6Л. Расчет управляющих программ для ставков с ЧПУ

6.7.1. Основные понятая в области систем ЧПУ

Главная особенность станков с ЧПУ заключается в задании программы обработки заготовки в числовой форме. Траектория движения инструмента относительно обрабатываемой заготовки задается в виде ряда последова­ тельных положений, каждое из которых определяется численными значе­ ниями координат в принятой системе.

Сочетание численных значений, определяющих ряд последовательных положений инструмента (или, иначе, ряд опорных точек траектории), пред­ ставляет собой управляющую программу (УП) работы станка. Наряду с ин­ формацией о перемещениях рабочих органов УП содержит сведения о часто­ те вращения шпинделя, подаче, применяемой СОЖ, смене и коррекции инструмента.

Устройство, выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с УП, называют устройством числового про­ граммного управления (УЧГТУ).

Система числового программного управления (СЧПУ) - совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и про­ граммных средств, обеспечивающих числовое программное управление (ЧПУ) станком.

Системы ЧПУ классифицируют в зависимости от формообразования при обработке на контурные, позиционные и универсальные, в зависимости от структуры системы управления - на замкнутые и разомкнутые.

Позиционные системы обеспечивают точную установку инструмента на рабочую позицию без задания траектории (применяют в основном для сверлильных и расточных станков).

Контурные (непрерывные) системы характеризуются формообразова­ нием обрабатываемой поверхности по заданному контуру на токарных, фре­ зерных, электроэрозионных станках.

Универсальные или комбинированные системы предназначены как для контурной, так и для позиционной обработки.

Замкнутые системы программного управления представляют собой следящие системы; они содержат элементы, позволяющие следить за поло­

жением рабочих органов.

Разомкнутые системы характеризуются тем, что их рабочий орган пе­ ремещается под действием привода (например, тяговых двигателей) и его положение не контролируется.

По числу управляемых движений (координат) системы ЧПУ могут быть двух-, трех-, четырех-, пятикоординатными. Однако некоторые системы построены так, что согласованные перемещения возможны не по всем коор­ динатам одновременно, а только при отсутствии движения по одной из осей

координат. Такие системы обозначают дробным числом, добавляя к целому числу согласованно работающих координат еще половину координат.

Для обработки заготовки на токарном станке обычно достаточно двух координат по числу двух основных направлений подач - продольной и попе­ речной. Для токарного станка, оснащенного двумя суппортами (например, станок модели 1734ФЗ), становится необходимой четырехкоординатная сис­ тема управления. Сверлильные станки с ЧГГУ обычно являются даухкоординатными, поскольку основная задача состоит в совмещении инструмента с осью отверстия. Для расточных станков чаще применяют трехкоординатные системы. Фрезерные станки должны иметь не менее трех одновременно управляемых координат для обработки сложных криволинейных поверхно­ стей. Установлено, что наиболее рациональными являются пятикоординат­ ные фрезерные станки, у которых дополнительно программируются поворо­ ты заготовки и наклоны инструмента, что позволяет обработать труднодос­ тупные участки поверхности и улучшить в отдельных случаях условия реза­ ния.

В соответствии с международной классификацией системы ЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие классы:

NC (Numerical Control) - СЧПУ с покадровым чтением перфоленты на протяжении цикла обработки каждой заготовки;

SNC (Stored Numerical Control) - СЧПУ с однократным чтением пер­ фоленты перед обработкой партии одинаковых заготовок;

CNC (Computer Numerical Control) - СЧПУ со встроенной мини-ЭВМ (компьютером, микропроцессором);

DNC (Direct Numerical Control) - системы прямого числового управле­ ния группами станков от одной ЭВМ;

HNC (Handled Numerical Control) - оперативные СЧПУ с ручным на­ бором данных на пульте управления.

Устройства ЧГГУ различают по поколениям (табл. 6.9) в зависимости от использованной элементной базы.

Устройства первого поколения выполнены на реле и элементах с низ­ кими частотными параметрами, они характеризуются ограниченными функ­ циональными возможностями.

Устройства второго поколения выполнены на электронных элементах с более высокими частотными характеристиками и обладают сравнительно широкими возможностями.

Устройства третьего поколения выполнены на базе интегральных элементов, некоторые из них приспособлены для решения специальных за­ дач.

ния не только отдельных рабочих ходов, но и расчленения каждого из них на шаги, представляющие собой перемещения инструмента вдоль определенно­ го геометрического элемента детали. Шагами являются отдельные переме­ щения инструмента вдоль прямой или окружности с постоянной подачей или отдельные участки поверхности детали, обрабатываемые с разными режима­ ми резания. Другой особенностью разработки является необходимость точ­ ного расчета траектории инструмента на всем его пути.

