CC BY
177
АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ЭВМ
THE ANALYSIS OF THE PROCESS OF MACHINING OF PARTS USING CONTROL
SOFTWARE
УДК: 658
ББК: 32.97-018.2
Пахмельнов А.А. ИС-511
Руководитель к.п.н., доцент Горбачевская Е.Н. Волжский университет им. В.Н. Татищева
г. Тольятти, Россия
Pomelow A.
ключевые слова: вычислительные машины, системы, комплексы, сети key terms: computing machine, system, complexes, network
аннотация: представлен материал об особенностях проектирования и использования вычислительных машин, систем, комплексов и сетей
annotation: the material presented about the features of the design and use of computers, systems, complexes and networks
Современное оборудование с ЧПУ — это сложные технические системы, включающие в себя механические, электромеханические, гидравлические, электронные и другие узлы.
Специфика отдельных видов оборудования привела к созданию двух типов программного управления — позиционного и непрерывного (контурного). Позиционное управление находит применение в станках, где для перемещения или установки режущего инструмента можно использовать лишь независимо действующие серводвигатели. Такие станки предназначены для выполнения сравнительно простых операций — прямолинейного резания, сверления, расточки, нарезания резьбы.
Контурное управление используется там, где требуется обеспечить произвольные траектории движения режущего инструмента. Характерными представителями этой группы оборудования являются токарные и фрезерные станки с ЧПУ.
Токарные станки являются двухкоординатными, т. е. инструмент может перемещаться только по двум осям (продольное и поперечное движения суппорта). Фрезерные станки имеют три и более координат. При этом способы физической реализации координат могут быть различны и зависят от конструктивных особенностей станка.
Например, у трехкоординатных станков координаты X и Y могут соответствовать продольному и поперечному движениям стола, а движение пиноли шпинделя может использоваться для получения движения по оси Z.
Современные фрезерные станки зачастую имеют возможность программного управления циклом смены инструмента, скоростью вращения шпинделя, включением охлаждения и др. Такое расширение возможностей станка влечет за собой, естественно,
усложнение соответствующего автоматизированного модуля контроля изготовления деталей.
Многокоординатные станки, имеющие четыре и более координат, предназначены для объемной обработки деталей наиболее сложной формы. В качестве примера приведем универсальный обрабатывающий центр UCP 1000 TNC 426, имеющий перемещающуюся в двух плоскостях шпиндельную головку и поворотно-наклонный стол.
Области применения программного управления (как позиционного, так и непрерывного) не ограничиваются металлорежущим оборудованием. Намоточные станки, станки для электронно-лучевой сварки, контрольно-измерительные машины, трубогибочное оборудование, машины для укладки проводов — вот далеко не полный перечень оборудования, для управления которым в настоящее время используется ЧПУ.
Однако стоит заметить, что во всех случаях речь идет, по существу, об управлении положением некоторого исполнительного органа (инструмента, захвата, щупа и др.) в пространстве, что дает возможность использовать одни и те же модели устройств ЧПУ для управления различными видами оборудования. Отсюда вытекает, что и управляющие модули, проектируемые для различного оборудования с ЧПУ, имеют ряд существенных общих свойств. Это указывает на инвариантность некоторых блоков автоматизированного модуля контроля изготовления деталей относительно вида оборудования.
Траектория движения инструмента определяется управляющей программой. Кроме информации о траектории управляющая программа содержит сведения о скорости перемещения инструмента и ряд команд, которые должны быть выполнены на станке (например, включение охлаждения). Управляющая программа составляется по определенным правилам и наносится на программоноситель, в качестве которого обычно используются перфолента и гибкий накопитель (дискета). Информация перфоленты или гибкого накопителя воспринимается считывающими устройствами системы ЧПУ, обрабатывается и передается на исполнительные узлы станка.
