данного колодца.
Параметры конструктивных элементов Угол врезания в плане – угол, определяющий направление врезания инструмента в материал относительно оси Х в плоскости XY СК детали.
Параметры конструктивных элементов Скругление дна – радиус сопряжения дна и всех стенок КЭ. Этот параметр используется, как правило, в тех случаях, когда проще указать численно радиус скругления, а не определять множество фрезеруемых поверхностей, определяющих его. Например, при черновой обработке пресс-формы или штампа.
Параметры конструктивных элементов Угол наклона стенки – это угол наклона всех стенок КЭ.
Параметры конструктивных элементов Стенка контура Два контура - верхняя и нижняя границы КЭ заданы двумя различными контурами. Верхний контур расположен на заданной глубине относительно плоскости привязки конструктивного элемента. Нижний контур расположен в плоскости дна конструктивного элемента.
Параметры конструктивных элементов Глубина по Z – глубина относительно плоскости КЭ, на которой располагаются внутренние острова.
Параметры конструктивных элементов Контур образующей (4 Х) Контур образующей – 2 D или 3 D элемент, определяющий поверхность вращения, на которой располагается КЭ.
Параметры конструктивных элементов Оптимизация - включение режима оптимизированного расчета траектории движения инструмента. Действие этого параметра распространяется на последовательность обработки нескольких контуров внутри одного КЭ, а также последовательность обработки отверстий.
Параметры конструктивных элементов Начальный диаметр торца - параметр, определяющий максимальную координату Y торца.
Параметры конструктивных элементов Контур детали – 2 D или 3 D элемент, определяющий контур детали, который необходимо получить на текущем технологическом переходе.
Параметры конструктивных элементов Начальный диаметр резьбы - параметр, определяющий наружный диаметр резьбы.
Параметры конструктивных элементов Шаг резьбы - параметр, определяющий расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля, измеренное в направлении, параллельном оси резьбы. Глубина резьбы - параметр, определяющий расстояние между наружным и внутренним диаметрами резьбы.
Тема 8. Создание технологических переходов. Технологические команды.
Создание технологических переходов Фрезерные переходы Технологический переход "Фрезеровать 2. 5 Х" Фрезеровать 2. 5 X — технологический переход, предназначенный для проектирования плоской фрезерной обработки (2. 5 х), с возможностью замены одной линейной оси поворотной осью.
Создание технологических переходов Тип обработки Зигзаг - обработка во взаимопараллельных плоскостях, перпендикулярных плоскости XY, с чередованием встречного и попутного направления фрезерования. Основной недостаток метода – переменный характер фрезерования: вдоль одной строки инструмент работает в направлении подачи, вдоль другой против направления подачи. Второй недостаток – повышенное число изломов траектории
Создание технологических переходов Зигзаг контурный - обработка, определяемая двумя контурами, с чередованием встречного и попутного направления фрезерования.
Создание технологических переходов Петля - обработка во взаимопараллельных плоскостях, перпендикулярных плоскости XY, с сохранением выбранного (встречное или попутное) направления фрезерования.
Создание технологических переходов Петля контурная - обработка, определяемая двумя контурами, с сохранением выбранного (встречное или попутное) направления фрезерования.
Создание технологических переходов Эквидистанта - эквидистантная обработка от центра к границам конструктивного элемента.
Создание технологических переходов Эквидистанта обратная - эквидистантная обработка от границ конструктивного элемента к центру.
Создание технологических переходов Петля эквидистантная - обработка по ленточной спирали с сохранением выбранного (встречное или попутное) направления фрезерования.
Создание технологических переходов Спираль - обработка конструктивного элемента по спирали.
Создание технологических переходов Глубина резания - толщина слоя материала, снимаемого за один проход в плоскости ХY.
Создание технологических переходов Глубина резания (последний проход) - параметр, позволяющий ограничивать величину глубины резания на последнем проходе инструмента вдоль контура.
Создание технологических переходов Недобег - расстояние от настроечной точки инструмента до плоскости привязки конструктивного элемента, на котором производится переключение с холостого хода на подачу врезания.
Создание технологических переходов Перебег - расстояние, на которое инструмент выходит за нижнюю кромку конструктивного элемента.
Создание технологических переходов Многопроходная обработка по Z Количество проходов можно определить двумя способами: Глубина прохода - глубина одного прохода по оси Z. В этом случае количество проходов будет рассчитано автоматически. Количество проходов количество проходов по оси Z. В этом случае глубина одного прохода будет рассчитана автоматически. Многопроходная обработка по Z - группа параметров, определяющая обработку конструктивного элемента в том случае, если за один проход его обработать нельзя.
Создание технологических переходов Внешний припуск - остаточный припуск, оставляемый на контуре, определяющем внешнюю границу конструктивного элемента.
Создание технологических переходов Внутренний припуск - остаточный припуск, оставляемый на контурах, определяющих внутренние границы конструктивного элемента.
