Основы чпу. Параметрическое программирование

Кому поручить программирование ЧПУ-обработки: программисту-технологу или оператору станка?

Производители инструментальной оснастки и другие субподрядчики по всему миру сталкиваются сегодня с двумя ключевыми проблемами. Первая из них - заказчики проектируют изделия все более сложной формы. Тенденции моды выдвигают на первый план эстетические критерии, а не функциональные особенности изделия. Кроме того, сложная форма все чаще бывает обусловлена эргономическими требованиями. Вторая проблема - несмотря на возрастающую сложность продукции, сроки работы от приема заказа до отгрузки готовой продукции продолжают сокращаться. Законы рынка таковы, что зачастую сроки поставки даже более важны, чем отпускная цена. Хотя, конечно, заказчик всегда стремится заплатить меньше, а продукцию получить как можно быстрее.

Когда компания - изготовитель оснастки берется за сложный заказ и одновременно пытается значительно сократить сроки производства, неизбежно начинают выявляться узкие места. Как правило, одним из них оказывается CAD/CAM-подразделение, что обусловлено рядом объективных факторов. Из-за усложнения формы изделия возрастает конструктивная сложность сборной оснастки, что, в свою очередь, уменьшает технологические допуски на ее изготовление. Повышение конструктивной сложности означает увеличение количества обрабатываемых поверхностей, на задание обработки которых требуется время. При задании сложной ЧПУ-обработки технологу также приходится использовать больше инструментов, что требует больших сроков программирования. Все это увеличивает «компьютерное» время счета, необходимое для генерирования траекторий инструмента (УП). Конечно же, рост вычислительной мощи компьютеров и оптимизация кода CAM-систем улучшили ситуацию. Но в большинстве случаев компании не остается другого выхода, как экстенсивно увеличить количество рабочих мест с CAM-системой. Однако найти опытного технолога, владеющего именно используемой вами CAM-системой, оказывается весьма непросто. Общая тенденция такова, что опытные ЧПУ-программисты уходят работать в крупные холдинги, которые могут предложить высококвалифицированному сотруднику более высокую зарплату. Поэтому увеличить штат ЧПУ-программистов довольно сложно. Как же в таком случае быть небольшим компаниям? Если компания использует надежную CAM-систему с высокой степенью автоматизации подготовки УП, то для несложных изделий можно передать функции технолога-программиста непосредственно оператору станка с ЧПУ. Таким образом, часть УП будет разрабатываться прямо в цехе.

В отчете компании CIMdata за 2005 год, посвященном обзору рынка CAM-систем, указано, что 57% проданных CAM-систем применяется программистами - технологами станков с ЧПУ на своих рабочих местах. 18% пользователей использовали CAM-систему прямо в цехе на станках с ЧПУ. Оставшиеся 25% задействуют CAM-систему от случая к случаю в зависимости от текущих обстоятельств. К сожалению, в отчете нет никаких данных по распределению предпочтений пользователей по регионам. Комментарии от представительств компании Delcam plc, работающих по всему миру, говорят о том, что идея ЧПУ-программирования в цехе зародилась в Северной Америке и именно там получила наибольшее распространение. В Европе ЧПУ-программирование в цехе тоже становится популярным. А вот в Азии наоборот: там всю ЧПУ-обработку предпочитают программировать в отдельном CAD/CAM-отделе, удаленном от цеха.

Преимущества ЧПУ-программирования в цехе

Размещение CAM-системы в цехе обеспечивает целый ряд преимуществ. Прежде всего, операторы станков больше знают об особенностях механообработки и всех установленных в цехе станков. Поэтому только они могут подобрать наилучшие режим и стратегию механообработки (с учетом имеющегося в наличии инструмента). Таким образом, ЧПУ-программирование в цехе должно повысить качество обработки.

Конечно же, многие технологи - программисты станков с ЧПУ начинали работать операторами в цехе и, лишь набравшись опыта, перешли из цеха в CAD/CAM-подразделение. Тем не менее такое повышение по карьерной лестнице вовсе не означает, что ЧПУ-программист хорошо осведомлен о возможностях и особенностях новых инструментов и станков, появившихся после его ухода из цеха. Например, современные режущие инструменты могут работать на скоростях резания и подачах, считавшихся недостижимыми еще пять-семь лет назад. Это лишь один из примеров, когда компания может терять выгоду от неполного использования возможностей нового оборудования. Как показывает практика, лишь работающий в цехе у станка оператор в полной мере представляет возможности и ограничения станка и инструмента.

Также важно, что только оператор знает текущее состояние станка, инструмента, заготовок и технологических приспособлений (зажимов). Если оператор досконально владеет ситуацией в цехе, эффективность планирования будет более высокой. ЧПУ-программист, работающий в удаленном от цеха CAD/CAM-отделе, не обладает оперативной информацией, что чревато простоем оборудования во время перепрограммирования ЧПУ-обработки под другой инструмент или станок.

Иногда у оператора возникает необходимость по каким-то причинам отредактировать уже готовую и отработанную ЧПУ-программу. Например, в случае отсутствия или поломки необходимого инструмента он может выбрать имеющийся в наличии подходящий альтернативный типоразмер инструмента и самостоятельно пересчитать УП без привлечения CAD/CAM-отдела. Естественно, оператор при этом должен обладать достаточно высокой квалификацией, однако предоставление ему определенной самостоятельности и ответственности за выполненную работу будет способствовать повышению его квалификации, заинтересованности в конечном результате и престижности труда.

Вышесказанное вовсе не означает, что надо полностью отказываться от CAD/CAM-отдела и всю его работу возложить на операторов станков. Высвобожденные у CAD/CAM-отдела ресурсы следует направить на решение очень важной задачи - быстрое и точное определение стоимости потенциального заказа. Если производитель будет придерживаться разумной (конкурентоспособной) ценовой политики и намного быстрее своих конкурентов назовет потенциальному заказчику конкретную, обоснованную цену, то у него есть все шансы получить заказ. Как правило, заказчик уже ориентировочно представляет стоимость работ, и если предложение приблизительно совпадет с его ожиданиями, то, скорее всего, он не станет терять время и ждать, пока другие конкуренты назовут ему аналогичные цены. Участие в подготовке коммерческого предложения CAD/CAM-отдела позволит проанализировать заказ и снизить вероятность того, что он станет убыточным для исполнителя вследствие недооценки его сложности.