В нашей стране и за рубежом в настоящее время выпускается большое количество разнообразных моделей систем ЧПУ. Большими возможностями обладают системы ЧПУ, имеющие программную настройку и позволяющие управлять двумя — десятью координатами одновременно. Наличие программной настройки дает возможность в минимальное время адаптировать систему для управления любым видом оборудования. Такие модели ЧПУ относятся к системам класса CNC (Computer Numerical Control). Системы CNC широко используются ведущими станкостроительными фирмами США, Японии, Швеции, Франции для оснащения станков с ЧПУ.
Программирование любого движения осуществляется в некоторой системе координат. Система координат, принятая для составления управляющей программы, называется системой координат детали.
Имеются стандарты, разработанные международной организацией по стандартизации ISO, которые определяют выбор (назначение) координатных осей для станков с ЧПУ. Следует заметить, однако, что на практике эти стандарты не всегда выполняются. Это приводит к затруднениям при попытке адаптировать имеющийся
модуль к новому виду станка.
Основным принципом стандартизации является использование обычной математической правосторонней системы координат, представленной на рисунке 1.
Рисунок 1 - Инструмент в правосторонней системе координат
Указание перемещений режущего инструмента производится в предположении, что движется инструмент, а обрабатываемая деталь остается неподвижной. Поэтому для программиста безразлично, обеспечивается, например, положительное движение инструмента по оси X его собственным перемещением или движением стола в противоположном направлении. На рисунке 2 а, б приведены в качестве примера стандартные системы координат для сверлильных, трехкоордннатных фрезерных и токарных станков.
а - сверлильных и фрезерных станков; б - для токарных и станков Рисунок 2 - Стандартные системы координат
Стандартизация имеет место и для координат, связанных с вращением стола или шпиндельной головки. Здесь используются буквы А, В, С для обозначения вращений вокруг осей, параллельных осям X, Y, Z соответственно. Положительное направление вращения определяется по обычному «правилу винта», представленному на рисунке 3.
Рисунок 3 - Положительные направления вращения
Положение начала отсчёта для линейных и для поворотных координат стандартами не устанавливается.
Управляющая информация располагается на перфоленте отдельными блоками (рисунок 4). Блок управляющей программы, называемый обычно кадром или фразой, содержит информацию об участке траектории режущего инструмента и вспомогательных командах. Кадр представляется на перфоленте последовательностью символов, оканчивающейся символом «Конец кадра». В начале (конце) перфоленты могут присутствовать символы начала (конца) программы. С точки зрения организации информации кадр представляет собой так называемую запись неопределенной длины. Этот факт является существенным для разработчика автоматизированного модуля контроля изготовления деталей, так как позволяет применить определенные средства при построении программы перфорации кадра. Кадр имеет свою внутреннюю структуру и состоит из последовательности слов. Слово, в свою очередь, состоит из буквенного символа (адреса) и следующей за ним числовой информации (рисунок 5).
1- й 2 - й II ■ V 1- й
блок блок ■ ■ блок
Рисунок 4 - Структура управляющей перфоленты
<
Числовая информация
Числовая информация
Числовая информация
¥ 8. J ^
^ ¡ас
I
Рисунок 5 - Структура кадра управляющей программы
Адрес определяет назначение для числовой информации данного слова. Так, например, слово X — 002500 может означать команду на перемещение инструмента по оси X в отрицательном направлении па 2500 единиц дискретности.
Использование букв для адресов также устанавливается стандартом ISO и приведено в таблице 1. Следует заметить, что, как и в случае назначения осей, стандарты для адресов не всегда выполняются. Таблица 1 - Использование букв кода ISO
Адресная буква Назначение адреса
A, B, C Поворот вокруг осей X, Y, Z
D Дополнительный поворот вокруг специальной оси, или третья
скорость подачи
E Дополнительный поворот вокруг специальной оси, или вторая
скорость подачи
F Скорость подачи
G Подготовительная функция
H Не имеет стандартного назначения
I, J, K Резервные для контурных систем управления
L Не имеет стандартного назначения
M Вспомогательная функция
N Порядковый номер кадра
O Не используется
P, Q, R Третичное движение вдоль осей X, Y, Z
S Скорость шпинделя
T Номер инструмента
U, V, W Вторичное движение вдоль осей X, Y, Z
X, Y, Z Главное движение по осям X, Y, Z
Стандартами ISO определяются также правила кодирования подготовительных и вспомогательных функций, скоростей подачи и шпинделя, геометрической информации и др. Поясним термины «подготовительная функция» и «вспомогательная функция».