Создание технологических переходов Технологический переход "Фрезеровать 3 Х" Фрезеровать 3 X — технологический переход, предназначенный для проектирования трехосевой фрезерной обработки (3 х), с возможностью замены одной линейной оси поворотной осью.
Создание технологических переходов Обкатка - параметр, определяющий правила формирования траектории движения скругленного инструмента в случае, если глубина прохода по оси Z меньше радиуса скругления инструмента.
Технологические команды «Начало цикла» Технологическая команда "Начало цикла" определяет положение начала цикла (настроечной точки инструмента) в системе координат детали/зоны. За настроечную точку инструмента принимают либо базовую точку шпинделя или резцедержателя, либо вершину какоголибо участвующего в обработке или фиктивного инструмента.
Технологические команды «Безопасная позиция» Технологическая команда "Безопасная позиция" определяет точку или плоскость, куда отводится инструмент перед сменой, перед поворотом детали в рабочем пространстве станка, перед сменой стола спутника, а также по команде "Отвод". Если безопасная позиция не определена, то за безопасную позицию принимается точка начала цикла.
Технологические команды «Плоскость холостых ходов» Технологическая команда "Плоскость холостых ходов" (ПХХ) определяет плоскость, в которой должны выполняться ускоренные перемещения инструмента при переходе от одного конструктивного элемента к другому. Если ПХХ не определена, инструмент будет перемещаться на холостом ходу от одного конструктивного элемента к другому по кратчайшему расстоянию.
Тема 9. Разработка постпроцессора.
Разработка постпроцессора Этапы работы системы • Пpоектиpующая CAM-система (процессор) готовит последовательность команд обработки в универсальном виде (CLDATA, ART). • Адаптер использует постпроцессор на станок и формирует на рабочем диске файл с именем PLENT. TAP, содержащий текст управляющей программы в формате ASCII. • Перекодировщик, который запускается автоматически после отработки адаптера, перекодирует каждый символ файла PLENT. TAP из формата ASCII в формат конкретной стойки формируя файл PROG. TAP содержащий управляющую программу в формате стойки ЧПУ.
Разработка постпроцессора Задачи, решаемые адаптером • Определяет имя станка, управляющую программу. на • Определяет по имени станка номер постпроцессора, который будет использоваться при формировании управляющей программы. • Преобразует команды промежуточного формата в слова и кадры управляющей программы. • Компонует информацию программы. в который виде нужно единой получить управляющей
Разработка постпроцессора Этапы создания постпроцессора Состав постпроцессора Паспорт станка Общие данные по станку и правилам программирования Макрокоманды Информация об обработке адаптером таких команд CLDATA, для реализации которых необходимо выполнить несколько команд CLDATA Макет кадра Структура кадра управляющей программы: взаимное расположение всех возможных окон кадра и описание каждого из них Алгоритмы представления команд CLDATA в виде кадров и слов управляющей программы
Разработка постпроцессора Паспорт станка – это набор вопросов и возможные варианты ответов о станке и правилах программирования для него. Примеры вопросов: Тип оборудования; Возможность программного управления охлаждением Наличие кругового интерполятора Точность аппроксимации и др. Макрокоманды Существует необходимость детализировать какую–либо из команд CLDATA. Например: Загрузить инструмент. Чтобы сменить инструмент, нужно: • отвести его в позицию смены инструмента на ускоренной подаче; • выключить при отводе корректор на длину; • выключить шпиндель; • выключить охлаждение; • провести смену инструмента.
Разработка постпроцессора Поэтому команде Загрузить инструмент необходимо поставить в соответствие следующую последовательность команд: 1. Включить ускоренное перемещение (код 25) 2. Выключить корректор по оси Z (код 709) 3. Отвести инструмент (код 28) 4. Выключить охлаждение (код 700) 5. Выключить шпиндель (код 701) 6. Загрузить инструмент (код 35) Таким образом, команда CLDATA Загрузить инструмент будет заменена макрокомандой, а шесть перечисленных команд будут подкомандами этой макрокоманды. Макрокоманды находятся в файле макрокоманд.
Разработка постпроцессора Макет кадра – это структура кадра УП: взаимное расположение всех возможных слов кадра и описание каждого из них. Окна кадра в той последовательности, в которой они должны располагаться в кадре, содержатся в файле макета кадра. Этот файл является частью анкеты на станок и имеет имя, например для анкеты с номером 222, KADR 0222. ANK. Без этого файла управляющая программа формироваться не будет, адаптер выдаст сообщение “Нет макета кадра”.
Разработка постпроцессора Окно кадра описывает слово кадра управляющей программы и состоит из двух частей: Символьная часть соответствует адресу (может содержать последовательность символов). Формат вывода определяет вид выводимой числовой информации (например, максимальное количество выводимых символов, количество позиций после десятичной точки и т. д. ). Пример: G[ ] G - символьная часть окна, [ ] - условное обозначение формата вывода.
Скачать презентацию Н Н Черникова Системы автоматизации программирования оборудования с
САПО с ЧПУ.ppt