Требования к CAM-системе

Чтобы перевести подготовку УП из CAD/CAM-подразделения в цех, необходимо, чтобы CAM-система удовлетворяла некоторым специфическим требованиям оператора станка с ЧПУ.

Во-первых, у операторов, как правило, нет столь большого опыта работы с программным обеспечением, как у программистов-технологов. Поэтому даже такие базовые операции, как «Копировать», «Вставить» и «Вырезать», должны выполняться в CAM-системе привычной для ОС Windows комбинацией клавиш - это позволит значительно сократить период начального обучения.

Вторая исключительно важная особенность - оператор должен видеть на экране визуализированную 3D-модель обработанной заготовки с обработанным припуском, которая автоматически обновляется после каждого перерасчета УП. Конечно, это очень пригодится и работающему в офисе технологу-программисту, который не видит станок. Визуализация припуска на обработку позволяет выбрать оптимальную стратегию обработки и наиболее подходящий по форме и размеру инструмент. Но еще больше визуализация обработки нужна оператору станка с ЧПУ - это позволит ему мгновенно сравнить обработанную на станке деталь с компьютерной моделью. Таким образом, визуализация обработки в CAM-системе вселит в оператора уверенность, что он получит ожидаемый результат, предсказанный CAM-системой.

В-третьих, CAM-система должна предлагать широкий диапазон стратегий обработки с возможностью ручного редактирования УП на любом участке траектории. Она должна позволять опытному оператору сделать именно так, как он хочет, не ограничивая его своими возможностями. Кроме того, CAM-система должна полностью поддерживать все существующие возможности станка с ЧПУ, особенно это касается программирования пятиосевой и высокоскоростной обработки. Во многих CAM-системах сегодня обеспечивается высокая степень автоматизации разработки УП, которая позволяет сократить сроки подготовки УП и период освоения программного продукта новым пользователем. Однако большинство траекторий, рассчитанных такими CAM-системами, являются компромиссом для некого усредненного типа станка и не позволяют в полной мере использовать возможности конкретной модели станка отдельно взятого производителя. Поэтому CAM-система должна предоставлять возможность тонкой настройки под каждый тип станка для достижения наивысшей производительности обработки.

В-четвертых, для оператора в цехе время генерации CAM-системой управляющих программ более критично, чем для технолога-программиста в удаленном от станка отделе. Ведь при расчете новой УП станок может оказаться бездействующим, а любой его простой способен подорвать репутацию оператора.

Наконец, в-пятых, CAM-система обязательно должна иметь модуль для проверки сгенерированных УП на отсутствие зарезов и столкновений. Визуализация обработки тоже поможет выявить все проблемы еще до того, как УП будет отправлена на дорогостоящий станок. Имитация работы УП особенно важна для пятиосевой обработки, так как неопытный программист может нечаянно повредить дорогостоящий станок. В случае поломки станка компания не только будет вынуждена оплатить ремонт, но и потеряет значительную выгоду от длительного простоя оборудования. Верификация УП позволяет с высокой степенью достоверности гарантировать, что во время работы станка не произойдет никаких неприятностей, связанных с правильностью сгенерированных УП. Наиболее совершенные верификаторы обработки используют точные, подробные 3D-модели станка, инструмента и заготовки и позволяют обнаружить любые нежелательные контакты между инструментом, деталью и всеми элементами станка. В случае выявления нежелательных или опасных перемещений пользователь может вручную отредактировать УП или использовать другую стратегию обработки.

Визуализация обработки в CAM-системе способна также косвенно повысить производительность обработки. Например, во время визуализации пользователь может увидеть, что иное расположение заготовки на поворотном столе станка или применение другого фиксирующего приспособления позволит повысить производительность обработки.

Цеховая CAD-система

Если по поводу необходимости и полезности наличия в цехе CAM-системы споров не возникает, то целесообразность присутствия там CAD-системы не столь однозначна.

Очень часто переданная заказчиком 3D-модель содержит ошибки геометрии. Часть из них вызвана некорректным преобразованием данных из других CAD-систем. Например, 3D-модель может содержать дубли поверхностей или зазоры между кромками, некоторые поверхности могут быть утеряны, иногда неправильно задается нормаль поверхности. Все эти недостатки относительно просто могут быть выявлены и исправлены во многих CAD-системах. Другой, более сложный тип ошибок зачастую связан с непригодностью модели для серийного производства. Например, в 3D-модели могут отсутствовать литейные уклоны либо она может содержать слишком малые радиусы скругления, что будет препятствовать заполнению формы во время литья. Исправить такого рода ошибки можно во многих гибридных CAD-системах. Конечно же, доработка 3D-модели может быть быстро выполнена оператором прямо в цехе. Однако возникает вероятность того, что CAD-модель получит изменения, которые не являются ни принципиально необходимыми, ни конструктивно допустимыми. Чтобы избежать таких просчетов, необходимо проработать механизм быстрого утверждения изменений в CAD-модели между оператором, CAD/CAM-отделом и заказчиком. Для большинства компаний разумней будет так распределить обязанности между CAD/CAM-отделом и цехом, чтобы в цех попадали только полностью доработанные и утвержденные CAD-модели, чтобы оператор станка с ЧПУ не задумывался над правильностью геометрии детали.

Пример из практики: компания Delphi

Мировые тенденции автомобильной промышленности таковы, что большинство производителей предпочитают размещать как можно больше заказов у своих субпод рядчиков, а не самостоятельно производить все компоненты. Тем не менее компания Delphi (www.delphi.com), являющаяся мировым лидером в области производства автомобильной электроники, наоборот, стремится расширять собственное производство. Так, ее подразделение Flint (Мичиган, США) оснастило свой 29-й производственный цех CAM-системой PowerMILL и высокоскоростными станками Makino. Это позволило компании значительно сократить время от получения CAD-модели до отгрузки готовой партии.