Различные значения подготовительных функций G определяют режимы работы устройства ЧПУ. Так, функция G01 определяет линейную интерполяцию; G02 - круговую интерполяцию по часовой стрелке; G03 - круговую интерполяцию против часовой стрелки; G04 - выдержку времени; G09 - режим торможения до фиксированной скорости и т.д.
Вспомогательная функция М управляет такими действиями станка, как вращение и останов шпинделя, включение/выключение охлаждения, смена инструмента, зажимы инструмента и направляющих станка и др. В таблице 2 приведены некоторые значения функции М согласно стандартам ISO.
Таблица 2 - Некоторые значения вспомогательной функции
Код функции Действие функции
М00 ОСТАНОВ выполнения программы, ОСТАНОВ шпинделя,
ВЫКЛЮЧЕНИЕ подачи охлаждающей жидкости
М01 Выполнение программы может прерываться, в то время как
шпиндель и система подачи охлаждающей жидкости продолжают
работать.
М02 ОСТАНОВ выполнения программы, ОСТАНОВ шпинделя,
ВЫКЛЮЧЕНИЕ подачи охлаждающей жидкости, оси в
положении по умолчанию переход к блоку ЧПУ 1,
удаление индикации состояния.
М03 ПУСК шпинделя в направлении по часовой стрелке
М04 ПУСК шпинделя в направлении против часовой стрелки
М05 ОСТАНОВ шпинделя
М06 ОСТАНОВ выполнения программы, ОСТАНОВ шпинделя,
ВЫКЛЮЧЕНИЕ подачи охлаждающей жидкости, отпирание
защитной дверцы.
М07 ВКЛЮЧЕНИЕ охлаждающей жидкости № 2, внутреннего
охлаждения инструмента (дополнительное устройство)
М08 ВКЛЮЧЕНИЕ охлаждающей жидкости № 1 (низкое давление)
М09 Выключение всех систем подачи охлаждающей жидкости (кроме
промывки станины)
М10 ВЫКЛЮЧЕНИЕ контура регулирования положения 4-й оси.
М11 ВКЛЮЧЕНИЕ контура регулирования положения 4-й оси
М13 ПУСК шпинделя в направлении по часовой стрелке,
ВКЛЮЧЕНИЕ охлаждающей жидкости № 1 (низкое давление)
М14 ПУСК шпинделя в направлении против часовой стрелки,
ВКЛЮЧЕНИЕ охлаждающей жидкости № 1 (низкое давление)
Процедура ручного программирования состоит из ряда последовательных этапов, обозначенных на рисунке 6 цифрами 1—6. Этапы 1 и 2 — это разработка операционной и маршрутной технологии. Здесь технолог-программист выбирает режущий инструмент, определяет последовательность и способы обработки отдельных участков детали, скорости подач шпинделя и др. После этого на (этапе 3) выполняется комплекс расчетов, окончательно определяющий геометрические параметры траектории инструмента. Рассчитанная управляющая информация кодируется (этап 4) и записывается на носитель информации (этап 5), Далее управляющая программа проходит (этап 6) — проверку и отладку. При этом исправляются ошибки (перфорации, кодирования, расчетные) и вносятся корректировки. Любое изменение управляющей ленты вызывает необходимость повторения элементов того или иного из рассмотренных этапов. После окончательной проверки на станке программа готова к использованию.
