Раздел 5 (Мещерякова - Микроэлектронные устройства в станках с ЧПУ и Лекции)

Раздел 5: «Этапы подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ».

5.1. Процесс преобразования информации в системе “чертеж-готовая деталь”. Основные этапы и задачи, решаемые при подготовке УП.

При числовом программном управлении станками процесс подготовки управляющих программ (УП) – это последовательное программирование отдельных этапов обработки детали. В общем случае означает подготовку и нанесение на программоноситель необходимых команд, которые могут быть автоматически прочитаны и выполнены системой ЧПУ и самим станком.

Процесс подготовки УП можно представить, рассматривая его как процесс передачи и преобразования информации в системе “чертёж детали – готовая деталь” (см.рис ).

Система “чертёж-деталь” - это совокупность технических средств и процессов по преобразованию информации чертежа в материальную деталь, соответствующую техническим требованиям (точности размеров, формы, шероховатости и качеству поверхностного слоя) и другим технико-экономическим показателям (минимальным приведенным затратам, минимальной себестоимости и т.п.)

Структура системы “чертёж-деталь” зависит от сложности изготавливаемых деталей, объёмов их производства, уровня автоматизации технических средств и является многоуровневой. Верхний уровень представлен чертежом, нижний уровень – элементами технологической системы: станком с ЧПУ, приспособлением, режущим инструментом, заготовкой (деталью). С точки зрения преобразования информации при подготовке

управляющих программ для станков с ЧПУ система “чертёж-деталь” содержит подсистемы: технологической подготовки (ТП); математических расчётов (МР); изготовление и контроля управляющих программ (ИКП); внедрение процесса обработки по УП (ВП) (рис.5.1). Задачи, решаемые на всех этапах подготовки УП в представленных подсистемах, даны на рис. 5.2.

Подсистема технологической подготовки (ТП) включает следующие этапы работ:

I этап: Подготовка исходных данных для проектирования технологического процесса изготовления детали на станке с ЧПУ;

II этап: Разработка маршрутной технологии изготовления детали;

III этап: Проектирование операционной технологии изготовления детали;

На этапе подготовки исходных данных (I этап) для проектирования технологического процесса должен быть проведён технико-экономический анализ целесообразности изготовления детали на станке с ЧПУ. Осуществлён выбор конкретного станка с ЧПУ, исходя из условий: соответствия системы ЧПУ и количества управляемых координат станка, потребных для обработки; соответствия размеров рабочей зоны станка габаритным размерам детали; соответствия мощности, жёсткости и технических характеристик станка режимам обработки; точности и требуемой шероховатости поверхности, обеспечиваемой данным станком. В результате выполнения работ на данном этапе проводится анализ чертежа детали на технологичность ее изготовления на станке с ЧПУ, разрабатывается укрупнённый план обработки, и уточняются условия поставки заготовки.

В результате выполнения II-го этапа – разработки маршрутной технологии изготовления детали на станке с ЧПУ, определяется операционная последовательность обработки и выбирается комплекс необходимого инструмента и оснастки. Предусматривается проведение расчётов параметров режущих инструментов, отражающих специфику обработки на выбранном станке с ЧПУ и определяющих содержание операций. Выбираются схемы базирования приспособления на столе станка и заготовки в приспособлении, проводится размерная увязка систем координат изготавливаемой детали с системой координат станка.

На этапе проектирования операционной технологии изготовления детали (IIIэтап) должен быть разработан подробный план каждой операции с построением траекторий рабочих и вспомогательных перемещений, расчётом режимов обработки, составлена расчётно-технологическая карта (РТК) изготовления детали на станке с ЧПУ.

Подсистема проведения математических расчётов (МР) включает следующие этапы работ:

Рис.5.1.Преобразование информации в системе «чертеж-готовая деталь».

Рис.5.2 Этапы и задачи, решаемые при подготовке УП в системе «чертеж-готовая деталь».

IV этап: Расчёт траекторий перемещения режущих инструментов при проведении обработки на станке с ЧПУ;

V этап: Кодирование УП.

Этап расчётов траекторий движения (IVэтап) включает расчёт координат опорных точек эквидистант в процессе реализации линейной и круговой интерполяции с задаваемым шагом аппроксимации поверхностей в выбранной системе координат детали. Расчёты выполняются с точностью, определяемой дискретностью выбранной системы ЧПУ. Также проводятся расчёты величин перемещений на участках траекторий, расчёт времени перемещений.

Этап кодирования УП (V этап) включает: перевод расчётных параметров в координатную систему станка; использование в УП его конкретных технических характеристик (пределов подач рабочих органов, скоростей вращения шпинделя, длин ходов исполнительных органов, допустимых значений ускорений и торможений, приемлемых перебегов при резком изменении направления движения органов станка и т.п.); использование в УП подготовительных и вспомогательных функций СЧПУ, функций коррекции на диаметр и вылет инструмента и т.д.

Результатом выполнения работ в подсистеме математических расчётов является получение управляющих программ на проблемно-ориентированном языке и в коде станка с ЧПУ, например, в международном коде ISO – 7 бит.

Подсистема изготовления и контроля управляющих программ (ИКП) включает:

VI этап: Контроль УП вне станка с ЧПУ и запись УП на программоноситель;

Перед внедрением управляющих программ, с целью правильного изготовления по ним детали на станке с ЧПУ, обязательно проводится графическая проверка рассчитанных траекторий. Проверка УП осуществляется визуально при использовании дисплеев, графопостроителей, координатографов с последующим цифровым определением координат опорных точек траекторий. Далее осуществляется изготовление программоносителя (перфолента, магнитная дискета и т.п.).

Подсистема внедрения УП (ВП) включает:

VII этап: Отработку УП на станке без установки инструмента, оснастки, заготовки;

VIII этап: Обработку контрольной детали.

Указанные работы проводятся в целях проверки правильности расчётов УП, проверки правильности применения технологических приёмов, проверки правильности отработки УП рабочими органами станка.

5.2. Методы подготовки УП для станков с ЧПУ.

Применяют следующие методы подготовки УП:

1. ручное программирование, выполняемое соответствующими специалистами (инженером-технологом, программистом и др.) (рис. 5.3);

2. автоматизированное программирование, выполняемое при использовании системы автоматизированной подготовки УП для станков с ЧПУ (САП УП), построенной на основе применения ЭВМ (рис. 5.4);

3. оперативное, диалоговое программирование, когда подготовка УП производится непосредственно у станка с клавиатуры УЧПУ (рис. 5.5).

В общем случае, независимо от принятого метода подготовки УП, сопроводительная документация обычно включает: чертёж детали; карту наладки инструментов; расчётно-технологическую карту изготовления детали на станке с ЧПУ; управляющие программы обработки и их распечатки; графики траектории инструментов (при автоматизированном расчете УП) и акт проверки управляющих программ.

В карте наладке инструментов записываются координаты вершин инструментов, определяемые вне станка на специальных приборах.

Расчётно-технологическая карта содержит законченный план обработки детали на станке с ЧПУ в виде графического изображения траекторий движения используемых инструментов со всеми необходимыми пояснениями и расчётными размерами.

Рис. 5.3. Ручное программирование.

Рис. 5.4. Автоматизированное программирование.

Рис. 5.5. Оперативное, диалоговое программирование.

Ручное программирование.

Ручная подготовка управляющих программ практически используется только при обработке простых деталей.

Подготовку исходных данных, маршрутной и операционной технологии (I, II, III этапы) проводит технолог, который разрабатывает план операций и карту наладки инструментов (рис. 5.6). Задачи математических расчетов (этап IV) выполняет программист в бюро математических расчетов (БМР) с использованием средств вычисления (калькуляторы). По предварительно разработанному плану операций программист составляет расчётно-технологическую карту, в которой указывается во временной последовательности все рабочие движения станка, а также дополнительная информация, например, свойства обрабатываемого материала, размеры и положение инструмента, скорость резания и т.п. (таблица 5.2). Используя таблицы кодирования, программист пишет текст УП для конкретного станка с ЧПУ (V этап).

Изготовление и контроль УП (VI этап) может проводиться в бюро электронных схем (БЭС) предприятия, где осуществляется запись программы на носитель и графическая проверка траекторий движения органов станка (см. рис.5.6).

Если носителем информации для станка с ЧПУ является перфолента, то запись УП ведется на устройстве подготовки данных для перфоленты (УПДЛ) (рис. 5.7). На этапе контроля, информация, считываемая с перфоленты, должна быть преобразована в импульсные или фазомодулированные сигналы в зависимости от типа УЧПУ. Вырабатываемые УЧПУ сигналы подаются на исполнительные механизмы координатографа- - устройства графической проверки УП (см. рис. 5.6).

Автоматизированное программирование.

При составлении УП число решаемых задач настолько велико, что ручное программирование часто невозможно. Управляющая программа для деталей средней сложности, а особенно для сложных деталей, может быть составлена только при использовании ЭВМ (рис. 5.8).

Автоматизация процессов программирования является основным средством сокращения затрат времени на разработку УП. Обеспечивает не только снижение трудоёмкости подготовки УП по сравнению с ручным способом, но и повышает их качество в связи с возможностью рассмотрения нескольких вариантов технологического процесса и выбора оптимального из них.

Рис. 5.6. Этапы ручной подготовки УП.

Таблица 5.2.

Пример расчётно-технологической карты, разрабатываемой при ручном программировании.

Рис. 5.7. Запись УП с использованием устройства подготовки данных на перфоленте

(УПДЛ) при ручном программировании.

Использование автоматизированного программирования позволяет на одном рабочем месте рассчитывать опорные точки движения рабочих органов станка, рассчитывать и формировать УП изготовления детали в коде устройства ЧПУ, контролировать цифровую и графическую информацию в процессе её формирования и получать распечатку бланков с пояснениями к выходной управляющей программе (рис. 5.8).

Автоматизированную подготовку УП проводит на предприятии технолог – программист.

Результатом выполнения технологом – программистом задач технологической подготовки УП (I, II, III этап) является разработка РТК изготовления детали на станке с ЧПУ. РТК содержит чертеж детали с указанием системы координат программируемой детали и выбранными траекториями обработки, а также перечень технологических данных о последовательности обработки, инструменте, припусках, режимах обработки и т.п.

Задачи, решаемые на IV, V, VI этапах, объединяют в общий автоматизированный этап преобразования информации, выполняемый ЭВМ.

Применение ЭВМ для автоматизации программирования обработки на станках с ЧПУ требует разработки специального программно-математического обеспечения, а также проблемно-ориентированного языка для записи информации об изготавливаемой детали и ввода её в ЭВМ. Это программно-математическое обеспечение называют системами автоматизированной технологической подготовки производства для станков с ЧПУ или системами автоматизированной подготовки управляющих программ (САП УП).