В 29-м цехе разработка УП для станков Makino выполняется непосредственно операторами станков с ЧПУ, для чего было приобретено восемь лицензий на PowerMILL компании Delcam plc. «Мы, операторы станка, понимаем все тонкости и особенности станочного оборудования, поэтому можем производить высококачественные пресс-формы, - рассказывает Джеф Джонс (Jeff Johns), программист-оператор станка с ЧПУ, который занимается высокоскоростной обработкой элементов пресс-форм. - Сочетание нашего практического опыта, станков Makino и программного обеспечения Delcam дает нам неизменно превосходные результаты. PowerMILL позволят нам программировать обработку именно так, как нам необходимо, и мы достигли огромной экономии времени за счет сокращения перемещений инструмента по воздуху и уменьшения количества поломок инструмента».

Высокое качество обработанной поверхности и абсолютное отсутствие зарезов - отличительные признаки пресс-форм Delphi

«Кроме того, при использовании CAM-системы PowerMILL у нас никогда не было зарезов на деталях, - добавляет программист-оператор Роб Берджерон (Rob Bergeron). - Для нас это крайне важно, так как требования к нашей продукции не допускают наличия на рабочих поверхностях пресс-форм следов от ремонта сваркой в случае зарезов. Всего один зарез для нас будет означать, что деталь нужно обрабатывать на станке заново!»

«Главная выгода от ПО Delcam plc заключается в быстроте его освоения, - считает программист-оператор Билл Джордан (Bill Jordan). - Квалифицированный оператор, который уже знает команды управления контроллером станка с ЧПУ, может начать разрабатывать эффективные УП спустя всего лишь две недели. Каждый новый релиз PowerMILL оправдывает ожидания наших программистов, а последующая за апгрейдами успешная работа свидетельствует о том, что компания Delcam тщательно тестирует свое ПО, прежде чем оно попадет в цех к заказчику».

К подразделению внутри крупной компании предъявляется даже больше требований, чем к внешнему субподрядчику. Во-первых, собственное подразделение должно обеспечивать меньшую стоимость продукции, чем может предложить любой из внешних конкурентов. Во-вторых, срок поставки готовой продукции тоже должен быть меньше, чем у любого из конкурентов. Как правило, на выпуск новой партии отводится 8-12 недель. Но, несмотря на столь жесткие требования, 29-й цех успешно работает с 2002 года, а объем производимой им продукции неуклонно растет.

Конкуренция заставляет 29-й цех искать пути уменьшения себестоимости продукции. Сокращение производственных издержек реализуется за счет автоматической работы станков без присутствия операторов и существенного уменьшения объема ручной доводки. «Поверхность, обработанная инструментом с частотой вращения 30 тыс. об./мин,
выглядит невероятно гладкой, поэтому мы уже близки к стадии, когда пресс-форму можно будет сразу со станка без ручной доводки отправлять на производство», - объясняет г-н Берджерон.

Производимая 29-м цехом оснастка предназначена для серийного производства электромеханических изделий, таких как корпуса для очистителей воздуха, датчики указания уровня топлива, светодиодные кластеры и т.п. «Мы знаем, что, производя заказы внутри компании, наш цех идет вразрез с мировыми тенденциями, - комментирует ситуацию
г-н Джордан. - Тем не менее высокоскоростные станки Makino и CAM-система PowerMILL позволяют нам снизить себестоимость продукции до приемлемого уровня и превзойти ожидания нашего заказчика».

Успех компании Shinyoung Precision

Применение ПО Delcam и передача полномочий по разработке УП в цех, где используются пятиосевые станки с ЧПУ Mikron, позволило известному корейскому производителю мобильных телефонов Shinyoung Precision значительно сократить время выполнения заказов. Основанная в 1993 году компания Shinyoung Precision (www.shinyoung.co.kr) владеет тремя заводами и одним научно-исследовательским центром вблизи Сеула, столицы Южной Кореи. Сегодня в Shinyoung Precision, поставляющей продукцию для Motorola и LG, работает около 300 сотрудников.

За прошедшие пять лет, на протяжении которых при поддержке регионального представительства Hankook Delcam происходило внедрение программных продуктов семейства Power Solution, компания сумела сократить среднее время производственного цикла с 30 до 11 дней. В перспективе этот срок, вероятно, удастся уменьшить до 9 дней.

Использование CAM-систем непосредственно в производственных цехах началось в Shinyoung Precision в 2002 году и сопровождалось переходом на PowerMILL. Причина перевода ЧПУ-программирования из CAD/CAM-отдела в цех заключалась в стремлении устранить задержки вследствие несогласованности работы CAD/CAM-отдела и производственного участка. Только это позволило сократить производственный цикл с 30 до 22 дней! Как выяснилось позже, нововведение повысило качество производимой продукции, поскольку операторы-программисты, исходя из особенностей конкретных станков, назначали более рациональные стратегии обработки и инструмент. Кроме того, уменьшилось количество поломок инструмента, что также снизило себестоимость продукции.

Успехи в механообработке подвигли руководство Shinyoung Precision сделать следующий шаг - аналогичным образом перевести в цех программирование электроэрозионной обработки, для чего у Delcam был приобретен CAM-модуль для электроэрозионной обработки в PowerMILL. Это позволило сократить усредненный производственный цикл еще на два дня.

В феврале 2004 года были приобретены пятиосевые станки фирмы Mikron. Комбинация пятиосевых станков Mikron и CAM-системы PowerMILL позволила значительно повысить качество обработанных поверхностей за счет применения более короткого (а следовательно, более жесткого) инструмента.

Повышение качества отфрезерованных поверхностей позволило Shinyoung Precision значительно снизить объем электроэрозионной обработки. Ранее она выполнялась сначала черновыми электродами, а затем - чистовыми. Объем снимаемого материала был достаточно большим, что требовало существенных временны х затрат. Сейчас черновая электроэрозионная обработка заменена пятиосевым фрезерованием и используется только чистовая электроэрозионная обработка.

