Расширение программного обеспечения станков с ЧПУ на операциях фрезерования при изготовлении изделий атомного машиностроения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ,

__СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

УДК 621.9.06-529:681.3/.5

РАСШИРЕНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАНКОВ С ЧПУ НА ОПЕРАЦИЯХ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ИЗДЕЛИЙ АТОМНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

© 2014 г. Ю.Н. Кудриков*, Ю.Н. Казеннов *, С.А. Томилин**, Р.А. Ольховская**

* Филиал ОАО «АЭМ-технологии» «Атоммаш» в г. Волгодонск

** Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл.

В работе предложены О-функции, созданные посредством параметрического программирования, расширяющие программное обеспечение станков с числовым программным управлением, оснащенных РМ8-3000(3200), при выполнении операций фрезерования в процессе изготовления изделий атомного машиностроения.

Ключевые слова: система управления БМ8-3000(3200); станок с числовым программным управлением (ЧПУ); фрезерование; параметрическое программирование; О-функции; изделия атомного машиностроения.

Поступила в редакцию 25.11.2014 г.

Развитие современной компьютерной техники привело к тому, что при достаточно низкой стоимости компьютеры по своим характеристикам превзошли традиционные стойки станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Несмотря на то, что применяемые в компьютерах операционные системы, строго говоря, не функционируют в режиме реального времени, высокая тактовая частота работы процессора позволяет пренебречь этим при обработке процессов длительностью более 0,1 мс. Поскольку компьютер изначально оснащен оперативным запоминающим устройством, постоянной памятью, устройствами ввода и вывода информации, то при дополнении его РС1-адаптером ввода-вывода, соответствующим математическим программным обеспечением, а также при определенной адаптации программы электроавтоматики, можно получить аналог стойки управления станком ЧПУ. Примером такой «трансформации» служит Нижегородская система управления БМ8-3000(3200), выполненная на платформе обычного персонального компьютера. Постоянное совершенствование математического программного обеспечения такой системы обеспечивает обновление набора функций для реализации все возрастающих по сложности производственных задач. [1]

Целью данной работы является расширение программного обеспечения станков, оснащенных системой РМ8-3000(3200), при выполнении фрезерных операций посредством создания О-функций на основе применения параметрического программирования.

Первоначально параметрическое программирование на станках с ЧПУ использовалось для упрощения написания и сокращения длины управляющей программы при изготовлении деталей:

- сложной формы, поверхность которых можно описать математически с помощью системы параметров;

©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2014

- с повторяющимися формами поверхностей с некоторыми изменениями форм или изменением пространственного положения этих форм на поверхности детали;

- сложных сечения или формы, если при этом требуется применение инструмента с переменным радиусом.

Сегодня большинство разработчиков систем ЧПУ кроме решения указанных выше основных задач, предоставляют и другие возможности:

- создание новых в-функций с целью расширения базового программно-математического обеспечения ЧПУ;

- вариантность вычисления в процессе выполнения программы с помощью применения логических операторов;

- контроль ресурса работоспособности инструмента;

- при работе с проходами инструмента, как с объектами, открываются возможности организации сложных циклов для ЭЭ-обработки;

- создание циклов измерения и контроля;

- обращение к определенным параметрам системы ЧПУ в процессе выполнения программы с целью внесения или считывания данных (текущее положение рабочих органов станка в системе координат; коррекция на размер инструмента; текущее значение в или М-кода);

- доступ к системным переменным и определенным ячейкам электроавтоматики.

Рассматриваемая система управления БМ8-Э000(Э200) является сегодня одной из

наиболее передовых и перспективных. Она позволяет решать все перечисленные выше задачи, кроме контроля ресурса работоспособности инструмента. При этом важно отметить, что далеко не каждая система ЧПУ имеет такие обширные возможности в плане расширения своего функционала. Система БМ8-Э000(Э200) позволяет, например:

- выполнять вычислительные операции получения новых опорных точек сложных контуров для построения программы во время ее выполнения;

- производить расчет опорных точек при обработке фрезерованием поверхностей тел вращения;

- составлять параметрические подпрограммы, глобальные модальные циклы, специализированные параметрические циклы под определенные виды обработки или типовые детали с помощью системных, глобальных и локальных параметров и переменных и т.д.;

- определять требуемый текущий переменный радиус инструмента при изготовлении изделий со сложным сечением профиля;

- создавать циклы для работы с датчиком касания в автоматическом режиме.