Рисунок 6 - Этапы составления управляющей программы
Сложность ручного программирования привела к разработке автоматизированных методов, основанных на использовании электронно-вычислительных машин (ЭВМ), которые могут применяться для автоматизации любого из рассмотренных выше этапов составления управляющей программы. Естественно, что при этом некоторые этапы (перфорация, кодирование) легко поддаются автоматизации, а автоматизация других (операционная, маршрутная технология) вызывает определенные трудности.
Системы автоматизации программирования (САП) обеспечивают комплексное решение проблемы автоматизации, т. е. на ЭВМ возлагается задача автоматизации не одного, а ряда последовательных этапов. В большинстве случаев с помощью САП автоматизируются этапы 3—5; некоторые системы охватывают также этап 2. Автоматизацию этапа 6 (редактирование управляющих программ) обычно не относят к функциям САП, говорят о специальных средствах автоматизации редактирования и отладки. Большими возможностями в направлении создания таких средств обладают мини-ЭВМ.
На рисунке 7 представлена классификация систем автоматизации программирования по различным критериям.
По кругу решаемых задач САП подразделяются на системы общего назначения и
2
3
4
5
6
специальные. Системы общего назначения решают задачу автоматизации программирования для широкого класса деталей. Системы специального назначения предназначены для программирования обработки отдельных видов деталей, имеющих ярко выраженную специфику. Например, существуют САП для программирования обработки кулачков токарных автоматов, обработки турбинных лопаток, обработки лопастей гребных винтов. Такие системы позволяют затрачивать минимальные средства и время на программирование; недостатком их является отсутствие универсальности.
Приведенная на рисунке 7 классификация САП по области применения отчасти условна, так как одна система может использоваться в нескольких областях — например и для токарной, и для фрезерной обработки. Существенной характеристикой САП является максимальное число координат, по которым допускается программирование одновременного перемещения инструмента.
САП
По н али чию автоматиз ации технологии
По кругу ре шаем ых за дач
О бщего назначе ния
С автоматизацией технологии
Специаль ные
Бе з автом атизации технологии
По области применения
По числу координат
По способу задания входной информации
Рисунок 7 - Классификация систем автоматизации программирования
Наконец, САП классифицируются по способу задания входной информации. Для систем с табличным входом технолог-программист составляет программу, заполняя ряд специальных таблиц. В языковых системах исходные данные для САП представляют собой текстовую информацию, построенную по некоторым правилам, в основе которых лежит использование русского пли английского языка. Входные языки САП обладают большой гибкостью, наглядностью, позволяют легко отыскивать и исправлять ошибки.
Языковые САП легче поддаются модернизации и расширению. С другой стороны, заполнение таблиц является более простой процедурой, чем составление текста. В этом преимущество систем с табличным входом.
Порядок подготовки управляющих программ с использованием САП выглядит следующим образом.
Технолог-программист на основе чертежа детали и технологической карты подготавливает исходные данные на входном языке конкретной САП. Эти данные обычно содержат описание геометрии контура детали, последовательность обхода инструментом участков этого контура, технологические режимы обработки. Далее оператор ЭВМ осуществляет вызов САП, по которому операционная система ЭВМ загружает САП с внешнего носителя (магнитного диска, жёсткого диска) в оперативную память и передает ей (САП) управление. В процессе своей работы САП считывает исходные данные с устройства ввода и осуществляет весь комплекс действий, результатом которых является готовая управляющая программа.
Формирование управляющей программы системой автоматизации программирования можно рассматривать как процесс переработки входной информации. При этом исходная программа обработки детали является для САП входной, а управляющая программа — выходной информацией.
Обычно формирование управляющей программы САП проводит в два этапа. На первом этапе переработку информации осуществляет блок САП, называемый процессором. Он выполняет комплекс геометрических, а в некоторых системах и технологических расчетов, решая задачу безотносительно к конкретному сочетанию «система управления — станок». Результатом работы процессора является полностью рассчитанная траектория движения инструмента. Эти данные, вместе со сведениями о технологических режимах обработки, процессор выводит на внешний носитель ЭВМ — магнитную ленту или диск Логическая и физическая структура таких данных, называемых промежуточными, может быть различна для разных САП и ЭВМ. Существуют, однако, рекомендации ISO по логической структуре представления промежуточных данных (эта форма представления данных носит название CLDATA).