Дополнительная экономия времени была получена от применения чистовых электродов на пятиосевых станках за один установ. Ранее электроды обрабатывались на трехосевых станках в несколько установов, что не только занимало больше времени, но и негативно отражалось на точности.

Вместо заключения

В данной статье мы постарались показать, какие выгоды получит производитель инструментальной оснастки, если программирование станков с ЧПУ будет поручено операторам-программистам. Надеемся, что два приведенных примера из практики заставят приверженцев программирования ЧПУ-обработки в обособленных CAD/CAM-подразделениях задуматься о возможностях снижения издержек и повышения производительности труда. Но не стоит думать, что ЧПУ-программирование в цехе само по себе является решением всех проблем. В Delphi одним из ключей к успеху послужила высокоскоростная обработка, а в Shinyoung Precision - переход на пятиосевое фрезерование. Но в обоих случаях одним из основных компонентов была CAM-система, способная в полной мере реализовать возможности применяемого станочного оборудования. Только взвешенный подход, при котором в совокупности характеристик рассматривается комплекс из возможностей оборудования и CAM-системы, позволит повысить производительность труда и качество продукции.

По материалам Delcam plc
Перевод Константина Евченко

Введение

1. Основные понятия и определения

1.1 Интерполятор

1.2 Линейный интерполятор

1.3 Круговой интерполятор

2. Структура программы

3. Правила программирования для устройств четвертого поколения

Заключение

Литература

Введение

В настоящее время станок с числовым программным управлением (ЧПУ) является основным производственным модулем современного производства. Станки с ЧПУ используются как для автоматизации мелкосерийного или штучного производства, так и для производства больших серий. Ведущие фирмы постоянно совершенствуют и расширяют возможность систем ЧПУ, систем подготовки данных и проектирования. Одна из концепций этой стратегии неразрывно связана с совершенствованием регулируемого электропривода, придания ему новых качеств за счет цифрового управления.

Учитывая разнообразного потребителя, спрос на самые простые, маленькие станки, кроме многокоординатных ЧПУ предлагаются семейства ЧПУ для простых станков (2 оси + шпиндель для токарных и 3 оси + шпиндель для фрезерных станков). В качестве приводов могут быть использованы как шаговые двигатели, так и сервоприводы с аналоговым интерфейсом. Значительное внимание уделяется вопросам модернизации систем ЧПУ старого поколения и создания систем передачи данных. Современные УЧПУ разрабатываются с учетом их работы в гибком автоматизированном производстве (ГПС) и имеют разнообразный интерфейс для создания локальных сетей. Программное обеспечение их существенно расширило возможности технолога и оператора станка. Все шире в алгоритмах интерполяции используются сплайны и полиномы. Эти функции позволяют создавать плавные непрерывные кривые. Использование сплайнов в обработке позволяет сократить управляющую программу, улучшить динамику движения приводов, повысить качество обрабатываемых поверхностей, отказаться от ручной доводки пресс-форм. Хотя за последние годы язык программирования для УЧПУ претерпел серьезные изменения, однако остается преемственность программного обеспечения в виде набора базовых функций. Большинство программ, написанных для старых моделей УЧПУ, работают и с новыми моделями при минимальных переделках.

1. Основные понятия и определения

Системы числового программного управления (СЧПУ) - это совокупность функционально взаимосвязанных технических и программных средств, предназначенных для управления станками в автоматическом режиме. К техническим средствам относятся станок, устройства подготовки управляющих программ, устройства управления станком, устройства размерной настройки режущего инструмента и т.д. К программным средствам относятся инструкции, методики, техническое и функциональное программирование и т.д.

Программа управления - это группа команд, составленных на языке данной системы управления и предназначенных для управления станком в автоматическом режиме. Числовое программное управление базируется на программе, в которой команды выражены в виде чисел.

Устройство числового программного управления (УЧПУ) - это часть системы числового программного управления, управляющее работой станка по командам, поступающим из управляющей программы.

УЧПУ выполняют две основные функции:

1. формирование траектории движения режущего инструмента;

2. управление автоматикой станка.

В настоящее время в промышленности используются два вида устройств ЧПУ.

1. УЧПУ четвертого поколения типа NC (Numerical Control – цифровое управление). УЧПУ типа NC состоят из блоков, каждый из которых решает лишь одну конкретную задачу общей программы управления. Логика работы этих блоков реализуется за счет соответствующего построения их электрических схем.

2. УЧПУ пятого поколения типа CNC (ComputerNumericalControl - компьютерное цифровое управление).

УЧПУ типа CNC базируются на работе мини ЭВМ, в которой логика работы задается программным методом. Одно и то же УЧПУ с мини ЭВМ может реализовывать различные функции управления за счет изменения программы управления работой мини ЭВМ.

1.1 Интерполятор

Интерполятор - устройство, на вход которого кадр за кадром подается информация в виде цифровых кодов, а на выходе выдается информация для каждой координаты в виде унитарного кода, т.е. последовательности импульсов.

Решение задачи контурного управления разбивается обычно на этапы:

·подготовка исходной информации о требуемой траектории, которая включает аппроксимацию траектории заданным набором

·ввод информации в систему программного управления;

·расчет заданных значений координат, расположенных на траектории движения, с использованием выбранного метода интерполяции;

·расчет числа импульсов по каждой из координат и выдача управляющих воздействий на исполнительные приводы с требуемой частотой, которая определяет контурную скорость движения по каждой из координат.

Интерполяторы по способу реализации подразделяются на:

·аппаратные;

·программные.

По виду интерполируемой траектории движения интерполяторы делятся на:

·линейные;

·нелинейные (второго порядка - круговые, параболические, n-порядка).

В основном в системах ЧПУ применяются линейные и круговые интерполяторы, т.к. до 90 % траекторий могут быть с достаточной степенью точности представлены совокупностью отрезков прямых и дуг окружности.

Существуют различные алгоритмы интерполяции реального времени, которые условно можно разделить на две группы:

·алгоритмы единичных приращений (метод оценочной функции, метод цифро-дифференциальных анализаторов);

·алгоритмы равных времен (метод цифрового интегрирования, прогноза и коррекции, итерационно-табличные методы).