Рассмотрим одну из этих возможностей. В качестве примера используем цикл

фрезерования фаски в отверстии обечайки с переменным углом к оси отверстия. Обработка такой совокупности поверхностей широко распространена на предприятиях при изготовлении изделий атомного машиностроения. Важно отметить, что такие изделия, учитывая высокие требования к качеству их изготовления и стоимости заготовок, например, для крупногабаритных корпусных изделий, предполагают проведение значительного по времени и трудозатратам подготовительного этапа, который может предусматривать и создание специальных в-функций для управляющих программ станков с ЧПУ.

Итак, в основной части управляющей программы станочник в кадре вызова цикла с помощью буквенных параметров задает минимум необходимой исходной информации:

в292 Н1600 Э800 870 Я40 А40 В80 К240 У7 Б500.

Здесь в292 - номер в-функции (цикла); Н1600 - диаметр обечайки (1600 мм); Э800 - диаметр отверстия (800 мм); 870 - толщина стенки обечайки (70 мм); Я40 -

радиус инструмента (40 мм); A40 - начальный угол фаски (40°); B80 - серединный угол фаски (80°); K240 - количество строчек на полный круг; V7 - глубина строчки при фрезеровании предварительной выборки; F500 - рабочая подача (500 мм/мин).

В итоге основная часть программы получается весьма компактной и имеет следующий вид:

N1 G54 S800 M3

N2 G292 H1600 D800 S70 R40 A40 B80 K240 V7 F500

N3 G0 Z100 M5 N99 M30

В кадре N1 управляющей программы ЧПУ активирует группу смещения нулей G54, включает вращение шпинделя по командам S800 M3 (в данном случае, скорость вращения 800 об/мин, М3 - вращение по часовой стрелке). В кадре N2 активируется функция G292, которая по своей сути является параметрической подпрограммой, с ее помощью и производится обработка фаски (краткое описание подпрограммы G292 приведено ниже). В кадре N3 основной части управляющей программы командой G0 Z100 производится отвод инструмента от изделия на безопасное расстояние (в данном случае это 100 мм) и осуществляется выключение вращения инструмента по команде М5. В кадре N99 командой М30 объявляется конец программы.

Рассмотрим теперь описание подпрограммы G292. С помощью функций paramactive и getparameter производится проверка наличия и считывание требуемых параметров из кадра вызова подпрограммы. Эти параметры трансформируются в переменные, необходимые для последующего расчета траектории движения инструмента. Далее производится расчет и выполнение выборки для более легкого начала чистового фрезерования. Если предварительная обработка не требуется, то в кадре вызова подпрограммы параметр V не указывается. В этом случае с помощью оператора условного перехода if then goto производится логический обход этой части подпрограммы.

Чистовая обработка делится на 4 части, что обусловлено выбором более простого метода расчета опорных точек по четвертям (квадрантам) окружности. Соответственно эта часть подпрограммы содержит 4 идентичных цикла повторов кадров, организованных с помощью операторов повтора for to и next. При вычислениях используются алгебраические и тригонометрические функции frac, abs, int, sqrt, sin, cos, tan. При отработке циклов повтора для каждой строчки определяются опорные точки, по которым строится траектория перемещений.

На рисунке 1 приведен фрагмент текста рассмотренной подпрограммы G292.

При использовании традиционных методов создания управляющих программ имеется ряд неудобств, а именно:

- расчет программы осуществляется инженером-программистом предварительно (т.е. заранее);

- длина управляющей программы превышает программу из приведенного примера многократно (в 50 и более раз);

- требуется перевод программы на перфоленту или дискету для переноса ее в ЧПУ станка и в случае потребности корректировки программы неизбежен простой оборудования;

- требуется содержать библиотеку отработанных программ.

Предложенный в настоящей работе подход к подготовке управляющих программ имеет целый ряд существенных преимуществ:

- программа готова практически в течение нескольких минут;

- не требуется привлечение инженерного состава, достаточно только рабочего высокой квалификации;

- отсутствует необходимость хранения отдельных программ в виде файлов на компьютере или в виде рулонов недолговечной и весьма уязвимой перфоленты;

- программа быстро корректируется в случае внесения изменений в рабочий чертеж;

- программа быстро корректируется в случае замены обрабатывающего инструмента;

- с помощью одного цикла, хранящегося в библиотеке станка, можно создать бесконечное множество вариантов подобных программ.