6.7.2. Системы автоматизации программирования

При использовании ЧПУ появляется новый элемент технологического процесса - управляющая программа, закодированная и нанесенная на про­ граммоноситель (перфоленту, магнитную ленту, гибкие магнитные диски). Поэтому технологическая подготовка для станков с ЧПУ включает в себя кроме традиционных расчетов такие дополнительные работы, как расчет тра­ ектории инструмента, кодирование управляющей программы, нанесение УП на программоноситель, контроль программы с помощью специальных средств. Имеются два варианта разработки УП - ручной и автоматизирован­ ный.

В связи с тем, что перечисленные этапы проектирования используют формализованные математические и логические методы решения, они и бы­ ли автоматизированы в первую очередь. Их используют в промышленности в качестве различных систем автопрограммирования траекторий движения ин­ струментов с помощью ЭВМ. Применение ЭВМ требует, во-первых, разра­ ботки специального программно-методического обеспечения (ПМО), реали­ зующего комплекс алгоритмов для решения геометрических и технологиче­ ских задач подготовки УП, а во-вторых, - разработки проблемноориентированного языка для записи и ввода в ЭВМ исходной информации (программы) о геометрии обрабатываемой детали, траектории движения ин­ струмента и технологической информации при обработке. Это ПМО принято

называть системой автоматизации программирования (САП) для станков с ЧПУ

САП различны по назначению, области применения, уровню автома­ тизации, форме записи исходной информации, параметров используемых ЭВМ и их работы при подготовке УП. Формирование УП можно рассматри­ вать как процесс переработки информации. При этом исходная программа

обработки детали является для САП входной информацией, а УП - выход­ ной.

Обычно УП формируется в два этапа. На первом этапе процессор (устройство для выполнения исходной программы) перерабатывает инфор­ мацию с помощью программного блока САП, представляющего собой эле­ мент ПМО. Этот программный блок так же, как и вычислительный блок ЭВМ, называется процессором. Он позволяет выполнять на ЭВМ комплекс

геометрических, а в некоторых системах и технологических расчетов, решать задачу безотносительно к конкретному сочетанию система управления - станок.

Результатом работы процессора является полностью рассчитанная траектория движения инструмента. Логическая и физическая структура таких данных, называемых промежуточными, может быть различна для разных САП и ЭВМ. Существуют, однако, рекомендации ИСО по структуре проме­ жуточных данных. Эта форма представления данных носит название CLDATA (от английского выражения Cattcr Location Data - данные о поло­ жении инструмента) и представляет собой вид промежуточной информации «процессор-постпроцессор». Постпроцессор - программа, которая произво­ дит некоторое конечное вычисление.

Постпроцессор реализует второй этап переработки информации и ориентирован, в отличие от процессора, на конкретное сочетание система управления - станок. Вызов того или иного постпроцессора осуществляется автоматически по указанию технолога-программиста. Обычно САП содер­ жит набор постпроцессоров, которые обеспечивают формирование УП для определенного парка оборудования с ЧПУ.

К настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработано бо­ лее ста САП, если учитывать их модификации и версии для различных ЭВМ. Рассмотрим некоторые отечественные САП.

САП ТЕХТРАН - 2.5- и 3-координатная система, система входного языка которой близка к структуре языка, рекомендованного ИСО. При про­ граммировании можно использовать макропроцедуры, которые могут вызы­ ваться из библиотеки.

САПР ЧПУ - универсальная система с автономным инвариантным постпроцессором, интерактивным графическим вводом и интерфейсом к сис­ темам Автокад, Евклид, СADDS, БПАПТ/ПК, САП УФА/ПК, ANVIL, DUCT,

MODAPT/PC.

К зарубежным САП относится САП APT (США), на базе которой бы­ ли сформированы ее модификации ADAPT для фрезерной обработки и AUTOSPOT - для сверлильных операций.

САП APT послужила также основой для создания за рубежом целой группы САП: ЕХАРТ (ФРГ), NELNC (Великобритания), IFAPT (Франция),

FAPT (Япония), MODAPT (Италия) и др.

Большинство современных конструкторских CAD-систем (САПР И) используют геометрическую модель детали для разработки УП. Это такие системы, как «Компас» (подсистема «Компас-ЧПУ»), Т-Flex CAD (Т-Flex ЧПУ), Adem (Adem CAM), Unigraphics, CAT1A, Гемма-ЗИ, Рго/Engineer и др. Краткая их характеристика приводится в главе 7.