Во-первых, определяются моменты времени, необходимые для выдачи единичных приращений по одной или нескольким координатам.

Во-вторых рассчитываются координаты точек траектории, через определенные и равные промежутки времени, по истечении которых выдается требуемое количество импульсов на привода исполнительного механизма.

Практически интерполяцию организуют следующим образом. В результате очередного вычислительного цикла, выполняемого с максимально высокой скоростью в машинном масштабе времени, определяют в какие приводы подачи должны быть выданы дискреты на текущем этапе оперативного управления. Результат сохраняют в буфере, который опрашивают с частотой, соответствующей скорости подачи для ведущей координаты. Таким образом, расчеты машинного масштаба привязывают к реальному времени.

На рис. 1.1 показана типичная структурная схема устройства числового программного управления типа 2С-42-65.

Устройство является контурно-позиционным со свободным программированием алгоритмов. Количество управляемых координат - до 8. Одновременное управление при линейной интерполяции обеспечивается по 4-м координатам, а при круговой интерполяции - по 2-м координатам. Одноплатная микро ЭВМ МС 12.02 реализована на базе процессора 1801ВМ2. Обмен информацией между микро ЭВМ и внешними устройствами осуществляется по каналу ЭВМ типа «Общая шина». Для увеличения нагрузочной способности используется расширитель канала (РК).

Рисунок 1.1 – Структурная схема устройства числового программного управления типа 2С-42-65

Конструктивно ЧПУ содержит 2 корзины. Одна из них предназначена для установки блоков общесистемного пользования, а вторая предназначена для установки специальных блоков для управления станком. На станочной магистрали находятся блоки входных и блоки выходных сигналов, с помощью которых реализуется программная реализация задач логического управления. Формирование аналоговых сигналов управления приводами подач и главного движения осуществляется через цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) - группа «Привод». Для реализации обратных связей по положению используются преобразователи фаза-код (ПФК), составляющие группу «Датчики». Для решения задач адаптивного управления (например, систем стабилизации мощности резания) могут быть использованы аналого-цифровые преобразователи (АЦП) - группа «Адаптивное управление». Пульт управления (ПУ) содержит набор алфавитно-цифровых клавиш, с помощью которых можно осуществлять ввод управляющей программы. Кроме того, имеются функциональные клавиши, с помощью которых задается режим работы УЧПУ и определяются специальные функции, соответствующие поиску, редактированию управляющих программ. Пульт коррекции (ПК) представляет собой набор декадных переключателей, с помощью которых можно осуществлять изменение значений скорости подачи и скорости вращения главного движения в процентном соотношении. Для отображения текущего значения координат и технологических параметров используется алфавитно-цифровой дисплей - блок отображения символьной информации (БОСИ) . Для ввода и вывода управляющей программы могут быть использованы фотосчитывающее устройство (ФСУ) и ленточный перфоратор (ПЛ). В качестве носителя информации в этом случае используется перфолента. Другой вариант ввода-вывода информации основан на использовании канала последовательной связи (ИРПС - интерфейс радиальной последовательной связи). Для увеличения быстродействия 6 используют аппаратный блок умножения (БУ) и блок преобразования кодов (БПК).

Базовое программное обеспечение УЧПУ записывается в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и представляет собой набор подпрограмм, реализующих так называемые подготовительные G и вспомогательные функции М, а также сервисные функции по вводу и отработке управляющей программы.

Управляющая программа представляет собой последовательность кадров, определяющих траекторию движения инструмента. В кадре с помощью G и М-функций определяются тип интерполяции (линейная, круговая), перемещения по координатам, скорости подач и частоты вращения привода главного движения, тип и коррекция на вылет режущего инструмента и другая информация, определяющая работу на участке траектории. Рассмотрим отработку управляющей программы с точки зрения функционирования и использования блоков УЧПУ. Основное машинное время при отработке кадра затрачивается на расчет траектории движения инструмента. Движение по траектории в общем случае включает в себя участки разгона и торможения. Согласование движения по координатам и формирование задающих воздействий осуществляется программным интерполятором, который разворачивает требуемую траекторию во времени по прерываниям от таймера. Отработка этой траектории осуществляется следящими приводами подач. Сигнал ошибки по положению формируется программным способом, а затем выдается через ЦАП в качестве сигнала управления скоростью электропривода. Привод подачи (главного движения) при этом представляет собой автономное устройство, которое должно быть замкнуто обратной связью по скорости. Работа интерполятора должна осуществляться в реальном масштабе времени. При использовании численных методов интегрирования шаг интегрирования определяется периодом прерывания от таймера. Для обеспечения частоты среза приводов порядка 50 Гц прерывания от таймера должны производиться на частоте не менее 100 Гц. Во время отработки текущего кадра в фоновом режиме происходит подготовка информации для следующего кадра. Этот этап называется «Интерпретация кадра». Он включает в себя преобразование символьной информации в числовую. Числовая информация вводится в десятеричной системе счисления. Вначале символьная информация преобразуется в двоично-десятичную систему, а затем с помощью БПК - в двоичную. Аналогичная задача преобразования информации возникает и в каналах обратной связи по положению. Контроль положения осуществляется в двоично-десятичном коде. Для согласования информация с преобразователя фаза-код преобразуется к машинному (двоичному) представлению. При выводе информации возникает обратная задача - преобразование двоичной информации в двоично-десятичные числа, а затем в символьное представление.

Прогресс микроэлектроники параллельно с повышением требований к качеству обработки, гибкости перенастройки производства вытесняют станки с ручным управлением в сферу ремонта, малого бизнеса и хобби. Программирование станков с ЧПУ – важнейшая часть технологического обеспечения на современных предприятиях.

Программирование заключается в задании взаимосвязанной последовательности команд, представляющих закодированный алгоритм движения рабочих органов, режущего инструмента и заготовки. Наиболее распространенным международным стандартизированным буквенно-цифровым кодом остается ISO 7 bit. Передовые СЧПУ поддерживают как стандартный код, так и фирменные диалоговые языки.