Результаты работы процессора обрабатываются другим блоком САП — автоматизированным модулем контроля изготовления деталей, который непосредственно формирует управляющую программу. автоматизированный модуль контроля изготовления деталей реализует второй этап переработки информации и ориентирован, в отличие от процессора, на конкретное сочетание «система управления - станок». Вызов того или иного автоматизированного модуля контроля изготовления деталей осуществляется автоматически на основе указания, данного технологом-программистом в тексте исходной программы. Обычно САП содержит набор автоматизированных модулей контроля изготовления деталей, которые обеспечивают формирование управляющих программ для определенного парка оборудования с ЧПУ.
Преимущества двухэтапного построения работы САП очевидны. Для того чтобы включить в состав оборудования, обслуживаемого САП, новое сочетание «система управления — станок», не требуется исправлять какие-либо блоки системы автоматизации
программирования. Достаточно разработать автоматизированный модуль контроля изготовления деталей и подключить его к САП.
Часто целесообразно проектировать автоматизированный модуль контроля изготовления деталей, обслуживающий не один, а ряд станков, управляемых устройствами ЧПУ одной модели. В этом случае говорят об обобщенном автоматизированном модуле контроля изготовления деталей или о автоматизированном модуле контроля изготовления деталей с библиотекой станков.
Роль автоматизированных модулей контроля изготовления деталей в системе автоматизации программирования весьма существенна. Несмотря на их небольшой в сравнении с процессорами объем (средний трехкоординатный автоматизированный модуль контроля изготовления деталей составляет по объему только 0,1 от процессора), общая стоимость их разработки, по всей видимости, больше стоимости процессоров. Это является следствием большого разнообразия моделей оборудования с ЧПУ, которое порождает необходимость в разработке большого количества автоматизированных модулей контроля изготовления деталей.
Круг задач, решаемых процессором САП, во многом определяется назначением данной системы автоматизации программирования. Ясно, что функции процессора универсальной САП более сложны и многообразны, чем функции процессора специализированной системы. На процессор языковой САП ложится ряд задач, отсутствующих в процессорах систем с табличным входом. Существенно отличаются друг от друга процессоры специализированных систем, предназначенных для автоматизации токарной и многокоординатной фрезерной обработки. Однако, несмотря на отличия, можно построить упрощенную схему процессора, которая правильно отражает основные этапы его работы. Согласно такой схеме, процессор состоит из трех последовательно работающих частей: блока трансляции, геометрического блока и блока формирования CLDATA (рисунок 8, а). Процессор системы, в функции которой входит автоматизация построения технологического процесса обработки детали содержит также технологический блок (рисунок 8, б).
Рассмотрим функции каждого из указанных блоков.
Блок трансляции, называемый часто также препроцессором или блоком ввода и декодирования, выполняет следующие функции.
считывание исходной программы обработки детали с внешнего носителя (обычно с перфокарт или с перфоленты);
вывод введенной программы обработки детали на печать;
синтаксический анализ операторов входного языка исходной программы и печать сообщений об ошибках (при их наличии);
преобразование информации, записанной в исходной программе, из символьной формы во внутримашинное представление. При этом числа переводятся из символьной в действительную или целую форму, ключевые слова (такие, например, как FEDRAT, SPINDL) заменяются соответствующими кодами, данные о геометрических элементах контура и о направлении движения инструмента организуются в специальные массивы. Целью этих действий является подготовка данных для работы последующих блоков
процессора.
а - САП без автоматизации технологии обработки детали; б - САП с автоматизацией построения технологического процесса обработки
детали
Рисунок 8 - Упрощённая структурная схема процессора
Для САП, имеющих аппарат библиотеки процедур (макроаппарат), в функции блока трансляции входит также замена обращений к процедурам на собственно процедуры, которые переписываются из библиотеки и вставляются в текст исходной программы.