Рис. 1. - Фрагмент текста подпрограммы 0292

Таблица 1. - Перечень авторских О-функций

Код Содержание функции

О12 геликоидальная интерполяция с автоматическим расчетом требуемых данных

070 модальный цикл фрезерования произвольно расположенных отверстий в семи вариантах исполнений

071 модальный цикл фрезерования произвольно расположенных пазов в шести вариантах исполнений, возможен поворот оси обработки

089 модальный комбинированный цикл глубокого сверления в четырех вариантах исполнения

0181 специализированный модальный цикл обработки отверстий развертками и зенкерами

0184 модальный цикл нарезки резьбы метчиками с автоматическим расчетом подачи в зависимости от скорости вращения шпинделя и заданного шага резьбы

0200 функция плавного приращения подачи до заданной в процессе отработки кадра

0291-0294 циклы фрезерования фаски на отверстии в обечайке под приварку патрубка

0296,0298,0299 циклы фрезерования фаски на патрубках

0360 цикл фрезерования фаски на кромке с дуговой боковой образующей в четырех вариантах исполнения

0364 цикл обработки шестигранных поверхностей (спецболты)

0365 цикл построчной обработки плоскостей и уступов на цилиндрических поверхностях

0366 цикл обработки контура эллипса

0367 цикл обработки канавки по спирали (торцевая резьба)

0371 модальный цикл обработки произвольно расположенных пазов и отверстий с помощью подпрограммы Р, возможен поворот оси обработки, (программирование двумя кадрами)

0372 цикл расчета начальных точек, расположенных на окружности, под последующую обработку циклами 070 и 071, (программирование двумя кадрами)

0373 цикл расчета точек, расположенных на окружности под последующую обработку циклами 081-089, 0181 и 0184, (программирование двумя кадрами)

0374 цикл обработки поля отверстий циклами 081-089, 0181

0375 цикл обработки поля пазов или отверстий с помощью циклов 070 и 071

0376 цикл обработки поля пазов или отверстий с помощью подпрограммы Р

0750-0755 циклы расчета координат центров отверстий под последующую обработку циклами 081-089, 070 и 0181 при изготовлении трубных досок

Рис. 2. - Графическая прорисовка отрабатываемой программы в изометрии

Рис. 3. - Совместная графическая прорисовка отрабатываемой программы и контура фаски

В таблице 1 приведен перечень авторских 0-функций, аналогов большинству из которых у ведущих мировых производителей систем ЧПУ на текущий момент не найдено.

а) б)

Рис. 4. - Графическая прорисовка отрабатываемой программы: а) - фронтальная проекция; б) - профильная проекция

На рисунках 2-4 показана графическая прорисовка работы, выполняемой на станке с ЧПУ при фрезеровании фасок в отверстиях на номинально цилиндрических поверхностях детали. На рисунке 5 приведены фотографии имитаторов, изготовленных для проверки подпрограмм (циклов) 0292, 0298.

/ #

Рис. 5. - Имитаторы для проверки подпрограмм

Описанный подход к программированию наиболее целесообразен, по мнению авторов, при изготовлении патрубков сосудов высокого давления, а также при обработке других ответственных изделий атомного машиностроения с аналогичными поверхностями. В заключение, необходимо отметить, что из мировых лидеров по производству систем ЧПУ возможности, подобные описанным в настоящей работе, предоставляют концерны FANUC в некоторых системах ЧПУ и Siemens (Sinumerik-840(840D)).

По мнению авторов настоящей работы, данные подходы к программированию станков с ЧПУ являются весьма перспективными и могут иметь различное применение, несмотря на то, что сегодня им уделяется недостаточное внимание.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. G-код. Основы CNC (ЧПУ) программирования [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://cncexpert.ru/CNC-milling/CNC-programming.php - 20.08.2014.

Extension of the CNC Machines Software During Milling Operations When Producing Power Machine Building Goods

Yu.N. Kudrikov*1, Yu.N. Kazennov*, S.A. Tomilin**2, R.A. Olkhovskaya**3

* A branch of JSC "AEM-technologies" Atommash, Volgodonsk 1 e-mail: [email protected] ** Volgodonsk Engineering Technical Institute the Branch of National Research Nuclear University «MEPhI», 73/94 Lenin St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 2e-mail: [email protected] ; 3 e-mail: [email protected]

Abstract - In work the G-functions created by means of parametrical programming, expanding the CNC machines software equipped with FMS-3000(3200) during milling operations when producing power machine building goods are offered.

Keywords: FMS-3000(3200) control system, computer numerical control (CNC) machine, milling, parametrical programming, G-functions, power machine building goods.