Способы программирования

Процесс программирования можно выполнять:

• Вручную. Технолог составляет программу на удалённом ПК в текстовом редакторе. Затем переносит её в память СЧПУ посредством USB-накопителя, оптического диска, дискеты или через интерфейсные порты, соединенные с ПК кабелем.
• На пульте (стойке) УЧПУ. Команды вводятся с клавиатуры и отображаются на экране. Набор пиктограмм соответствует перечню постоянных циклов, которые можно назначить, сокращая объем записи. Ряд систем ( , ) поддерживают диалоговый интуитивный интерфейс, где оператор путем последовательного выбора формирует программу обработки.
• Автоматизировано в интегрированных /CAM/CAE системах. Передовой способ, требующий внедрения единой электронной системы на всех этапах производственного цикла.

Первый способ может применяться для программирования простых токарных работ, обработки групп отверстий, фрезерования по двум координатам без обработки профильных кривых. Затраты времени велики, ошибки выявляются на станке.

Программирование с пульта позволяет выполнять всё вышеперечисленное, а при диалоговом языке ввода и более сложные переходы 2,5 и 3-х координатной обработки. Оптимальный вариант для корректировки существующих или создания программ групповой обработки по «шаблону».

Работа в CAM системах, например: MasterCAM, SprutCam, ADEM предполагает получение эскиза, модели из CAD, диалоговый выбор станка, пределов перемещений, приспособлений, инструментов (РИ), режимов, переходов и стратегии обработки, задания корректоров. На основании указанного постпроцессор преобразует траекторию движения РИ в управляющую программу (УП). Виртуальную отработку можно просмотреть на мониторе, исключая явные ошибки (зарезы, неснятый припуск, соударения с оснасткой), оптимизируя траекторию.

Порядок написания программ

Написание программ ЧПУ состоит из последовательности действия, одинаковых для любого способа, выполняемых технологом или автоматически. На подготовительном этапе выполняют:

• Задание параметров заготовки. В САМ системах: габариты, материал, твердость.
• Задание системы координат и нулевых точек.
• Выбор обрабатываемых поверхностей, расчет числа проходов для снимаемого припуска и глубины резания (в САМ предлагаются варианты разбивки).

• Выбор РИ.
• Задание режимов резания: подачи, скорости (числа оборотов) и скоростей ускоренных ходов. САМ системы реализуют автоматический подбор оптимальных, в дальнейшем записываемых в кадрах посредством функций F, S.
• В САМ программах выбирают станок, СЧПУ.

На основном этапе рассчитывается траектория движения центра инструмента, управляющая программа описывает рабочие и холостые перемещения этой точки. При ручном способе технолог рассчитывает координаты всех опорных точек обрабатываемого контура, в которых изменяется направление обхода. Перемещение РИ описывает последовательность кадров, содержащих подготовительную функцию G, устанавливающую вид движения и размерные слова (Х,Y, Z, A, B, C, прочие), задающие перемещения по координатам.

Появившись в середине минувшего столетия, станки с ЧПУ стали надежными помощниками людей в производстве. Они обрабатывают быстро, точно и качественно, при низкой себестоимости. Отдельные единицы оборудования объединяются в производственные роботизированные комплексы.

За непосредственную работу каждого станка отвечает два специалиста – и . Но, прежде чем они приступят к своим функциональным обязанностям, надлежит много потрудиться программисту.

В ведении инженера-программиста станков с ЧПУ – решение многих задач. Они занимаются:

• разработкой техдокументации, внедряют и настраивают УП, их сохраняют и систематизируют;
• закупкой и отладкой оборудования, введением в действие новых программируемых станков, контролируют их исправность;
• обучением кадров (операторов), обслуживающих станки с ЧПУ, техническими консультациями.

Кого примут в штат

Занимать вакансию инженера-программиста станков с ЧПУ (правда, по низкой категории) сможет и выпускник колледжа без стажа по специальности. Он должен иметь отличную подготовку: теоретические знания о технологических процессах на данном оборудовании; владеть азами составления программ и настройки УП, опытом работы в AutoCAD. Конечно, стартовые зарплаты не столь высокие, но впереди – профессиональный рост.

Немного выше зарплатный диапазон ожидает соискателей, имеющих опыт инженера-программиста свыше одного года. Ещё одно требование: знание технических терминов английского и умение работать в САМ/CAD.

Солидный оклад будет предложен работодателем кандидату на вакансию, имеющему высшее образование по специальности и стаж, превышающий 2 года.

На максимально высокую зарплату могут рассчитывать инженеры-программисты станков с ЧПУ (со стажем свыше 3-х лет), способные решать сложные задачи на производстве. Большинство претендентов – мужчины, женщин на уровне 2-3 %, но они с задачами по программированию справляются не хуже мужчин. Что касается знания английского, то языком в совершенстве владеет каждый десятый среди инженеров-программистов.

Круг умений специалиста

Каждый работодатель желает принять в штат готового специалиста, который многое знает и умеет. Поэтому, от инженера-программиста станков с ЧПУ ожидают выполнения типичного функционала:

• разработки и внедрения УП для станков;
• создания 3D моделей по чертежам для их производства;
• обеспечения работоспособности оборудования с ЧПУ;
• плодотворного обучения на программируемых станках;
• систематизации техдокументации и архивизации;
• умения подбирать оборудование.

Приходится слышать такие фразы, формирующие уровень притязания: «Есть такая специальность ЧПУ (CNC – в английской аббревиатуре), где совсем ничего не надо делать – станок работает сам! Вот бы пройти обучение!» С одной стороны, ни за что никто платить не будет. А с другой, – в этом есть и доля правды. Когда инженер ЧПУ написал правильную программу, грамотно настроил станок, то его присутствие у станка – необязательно. Он действительно четко работает самостоятельно, но добиться такого положения дел сможет специалист, имеющий комплекс знаний и умений. Именно поэтому программист-наладчик с опытом востребован во всех странах.

Специализация – технолог-программист

Суть технологической подготовки производства (ТПП) состоит в том, чтобы выполнить в совокупности все мероприятия, способствующие готовности к выпуску определенного вида продукции. В порядке призвана быть вся документация, оснащение оборудованием, инструментом, заготовками, УП, необходимыми для производства нужного объема продукции на уровне заданных показателей.

