Жарихина
М.А.
Москва, МГТУ “СТАНКИН”, кафедра КСУ
Проблема обучения написанию управляющих программ является актуальной. Поскольку ее решение позволит подготовить технологов-программистов, знающих технологию обработки и программирование ЧПУ.
При программировании технологических процессов для станков с ЧПУ выполняется значительная часть работы, перенесенная из сферы непосредственного производства, то есть на основе действий квалифицированного рабочего, обрабатывающего заготовку на обычном станке, пишется управляющая программа, содержащая подробную информацию о последовательности и характере функционирования исполнительных механизмов станка с ЧПУ.
В процессе программирования решающими являются сбор и упорядочение информации перед тем как она будет закодирована. При этом информацию разделяют на геометрическую (из чертежа и технических условий) и технологическую (из справочников, инструкций и опыта технолога-программиста). Эта информация по каждому переходу может быть переменной. Сумма информаций по каждому переходу и составляет управляющую программу.
Полученная в итоге управляющая программа представляет собой сумму указаний рабочим органам станка на выполнение в определенной последовательности действий, из которых складывается весь процесс обработки заготовки.
Процесс написания управляющих программ технологом-программистом, по-моему мнению, включает следующие этапы:
Даже не являясь конструктором станка с ЧПУ, технологу-программисту все равно надо разобраться в его конструкции. Это поможет ему четко осознать пределы возможных операций на данном станке и наиболее эффективно его применять. Информация, поясняющая конструкцию станка, обычно приводится в сопроводительной документации на станок. В паспортах станков с ЧПУ всех типов указаны координаты, закрепленные за конкретным рабочим органом, направления всех осей, начало отсчета по каждой из осей и пределы возможных перемещений. Чтобы исключить путаницу с положительными направлениями рабочих органов, связанных с заготовкой и с инструментом, при подготовке УП исходят из того, что инструмент движется относительно неподвижной заготовки. В соответствии с этим указывают положительные направления осей координат.
Каждый станок с ЧПУ имеет начальную точку для каждой из возможных осей перемещения инструмента или стола. Эту точку называют по-разному: нулевая позиция, ноль системы координат, начальная позиция. Независимо от названия, такая точка очень важна для систем с ЧПУ. Именно числовое программное управление требует перемещения в начальную точку по каждой из осей станка как часть процедуры наладки станка, выполняемой вручную от кнопок на пульте оператора или соответствующими командами УП.
Чем больше удастся узнать о характеристиках и конструкции станка с ЧПУ, тем легче будет процесс управления этим оборудованием в будущем.
Третье направление, обязательное для изучения новичком-технологом, это структурные компоненты станка с ЧПУ. В ряде случаев дополнительные узлы могут быть изготовлены производителем станка, а в других - сторонними организациями. В любом случае необходимо внимательно изучить руководство по дополнительным элементам оборудования с ЧПУ. К числу дополнительных элементов станка относятся: измерители длины рабочей части инструмента, устройства смены паллет и многое другое. Список дополнительного оборудования непрерывно пополняется.
Почти все системы с ЧПУ имеют уникальные функции, прошитые в ППЗУ. Список этих функций различен для двух любых систем с ЧПУ. Часто недорогое оборудование с ЧПУ допускает только ручное управление большинством своих функций. Например, оборудование позволяет программное управление только движением инструмента. А такие функции, как направление и скорость вращения шпинделя, подача охлаждения или смена инструмента могут быть произведены оператором только вручную.
С другой стороны более дорогое оборудование допускает программное управление большинством своих функций, а задача оператора сводится к загрузке заготовки и съеме готовой детали. В этом случае после запуска обработки оператор полностью свободен для выполнения других функций. Таким образом, технолог-программист вынужден досконально изучить инструкцию производителя станка с ЧПУ для того, чтобы выяснить какие функции станка могут быть им запрограммированы.
После прохождения первого этапа будет несложно понять, как "заставить" станок с ЧПУ подчиняться командам.
Технологический процесс 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 делится на операции, элементами которых являются:
Необходимо отметить, что при детализации переходов можно воспользоваться типовыми технологическими решениями. В частности, схемами обработки контуров, плоскостей, пазов при фрезеровании; зон выборки, резьбы, канавок при точении; отверстий при сверлении. Большинство этих решений запрограммированы в стандартных циклах, что обеспечивает быстроту и легкость подготовки управляющих программ.