Технологический блок (употребляется также термин «технологический процессор») является наиболее «зависимым» от области применения САП, так как различные классы деталей и разные виды обработки требуют своей технологии.
Технологический блок осуществляет автоматическое разделение области, которая должна быть обработана, на ряд последовательных проходов. Эти действия выполняются блоком для таких операций обработки, как точение, контурное точение, обработка канавок, нарезание резьбы. Технологический блок осуществляет также расчет оптимальных режимов резания. Критерием оптимальности служит снимаемый объем металла в единицу времени. При этом учитывается ряд ограничений, связанных со стойкостью инструмента, характеристиками обрабатываемого материала, мощностью привода шпинделя станка, процессом образования стружки. Результатом оптимизации являются вычисленные значения подач и скоростей резания, а также глубины обработки.
Геометрический блок решает разнообразный круг задач, связанных с построением траектории движения инструмента. К таким задачам можно отнести следующие.
приведение описаний всех заданных геометрических элементов к канонической
форме;
нахождение точек и линий пересечения различных геометрических элементов; аппроксимация различных кривых с заданным допуском; аппроксимация таблично заданных функций;
- диагностика геометрических ошибок. Пример такой ошибки — попытка определить точку, являющуюся результатом касания прямой и окружности, которые не
имеют общих точек;
построение эквидистантного контура с учетом заданного направления движения и радиуса фрезы.
Наиболее сложным является геометрический блок систем, предназначенных для автоматизации программирования объемной (многокоординатной) обработки. Здесь рассматриваемые геометрические элементы — не только точки и плоские кривые, но и поверхности, так что геометрический блок решает задачи не в плоскости, а в пространстве. Кроме того, при решении пространственных задач следует учитывать все параметры, определяющие геометрию инструмента, а не только его радиус.
Виды объемной обработки определяются назначением и возможностями процессора САП. Процессор рассчитан на программирование обработки следующих поверхностей: плоскость, круглые цилиндр и конус, общая цилиндрическая и коническая поверхности, процентная поверхность, общая линейчатая поверхность и поверхность вращения. Программируются также и эквидистантные к вышеназванным поверхностям. Плоские кривые, определяющие линейчатые поверхности и поверхность вращения, могут быть заданы кривыми второго порядка, алгебраическими полиномами и табличными функциями.
Программируемая операция может содержать обработку любого сочетания указанных поверхностей шестью различными способами:
- обработка цилиндрической частью фрезы при ориентации ее оси параллельно прямолинейной образующей обрабатываемой поверхности с постоянным вылетом h торца фрезы относительно траектории обработки (рисунок 9, а);
- обработка цилиндрической частью фрезы при ориентации ее оси параллельно прямолинейной образующей обрабатываемой поверхности и при касании ее торцовой частью ограничивающей поверхности (рисунок 9,б);
- обработка плоскости цилиндрической частью фрезы при условии, что ее ось, оставаясь параллельной к обрабатываемой плоскости, стремится сохранить наименьший угол с нормалью к ограничивающей поверхности (рисунок 9, в);
- обработка плоским торцом фрезы при совмещении ее оси с нормалью к обрабатываемой поверхности (рисунок 9, г);
- обработка торцовой частью (скруглением) фрезы при постоянном направлении ее оси в пространстве (рисунок 9, д);
- обработка торцовой частью фрезы, ось которой сохраняет постоянный угол X с нормалью к поверхности обработки (рисунок 9, е).
Рассмотренные возможности позволяют программировать обработку деталей сложной пространственной формы.
\-~ТГ----
Fоб - обрабатываемая и Fогр - ограничивающая поверхности; L - вектор образующей; R - вектор оси инструмента; N - вектор нормали Рисунок 9 - Способы объёмной обработки поверхности
Траектория движения инструмента, рассчитанная геометрическим блоком процессора, содержит координаты точек, по которым должен последовательно перемещаться центр инструмента. При многокоординатной обработке для каждого положения определяется также положение оси инструмента в пространстве.
Блок формирования CLDATA использует информацию, подготовленную к моменту начала его работы другими блоками процессора и формирует данные для работы модуля автоматизированного контроля. Данные CLDATA выводятся на внешний носитель (дискету, жёсткий диск), откуда впоследствии считываются автоматизированным модулем контроля изготовления деталей. При наличии специального запроса в тексте исходной программы данные CLDATA выводятся также на печать.
Функции, выполняемые модулем автоматизированного контроля, весьма многообразны и выходят далеко за рамки простого кодирования информации. К типовым функциям модуля автоматизированного контроля можно отнести следующие.
- считывание данных, подготовленных процессором; перевод их в координатную систему станка; проверка по ограничениям станка;
- формирование команд на перемещение с учетом цены импульса системы ЧПУ. формирование команд, обеспечивающих цикл смены инструмента; кодирование и выдача в кадр значений подач и скоростей шпинделя;
- выдача команд на включение охлаждения, команд зажимов-разжимов и др; назначение подачи с учетом ограничений, связанных с характером движения,
допустимым диапазоном подач, особенностями реализации режимов разгона-торможения вУЧПУ;
формирование команд, обеспечивающих коррекцию с помощью корректоров системы ЧПУ;
- развертывание операторов ЦИКЛ;
- выдача управляющей ленты и листинга (распечатки) I управляющей программы;
диагностика ошибок;
выполнение ряда сервисных функций (подсчет длины перфоленты, времени обработки детали на станке и др.).
Рассмотрим некоторые функции автоматизированного модуля контроля изготовления деталей более подробно.
Перевод данных в координатную систему станка связан (в случае двух- или трехкоординатного оборудования) с взаимным расположением систем координат исходной и управляющей программ. В случае совпадения этих систем перевода данных не требуется; при несовпадении обычно задача сводится к «перевороту» осей.
Таким образом, задача перевода достаточно тривиальна. Совершенно другое положение имеет место для многокоординатного оборудования. САП, предназначенные для автоматизации программирования многокоординатной обработки, описывают в промежуточных данных положение инструмента с помощью шести параметров х, у, z, ^ j, к, где х, у, z— координаты центра инструмента в системе координат детали, ^ j, к — направляющие косинусы оси инструмента для данного положения. Преобразование такой информации автоматизированным модулем контроля изготовления деталей в соответствии с координатной схемой конкретного станка представляет в ряде случаев определенные трудности.
При формировании команд на перемещение модуль автоматизированного контроля учитывает вид интерполяции (линейная, круговая), способ задания перемещения (в абсолютной системе, в приращениях) и ряд других факторов. Следует иметь в виду, что одно перемещение указанное в промежуточных данных, порождает в общем случае не один, а совокупность кадров. Можно указать следующие причины, приводящие к формированию нескольких кадров:
деление дуги окружности (при круговой интерполяции) на участки, каждый из которых должен располагаться в одном квадранте;
линейная аппроксимация дуги окружности; решение проблемы нелинейности;
- учет специфики режимов разгона-торможения в УЧПУ;
- малое число цифровых разрядов для геометрической информации кадра, что не позволяет поместить в кадр «длинное» перемещение;
- покоординатное деление автоматизированным модулем контроля изготовления деталей участка перемещения при задании движения по ускоренной подаче.
Формирование модулем автоматизированного контроля команд, обеспечивающих цикл смены инструмента, может включать в себя организацию автоматического вывода инструмента в исходную точку. Кроме того, модуль автоматизированного контроля должен учитывать разность длин предыдущего и последующего инструментов, так как после смены инструмента изменяются координаты исходной точки. Для фрезерных
станков изменяется координата Z (рисунок 10, а, б), для токарных — обе координаты (рисунок 11, а, б).
Важнейшая функция модуля автоматизированного контроля — учет ограничений системы ЧПУ и станка. Выполняя эту функцию, модуль автоматизированного контроля освобождает технолога-программиста от необходимости решения большинства задач по учету такого рода ограничений.
Например, модуль автоматизированного контроля должен учитывать ограничения:
- по пределам перемещений исполнительных органов станка;
- по пределам изменения скоростей подачи и шпинделя;
- по максимально допустимым перепадам составляющих вектора скорости
интерполяции.
Результатом учета ограничений может быть автоматическая корректировка величин и режимов подачи, изменение скорости шпинделя, изменение траектории движения инструмента, выдача диагностического сообщения. Так, подача в кадре может быть занижена из-за того, что время подготовки в УЧПУ следующего кадра больше, чем время отработки данного, или из-за того, что длина перемещения в кадре недостаточна для организации участка торможения. Траектория движения инструмента может быть изменена, например, при задании перемещения на ускоренной подаче более чем по одной координате одновременно, что не допускается для большинства станков. В такой ситуации модуль автоматизированного контроля может организовать покоординатное движение в заданную точку, сохраняя значение ускоренной подачи. В ряде случаев, например, при выходе инструмента за пределы перемещений станка, автоматизированный модуль контроля изготовления деталей может ограничиться выдачей в распечатке управляющей программы соответствующего предупреждения (сообщения).
Любое решение, принимаемое модулем автоматизированного контроля в случае
а - до смены; б - после смены Рисунок 10 - Координаты исходной точки фрезы по Ъ
а - до смены; б - после смены Рисунок 11 - Координаты исходной точки резца
подачи;
по максимально допустимым ускорениям;
по пределам изменения величины радиуса дуги окружности при круговой
нарушения какого-либо ограничения, должно быть пояснено в инструкции по эксплуатации модуля автоматизированного контроля. Это даст возможность технологу-программисту при необходимости детально разобраться в сформированной управляющей программе.
Выполнение модулем автоматизированного контроля сервисных функций вносит ряд дополнительных удобств. Модуль автоматизированного контроля может задать в начале листинга управляющей программы в пригодной для чтения форме наименование обрабатываемой детали, номер программы, личные данные технолога-программиста и др. По окончании формирования управляющей программы модуль автоматизированного контроля печатает в листинге значение времени, необходимое для обработки детали на станке и суммарные приращения в импульсах для каждой координаты станка. Суммарные приращения контролируют выход инструмента в исходную точку (в ноль) по всем координатам.
Библиографический список:
1. Басовский Л.Е. Прогнозирование и планирование в условиях рынка. Учебное пособие. - М.: ИНФРА-М,1999.-260с.
2. Сачко Н.С. Организация и оперативное управление машиностроительным производством: учебник/Н.С. Сачко. - 2-е изд. Стер. - Мн.: Новое знание, 2006. - 636 с.: ил. - (Техническое образование).
3. А.с. 1218342 СССР, МКИ4 G01R 27/02. Преобразователь емкости и сопротивления в интервал времени/ Л.И.Волгин, А.И.Зарукин, Ю.Г.Тетенькин // Б.И.-1986.- №10.
4. Волгин Л.И., Тетенькин Ю.Г. Аналого-цифровой преобразователь R,C-параметров// Цифровая информационно-измерительная техника. Межвуз. сб. научн.тр. / Пенз. политехн. ин-т.- Пенза, 1986.-Вып.16.- С.102-108.
5. А.с. 479054 СССР, МКИ3 G01R 27/00 . Способ цифрового измерения девиации сопротивления. В.С.Гутников, Х.Б.Аль-Рише // Б.И.- 1975.-№28.
6. Тетенькин Ю.Г. Совершенствование АЦП для параметрических датчиков на основе метода двухтактного интегрирования. Проблемы и решения современной технологии: Сб. научных трудов ПТИСУ Поволж. технологии.ин-т сервиса.- Тольятти, 1998,- Вып.4, ч.2. - С.17-22.