К инженеру технологу-программисту ЧПУ круг требований – не меньше. Более того, на многих предприятиях грамотный инженер с высшим образованием совмещает функции технолога и программиста, обладая необходимыми профессиональными навыками.

Хотя для начинающих и не имеющих рабочего опыта, порой планку занижают, принимая на должность и со средним специальным техническим образованием, убедившись, что претендента можно отнести к уверенным пользователям AutoCAD, знающим специфику оборудования и технологии.

Технолог программист станков с ЧПУ со стажем уже обязан владеть английским на уровне, который достаточен для чтения техдокументации. Вопрос внедрения изделий новой номенклатуры в производство также решается технологом-программистом, который разработает технологические карты, а на их основе и УП.

Проектируется технологический процесс

Для этого используются различные специальные знания, без которых не составишь УП. Это повышает требования к уровню квалификации технолога, который должен в процессе расчета данных, которые станут основой программы, грамотно применять технические средства. Он призван быть не только программистом, но и математиком, и электронщиком, и хорошим организатором производства.

Технолог-программист станков ЧПУ прорабатывает рабочие чертежи на предмет их технологичности, выбирает инструмент и оснастку, разрабатывает требования к качеству заготовки.

Таким образом, выделяются все операции обработки в виде отдельных программ. Затем, учитывая конфигурацию поверхностей деталей, которые обрабатываются, уточняется траектория движений инструмента, его скорость в различных режимах. Установленную последовательность процесса обработки кодируют и записывают на программоноситель.

Что получается в итоге? УП – совокупность указаний в адрес каждого рабочего органа станка, где предписывается выполнять действия строгой последовательности.

Путь становления программиста

Инженеры, прошедшие обучение с профилем металлообработка, способны на основе своей квалификации и техзаданий заказчика, приготовить базу для создания УП. Но если у них есть задатки и навыки программирования, это будет универсальный специалист – технолог-программист ЧПУ. Таковые – на вес золота.

Именно поэтому многие инженеры-программисты имеют желание пройти обучение и по профессии технолога, чтобы расширить свою квалификацию. Или, наоборот, технолог осваивает азы новой профессии, в стремлении стать программистом.

И хорошо, когда в приобретении специалистом второй смежной профессии весьма заинтересована администрация предприятия и готова содействовать этому. Например, оплатить все затраты на его обучение.

Но, увы, желание получить дополнительную квалификацию не всегда находит отклик у руководства. Зачем им обучать, тратя на это средства, если можно принять на работу уже готового специалиста. Поэтому многие россияне принимают решение: научиться программированию самостоятельно.

Вновь учиться, но уже на практике

С чего же начать обучение? Иногда хорошей школой становится практика, когда человек осваивает новое, преодолевая трудности, шаг за шагом поднимается на вершину профессии. Иногда приобретение практического опыта длится не один год, но при наличии мудрых наставников, в совершенстве владеющих программированием, реально и самому стать хорошим специалистом.

Одному из операторов станка удалось овладеть профессией программист ЧПУ со второй специальностью – наладчик станков – посредством интернет-версии курса «PRACTICA». Там взвешенные порции теоретического материала (в сжатом виде) и серия практических видеоуроков, некоторые справочные материалы. Кстати, на первом видеоуроке знакомят с устройством и .

Понятно, что сразу после изучения курса никто не предоставит должность высококвалифицированного программиста. Нужно, продолжая работать оператором, осваивать программирование на практике. И уже через полгода продемонстрировать руководству свои знания и умения, предложив услуги работника в новом качестве.

С ЧПУ сегодня работают токарные, фрезерные, сверлильные и гибочные станки, и если «станут в позу» на родном предприятии, новоиспеченного специалиста с практическим опытом оценят на других, предложив хорошие условия оплаты труда.

Разнообразие форм обучения

Чтобы стать программистом, можно пойти и другим путем – обучению готовы послужить создатели «LAUFER CNC» – дистанционных курсов. Для этого нужен планшетный компьютер, нетбук, смартфон или телефон (мобильный интернет от 1 мб/сек), при помощи которого будет возможность участвовать в занятиях группы, проводимых преподавателем в режиме онлайн.

За полгода обучения, прослушавшие на вебинарах программу по полному курсу, изучат 8 предметов, будут выполнять домашние задания и интерактивные упражнения, напишут ряд контрольных работ по созданию УП. Их также научат строить чертежи в САПР. Предстоит им пройти тест в спецсервисе.

Тот, кто выберет форму самостоятельного обучения (тренинг), сможет стартовать в любой момент, не ожидания формирования группы. Возможен и вариант индивидуальных занятий с преподавателем (дистанционно) во время, устраивающее обоих. Темы занятий и их длительность обсуждаются предварительно.

«Высший пилотаж» для специалиста

Иногда перед инженером технологом-программистом стоят очень сложные задачи: выполнять работы высокой квалификации, уметь разбираться в чертежах, знать в совершенстве токарно-фрезерную, фрезерную обработку на станках с ЧПУ. Имея высшее образование (специальность – обработка материалов, а ведущий профиль – машиностроение).

Специалист такого уровня обязан досконально знать cad/cam; систему, которая предназначена для того, чтобы автоматизировать процесс проектирования (САПР); а также ей подобную версию NX (Unigraphics). Эта система, которая построена на лучших технологиях, в России широко применяется в различных промышленных сферах. Она предназначена для обработки заготовок станками любого уровня сложности.

Еще одно требование к специалисту такой квалификации – иметь опыт работы (свыше 3 лет) на пятикоординатных обрабатывающих центрах. Благодаря им можно выполнять обработку одновременно в пяти координатах. Именно поэтому станки приобретают многие предприятия машиностроительной отрасли, аэрокосмическая – не исключение.

Высокая точность и скорость резания обеспечивается за счет системы двойного привода по оси Y. Большим плюсом является наличие наклонно-поворотного стола и 60-ти инструментальных позиций.

Системы ЧПУ для станков

По мере совершенствования электронных и вычислительных устройств, в новом поколении станков появились управляющие модули на микропроцессорной основе с микроконтроллерами, способные гибко управлять процессами обработки материалов.

Системы управления классифицируются по нескольким признакам:

1. Способами управления (позиционные, контурные, универсальные).
2. Подходами к позиционированию (абсолютный и относительный отсчет).
3. Типом обратной связи (открытая и закрытая, самонастраивающаяся).
4. Техническим уровнем, различаются системы 1-го, 2-го и 3-го поколений.
5. Числом осей координат (от 2 до 5).
6. Способом подготовки и ввода УП.

Эксплуатируя оборудование с ЧПУ, используют системные (служебные) и управляющие (внешние) программы. Было время, когда компании применяли специально разработанные ними команды при программировании станков. Для того, чтобы была обеспечена совместимость оборудования разных брендов, был создан G-код – унифицированный язык программ. Среди признанных в мире систем ЧПУ – SINUMERIK, FANUC и FAGOR.

Заключение

Программируемый станок – предельно точный и, работая в различных режимах, может выполнять много всевозможных технологических операций. Главное, – наличие качественных заготовок, грамотных УП, исправного и хорошо наточенного инструмента. Одна из главных фигур в работе на этом оборудовании – программист, без участия которого станки ЧПУ просто не смогут работать.

В пособии представлены основы ручного программирования и наладки металлорежущих станков с ЧПУ в условиях мелкосерийного производства. Рассмотрены вопросы составления расчетно-технологических карт, приведены фрагменты управляющих программ для станков с ЧПУ. представлены элементы наладки станков с ЧПУ.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств». 150700 «Машиностроение» и профилю «Машины и технология высокоэффективных процессов обработки материалов».

Технологическая подготовка производства на станках с ЧПУ.
Тенденция современного производства - «...постоянное обновление продукции, - это объективный процесс, коренным образом связанный с научно-техническим прогрессом и взаимообусловленный им» . Основные пути обновления продукции:
модернизация устаревших моделей и конструкций:
разработка и выпуск принципиально новых, не имеющих аналогов изделий:
обновление продукции, связанное с изменением ее потребительских качеств:
обновление или модернизация продукции, связанные с совершенствованием методов или процессов производства.

Интенсификация темпов обновления продукции возможна на производстве. оснащенном оборудованием с числовым программным управлением (ЧПУ).

Для выпуска заданной продукции на предприятии необходимо произвести техническую подготовку производства. Техническая подготовка производства подразделяется на конструкторскую подготовку, технологическую подготовку и календарное планирование. Конструкторская подготовка производства включает разработку конструкции изделия с подготовкой всей необходимой конструкторской документации.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ
1.2. Числовое программное управление оборудованием
1.3. Особенности проектирования технологического процесса на станках с ЧПУ
1.4. Система координат и базовые точки станка
1.5. Структура управляющей программы
1.6. Формат управляющей программы
1.7. Кодирование подготовительных функций
1.8. Программирование циклов
1.8.1. Технологические решения в циклах
1.8.2. Программирование циклов
1.9. Кодирование вспомогательных функций
1.10. Программирование размерных перемещений
1.10.1. Разработка расчетно-технологической карты
1.10.2. Особенности разработки РТК для токарных станков
1.10.3. Особенности разработки РТК для фрезерных
1.10.4. Особенности разработки РТК для сверлильных станков
1.10.5. Линейная интерполяция
1.10.6. Задание размеров в приращениях
1.10.7. Задание размеров в абсолютных значениях
1.10.8. Программирование круговой интерполяции
1.11. Ввод плавающего нуля
1.12. Нарезание резьбы
1.13. Программирование состояния станка
1.14. Программирование коррекции инструмента
1.15. Программирование подпрограмм
1.16. Разработка карты наладки
2. ОСНОВЫ НАЛАДКИ СТАНКОВ С ЧПУ
2.1. Порядок настройки станков с ЧПУ
2.2. Настройка токарных станков с ЧПУ
2.2.1. Особенности настройки токарных станков с ЧПУ
2.2.2. Подготовка, настройка и установка режущего и вспомогательного инструмента
2.2.3. Требования к режущему инструменту для станков с ЧПУ
2.2.4. Установление рабочих органов станка в исходное положение
2.3. Настройка фрезерных станков с ЧПУ
2.3.1. Нули станка
2.3.2. Оснастка фрезерного станка
2.3.3. Привязка заготовки и режущего инструмента
2.4. Настройка многооперационных станков с ЧПУ
2.4.1. Установка заготовок на металлорежущем станке
2.4.2. Базирование заготовок на столе
2.4.3. Закрепление заготовок на столе
2.4.4. Установка заготовки в приспособлении
2.4.5. Требования к станочным приспособлениям
2.4.6. Требования к приспособлениям для многооперационных станков
2.4.7. Переналаживаемые н непереналаживаемые приспособления
2.4.8. Подготовка, настройка н установка режущего и вспомогательного инструмента
2.5. Отладка управляющей программы на станке
2.6. Отработка управляющих программ, полученных с помощью CAD/CAM-систем
2.7. Технологические параметры точности отработки управляющих программ
3. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. ПРИЛОЖЕНИЯ
5.1. Базовые символы на пультах управления УЧПУ (ГОСТ 24505-80)
5.2. Символы пультов управления УЧПУ (ГОСТ 24505-80)
5.3. Дополнительные символы для станка ИР320ПМФ4
5.4. Дополнительные символы для станка СТП220АП
5.5. Подготовительные функции станка Mill 155
5.6. Подготовительные функции станка ИР320ПМФ4
5.7. Подготовительные функции станка СТП220АП
5.8. Вспомогательные функции станков ИР320ПМФ4 и СТП220АП.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Основы программирования и наладки станков с ЧПУ, Должиков В.П., 2011 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

• Электрическое оборудование тепловозов и дизель-поездов, Белозеров И.Н., Балаев А.А., Баженов А.А., 2017
• Теоретические основы ускоренной оценки и прогнозирования надежности технических систем, Гишваров А.С., Тимашев С.А., 2012