В процессе подготовки управляющей программы для станков с ЧПУ деталь рассматривается в системе СПИД (станок- приспособление- инструмент- деталь). Заготовка устанавливается на станке с помощью приспособления, которое фиксирует положение будущей детали относительно начального положения рабочих органов станка, определяющих и положение режущего инструмента. Траектория инструмента строится относительно контура детали, а затем преобразуется в движение соответствующих рабочих органов станка. Для этого используются системы координат детали, станка и инструмента.
Характер траектории обусловлен числом управляемых, в том числе одновременно, координат и принципом управления движением рабочих органов станка с ЧПУ.
Вычисление координат опорных точек контура детали ведется в системе координат детали с помощью уравнений, описывающих геометрические элементы, и соотношений в треугольниках. Затем, отталкиваясь от координат опорных точек контура детали, рассчитывают траекторию инструмента, в соответствии с операционным технологическим процессом, определяющим тип операции (точение, фрезерование, сверление и т.п.), схему обработки (выборка массива материала, контурная обработка или циклы обработки отверстий), инструмент и режимы резания. Траекторию инструмента рассчитывают для определенной его точки. Таким образом, траектория центра инструмента в плоскости обработки представляет собой линию, эквидистантную к обрабатываемому контуру.
Подготовка управляющей программы представляет собой переработку разнообразной технологической информации: справочной, исходной и сопроводительной, полученной на ранних стадиях ее подготовки. Технологической документацией называется комплекс текстовых и графических документов, в отдельности или в совокупности определяющих технологический процесс изготовления изделия и содержащих данные для организации производства.
В расчетах должны учитываться требования к обрабатываемым поверхностям, конфигурация и материал заготовки, технологические возможности станка и особенности системы ЧПУ, параметры инструмента и крепежных приспособлений. Наиболее полно и эффективно учитывать эти факторы удается только при автоматизированной подготовке УП. Для передачи компьютеру задач, которые при ручном программировании решал технолог-программист необходимо выявить закономерности решения той или иной задачи, их проанализировать и привести в последовательность логических решений. Хотя автоматизация освобождает программиста-технолога от рутинной работы, однако он обязан иметь хорошее понимание техники ручного программирования независимо от того, действительно ли он ее использует.
Проанализировав процесс написания управляющей программы, нужно структурировать полученные знания. Наиболее всего для этого подходит SADT (методология структурного анализа и проектирования). В SADT-моделях используются как естественный, так и графический языки. Для передачи информации о конкретной системе источником естественного языка служат люди, описывающие систему, а источником графического языка - сама методология SADT. Графический язык SADT обеспечивает структуру и точную семантику естественному языку модели, организует естественный язык вполне определенным и однозначным образом.
Неоднозначность устраняется также в результате декомпозиции и уточнения диаграмм высокого уровня, что приводит к ограничению числа возможных интерпретаций и обеспечивает точное значение объектов и функций системы. Иными словами SADT-модель придает строгий смысл изложенному.
Функциональная модель представляет с требуемой степенью детализации систему функций, которые в свою очередь отражают свои взаимоотношения через объекты системы.
SADT-модель устанавливает точно, что является и что не является субъектом моделирования. Ограничивая субъект, SADT-модель помогает сконцентрировать внимание на описываемой системе, позволяя исключить посторонние субъекты. Субъект определяет, что включить в модель. Точка зрения диктует автору модели выбор нужной информации о субъекте и форму ее подачи. Цель является критерием окончания моделирования.
Кроме того, SADT требует, чтобы в диаграмме было не менее трех и не более шести блоков. Эти ограничения поддерживают сложность диаграмм и модели на уровне, доступном для чтения, понимания и использования.
В отличие от других графических методов структурного анализа в SADT каждая сторона блока имеет особое, вполне определенное назначение. Левая сторона блока предназначена для входов, верхняя - для управления, правая - для выходов, нижняя - для механизмов. Такое обозначение отражает определенные системные принципы: входы преобразуются в выходы, управление ограничивает или предписывает условия выполнения преобразований, представляет информацию, управляющую действиями функций. Обычно управляющие дуги несут информацию, которая указывает, что должна выполнять функция. Дуги механизма показывают, кто, что и как выполняет функция, выявляют средства, необходимые для выполнения функции.
Подводя итог, хотелось бы отметить, что при подготовке управляющей программы вручную надо собрать и обработать много информации. Надо знать и компоновку станков, и технологию обработки заготовки. Надо уметь кодировать информацию, рассчитывать траекторию движения инструмента, пользоваться справочниками. Всю совокупность действий по подготовке управляющей программы можно представить в виде SADT-модели. Принцип чтения таких моделей очень прост, поэтому любого человека можно научить понимать эти модели. Правда, недостатком SADT является ограниченность только графическим представлением.
Литература: