close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1761 proskuryakov a.v. sost geometricheskaya zadacha chpu. uchebnoe posobie po discipline sistemi programmnogo upravleniya a.v.proskuryakov n. o. vladimirovna

код для вставкиСкачать
£ 2 1 9
П £2.
MiiHiicreiJOTt’Oобразования я гаукч Респубй^ыси Казахстан
i 1явло,лагклсий государс! вемный унив^рси t с::
им. С. Торэйгырсва
А.Ф. Проскуряков, О.В. Ник^гатгг
ГЕО М ЕТРИ ЧЕСКА Я ЗАДАЧА ЧИУ
Учеййое пособие
по длсцип-тт+нс «Системы программного управления»
1а».-»> дн р
9
n Ол
' / О 0(У
Министерство образования и науки Республики Казахстан
ПАВЛОДАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
нм. С. Торайгырова
Институт металлургии, машиностроения и транспорта
Кафедра машиностроения и стандартизации
УЧЕБН О Е ПОСОБИЕ
Г ео м етр и ч еск ая зад ач а Ч П У
по дисциплине «Системы программного управления»
для студентов специальности 250140 «Технология машиностроения,
металлорежущие станки и инструменты»
Павлодар
УДК 621.9.06 - 529 (07S.8)
ББК 22.151 я 7
Г 36
Рекомендовано ученым советом III У им. С. Торайгырова
Рецензенты:
доцент, к.т.н. С.А. Стаценко;
кафедра «Машиностроения и стандартизации»
ПГУ им. С. Торайгырова
Составители: проф., к.т.н. Проскуряков Анатолий Федорович
магистр техники и технологии Никитина Ольга Владимировна
Г36 Геометрическая задача ЧПУ. Учебное пособие по
дисциплине «Системы программного управления». - Павлодар, 2005.
- 235с.
ISBN-9965-439-09-5
В учебном пособии На достигнутом и концептуальном уровнях
раскрывается содержание главной задачи ЧПУ — геометрической.
Подробно рассмотрены все четыре этапа решения этой задачи. Особое
внимание уделено подготовке исходной информации к кодированию и
разработке управляющих программ. Рассмотрена общая структура и
языки систем автоматизированного программирования —САП.
16020S0000
00(05) -0 5
ISBN-9965-439-09-5
Никитина О.В.
© Павлодарский государственный
университет им. С. Торайгырова, 2005
Содержание
1
2
2.1
2.2
2.3
2.4
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
4.3
4.4
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
6
7
8
8.1
8.2
8.3
Введение
Общая характеристика геометрической задачи ЧПУ
Формализованное представление геометрической
задачи ЧПУ
Граф обработки. Общие положения
Графы обработки деталей на токарных станках
Графы обработки деталей на фрезерных станках
Графы обработки деталей на многоцелевых станках
Кодирование информации в управляющих программах
Системы счисления
Основные понятия из теории кодирования
7-и битные кодированные наборы символов
Управляющая программа
Адрес в слове управляющей программы
Слово кадра управляющей программы
Кадр управляющей программы
Формат управляющей программы
Методы повышения языкового уровня управляющих
программ
Служебные функции
Упрощенное описание контура
Безэквидистантное программирование
Постоянные циклы
Готовые формы
Подпрограммы
Диалоговые методы разработки управляющих
программ
Макроязык пользователя
Интерполяция
Управление следящими приводами подач
Системы автоматизированного
программирования —САП
Языки САП
Входной язык САП
Промежуточный язык процессор-постпроцессор
Заключение
Литература
4
9
11
12
19
39
52
61
62
68
71
76
77
78
93
103
105
105
113
117
122
136
137
141
156
163
180
192
199
200
215
226
235
Введение
Первые исследовательские и конструкторские работы по созда­
нию систем числового программного управления технологическим
оборудованием были проведены в Советском Союзе (ЭНИМС) и
США (фирма «Дженерал электрик» и Массачузетский технологиче­
ский институт) в начале 50-х годов прошлого столетия. Известное и
достаточно широко распространенное на тот период времени автома­
тическое и полуавтоматическое оборудование с системами управле­
ния на основе распределительных валов с набором кулачков, гидро- и
электрокопировальной аппаратуры, простейших командоаппаратов и
т.п., обеспечивало хорошие технико-экономические показатели лишь
в крупносерийном и массовом производствах. Применение этого же
типа оборудования в мелкосерийном и индивидуальном типах произ­
водства, выпускающих до 70% всего объема машиностроительной
продукции, не позволяло сохранить их высокую эффективность из-за
больших потерь времени на частую его переналадку, затрат на
изготовление кулачков, копиров, кондукторных плит и т.п. Для
повышения эффективности индивидуального и мелкосерийного
производства за счет его автоматизации необходимо было изыскать
новые способы управления перемещениями рабочих органов станков
при обработке деталей сложных контуров. Эта задача была успешно
решена, когда в системах управления- технологическим обору­
дованием стали использовать методы и средства вычислительной
техники. Харктерной особенностью таких систем является задание
необходимой последовательности взаимных положений обраба­
тываемой детали и инструмента в отвлеченном, абстрактном виде, без
создания в каком-либо масштабе материального аналога в виде
кулачка, копира, шаблона и т.д. Так как программа управления в
таких системах представлена исключительно закодированной
числовой информацией, однозначно определяющей требуемые
положения не только рабочих органов станка, но и всех других
механизмов в реальном масштабе времени, то новые системы
получили название устройств числового программного управления
(УЧПУ).
Последующий полувековой период характеризуется достаточно
интенсивным развитием этих систем. Отдельные исследователи с уче­
том изменений элементной базы, концептуальных идей в электронике
и вычислительной технике, технических решений в автоматическом
управлении приводами и процессами, техники автоматизированного
4
проектирования и программирования насчитывают от четырёх до де­
сяти сменивших друг друга поколений устройств ЧПУ. От конструк­
ции специальных электронных аппаратов, характерных для первых
поколений устройств ЧПУ, был осуществлен переход к специализи­
рованным
(проблемно-ориентированным)
вычислительноуправляющим машинам на базе микропроцессорной техники.
Интенсивное развитие устройств ЧПУ явилось первопричиной
революционных изменений в конструкции технологического обору­
дования. Применение первых устройств ЧПУ в стыковке с компонов­
ками универсальных станков оказалось малоэффективным из-за малой
приспособленности их к автоматизации, низкой точности, жес ткости,
несоответствия элементной базы этих станков требованиям новой
системы управления. В короткие сроки была создана новая элемент­
ная база: бесступенчатые приводы главного движения и подачи; дат­
чики положений рабочих органов станка; высокоточные датчики из­
мерительной системы станка; направляющие качения с предваритель­
ным натягом, что обеспечило повышение жесткости станка; беззазор­
ные кинематические пары в виде винт-гайка качения и т.п.
На смену
универсальным
станкам
пришли
станки
принципиально новых моделей, специально разработанные для
стыковки с устройствами ЧПУ. Стремление к расширению
номенклатуры обрабатываемых деталей и увеличению эффективности
использования станков с ЧПУ привело к созданию новых типов
станков - многоцелевых (обрабатывающих центров), которые позво­
лили осуществлять полную обработку сложных деталей с минималь­
ным количеством установов и смены базовых поверхностей. Для
многоцелевых станков характерно выполнение различных техноло­
гических операций: сверления, расточки, фрезерования, нарезания
резьбы и др., что стало возможным благодаря развитию систем
автоматической смены режущих инструментов.
Дальнейшее решение проблемы автоматизации загрузкиразгрузки деталей различных конструктивных форм с использованием
накопителей межоперационных заделов, привело к созданию на базе
многоцелевых станков технологических модулей, которые в течении
рабочей смены могут работать без вмешательства человека.
Развитие многоцелевых станков и технологических модулей в
совокупности с интенсивным развитием робототехники, автомати­
ческих транспортных тележек - робокар послужило базовой основой
для создания гибких производственных систем различной компановки
с учетом типа и номенклатуры обрабатываемых изделий, программы
выпуска, степени автоматизации и других факторов.
5
Таким образом с развитием устройств ЧПУ и соответствующего
технологического оборудования была создана альтернативная база
существующим
средствам
автоматизации
производственных
процессов и, самое главное, новое оборудование оказалось эффек­
тивным при автоматизации мелко-, среднесерийного, а в определен­
ной степени и индивидуальных производств. В настоящее время
производители технологического оборудования предлагают потреби­
телям многовариантные решения в области автоматизации производ­
ственных процессов с учётом номенклатуры и программы выпуска
изделий (рисунок 1).
3
ос;>
ра»
'О
1 - Непереналаживаемые
3:
sо
автоматические линии
2 - Автоматические линии
групповой обработки
3 - Универсальные
автоматические линии
4 • Гибкие
автоматические линии
70
5 - Гибкие производственные
системы
со
а
£
со
§
I
®
6 - Технологические модули
60
7 - М ногоцелевые станки
50
8 - Одноцелевые станки с ЧПУ
40
30
20
10
мелко ' средне' крупно
Индивидуальное
Серийное
Тип производства
Массовое
Рисунок 1 - Область рационального использования современно­
го автоматизированного технологического обору­
дования
Интенсивное развитие нового технологического оборудования с
устройством ЧПУ потребовало от всех видов профессионального об6
разования адекватной, опережающей подготовки кадров соответст­
вующих специальностей и специализаций.
Однако большие информационные потоки обзорного, конструк­
торского, технологического, научно-исследовательского и др. харак­
тера, непосредственно связанные с развитием технологического обо­
рудования с устройством ЧПУ, хотя и нашли определенное отражение
в учебных планах и рабочих программах отдельных дисциплин, но не
были в достаточной степени ориентированны на отдельные проблемы,
связанные с внедрением новой техники. А новое технологическое
оборудование с устройством ЧПУ требовало принципиально новых
подходов к организации его эксплуатации. Только по причине неуме­
ния специалистов организовать на требуемом уровне эксплуатацию
нового оборудования оказалось невозможным в большинстве случаев
реализовать его потенциал экономической эффективности.
Для решения этой проблемы необходимо профессиональную
подготовку специалистов всех уровней строго ориентировать на тре­
бования заказчика. А это означает, что преподавание каждой дисцип­
лины учебного плана должно быть направлено не только на устано­
вившуюся классику профессиональной подготовки, а на постановку
отдельных производственных проблем и методов их решения. В этом
аспекте, преподавание такой дисциплины, как «Системы программно­
го управления» при подготовке инженеров-механиков по специально­
сти «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инстру­
менты» должно быть ориентированно не на конструкторов этих сис­
тем, не на технологов-производителей этих систем, а исключительно
на пользователей, т.е. на специалистов, занимающихся эксплуатацией
оборудования с устройством ЧПУ. В защиту этого следует учесть и
тот факт, что республика Казахстан не является производителем и
экспортером этих устройств, а машиностроительные предприятия
республики являются лишь импортерами-потребителями оборудова­
ния с устройством ЧПУ.
Предлагаемое учебное пособие «Геометрическая задача ЧПУ»
является первым из трех запланированных к изданию. Обоснован­
ность деления дисциплины «Системы программного управления» на
три составляющие определяется переходом системы высшего профес­
сионального образования республики Казахстан на кредитную техно­
логию, при которой каждый кредит учебного плана должен приобре­
сти своё индивидуальное название. Учебное пособие целиком ориен­
тированно на специалистов, занимающихся непосредственно эксплуа­
тацией технологического оборудования с устройством ЧПУ.
В учебном пособии с достаточной полнотой раскрыто содержа­
ние геометрической задачи ЧПУ с учётом всех четырёх этапов её реа­
лизации. На этапе подготовки информации к кодированию, для фор­
мализованного представления геометрической задачи используются
основные понятия теории графов, что позволило придать исходным
данным для разработки управляющей программы (УП) наглядный,
системный характер. Рассмотрены подграфы обработки типовых по­
верхностей на различных станках с устройством ЧПУ. Этап разработ­
ки УП изложен начиная с основных положений теории кодирования
информации и структуры кода ISO-7 бит. Особое внимание уделено
различным методам повышения языкового уровня УП, реализуемых в
современных устройствах ЧПУ. На доступном пользователю языке
рассмотрены этапы интерполяции и управления следящими привода­
ми станка. Завершает учебное пособие общая структура и принципы
построения систем автоматизированного программирования.
Учебное пособие предназначено для формирования требуемых
знаний и умений в области программирования и наладки станков с
устройством ЧПУ при подготовке инженеров-механиков по специаль­
ности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инст­
рументы». Кроме того, предлагаемое учебное пособие может быть ис­
пользовано в техническом и профессиональном обучении, в послесреднем профессиональном образовании при подготовке специалистов
соответствующих специальностей, а также специалистами, непосред­
ственно занимающихся эксплуатацией станков с устройством ЧПУ.
1 О б щ а я х а р а к т е р и с т и к а гео м етр и ч еск о й за д ач и Ч П У
В обобщ ённом виде геометрическая задача ЧПУ сводится к не­
посредственному управлению процессом обработки детали. П ри этом
процесс управления осущ ествляется таким образом, при котором гео­
метрическая информация чертежа отображ ается в совокупность стро­
го определенных формообразую щ их движ ений рабочих органов стан­
ка, в результате которых чертёж детали в конечном итоге материали­
зуется в обработанном изделии [8].
П о своей структуре геометрическая задача ЧПУ реализуется в
четыре этапа:
— подготовки исходной информации к кодированию ;
— кодирования исходной информации, т.е. разработки управ­
ляющей программы ;
- интерполяции;
- управления приводами рабочих органов станка.
Геометрическая задача ЧПУ исторически возникла первой и для
ранних устройств ЧПУ являлась практически единственной. П осле­
дующая эволю ция устройств ЧПУ и соответствую щ его технологиче­
ского оборудования отражалась на развитии каж дого этапа геом етри­
ческой задачи. С появлением первых устройств ЧП У специалисты
столкнулись с высокой трудоёмкостью подготовки и кодирования ис­
ходной информации. Поэтому задача снижения трудоём кости подго­
товительных этапов явилась одним из движ ущ их противоречий в раз­
витии устройств ЧП У, которая и в настоящ ее время не утратила своей
значимости. М ожно выделить несколько направлений в реш ении этой
задачи: повы ш ение язы кового уровня УП за счёт развития язы ка про­
граммирования; использование периферийны х ЭВМ для выполнения
сложных расчетов и создания систем автоматизированного програм­
мирования; соверш енствование в целом системы кодирования инф ор­
мации и ввода УП в память устройства ЧПУ. В направлении повы ш е­
ния язы кового уровня УП получили распространение такие методы,
как упрощ енное описание контура детали; безэквидистантное про­
граммирование; создание библиотеки постоянны х циклов, готовых
форм, подпрограмм; автоматизированны е методы разработки УП с
использованием самого устройства ЧПУ и др.
С началом интенсивного роста производства станков с устрой­
ствами ЧПУ начались работы по созданию систем автом атизирован­
ного программирования (САП). Развитие СА П непосредственно свя­
зано с интенсивны м развитием вы числительной техники, разработкой
9
новых методов программирования, развитием различных интегриро I
ванных станочных систем, появления новых устройств 41 ГУ и други-1
ми факторами.
I
Совершенствование в целом системы кодирования информации [
и ввода УП в память устройства ЧПУ связано в первую очередь с раз-1
витаем языка программирования, основу которого составляет приня-1
тый код. От унитарного кода с записью управляющей программы I
только на магнитной ленте пришли к общепринятому в настоящее
время 7-и битному кодированному набору символов в виде кода ISO-7 I
бит. При этом современные устройства ЧПУ допускают, как правило, I
ввод УП непосредственно с панели оператора, с магнитной ленты
(дискеты), перфоленты, периферийной ЭВМ. Ведутся работы по про- j
граммному обеспечению ввода УП непосредственно голосом опера- I
тора.
Основополагающее значение в геометрической задаче ЧПУ от- I
водится этапу интерполяции. Именно на данном этапе с помощью вы­
числительных процедур осуществляется переход от укрупненного j
описания перемещений рабочих органов в УП к оперативным коман­
дам для исполнительных приводов в функции времени. Трудоёмкость |
интерполяционного этапа составляет до 35...40% общего цикла опера- !
тивного управления. Метод интерполяции с одной стороны связан с
характером формообразующих движений, требуемой точности и про­
изводительности формообразования, типом управляемых приводов и 1
т.п. С другой стороны процесс интерполяции определяется техниче­
скими характеристиками системы управления: быстродействием, объ­
емом памяти, системой команд и т.д. По указанным причинам разра­
ботке алгоритмов интерполяции в рассматриваемом аспекте развития
геометрической задачи ЧПУ уделяли и продолжают уделять большое
внимание. На сегодняшний день существует несколько применяемых
методов интерполяции и десятки их версий и вариантов.
Непрерывно совершенствуется схемная и элементная состав­
ляющие процесса управления следящими приводами станка. Основ­
ное применение получил следящий привод с высокомоментным дви­
гателем постоянного тока, имеющий возбуждение от высокоэнергети­
ческих магнитов, обеспечивающих 10...15-кратные пиковые моменты
без размагничивания. Однако наличие коллектора со щетками снижа­
ет эксплуатационные характеристики привода. Это обусловило при­
менение вентильных двигателей и привода с синхронными и асин­
хронными двигателями. Применение этих двигателей в следящем
приводе подач станков стало возможным в значительной степени бла­
годаря развитию силовых полупроводниковых приводов. В малых
10
станках всех групп продолжают использовать и шаговые приводы по­
дач. Достигнутый уровень развития отдельных этапов решения гео­
метрической задачи ЧПУ составляет последующее содержание данно­
го учебного пособия.
2 Ф ормализованное представление геометрической
задачи ЧПУ
Подготовка исходных данных к кодированию заключается в
преобразовании геометрической и размерной информации чертежа и
технологического процесса обработки детали в вид, удобный для по­
следующего её использования при разработке УП. Необходимость
подготовительного этапа вызвана тем, что соответствующая инфор­
мация чертежа детали и технологического процесса, представляемая
на основе действующих стандартов, зачастую не обладает достаточ­
ной полнотой и наглядностью, что создаёт определенные трудности, а
порой и невозможность её непосредственного использования в УП.
Так чертеж детали содержит геометрическую и размерную информа­
цию конечной её формы и не является носителем информации о тех­
нологии обработки детали: о формообразующих траекториях движе­
ний рабочих органов станка, последовательности этих движений, о
режимах обработки и т.п. В свою очередь, технологический процесс
обработки детали представляет достаточно полную текстовую инфор­
мацию о методах обработки, геометрическую и размерную информа­
цию о промежуточных (послепереходных) и конечной формах изде­
лия. Но принятая текстовая форма информации о методах и режимах
обработки, используемых режущих инструментов также не даёт на­
глядного представления об элементарных траекториях движения ре­
жущих инструментов. Но именно, эти движения в совокупности с
размерной информацией служат основой для последующего непо­
средственного использования их при разработке УП. Изложенные не­
достатки представления исходных данных в нормативной техниче­
ской документации не определяют безусловное наличие рассматри­
ваемого подготовительного этапа в рамках геометрической задачи
ЧПУ. В зависимости от конструктивной сложности обрабатываемой
детали, сложности технологического процесса, используемого обору­
дования и языкового уровня самого устройства ЧПУ, подготовитель­
ный этап может отличаться достаточно широким диапазоном трудо­
ёмкости его отработки. В одних случаях, он может быть вообще опу­
щен, в других, для его реализации может потребоваться периферийная
вычислительная техника с соответствующим программным обеспече­
нием. Следует также отметить, что качественная отработка подгото­
вительного этапа снижает вероятность появления ошибок, порой и
достаточно серьёзных, при последующей разработке УП, уменьшает
трудоёмкость отладки УП и, тем самым, способствует повышению
эффективности эксплуатации технологического оборудования с уст­
ройством ЧПУ.
2.1 Г раф обработки. О бщ ие полож ения
Одной из главных задач этапа подготовки исходной информа­
ции к кодированию следует считать формализованное наглядное
представление траектории движения каждого режущего инструмента,
участвующего в технологическом процессе обработки детали. Для
решения этой задачи воспользуемся основными понятиями теории
графов - раздела дискретной математики, который достаточно широ­
ко используется в современной научной и инженерной практике [7].
Основным понятием теории графов является граф , который
представляет собой множество вершин и множество соединяющих их
ребер, при этом вершинам и рёбрам приписывается различный физи­
ческий смысл в соответствии с решаемой задачей. Введём понятие
граф а обработки детали, который также представим в виде конечно­
го множества вершин 0, 1, 2, 3,..., и и конечного множества ребер 0-1,
1-2, 2-3, ..., т-1, соединяющих каждую смежную пару вершин (рису­
нок 2). В ерш ины гр аф а обработки будут соответствовать точкам, в
которых рабочий орган станка, несущий режущий инструмент или за­
готовку, качественно (направление) или количественно (скорость) ме­
няет движение. Рёбра граф а обработки в физическом смысле будут
определять геометрическое место точек относительного положения
режущего инструмента и заготовки между двумя смежными верши­
нами. В соответствии с этим определением каждое ребро графа обра­
ботки по форме будет иметь строго определенный вид: прямой, дуги
окружности или какой-либо другой кривой.
Положение заготовки на станке определяется её базовыми по­
верхностями, относительного которого заданы положения элементов
обрабатываемого контура. Положение режущего инструмента, в зави­
симости от его конструкции и метода обработки, может быть мате­
риализовано точкой, совпадающей с его вершиной (резцы), осью
(сверло, концевая фреза) и другими элементами. И положение заго­
товки, и положение режущего инструмента определяются в системе
12
координат станка, правила выбора которой регламентированы соот­
ветствующими международными стандартами. В этой системе коор­
динат осуществляется управление движениями рабочих органов стан­
ка таким образом, чтобы в результате этого управления вершина ре­
жущего инструмента (или ось инструмента —эквидистантно) занимала
последовательно в реальном масштабе времени положение геометри­
ческого места точек в соответствии с формой ребра графа обработки.
50
1S3
Граф обработки следует рассматривать как некоторое результи­
рующее (обобщенное) понятие, которое в одном случае, в зависимо­
сти от конструкции станка и метода обработки, может соответство­
вать заданному закону движения одного рабочего органа; в другом
случае, являться результатом одновременного движения нескольких
рабочих органов. В первом случае граф обработки будет плоским
(обработка на токарных станках одним суппортом), во втором случае
граф обработки может быть пространственным (на станках с двумя
рабочими органами, с одновременным управлением но трём и более
координатам).
Наиболее рационально граф обработки рассматривать в рамках
одной технологической операции. Такой граф обработки структурно
будет состоять из подграфов, соответствующих отдельным установам,
переходам, проходам, определяющих структуру технологической
операции.
13
Так как направление движения рабочих органов станка при об­
работке детали строго определены, то рёбра графа являются ориенти­
рованными на плоскости или в пространстве и, в целом, граф обра­
ботки является ориентированным. Ориентированные рёбра в теории
графов называют дугами. Необходимо иметь в виду, что дуги в графе
обработки формализуют не только движения, связанные непосредст­
венно с формообразованием, то есть рабочие хода рабочих органов
станка, но и вспомогательные —холостые хода: отвод-подвод инстру­
мента, смену инструментов, поворот стола с деталью и т.д.
Последовательность дуг, соединяющая две произвольно взятые
вершины, называется в теории графов маршрутом. Маршрут является
замкнутым, если начальная и конечная вершины графа совпадают.
Если в графе все дуги различны, то маршрут называется цепью, а ес­
ли при этом различны и вершины графа, то маршрут называется про­
стой цепью. Учитывая тот факт, что различие вершин графа обработ­
ки определяется значением их координат, а различие дуг - также их
положением в принятой системе координат станка, то маршрут в гра­
фе обработки в большинстве случаев является простой цепью. К тому
же эта простая цепь будет замкнутой, т.к. после окончания операции
рабочие органы станка должны возвратиться в исходное положение,
из которого было начато их движение.
Длина марш рута (цепи, простой цепи) равна количеству дуг в
порядке их прохождения. Длина кратчайшей простой цепи называется
расстоянием. Понятие расстояния в графе обработки приводит к од­
ной важной задаче, связанной с минимизацией пути движения рабо­
чих органов станка при обработке детали, что обеспечивает рост про­
изводительности станка, а также уменьшения во многих случаях раз­
мера управляющей программы, а, следовательно, и трудоёмкости её
разработки. Особую значимость приобретает минимизация пути в
графе обработки деталей сложной формы, корпусного типа и др. Рас­
смотрим эту задачу на примере обработки отверстий в детали корпус­
ного типа (рисунок 3). Все 30 обрабатываемых отверстий можно раз­
делить на пять групп в соответствии с их типоразмерами.
1-ая группа - 2 отверстия диаметром 8 мм. Обработка этих от­
верстий осуществляется в два прохода: центрирования и сверления.
2-ая группа —4 отверстия диаметром 15 мм. Обработка отвер­
стий производится в три прохода: центрирования, сверления и зенкерования.
3-я группа - 4 отверстия диаметром 13 мм. Обработка отверстий
производится в два прохода: центрирования и сверления.
14
4-я группа - 6 отверстий диаметром 8 мм. Обработка отверстий
производится в три прохода: центрирования, сверления и развёртыва­
ния.
5-я группа - 14 резьбовых отверстий М8. Обработка отверстий
производится в три прохода: центрирования, сверления и снятия фас­
ки комбинированным инструментом и нарезания резьбы метчиком.
015
/ 4 тт.
Q73
/ 4 отв
Рисунок 3 —К понятию расстояния в графе обработки
Обработка отверстий производится на вертикально-фрезерном
I станке 6Р11МФЗ-1, оснащенном инструментальным магазином на 8
инструментов.
В последовательности обработки этих отверстий можно выде­
лить следующие основные варианты.
1 Каждое отверстие обрабатывается полностью по всем перехо! дам с использованием одного позиционирования детали относительно
i оси шпинделя станка. При завершении полной обработки одного отj верстия за счет последовательной замены режущих инструментов
I осуществляется перемещение детали для обработки второго отверстия
j и т.д. Последовательность обработки отверстий в этом варианте моI жет быть принята любая исходя из минимального перемещения стола
от одного отверстия к другому, например, слева на право.
2 Обработка отверстий производится по группам. Каждое от­
верстие группы обрабатывается первым инструментом, затем вторым
и т.д. После обработки отверстий одной группы осуществляется пере­
ход к обработке второй группы отверстий первым инструментом и т.д.
3
На первоначальном этапе производится центрирование в
отверстий. Затем по группам отверстий осуществляется их сверление,
зенкерование и нарезание резьбы.
Так как при обработке отверстий по всем трём вариантам пере­
ходы остаются неизменными, то время производства рабочих ходов
остаётся постоянным. Изменяться будут только затраты времени на
производство холостых ходов, а именно на смену режущих инстру­
ментов и позиционирование стола с целью совмещения координат от­
верстий с осью шпинделя.
На рисунке 3 приведен граф обработки отверстий в соответст­
вии с первым вариантом. При наличии чертежа детали с размерами
расположения отверстий определить расстояние в графе обработки,
необходимое количество смен режущих инструментов по всем трём
вариантам не составит каких либо трудностей. Все исходные данные
для выбора оптимального варианта графа обработки сведены в табли­
цу 1.
Таблица 1 —Исходные данные к выбору оптимального выбора
графа обработки отверстий
Параметры оптимизации
1 Расстояние в графе обработки
по координате X (мм)
по координате Y (мм)
2 Количество позиционирований
стола
3 Скорость позиционирования
4 Количество смен режущего инст­
румента
5 Время однократной смены инстру­
мента
6 Суммарные затраты времени
на позиционирование
на смену инструментов
1Итого
1
Номер варианта
2
3
758
654
4270
2328
2274
1962
30
76
81
1200 мм/мин
84
13
9
8 сек
0,64
10,2
3,55
1,73
1,81
1,2
10,84
5,28
2,01
Согласно данных таблицы наибольшее расстояние в графе будет со­
ответствовать второму, а наименьшее - первому вариантам. В то же
16
время наибольшее количество смен режущих инструментов будет
иметь первый, а наименьшее —третий вариант. С учётом скорости по­
зиционирования 1200 мм/мин и затрат времени на однократную смену
инструмента 8 сек наибольшие затраты времени на вспомогательные
хода будет иметь первый вариант, а наименьшее - третий. При этом
затраты вспомогательного времени по третьему варианту в 5 раз
меньше, чем по первому, что является существенным. Таким образом,
третий вариант графа обработки следует считать оптимальным.
Более подробный анализ графов обработки отверстий в деталях
корпусного типа с выводом математических моделей выполнен проф.
А.А Маталиным [5].
Однако граф обработки даёт лишь наглядное представление о
результирующем, совокупном положении вершины режущего инст­
румента и поверхностей детали в процессе их обработки, и не несёт в
себе ни какой размерной информации, необходимой для разработки
УП. Для того, что бы граф обработки выполнял свою задачу формали­
зованного представления геометрической задачи ЧПУ в целом, его
необходимо дополнить соответствующей размерной информацией.
Эту размерную информацию принято представлять в виде карты рас­
чётных перемещений (таблица 2).
Таблица 2 —Карта расчётных перемещений (к рисунку 2)
№
п/п
0
1
2
3
4
Координата X (мм)
(в расчёте на D)
ОСК
АСК
250
Координата У (мм)
-
ОСК
■-
АСК
28
33
222
5
-
|
-
-
5
38,3
42,3
5,3
4
6
7
8
9
0
46,3
_
52
250
4
_
-
-
-
_
5,7
198
£Л х = 0
-
1
______
-
-
Координата Z (мм)
АСК
253
204
201,5
165
163
89
87
50
ОСК
-49
-2,5
-36,5
-
_2
-74
_2
-37
-
-
253
203
С.Торайгыров
атындагы ПМУ-дщ
академик С.Бейсембаем
атындагы гылыми
j
K f t A n X A H A ^ '-
X/4z=0
Способ представления размерной информации в карте расчет-1
ных перемещений зависит от вида используемой системы координат
(абсолютная или относительная) при разработке УП и принятого по-1
ложения системы координат станка. При использовании абсолютной !
системы координат (АСК) в карту расчётных перемещений вносятся
значения координат, соответствующих положениям вершин графа об­
работки в системе координат станка (СКС). Знак координаты опреде-1
ляется в соответствии с квадрантом координатной сетки. При исполь- [
зовании относительной системы координат (ОСК) в карту вносятся I
размеры ребер графа обработки, при этом знаки «плюс» или «минус» !
будут соответствовать направлению движения рабочего органа. Пра- !
вильность расчёта размерной информации в этом случае проверяется
алгебраическим суммированием её в пределах одного перехода, т.е. !
при возврате режущего инструмента в исходную точку алгебраиче- |
ская сумма относительных перемещений должна быть равна нулю.
С учетом того, что современные УЧГТУ при разработке УП до­
пускают использование и абсолютной и относительной систем коор­
динат, рекомендуется в карту расчётных перемещений включать раз­
мерную информацию обоих видов (таблица 2).
Размерная информация представляется в миллиметрах с точно­
стью дискретности перемещения, которая является технической ха­
рактеристикой станка с УЧПУ. Если станок оснащён шаговым приво­
дом подач, то размеры перемещений по координатным осям следует j
представлять в дискретах (импульсах). Перевод размерных перемеще­
ний в дискреты осуществляется по формулам
“
где
_х_
А х’
Уи
у
Щ
Z
2и
Ш!
хи , у и , zM—количество дискрет, соответствующее заданному
перемещению по координатам X, У, Z;
Ах, A y, Az - цена одной дискреты, которая может соответство­
вать 0,01; 0,005; 0,001 мм в зависимости от техни­
ческой характеристики привода.
Таким образом, граф обработки в совокупности с картой рас­
четных перемещений дают полное наглядное и информационное
представление о геометрической задаче ЧПУ. Ниже рассмотрены гра­
фы обработки на отдельных группах станков.
18
2.2 Г раф ы обработки деталей на то кар н ы х станках
На станках токарной группы преимущественно обрабатываются
детали, представляющие собой тела вращения: валы, оси, диски,
кольца, стаканы и т.п. Обрабатываемые поверхности таких деталей
представляют собой плоскости, перпендикулярные к оси вращения,
соосные цилиндры, конусы, сферы, торы, поверхности вращения с
произвольной криволинейной образующей, а также винтовые поверх­
ности, формирующие резьбы. Образующими этих поверхностей яв­
ляются прямые, окружности и линии, заданные системой точек. Обра­
зующая контура детали в целом представляет последовательность со­
пряжённых элементов: отрезков прямых, дуг окружностей и кривых,
заданных в табличной форме.
В качестве заготовок для деталей, обрабатываемых на токарных
станках с устройством ЧПУ, с учётом мелко- и среднесерийного их
производства используется преимущественно разрезной прокат. При
диаметрах заготовок 50 мм и выше применяют штучные заготовки.
Для деталей небольшой длины, максимальный диаметр которых
меньше 50 мм, в качестве заготовки можно использовать пруток, т.е.
одну заготовку для нескольких деталей. Заготовки для деталей, обра­
батываемых в центрах, должны быть предварительно зацентрованы с
подрезкой обоих торцев. Не исключено применеиие заготовок, полу­
ченных методом ковки, литья, штамповки. В этих случаях контур за­
готовки может быть в различной степени приближен к контуру гото­
вой детали.
В рамках одной токарной операции на станках с устройством
ЧПУ выполняются, как правило, несколько технологических перехо­
дов с применением различных типов режущих инструментов:
- подрезка торцовых поверхностей;
- продольное контурное точение;
- прорезка канавок;
- сверление, зенкерование осевых отверстий;
- растачивание отверстий;
- нарезание внутренних и наружных резьб резцом и др.
На многоцелевых станках токарной группы можно дополни­
тельно сверлить внецентровые отверстия, фрезеровать лыски, шпо­
ночные пазы, шлифовать отдельные поверхности.
Анализ операционных графов обработки на токарных станках
можно произвести на основе типовых подграфов различных техноло­
гических переходов. Для этого общий обрабатываемый контур детали
следует разложить на отдельные зоны: по виду применяемых техноло19
гических переходов, геометрических параметров используемого ре­
жущего инструмента, схемы удаления припуска.
Анализ конструктивных форм деталей, обрабатываемых на то­
карных станках, с учётом вышеперечисленных факторов позволяет
выделить следующие четыре зоны обработки: открытую, полуоткры­
тую, закрытую и комбинированную [3].
О ткры тая зона / имеет место при обработке цилиндрической,
конической поверхностей (рисунок 4, а, б). При выборе режущего ин­
струмента для обработки этих поверхностей не накладывается огра­
ничений на их главный и вспомогательный углы в плане. Открытые
зоны при обработке деталей встречаются достаточно редко. Примера­
ми открытых зон являются сквозные отверстия одного диаметра, на­
ружные поверхности дисков, колец и др.
Наиболее распространенной является полуоткрытая зона 2,
при обработке которой регламентируется главный угол резца в плане
ср= 90...95° (рисунок 4, а, в).
■
б
в
г
Рисунок 4 - Зоны обработки
Закрытая зона 3 встречается при обработке торцовых и угло­
вых канавок для выхода шлифовального круга, различных канавок на
наружных, внутренних и торцовых поверхностях, резьбовых поверх­
ностей, желобов под ремни и т.п. При их обработке накладываются
20
эграничения на главный и вспомогательный углы инструмента в пла| не (рисунок 4, а, г).
Комбинированная зона представляет собой объединение двух,
грех вышеперечисленных зон (рисунок 4,а)
Для различных зон обработки используются следующие три тиIповые схемы удаления припуска (рисунок 5) [3].
1 Схема «петля», при которой отдельные проходы выполняются
последовательно в одном направлении с использованием левых или
I правых резцов. По окончании рабочего хода инструмент отводится на
| небольшое расстояние (около 0,5 мм) от обрабатываемой поверхности
и возвращается на ускоренной подаче назад в точку начала следующе­
го прохода. Наиболее часто эта схема используется при обработке от­
крытых и полузакрытых зон (рисунок 5,а).
2 Схема «виток» или «зигзаг», при которой удаление припуска
производится на прямой и обратной подачах, т.е. при рабочем ходе в
одном направлении, резание осуществляется главной режущей кром­
кой инструмента, а в обратном направлении - вспомогательной кром­
кой. Данная схема может быть реализована при обработке всех зон.
Желательно, чтобы режущий инструмент в этом случае имел одина­
ковые геометрические параметры в главной и вспомогательной секу­
щих плоскостях, в том числе и равные значения углов в плане (рису­
нок 5,6).
3 Схема «спуск» характерна тем, что снятие припуска произво­
дится при рабочем ходе инструмента в радиальном направлении. Наи­
более часто эта схема используется при обработке открытых (торцо­
вых) поверхностей и закрытых зон (рисунок 5,в).
Кроме рассмотренных трёх простейших схем снятия припуска
при обработке наиболее типичных полуоткрытых зон используются и
более сложные схемы. Эти схемы по своей структуре являются разви­
тием простейших схем «петля» или «спуск».
Схема с подборкой (рисунок 6,а) характеризуется тем, что после
каждого прямолинейного рабочего хода режущий инструмент по ко­
мандам УП меняет направление движения вдоль контура детали, сре­
зая оставшийся материал в виде гребешков. В результате, для после­
дующей обработки формируется равномерный припуск по всему об­
рабатываемому контуру детали. Для срезания гребешков подачу мож­
но увеличивать по отношению к подаче прямолинейного хода.
Схема с контурным проходом организуется таким образом, что
срезание гребешков, остающихся после прямолинейных проходов,
производится дополнительным проходом вдоль контура детали (рису­
нок 6,6). Этот проход характеризуется переменной глубиной резания,
21
что определяет выбор индивидуальной скорости подачи для его реа­
лизации. Преимуществом данной схемы в сравнении с предыдущей
следует считать тот факт, что после обработки на поверхности не ос­
таётся рисок, что, в свою очередь, позволяет обойтись без дополни­
тельного чистового прохода.
Рисунок 5 - Схемы снятия припуска
22
Рисунок 6 - Типовые схемы переходов при токарной обработке
Контурная или копировальная схема (рисунок 6,в) формируется
ким образом, что каждый проход по своей структуре приближается
Квиду обрабатываемого контура детали.
I
23
С учётом рассмотренных зон обработки и схем снятия припуска
производится разработка различных переходов технологической опе­
рации. При проектировании технологической операции необходимо
стремиться к наиболее полной обработке детали в рамках этой опера­
ции и с одного установа. Поэтому, на первоначальном этапе проекти­
рования необходимо установить отдельные поверхности контура де­
тали, которые в соответствии с требованиями чертежа к точности их
обработки и шероховатости поверхности не могут быть окончательно
обработаны в проектируемой операции. Для этих поверхностей кон­
тура принятыми методами назначают припуски на последующую об­
работку с использованием другого технологического оборудования и
вычерчивают контур детали, который будет получен в результате вы­
полнения данной операции. Разница между размерами принятой заго­
товки и размерами послеоперационного контура детали определит
общий припуск на обработку. Общий припуск разделяют на две со­
ставляющие: черновой и чистовой. Необходимость выполнения чис­
товых переходов определяется показателями исходной точности заго­
товки и соответствующими требованиями к точности обработки от­
дельных поверхностей и их шероховатости. Определив по соответст­
вующей справочно-нормативной литературе величину припуска на
чистовые переходы можно построить промежуточный контур детали
после черновой обработки (рисунок 7). Таким образом, на первона­
чальном этапе проектирования технологической операции произво­
дится количественная оценка отдельных составляющих общего при­
пуска на черновую, чистовую обработку и припуски на последующие
технологические операции.
При количественной оценке общего припуска на проектируе­
мую операцию необходимо также учитывать возможную обработку
детали на предыдущих операциях. Так для деталей типа «вал» предва­
рительная обработка обычно связана с подрезкой торцовых поверхно­
стей и сверлением центровых отверстий. Для деталей типа «стакан»,
«кольцо» предпочтение следует отдавать предварительному сверле­
нию осевого отверстия с тем, чтобы при дальнейшей обработке отвер­
стия на токарной операции использовать только расточные переходы.
После количественной оценки припуска на операцию и его
дифференциации по методам обработки следует перейти к разложе­
нию его на отдельные зоны. Первоначально разделение припуска на
зоны следует произвести в соответствии с количеством установов, ко­
торые необходимо будет применить в проектируемой операции. Так
полную обработку детали типа «вал», как правило, можно выполнить
за два установа. В рамках первого установа производится обработка
24
I
вала с одной стороны, а со второго установа - с другой. Однако, вы­
полнить два установа в технологической операции возможно только в
I том случае, если при переустановке детали не требуется переналадка
базирующих и зажимных элементов технологической оснастки. В
противном случае каждая переустановка будет соответствовать от­
дельной технологической операции.
Рисунок 7 - Деление общего припуска на зоны
При дальнейшем делении чернового припуска на зоны в рамках
одного установа детали необходимо придерживаться условия, при котором в одну зону включается максимальное число поверхностей, обI работка которых возможна с применением одного типоразмера режуI щего инструмента. На рисунке 7 изображено деление чернового приI пуска на зоны при обработке блока шестерён. Снятие припуска в зоI нах 1 ,2 ,5 планируется произвести с одного установа, а в зонах 3, 4, б
I —с другого. На чистовую обработку отдельных поверхностей выделен
I припуск 7. Припуск в зонах 1, 3 планируется снимать подрезным инI струментом, припуск 4 - проходным, припуск 2 - расточным, припуск
1 5 - прорезным и, наконец, припуск 6 - расточным инструментами.
I Нумерация зон в данном случае может не соответствовать планируеI мой последовательности обработки отдельных поверхностей, о котоI рой речь пойдёт ниже.
I
I
25
С целью обеспечения высокой производительности оборудова­
ния черновую обработку детали следует производить на максимально
возможных режимах обработки. В первую очередь это относится к на­
значаемой глубине резания. Значение глубины резания определяется
исходя из прочностных характеристик режущего инструмента, мощ­
ности привода подач станка, допустимого крутящего момента. С учё­
том выбранного значения глубины резания черновой припуск делят на
проходы по горизонтали или вертикали в зависимости от планируемо­
го перехода и контуров обрабатываемой детали и заготовки. Чаще
всего общая величина припуска в радиальном или осевом направле­
ниях не будет кратна принятой глубине резания. Поэтому последний
проход будет выполняться при меньшем значении глубины резания.
При проектировании подграфов отдельных технологических пе­
реходов или операционных графов обработки детали необходимо
также учитывать архитектуру настраиваемых размерных связей в
станках с устройством ЧПУ [7]. Эта архитектура различается разно­
образием не только для отдельных групп станков, но и зависит от
компоновки станка, устройства ЧПУ
с его
программно­
математическим обеспечением. На рисунке 8 приведена схема на­
страиваемых размерных связей в токарном станке 16К20ФЗ с устрой­
ством ЧПУ 2Р22. Выделим в приведенной схеме размерных связей
следующие три особенности: положение начала системы координат
станка, нулевое и исходное положения рабочего органа, с учётом ко­
торых определяется положение всех вершин графа обработки детали в
автоматической измерительной системе координат станка.
В исходном состоянии начало системы координат станка, т.е.
точку отсчета линейных и круговых перемещений рабочих органов,
увязывают с нулевой точкой станка (нулём станка). Положение нуле­
вой точки в свою очередь определяют базовыми поверхностями узла,
несущего заготовку. С учетом этого, положение нулевой точки для
токарных станков определяется пересечением базовой торцовой по­
верхности шпинделя с осью его вращения. Это конструкторское по­
ложение начала системы координат, в зависимости от возможностей
программного обеспечения устройства ЧПУ, может быть смещено в
другие характерные точки непосредственно при настройке размерных
связей или программным методом, т.е. по командам УП. В процессе
отработки УП эти смещения начала системы координат могут осуще­
ствляться многократно. Наиболее часто начало системы координат
станка совмещают с системой координат детали (т. 0 $ ) или с ее пра­
вой торцовой поверхностью (т. 0 ().
26
Рисунок 8 - Архитектура настраиваемых разм ерны х связей
в станках с УЧПУ
За нулевое положение рабочего органа принимаю т одну из фикI сированных точек, положение которой конструктивно и программно
[ определено относительно начала системы координат станка. Н аиболее
I часто за нулевое положение рабочего органа приним аю т левое или
| правое крайние положения суппорта и переднее крайнее полож ение
I каретки. Нулевое положение рабочего органа настраивается конечны| ми выключателями, датчиком нулевого положения. П ри вы ходе рабоI чего органа в нулевое положение автоматическая изм ерительная сисI тема станка принимает исходное положение, при котором на экране
I дисплея будут высвечиваться нулевое значение координаты Z и знаI чение координаты X, равное наибольшему диаметру обрабаты ваем ого
I изделия в соответствии с рисунком 8.
Исходное положение рабочего органа относительно начала сисI темы координат выбирается при настройке размерных связей. С исI ходного положения рабочего органа начинается работа станка непо­
средственно по командам УП. Выбор исходного полож ения рабочего
органа производится с учетом удобства замены обрабаты ваемой дета27
ли, безаварийной смены режущих инструментов, удобства выполне­
ния промежуточного контроля обрабатываемых поверхностей, мини­
мальных затрат времени на производство холостых ходов и др. факто­
ров. В некоторых случаях исходное положение рабочего органа может
быть совмещено с нулевым положением.
В подграфе каждого технологического перехода с учетом архи­
тектуры настраиваемых размерных связей следует выделить три вер­
шины: исходную, начала обработки и конечную. Положение этих
вершин, как и всех остальных, в измерительной системе токарного
станка следует определять по положению вершины режущего инст­
румента. Исходная вершина графа обработки будет соответствовать
положению вершины режущего инструмента в исходном положении
рабочего органа. Исходной вершине подграфа первого перехода сле­
дует присвоить нулевой номер, а её положение в системе координат
станка определить соответствующими значениями координат x q , z q
(рисунок 9). Эти значения координат в совокупности с вылетами
Рисунок 9 —К определению исходной вершины и вершины нача­
ла обработки
28
режущих инструментов, указываемых в карте кодирования инстру­
мента, определят в последующем информационное обеспечение на­
стройки размерных связей в процессе наладки станка с устройством
ЧПУ. В исходное положение рабочий орган токарного станка, как
правило, возвращается для смены режущего инструмента. В этом слу­
чае выполнение каждого последующего перехода будет начинаться с
исходной вершины, т.е. исходных вершин в графе обработки будет
столько, сколько переходов планируется в технологической операции.
При этом, если вылеты последующих режущих инструментов совпа­
дают с первым, то положение вершины последующего инструмента в
системе координат станка теоретически остается неизменным в про­
цессе смены инструментов (рисунок 10). Фактически же, наличие оп­
ределенного вида погрешностей не позволяют обеспечить единого
положения исходных вершин режущих инструментов с одинаковыми
вылетами. Но эта погрешность в программируемых размерных пере­
мещениях не отражается, а компенсируется вводом соответствующих
коррекций. При совпадении положения исходных вершин режущих
инструментов в системе координат станка при их смене, номер исход­
ной вершины подграфов обработки остается неизменным, а в случае
несовпадения - исходной вершине следующего перехода следует при­
сваивать другой номер в принятой последовательности нумерации
вершин.
Рисунок 10 - К определению вылетов режущих инструментов
29
Вершина начала обработки в подграфе перехода соответствует
положению вершины режущего инструмента, а соответственно и ра­
бочего органа, из которого начинается рабочий ход при выполнении
первого прохода. Положение вершины начала обработки определяется
с учетом принятой глубины резания по одной координате и недобегом
0,5... 1 мм по другой координате (рисунок 9). Бели первый проход
планируется по оси Z, то положение вершины начала обработки будет
определяться глубиной резания по оси X и недобегом по оси Z (рису­
нок 9,а). И, наоборот, если первый проход планируется в направлении
оси X, то положение вершины начала обработки будет определено
глубиной резания по оси Z и недобегом по оси X (рисунок 9,6). Вели­
чина недобега планируется в соответствии с погрешностями размеров
заготовки, погрешностью позиционирования рабочего органа, чтобы
исключить врезание в заготовку на быстром ходу режущего инстру­
мента.
Конечная вершина подграфа перехода, как правило, совпадает с
исходной, если смена инструмента производится в исходном положе­
нии рабочего органа. Если же смена инструмента производится в каком-либо другом положении рабочего органа, то конечная вершина
подграфа перехода приобретает свою индивидуальную значимость и
соответственно свой номер. Тогда только положение конечной вер­
шины подграфа последнего перехода определиться исходным поло­
жением рабочего органа.
Положение всех промежуточных вершин подграфа перехода
определяется границами деления припуска-на зоны, проходы с учетом
принятой глубиной резания и положением точек сопряжения элемен­
тарных поверхностей контура детали в системе координат станка. При
построении подграфа перехода в целом и придания ему достаточной
наглядности и читабельности следует придерживаться следующих ре­
комендаций.
1 Расположение подграфа перехода следует выполнять с учетом
вида обрабатываемых поверхностей и метода обработки:
- под контуром детали при наружном продольном точении;
- сбоку контура детали при подрезке торцовых поверхностей;
- непосредственно в контуре обрабатываемой поверхности при
растачивании поверхностей;
- под контуром детали при использовании схемы «спуск» при
снятии припуска;
2 Направление ребер подграфа должно строго соответствовать
направлению контурной подачи;
30
3
Масштаб построения подграфа перехода следует вы д ерж и вать
только в направлении оси рабочих ходов, т.е. в направлении вы п ол ­
няемых проходов. В направлении вспомогательных ходов п р и д ер ж и ­
ваться какого-либо масштаба не следует для обеспечения требован и я
наглядности подграфа.
На рисунках 11-14 приведены подграфы переходов при обр аб отке т и ­
повых контуров деталей на токарных станках. При обработке с т у п ен ­
чатого вала (рисунок 11) совмещены черновые и чистовой проходы .
При черновой обработке снятие припуска осущ ествляется п р о д о л ь­
ными проходами с максимально допустимым значением р еж и м н о го
параметра - глубины резания. С учетом некратного значения п ол н ого
припуска глубине резания в отдельных зонах, в продольны х проходах
имеют место изломы (вершины подграфа 10-11). Ч истовой проход при
равномерном припуске по контуру осуществляется с и сп ользован и ем
копировальной схемы движения рабочего органа с реж ущ им и н стру­
ментом (вершины 19-28).
31
Рисунок 1 2 - Подграф обработки конусной оправки
Аналогичен по своей структуре и подграф перехода обработки
контура с конусной поверхностью (рисунок 12). В конце черновых
проходов используются движения инструмента по конусной поверх­
ности для обеспечения равномерного припуска при чистовом проходе
(ребра 16-17, 21-22, 26-27).
При обработке блока шестерён (рисунок 13) первый проход ис­
пользуется для подрезки торцовой поверхности вплоть до выхода ре­
жущего инструмента за образующую предварительно обработанного
отверстия на предыдущей операции, т.е. снимается припуск в зоне 1
(подграф 0-4). Второй проход выполняется для предварительной об­
работки наружной цилиндрической поверхности продольным точени­
ем (подграф 4-7). Основная масса припуска в зоне 3 удаляется с ис­
пользованием схемы «спуск» при максимальной глубине резания.
Всего планируется 6 проходов (подграф 7-27). После выполнения
проходов на всех поверхностях остается припуск на последующую их
чистовую обработку.
32
Рисунок 13 —Подграф обработки блока шестерён
На рисунке 14 приведен подграф растачивания отверстия совме­
стно с подрезкой торцовой поверхности. Расточка отверстия произво­
дится в два прохода (подграф 1-8). С использованием схемы «спуск»
производится обработка торцовой поверхности, где в конце каждого
прохода изменяется направление движения инструмента с целью сня­
тая гребешков на конусной поверхности. При последнем проходе
производится снятие фаски.
33
Рисунок 14 —Подграф расточки внутренних контуров
Подграф перехода обработки канавок для выхода шлифовально­
го круга включает 1-3 прохода (рисунок 15,а). Если ширина режущей
кромки инструмента равна ширине канавки В, то обработка канавки
производится в один проход с направлением контурной подачи под
углом 45° к оси Z. Если ширина режущей кромки инструмента мень­
ше ширины канавки, то обработка канавки производится в три прохо­
да в соответствии с подграфом на рисунке 15,а.
Обработка канавок для выхода резца при нарезании резьбы так­
же осуществляется в 1-3 прохода в зависимости от соотношения ши­
рины режущей кромки прорезного резца и канавки. Последний проход
осуществляется с целью снятия фаски (рисунок 15,6).
Обработку канавок для пружинных, уплотнительных и других
колец наиболее рационально производить в соответствии с подграфом
на рисунке 15,в. Ширину рабочей части резца следует выбирать с уче­
том обработки канавки в три прохода.
Обработка ручьев клиноременных передач, канавок для сальни­
ковых войлочных уплотнений, как правило, осуществляется в пять
проходов. Первый проход осуществляется в радиальном направлении
по центру канавки, а последующие два прохода формируют боковые
конусные поверхности канавки с каждой стороны (рисунок 15,г).
Прямые, широкие и глубокие канавки обрабатываются по схеме
«спуск». Число проходов устанавливается с учетом ширины канавки
Ь, ширины рабочей части резца В и принятой величины перекрытия И,
по формуле b /{В - h). Величина перекрытия должна быть не меньше
радиуса скругления вершины режущего инструмента (рисунок 15,д).
34
Рисунок 15 —Подграфы обработки канавок и ручьёв
Нарезание резьб на токарных станках с УЧПУ чаще всего прозводится с помощью резцов многопроходным методом с применениw радиального и бокового врезания. Радиальное врезание при выполении каждого прохода осуществляется при смещении режущего ингрумента по оси X (рисунок 16,а). В этом случае режущий инструент работает в условиях несвободного резания. Стружка формируетi одновременно двумя режущими кромками резца, процесс её обра­
щения усложняется, она завивается в спираль, отвод её от резца заэуднен, т.к. слои металла, срезаемые обеими кромками, стремятся за| иваться по направлению друг от друга. Такая схема используется при
арезании мелких резьб с шагом до 2 мм или при выполнении поаеднёго прохода для зачистки профиля резьбы.
35
Рисунок 16 - Подграфы нарезания резьбы
При боковом врезании стружка образуется только одной режу­
щей кромкой резца, что улучшает её отвод. Боковое врезание обеспе­
чивается смешением резца при каждом проходе по оси Z (рисунок
16,6 ).
При отсутствии канавки для выхода резьбонарезного инстру­
мента, обработка резьбы ведется со сбегом в конце каждого прохода
(рисунок 16,г).
36
Рекомендуемое число проходов при нарезании треугольных
резьб приведено в таблице 3. На токарных станках с УЧПУ можно на­
резать цилиндрические, конические и торцовые резьбы.
Таблица 3 — Число проходов при нарезании метрической тре­
угольной резьбы резцом
Шаг резьбы,
ММ
I
1
0,75
1,00
1,25
1,5
1,75
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
при боковом
врезании
Число проходов
при радиальном врезании
черновых
чистовых
3
3
4
4
5
5
-
-
-
6
6
7
7
7
8
8
9
3
3
3
3
3
3
3
I
3
4
4 1
4
4
4
_____ 4 _____
При построении графа обработки в целом на операцию можно
придерживаться следующих рекомендаций (рисунок 17). Построение
следует вести по переходам, проходам в последовательности их вы­
полнения снизу-вверх. Масштаб построения следует соблюдать толь­
ко по оси Z. На графе обработки должны быть четко обозначены пла­
нируемые недобеги, перебеги режущих инструментов при выполне­
нии отдельных переходов и проходов. Рёбра графа, соответствующие
рабочим ходам, следует изображать сплошными линиями, а холостым
ходам - пунктирными. Нумерацию вершин графа следует выполнять
сквозной в последовательности движения рабочего органа. Подграфы
обработки отдельных поверхностей (канавки, галтели) можно изобра­
жать в виде отдельного эскиза в увеличенном масштабе. Дугу графа,
соответствующую замене режущих инструментов, следует изображать
в виде произвольной траектории, связывая вершины двух последова­
тельно используемых инструментов. При нарезании резьбы все про­
ходы изображать не следует, можно ограничиться указанием части
37
проходов. С учетом этих рекомендаций граф обработки будет обла­
дать достаточной наглядностью и читабельностью.
Рисунок 17 - Граф обработки детали на токарном станке
38
2.3 Графы обработки деталей на фрезерных станках
Фрезерование относится к наиболее универсальным методам
механической обработки. Фрезерованием можно вести обработку'
практически любых поверхностей. С точки зрения специфики траек­
тории движения режущих инструментов и программирования, фре­
зерные операции классифицируют по числу одновременно управляе­
мых координат. Различают 2,5-; 3-; 4- и 5-координатную обработку.
При 2,5-координатной или плоской обработке одновременное
управление траекторией движения инструмента осуществляется не
более чем по двум координатным осям. По третьей координатной оси
выполняются установочные движения режущего инструмента, свя­
занные с его подводом к обрабатываемой поверхности или отводом от
неё. 2, J -координатное фрезерование используют для обработки ци­
линдрических и линейных поверхностей, образующие которых парал­
лельны оси инструмента или расположены под углом к этой оси. Наи­
более часто 2,5-координатное фрезерование применяется при обра­
ботке плоскостей, перпендикулярных к оси инструмента.
Фрезерование с использованием одновременного управления по
трём координатным осям предназначено для объемной обработки лю­
бых поверхностей, доступных для подвода инструмента при неизмен­
ном положении его оси в пространстве. Остальные разновидности
многокоординатной фрезерной обработки относятся к специализиро­
ванным технологическим процессам.
Фрезерные операции принято различать по виду обрабатывае­
мых поверхностей и типу используемых режущих инструментов. При
обработке широких плоских открытых поверхностей используются,
как правило, торцовая фреза с отношением размеров D , 1 - 4 ...6 (ри­
сунок 18,а). Фрезерование прямоугольных уступов в зависимости от
их ширины может быть выполнено торцовой фрезой с главным углом
в плане <р= 90° или концевой фрезой (рисунок 18, б, в, г). Фрезерова­
ние глубоких уступов небольшой ширины производится концевыми
фрезами в несколько проходов (рисунок 18,в, г). Для фрезерования
окон, контурных выемок используются концевые фрезы стандартных
и специальных конструкций, приспособленных для работы в особых,
трудных условиях (рисунок 18,е, ж). Фрезерование продольных пазов
осуществляется дисковыми прорезными фрезами (рисунок 18,д). При
выполнении фрезерных операций могут также использоваться угло­
вые, шпоночные, фасонные и другие типы фрез [3].
39
Как и при обработке точением на станках токарной группы, при
фрезеровании можно выделить открытые, полуоткрытые, закрытые и
комбинированные зоны (рисунок 19).
Рисунок 18 - Виды обрабатываемых поверхностей и типы ис­
пользуемых фрез
К числу открытых зон обработки относятся зоны, не налагаю­
щие ограничений на перемещение инструмента вдоль его оси или в
плоскости перпендикулярной этой оси (рисунок 19,а). При обработке
полуоткрытых зон перемещения инструмента ограничены вдоль его
оси и хотя бы в одном направлении в плоскости, перпендикулярной
оси (рисунок 19,6). При обработке закрытых зон перемещение инст­
румента ограничено по всем трём направлениям (рисунок 19,в). Ком­
бинированные зоны образуются в результате объединения нескольких
зон из выше перечисленных (рисунок 19,г). Вид зоны обработки игра­
ет решающую роль при выборе типа режущего инструмента, траекто­
рии его движения при выполнении соответствующего перехода, что в
конечном итоге определяет подграф перехода.
Существует два основных метода построения траектории дви­
жения инструмента при фрезеровании: зигзагообразный и спирале­
видный. При зигзагообразном методе режущий инструмент попере­
менно совершает движения в каком-либо принятом прямом и обрат­
40
ном направлениях с периодическим смещением в конце каждого про­
хода вдоль границы обрабатываемого контура (рисунок 20,а).
б
в
г
Рисунок 19 - Зоны обработки при фрезеровании
Траектория движения инструмента в этом случае имеет вид парал­
лельных строчек с переходами от одной строки к другой. Недостатком
данного метода является переменный характер фрезерования: если
вдоль одной строки фрезерование ведётся в направлении подачи, то
вдоль следующей в направлении, противоположном подаче. Это при­
водит к изменению сил резания, снижению точности и качества обра­
батываемой поверхности. Другим недостатком зигзагообразной схемы
41
является наличие большого количества изломов в траектории движе­
ния инструмента. Это отрицательно сказывается на динамике процес­
са резания и зачастую приводит к снижению производительности в
связи с необходимостью ввода режима разгона-торможения при
управлении приводами подач. Зигзагообразный метод может иметь
несколько разновидностей с учетом принятой схемы обработки гра­
ницы контура: без обхода границы (рисунок 20,а); с проходом вдоль
границы контура на заключительном этапе обработки поверхности
(рисунок 20,6); с предварительным проходом вдоль границы контура
(рисунок 20,в).
В первом случае, в зависимости от соотношения размеров шага
строки и диаметра фрезы вдоль границы контура могут оставаться
гребешки (рисунок 20,а). Предварительный проход вдоль границы
контура обеспечивает симметрию резания для инструмента при вы­
полнении этого прохода и улучшает условия работы инструмента при
последующих проходах в начале и конце каждой строки (рисунок
20,6). Однако, при выполнении этого прохода инструмент работает на
полную глубину, что требует некоторого снижения режимных пара­
метров, исходя из прочностных характеристик инструмента. Выпол­
нение прохода вдоль границы контура на заключительной стадии об­
работки поверхности ухудшает динамику обработки с учётом пере­
менной глубины резания. По указанным причинам при зигзагообраз­
ной схеме часто планируют припуск вдоль границы контура на после­
дующую чистовую обработку.
С пиралевидный метод характеризуется тем, что траектория
движения инструмента представляет собой спираль, которая имеет
вид границы контура обрабатываемой поверхности (рисунок 20,г,д).
Спиралевидный метод имеет преимущество перед зигзагообразным,
которое заключается в более плавном характере обработки. Плавный
характер обработки обеспечивается неизменным направлением фрезе­
рования (по или против подачи) и отсутствием дополнительных (кро­
ме имеющихся на контуре) изломов траектории. Спиралевидная схема
имеет две основные разновидности с учётом движения инструмента
от центра обрабатываемой поверхности к периферии (рисунок 20,г),
или от периферии к центру (рисунок 20,д).
Выдержать одинаковый характер фрезерования можно также с
помощью схемы Ztf-образного типа. В соответствии с этой схемой
режущий инструмент после каждого прохода отводится на небольшое
расстояние от обрабатываемой поверхности и на ускоренном ходу
возвращается назад. Ж-образная схема имеет разновидности анало-
42
Рисунок 2 0 -Типовые
схемы фрезерных переходов
43
Важным моментом при построении подграфов фрезерной обра­
ботки является выбор формы ребра графа, соответствующего траекто­
рии движения инструмента при его врезании в заготовку.
Врезание может осуществляться с подачей в направлении оси
инструмента (оси Z), в направлении первого прохода в плоскости X Y с
одновременным снижением инструмента по оси Z или без снижения,
по дуге окружности в плоскости X0Y.
Врезание с подачей в направлении оси Z возможно только при
применении фрез без технологических центровых отверстий. Однако
и для других типов фрез этот метод является неэффективным, т.к.
фрезы плохо работают на засверливание. Использовать этот метод
наиболее удобно после предварительной обработки места врезания
сверлом (рисунок 21 ,а).
Рисунок 21 - Схемы врезания при фрезеровании
Наиболее часто используется способ врезания в направлении
первого прохода в плоскости XY. Одновременно может осуществлять­
ся и движение по оси Z (рисунок 21,6).
При чистовой обработке контуров предпочтение следует отда­
вать врезанию по дуге окружности, касательной к контуру в точке, с
которой начинается обработка контура. В этом случае достигается
плавное изменение сил резания, обеспечивается минимальное влияние
процесса врезания на погрешность обработки, создаются определен­
ные удобства ввода коррекции на радиус инструмента (рисунок 21,в).
При всех рассмотренных схемах обработки фрезерованием рас­
стояние между смежными проходами определяется по формуле
t =D - 2 r - h ,
где
D - диаметр фрезы;
г —радиус закругления вершины зуба фрезы;
h - принятая величина перекрытия между проходами.
44
Параметр перекрытия И следует выбирать из условия, чтобы в
процессе обработки не оставались гребешки неудаленного припуска
по контуру детали.
При контурном фрезеровании возникает необходимость расчёта
траектории движения режущего инструмента, т.к. размерная инфор­
мация чертежа детали является недостаточной для непосредственного
её использования при разработке управляющей программы. Расчёт
траектории инструмента сводится, или к определению координат то­
чек сопряжения элементарных контуров детали (рисунок 22,а), или к
определению координат аналогичных точек эквидистантного контура,
равноудаленного от контура детали на величину радиуса фрезы (ри­
сунок 22,6). В первом случае контур детали будет представлять собой
траекторию движения режущей кромки инструмента, а во втором слу­
чае эквидистантный контур будет соответствовать траектории движе­
ния оси инструмента при обработке детали.
Расчёт координат точек сопряжений элементарных контуров
производится с учётом выбранного положения (установа) детали в
системе координат станка XOY. За счет выбора некоторого оптималь­
ного положения детали, в пределах рабочей зоны станка, можно зна­
чительно уменьшить трудоёмкость этих расчётов.
Расчёт координат точек сопряжения производят с помощью
уравнений, описывающих геометрические контуры детали и соотно­
шений в треугольниках. Точность вычислений ограничивается дис­
кретностью перемещений, являющихся технической характеристикой
станка с устройством ЧПУ.
Рассмотрим несколько типовых примеров таких расчётов. Оп­
ределим координаты точек 3 и 4. Ордината точки 3 с учётом размер­
ной информации чертежа детали
Уз =8 + 44 = 52.
Для определения другой координаты xj воспользуемся триго­
нометрической функцией (рисунок 22, /)
х 3 = 10 + 22 + 4 5 - Ax = 7 7 - R t g - = 7 7 - 8 t g — = 77 - 8 0,41421 = 73,69.
Координаты центра окружности Oj
xqj = x j = 73,69;
у Q2 - Уз + 8 = 52 + 8 = 60.
45
Рисунок 22 - К расчёту координат точек сопряжений элемен­
тарных контуров детали и эквидистанты
Для определения координат точки 4 воспользуемся уравнениями
окружности Кр2 и прямой Пр2. Уравнение окружности радиуса Л и с
известными координатами центра этой окружности в принятой систе­
ме координат xq и уо имеет вид
46
R 2 = ( x - x 0f + { y - y 0f .
xq2
При известном радиусе R=8 и известных
= 73,69 и у о 2 F 60 уравнение (1) примет вид
(1)
координатах
82 = ( х - 73,69? + { у - 6 0 f .
(2)
Уравнение прямой в общем виде описывается выражением
у = кх+ Ь,
(3)
где
к - угловой коэффициент, равный тангенсу угла наклона прямой
к оси абсцисс;
b —начальная ордината, равная ординате точки пересечения
прямой с осью абсцисс.
Для определения начальной ординаты прямой Пр2 воспользуем­
ся известными координатами точки 3'
х у =10 + 22 + 45 = 77, у у =8 + 44 = 52.
Подставляя эти данные в уравнение (3), находим
b = 5 2 - 77tg45° = -2 5 .
С учётом найденного значения Ь ~ 2 5 уравнение прямой Пр2
примет вид
у = xtg45° - 25.
(4)
Решая совместно уравнения (3) и (4) находим координаты точки 4
х4 = 79,34, у 4 = 54,34.
Аналогичным образом можно определить координаты точек 5,
б, 7,8,11 (рисунок 22,а).
Используя только тригонометрические функции можно опреде­
лить координаты точек 9,10 (рисунок 2 2 ,1Г)
А х~ Ay - Rtga = 4 sin 45° = 2,83;
х9 = 10 + 216 - {R - Ах) = 216 - (4 - 2,83) = 214,83;
у 9 = 8 + 7 0 -{5 0 -3 4 )+ А у = 64,83\ х1 0 = х д ;
47
у ]0 = 8+ 7 0 -{5 0 - 3 4 ) - Ay = 59,17.
Для определения координат точки 13 воспользуемся уравнения­
ми двух окружностей Крб и Кр7. Координаты центров окружностей
Крб и Кр7 по данным чертежа
1 Ц = 157 + 22 + 10 = 189;
УОб - ( 8 + 7 0 ) - 5 0 + 12 = 40;
хОу
=
хОб ~ (20 + 12)sin 30° = 1 8 9 - 1 6 = 173;
УО? = УОб - {20 + 12)cos 30° = 4 0 - 27,71 = 12,29.
Уравнения этих окружностей в соответствии с формулой (1)
примут вид
\ l 2 2 = { x - 1 8 9 'f + { y - 4 0 'f
1
1202 = { х - 17З)2 + { у - 12,2 9 f J
Раскрыв скобки и вычитая почленно из первого уравнения вто­
рое, получим
х + 1,132у = 234,28
отсюда
JC-234,28-1,132у .
Подставляя значение X в одну из формул 5, вычисляем значение
координаты У, а затем и координаты X точки 13
Х]з=183;
у 1 3 = 29,61.
Эти же координаты можно было бы вычислить и по соотноше­
ниям в треугольнике О^ОуС (рисунок 22, III), а использование урав­
нений было рассмотрено как вариант решения данной задачи.
Если известны координаты точек сопряжений элементарных
контуров детали, то аналогичные точки сопряжений эквидистантного
контура могут быть определены по формулам, приведенным в таблице
4 [3].
48
Таблица 4 - Расчёт координат точек эквидистантного контура
Расчётные зависимости
Вид сопряжения
2
1
У
Я*
jc2 = x i +
а Т ^ О \3
1 \ \ Rj>
pV C
о
У
(1)
1
У2 =У1+ЯфСОБа,
sin a ,
(2)
|
х 3 =Х{ + Яф sin Р ,
УЗ=У1 + ЯфСОхр.
(3) 1
(4)
Л = [(*о - */ Y + Суо ~ У/ У р .
(5)
х3 = х 1 + - Я ф ( х 0 - х 1)
(6)
X
R(p
У З = У 1 + — Яф(У0~ У] )>
о
i
,
(7)
х2 и У2 по формулам (1), (2 ).
X
!
|
I
j
а +р
2
хo = * i - R — (Г ^ а
(8)
а + (3
УО = у] - R -
р -а
R sin а ,
+ R cos а ,
+ R sin Р ,
+ R COS р ,
+ ( Л + Яф jsin a ,
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
+[Я + Лф )cos а ,
(15)
+{R + R(p )s in P ,
(16)
х 2 - xq +
У2
= уд
х 3 = xq
УЗ =
Уд
*4 = хд
У4 =
уд
х5
= х0
Уз
-
49
(9)
Уо +
{к + ^ф
)cos Р ■
(17)
К01,чание таблицы 4
2 = х ! * Ч ф ------
co.“z £ '
2
c o s Z tl
У2 =У 1+Хф-----cos “ z £ '
р -а ’
C O S-
•
а +в
cos ------—
Уо = У ] - R -------- ШШ
2
х2 = х о + R sina,
У2 ~Уо + R c o s a ,
х3 ~ х0 + Rsinfi,
УЗ ~Уо + Rcos/З,
х4 ~ х0 +(Л + R(p jsina,
У4 = УО + (Л + R<pjcosa,
Щ =ХО+ {К + Кф)ы п0,
У5 = УО + {R + R<p)cos /3.
Необходимость расчёта координат точек сопряжений элемен­
тарных контуров детали или эквидистанты определяется математиче50
сим обеспечением устройства ЧПУ. Так устройства ЧПУ четвёртого
эколения (например, НЗЗ-1М) требуют расчёта эквидистантного
энтура, а устройства ЧПУ следующих поколений (например, 2С42)
эпускают так называемое безэквидистантное программирование и
эебуют соответственно расчёта координат точек сопряжений контура
гтали.
При построении графа обработки в виде эквидистанты при кон.рном фрезеровании необходимо выбрать наиболее рациональную
заекторию обхода точек сопряжения контуров (рисунок 23).
Наиболее часто используются следующие варианты траекторий:
— обход точки сопряжения по дуге окружности (рисунок 23,а);
- обход точки сопряжения по ломанной прямолинейной траекэрии (рисунок 23,6);
— обход точки сопряжения с выходом за эквидистанту (рисунок
3?в);
- обход точки сопряжения по элементам эквидистантного кон­
ура, параллельным соответствующим элементам контура детали (риунок 23,г).
Рисунок 23 - Варианты обхода точек сопряжения элементарных
контуров
Первый вариант имеет наикратчайшую траекторию, но в реультате огибания точки сопряжения инструментом при отсутствии
>езания происходит смятие вершины. Третий вариант имеет наибольВлее расстояние холостого хода инструмента с возможным его выхоI ом из зоны резания и последующим врезанием, что гакже влияет на
I ачество обработки. Первые три варианта используются при обработе внешних контуров, четвёртый вариант как при обработке внешних,
ак и внутренних контуров.
51
С учётом рассмотренных схем обработки и рекомендаций, из­
ложенных в подразделе 2.1, производится построение графов обра­
ботки на фрезерные операции.
На фрезерных станках с устройством ЧПУ возможно выполне­
ние различных операций по обработке отверстий. Но технология об­
работки отверстий на этих станках не отличается от технологии их
обработки на станках сверлильно-расточной группы и поэтому будет
рассмотрена в следующем параграфе.
2.4 Графы обработки деталей на многоцелевых станках
На многоцелевых станках преимущественно обрабатываются
детали корпусного типа. Технологические операции, используемые
при обработке корпусных деталей, могут быть разделены на две груп­
пы с учетом обрабатываемых поверхностей: фрезерные и сверлильно­
расточные, включая резьбонарезные. Фрезерные операции с примене­
нием различных типов фрез применяются для обработки плоскостей,
пазов, окон, уступов, круговых и других сложных контуров. Графы
фрезерных операций, подробно рассмотренные в предыдущем пара­
графе для станков фрезерной группы, остаются неизменными и для
многоцелевых станков.
Основная трудоёмкость при обработке корпусных деталей свя­
зана с обработкой отверстий. Эта составляющая трудоёмкости может
доходить до 70 и более процентов от общей трудоёмкости обработки
деталей. Обрабатываемые отверстия характеризуются большим раз­
нообразием по типу, форме, сочетанию в одной или разных стенках
детали (рисунок 24) [9].
По технологическому принципу их можно подразделить на сле­
дующие группы:
А - гладкие отверстия с фаской или без неё;
В - гладкие отверстия с выточкой или канавками;
С - ступенчатые отверстия с канавками или без канавок, с
уменьшающимся диаметром в одном направлении;
D —глухие отверстия: гладкие или ступенчатые;
Е - отверстия двусторонние: гладкие или ступенчатые, с канав­
ками или без канавок;
F — отверстия гладкие или ступенчатые с обрабатываемой тор­
цовой поверхностью с внутренней стороны.
Обработка отверстий А, В, С, D групп возможна с одной внеш­
ней стороны детали, а отверстия Е и F групп требуют обработки с
двух сторон.
52
V777m 10
azzm
14 / ^ 2 1
13
1!
m z z z ft
26 u.
71
w>
Рисунок 24 - Типы и сочетания основны х отверстий, располо­
женных в одной стенке корпусной детали
При обработке только одной стуиени отверстия применяются
следую щ ие технологические переходы (рисунок 25).
1 Ц ентрирование с использованием центровочны х свёрл, обы ч­
ных свёрл относительно больш его диам етра в сравнении с диаметром
обрабаты ваемого отверстия, конусных зенковок (позиция /. 2);
53
2 Черновая обработка отверстий производится сверлением, зёнкерованием, расточкой и возможно фрезерованием концевыми фреза­
ми (позиция 3, 4);
3 Обработка торцовой поверхности отверстия может быть вы­
полнена зенковкой с направляющей цапфой (позиция 5), торцовой
пластиной (позиция 7), фрезой или комбинированным перовым свер­
лом (позиция 5).
4 Получистовые и чистовые переходы выполняются зенкерованием, развёртыванием, расточкой (позиция 3);
5 Для обработки фасок используются конусные зенковки, свёр­
ла, комбинированный инструмент (позиция 2);
6 Обработка канавок может производиться фрезерованием или
резцом, установленном в плансуппорте (позиция <5);
7 Нарезание резьбы, как правило, осуществляется метчиком
или реже резцом (позиция 8).
Рисунок 25 - Основные технологические переходы обработки
отверстий
54
При обработке сложных отверстий с учётом квалитета точности
тесло применяемых переходов может доходить до десяти и более.
Несмотря на большое разнообразие технологических переходов,
применяемых при обработке отверстий, подграф этих переходов ха­
рактеризуется некоторой базовой структурой (рисунок 26). Базовая
структура подграфа перехода включает в себя: позиционирование ра­
бочего органа в точку 1 в направлении координатных осей X, Y, под­
вод инструмента к детали или детали к инструменту в направлении
оси Z в точку R начала обработки; выполнение рабочего хода в на­
правлении оси Z и возврат рабочего органа в точку I. Такую структу­
ру имеют подграфы обработки центрованием, сверлением, зенкерованием и др.
R
fc
п
ш ш
u
_ и
*3*2
Рисунок 26 - Базовая структура подграфа технологическою пе­
рехода обработки отверстия
Сверление отверстия с отношением размеров / / D «г 5 принято
считать глубоким. Структура подграфа глубокого сверления пред­
ставлена на рисунке 27,а. Длина прохода W и величина вывода сверла
Q для отвода стружки выбираются в зависимости от пластичности об­
рабатываемого материала, диаметра сверления, типа сверла и др. фак­
торов. Аналогичную структуру имеет и подграф обработки сверлени-
55
ем пластических материалов, когда прерывание подачи осуществляет­
ся с целью дробления стружки. Величина отвода инструмента в этом
случае не превышает 0 ,5 ...2 мм.
При нарезании резьбы метчиком в подграфе предусматривается
пауза Р после окончания рабочего хода и выключение вращения
шпинделя, при выводе режущего инструмента включается вращение
шпинделя в противоположном направлении (рисунок 27,6).
О,
6
"Т
3
R
IX,у
\2~
и
12
9
W
8
7
Рисунок 27 —Подграфы глубокого сверления и нарезания резь­
бы метчиком
Подграфы расточки отверстий характеризуются достаточно
большой вариантностью с учётом ввода отдельных элементов в его
структуру (рисунок 28). Базовая структура подграфа расточки вюно56
чает в себя: позиционирование в точку с координатами X, У (совмеще­
ние оси инструмента с осью отверстия); быстрый подвод инструмента
(детали) по оси Z в точку R начала обработки; рабочий ход (расточка
отверстия) в точку Z; отвод рабочего органа на рабочей подаче в точку
R (вывод инструмента из обработанного отверстия); возврат рабочих
органов на быстром ходу в точку позиционирования X, У.
Рисунок 28 - Вариантность подграфа расточки отверстия
57
Такая структура подграфа используется при черновой расточке
отверстия. В этом случае при выводе инструмента из отверстия про­
исходит как бы повторная расточка отверстия на обратной подаче. С
учётом небольшой глубины резания, которая определяется лишь ве­
личиной упругих отжатий системы, полученных при прямой расточке,
и того, что резание осуществляется вспомогательной режущей кром­
кой, вывод инструмента из отверстия на рабочей подаче не приводит к
изменению точностных параметров обработанного отверстия, а лишь
способствует уменьшению наработки инструмента вследствие его бо­
лее интенсивного износа.
При необходимости обеспечения более высокой точности тор­
цовой поверхности при расточке ступенчатых отверстий, в конце ра­
бочего хода может быть предусмотрена пауза Р. При наличии паузы
(скорость подачи F=0) происходит выглаживание торцовой поверхно­
сти. При обработке гладких отверстий или ступенчатых, разделенных
канавкой, после паузы Р может осуществляться остановка вращения
шпинделя с последующим выводом инструмента на ускоренной пода­
че в точку позиционирования X, Y. В этом случае на обработанной по­
верхности остаётся продольная риска (след инструмента) (2, 3). При
чистовой расточке, с целью исключения вышеупомянутых недостат­
ков, после выполнения рабочего хода можно предусмотреть ориенти­
рованный останов шпинделя, с последующим его смещением по оси Y
на величину Q с целью бесконтактного вывода инструмента из отвер­
стия на ускоренной подаче (5).
Наиболее сложную структуру имеет подграф обратной расточки
(6). В этом случае после позиционирования рабочих органов в точку
X, Y происходит ориентированный останов шпинделя (OSS), его сме­
щение по оси Y на величину Q, перемещение рабочего органа в точку
R на ускоренной подаче, смещение оси шпинделя по координате Y в
обратном направлении, включение вращения шпинделя и выполнение
рабочего движения в точку Z, выдерживание паузы Р, повторный ори­
ентированный останов шпинделя, повторное смещение шпинделя по
оси Y, вывод шпинделя из обработанного отверстия в точку X , Y, сме­
щение оси шпинделя в обратном направлении и включение вращения
шпинделя.
Построить целостный граф обработки детали корпусного типа с
сохранением его наглядности и читабельности не представляется воз­
можным. В этом случае достаточно ограничиться следующими реко­
мендациями.
1 Обрабатываемые плоскости корпусной детали следует обо­
значить римскими цифрами 7, II, III и т.д.;
58
2
Обрабатываемые поверхности в каждой плоскости обозн
I чить арабскими цифрами 1, 2, 3, и т.д. Порядок обозначения плоско­
стей и обрабатываемых поверхностей в каждой плоскости может быть
принят произвольным, или увязан с последовательностью обработки
поверхностей (рисунок 29);
145
Рисунок 29 - Подграф последовательности обработки группы
отверстий М8
3
Для каждой обрабатываемой поверхности строится подграф
перехода (рисунок 30). Здесь же необходимо указывать всю информа­
цию, которая в последующем будет использоваться при разработке
УП, а именно: код режущего инструмента, вылет режущего инстру­
мента, координаты X, У позиционирования рабочего органа, коорди­
наты R и Z, а при необходимости и другую размерную информацию, в
том числе и режимы обработки;
59
4 Если обработка отверстия производится в несколько перехо­
дов, то используемые режущие инструменты изображаются в после­
довательности их применения с указанием номеров переходов в соот­
ветствии с технологическим процессом обработки (рисунок 30).
5 Последовательность обработки отверстий в одной плоскости
можно отразить отдельными подграфами (рисунок 29).
Т12
№
вер­
шины
6
7
8
9
1 0
11
15
16
17
18
19
2 0
2 1
2 2
X
У
37,5
-64,95
-37,5 -64,95
0
-75,0
-37,5
64,95
64,95
37,5
0
75,0
89,43 -7,93
150,57 -7,93
169,45 -66,07
120,0
R
2
Z , =347
Z j =373
г 3 =370
340
z4=366
-1 0 2 , 0
70,55 -66,07
122,5
63,03
122,5 140,97
190,0 1 0 2 , 0
32__
25
Рисунок 30 - Граф обработки резьбового отверстия
60
3 Кодирование информации в управляющих программах
Управляющая программа (УП) для станков с устройством ЧПУ
может быть записана на программоносителе или введена в память
устройства с использованием непосредственно клавиатуры панели
оператора или ЭВМ более высокого ранга. Различают два вида пред­
ставления информации на программоносителе: декодированный и ко­
дированный. В декодированном виде информация может быть пред­
ставлена с использованием только единичного —унитарного кода. С
использованием всех других кодов представление управляющей ин­
формации является кодированны м .
В настоящее время в качестве программоносителей для станков
с устройством ЧПУ преимущественное распространение получили
перфорируемая и магнитная ленты. П ерфорируемой или перфолен­
той называют ленту на бумажной или пластмассовой основе, пред­
ставление закодированной информации на которой осуществляется
пробивкой (перфорацией) отверстий. Основные параметры восьмидо­
рожечной перфоленты представлены на рисунке 31 ,а. Перфорируемые
отверстия диамегром 1,17 мм являются транспортными и предназна­
чены для перемещения перфоленты в считывающем устройстве ЧПУ.
Отверстия диаметром 1,83 мм являются кодовыми. Ряд транспортных
отверстий, расположенных в направлении движения перфоленты в
устройстве считывания, определяют транспортную дорож ку, а ряд
кодовых отверстий в том же направлении - кодовы е дорож ки про­
граммоносителя. Ряд кодовых отверстий, расположенных перпенди­
кулярно направлению транспортирования перфоленты, определяют
кодовую строку. Расстояние между осями двух смежных кодовых
строк называют ш агом перфорации.
К достоинствам перфоленты относят: простоту записи и визу­
ального контроля информации; возможность автоматизации процесса
записи информации; достаточно большую ёмкость стандартных руло­
нов (до 180...200 мм в диаметре); низкую стоимость перфолент; мно­
гократное использование (до 50 прогонов) и др.
М агнитная лента представляет собой двухслойную компози­
цию, состоящую из тонкой пластмассовой основы и рабочего слоя из
порошкового ферромагнитного материала. Для удержания рабочего
слоя используют связывающее вещество, а для уменьшения трения
между рабочим слоем и неподвижным предметом, по которому сколь­
зит лента, в рабочий слой добавляют смазочные материалы. Принцип
61
записи информации на магнитную ленту основан на свойстве ферро
магнитных материалов сохранять намагниченное состояние. Магнитbj bj
ttt tttt'Xt
i
T
t n
: l : u x t
— |- _ j— I — |— И И
I;
" H
|
2,54 2,54
5.08
7.62
n
x
t
t
i
t
- t - T - r r i - 't -
П
~Ii—
■l—
’H
*—
I('"t"'!—
. 1 'f
' H
I—
5.08
7.62
10.16
x
-I— (-3 —
9.96
i
12.7
25.5
Рисунок 31 —Программоноситель —перфорированная лента
ное поле при записи информации создают при помощи специальных
миниатюрных электромагнитов - магнитных головок. Магнитная
лента характеризуется высокой плотностью записи информации, вы­
сокой скоростью записи и считывания информации, высокой продол­
жительностью хранения информации (до нескольких лет), многократ­
ностью использования.
3.1 Системы счисления
Построение кодов для представления информации в управляю­
щих программах основывается на различных системах счисления. Под
системой счисления понимают способ представления действитель­
ных чисел посредством числовых знаков. В вычислительной технике
кроме общеизвестной десятичной системы счисления, широкое при62
I менение получили двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная и
другие системы.
В любой системе счисления произвольное число А может быть
представлено в виде полинома
А = knq n ^ + kn_ jq n 2 + •••+ к24^ +
+ ^ОЯ ^
(6)
где
А - действительное число в принятой системе счисления;
к - цифра в соответствующем разряде данного числа;
п - количество разрядов целой части данного числа;
q - основание системы.
Десятичная система счисления. Эта система является обще­
принятой в повседневной деятельности человека. Человек пользуется
ею в определенной степени механически, не акцентируя внимание на
некоторых очевидных свойствах системы. Поэтому, чтобы усвоить
принцип построения других систем счисления, отметим эти свойства
десятичной системы.
В десятичной системе счисления для записи чисел используется
десять графических символов - цифр: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9. Осно­
ванием системы является число 10. Действительные числа в десятич­
ной системе записываются в виде последовательности цифр в каждом
разряде, разделенных запятой на целую и дробную части.
Например:
947;
653,48;
71,843 и т.д.
Используя полином (6) эти числа могут быть записаны в виде
947 = 9 102 л - 4 1 0 1 + 7- 10°\
653,48 = 6 1 0 2 + 5 - 101 + 3 1 0 ° + 4 - 10~] + 8 ■10~2 ;
74,843 = 7 101 + 4 - 1 0 ° + 8-10~1 + 4 -10~2 + 3 1 0 ~ 3 .
Каждое последующее число образуется путем прибавления еди­
ницы к цифре младшего разряда предыдущего числа.
1297;
1298=1297+1;
1299= 1298+1 и т.д.
63
При переполнении какого-либо разряда (цифра достигает значе­
ния больше 9) следующее число образуется путем обнуления m u о
разряда с добавлением единицы в следующий старший разряд
1300=1299+1.
При записи числовой информации на перфоленту с использова­
нием десятичной системы счисления необходимо каждой цифре от­
вести свою дорожку, а каждому разряду числа - строку или, наоборот,
каждому разряду числа свою дорожку, а каждой цифре —строку (ри­
сунок 32,а). Из рисунка 32,а следует, что использование десятичной
системы счисления приводит к низкой плотности записи информации
на программоносителе.
io2i6'io°i61i62ia3
1 *!
1 11m il
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
m
+ l - W - W - n
I
1 i i ~ | I Ч"Т г
Й
'Щ
Я
Й
10 2
w- 3
t
i
1
;
.t± " tj" T " r t± ± ± .
~ f i 4 ~ Н ^ " Н
^4 4 4 " Н
£ l
i 1
в
$
Ш
i
i ± i i ;
I I I '
о
—
. 1
} ~ Н 4
:
1
232Z 212°
8 4 2 1
1 0
2322 2 2
-8 ~ 4 - 2~Т~
В :
t
?
6
р
ш
,
4 f 2=6
*■1=9
*■2=10
f 2+1=7
+4=12
+4+2=14
+4+2+1=15
Ш1
Рисунок 32 - Кодирование информации с использованием раз­
личных систем счисления
64
Двоичная система счисления. В этой системе используются
только две цифры 0 к 1. Основание системы q- 2. Последовательность
гатуральных чисел в двоичной системе образуется аналогичным обрагом, как и в десятичной, т.е. путем прибавления единицы к цифре
младшего разряда каждого предыдущего числа. При этом следует
ш еть в виду, что цифра в каждом разряде двоичного числа не может
5ыть больше единицы.
Десятичное число
0
Двоичное число
0
1
1
2
10
3
4
5
И
100
101
6
НО
7
8
9
111
1000
1001 и т.д.
Для перевода чисел из десятичной системы счисления в двоич­
ную может быть использован метод последовательного деления на 2
(основание двоичной системы). В первой строке справа записывают
десятичное число (например, 659) и делят его на 2. Целую часть ре­
зультата деления записывают слева в той же строке, а под результатом
деления полученный остаток (0 или /). Полученный результат снова
делят на 2 и т.д. Когда в результате очередного деления получится
«/», то при последующем делении её на 2 результатом считается «0»,
а в остатке записывается «I».
0
1
1
0
2
1
5
0
10
0
20
1
41
0
82
0
164
1
329
1
659
Полученная последовательность цифр при прочтении их слева
направо будет представлять собой двоичное число, соответствующее
десятичному, т.е.
659-1010010011
Таким образом, трехразрядному десятичному числу 659 соот­
ветствует 10-и разрядное двоичное число 1010010011. Используя по­
лином (6) полученное двоичное число может быть записано в виде
65
3.2 Основные понятия из теории кодирования
Общее представление о кодировании можно получить на сле­
дующем примере (рисунок 33). В системах автоматической смены ре­
жущих инструментов на многоцелевых станках для автоматического
поиска заданного типоразмера режущего инструмента в инструмен­
тальном магазине было предложено разработчиками использовать на­
бор из 10-и колец двух диаметральных размеров. При прохождении
инструментального блока под соответствующим набором конечных
выключателей, кольца большего диаметра воздействовали на рычажок
конечного выключателя, вызывая тем самым замыкание его контак­
тов, а кольца меньшего диаметра свободно проходили над рычажком
и тем самым контакты конечного выключателя оставались разомкну­
тыми. Если состоянию включённых контактов конечного выключате­
ля присвоить значение «1», а не включённому состоянию «О», то, ме­
няя расположение колец в наборе, можно получить различные комби­
нации двух графических символов «О» и «1». На рисунке 33,6 приве­
дено четыре различных комбинации расположения колец 1010101010;
1000100011; 0001110010; 1010001101, а на рисунке 33,в эти комбина­
ции изображены на перфоленте, причём пробитое отверстие соответ­
ствует единице, а отсутствие отверстия —нулю.
Рассмотренный пример представляет собой один из методов ко­
дирования информации, а в данном конкретном случае - типоразмера
режущего инструмента.
В обобщённом виде под кодом понимают совокупность знаков
(символов) и систему определенных правил, при помощи которых
информация может быть представлена (закодирована) в виде набора
таких символов для передачи, обработки и хранения (запоминания).
Каждый код характеризуется рядом параметров: алфавитом, основа­
нием, длиной кодовой комбинации, весом кодовой комбинации, кодо­
вым расстоянием и др. [3].
Алфавитом кода называется набор символов, используемых
при кодировании. Так если в коде используются только цифры «О» и
«1», то алфавит кода содержит только два символа. Число символов в
алфавите обозначается латинской буквой т и называется основанием
кода. При т=2 код называется двухпозиционным или бинарным.
По аналогии с обычным языком набор символов из алфавита
кода называется кодовым словом или кодовой комбинацией. Число
символов в комбинации обозначают буквой п и называют длиной ко­
довой комбинации.
68
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
tirmrtit
л т т т т т т г г
» » i • i :i 1
» i 1 1
T IT T tT T T T
m tt
r t ■1-4Рисунок 33 - Кодирование инструментальных блоков в системе
автоматической смены инструментов
Число единиц в кодовой комбинации называют её весом I. I laпример, комбинация 101000 имеет вес 1=2; комбинация 011110 - вес
1-4; вес может быть четным или нечетным.
Кодовое расстояние определяется по числу несовпадений раз­
рядов в паре комбинаций и обозначается буквой d. Так кодовое рас­
стояние между кодовыми комбинациями 10000 и 11000 d - I , а между
кодовыми комбинациями 10100 и 01100 d-2.
Если все комбинации кода содержат одинаковое число единиц,
то такой код называется равновесным. Пример равновесного кода:
69
11000
01100
10100
01010
00110
00101
10010
10001.
Число возможных комбинаций кода определяется числом со­
четаний из п по /
V |_
я/
К1 )
1
!{ п -1У
При заданной длине комбинаций их количество определяется по
формуле
N = 2п.
Число N называют мощностью кода. Если длина кодовой ком­
бинации п=2, то число комбинаций равно четырём: 00, 01, 10, 11; если
п=3, то число комбинаций восемь: ООО, 001, 010, 011, 100, 101, 110,
111\ если п=4, то N=16 и т.д. Код, который содержит все комбинации
заданной длины, называется полным. В случае если код содержит
только часть возможных комбинаций, то он называется неполным.
Из большого количества известных кодов, остановимся только
на двух: единичном коде и двоично-десятичном коде 8421.
В единичном или унитарном коде используется лишь один
символ —«/». Любое число выражается в этом случае соответствую­
щим количеством цифровых знаков. Например, первые восемь чисел в
этом коде будут выражены следующим образом
1 -1
2-11
3-111
4-1111
5 - 11111
6 - 111111
7 - 1111111
8 - 11111111 и т.д.
Чтобы записать число 418 необходимо последовательно изобра­
зить четыреста восемнадцать единичных символа, а если в качестве
программоносителя при этом использовать перфоленту, то на одной
дорожке последовательно нужно пробить 418 отверстий. Из-за низкой
плотности записи информации на перфоленте, использование унитар­
ного кода в этом случае приводит к громоздким габаритам програм­
моносителя. Однако при использовании в качестве программоносите-
70
ля магнитной ленты с высокой плотностью записи информации, уни­
тарный код применялся в ранних устройствах ЧПУ.
Двоично-десятичный код 8421 использует положительные ка­
чества десятичной и двоичной систем счисления: наглядность, плот­
ность записи информации. Это код десятичный по существу и двоич­
ный по форме, использует представление десятичных цифр в двоич­
ной системе счисления. Каждая десятичная цифра записывается в
этом коде четырехзначным двоичным числом - тетрадой.
0
-
0 0 0 0
1
-
0 0 0 1
5 7 8
9 6
<76 3 -
0 0 1 1
4 -
0 1 0 0
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
.
Каждый разряд числа в десятичной системе счисления записы­
вается с использованием данного кода в виде отдельных тетрад.
Например, число 681,725 будет записано в виде
6
8
ОНО 1000
1
0001
,
7
0111
2
0010
5
0101.
При записи такого числа на перфоленте потребуется четыре до­
рожки и шесть строк (рисунок 32, в). В этом коде каждая дорожка про­
граммоносителя имеет свой вес, что создаёт удобства при считывании
информации (рисунок 32,в). Следует отметить, что четыре дорожки
программоносителя позволяют закодировать числа до 15 включитель­
но (рисунок 32,г).
С использованием данного кода достигаются некоторые опти­
мальные габариты программоносителя и плотность записи информа­
ции, что и определило его применяемость при кодировании информа­
ции управляющих программ.
3.3 7-битные кодированные наборы символов
При анализе различных систем счисления и цифровых кодов
речь шла о представлении в кодированном виде только числовой ин­
формации. Но использование лишь цифровой информации является
недостаточным для организации управления технологическим обору­
дованием. Это вызвано тем, что при управлении непосредственно
71
процессом обработки детали на станке, в управляющей программе не­
обходимо представить информацию не только о величинах перемеще­
ний рабочих органов, но и однозначно определить направление их пе­
ремещений в принятой системе координат. Кроме того, в управляю­
щей программе необходимо представить данные о скорости главного
движения, скорости подачи, типе используемого инструмента, вклю­
чении, выключении СОЖ и т.п. При этом числовая информация ука­
занных параметров должна непрерывно меняться в реальном масшта­
бе времени. Все это требует расширения количества символов в коде.
Эта проблема решается за счёт использования буквенных и других
графических символов вместе с цифровыми. Но представление бук­
венных и других графических символов желательно осуществлять с
помощью тех же цифровых кодов. Так появились различного вида ко­
дированные наборы символов.
Рассматриваемые ниже 7-битные кодированные наборы симво­
лов предполагают использование 8-и дорожечных программоносите­
лей, например, перфоленты, основные параметры которой были пред­
ставлены на рисунке 31. Бита представляет собой единицу информа­
ции. В каждой позиции перфоленты, которая образуется пересечением
строк и информационных дорожек размещается одна бита информа­
ции.
Кодирование символов достигается путем комбинации битов на
семи дорожках программоносителя, которые обозначают символом
«Ь» и порядковым номером справа налево (рисунок 31 ,б). Используя
только одну первую дорожку программоносителя можно получить
лишь одну комбинацию битов или 2°=1. С помощью двух дорожек
можно получить две комбинации битов или 2 =2. На трёх дорожках
число комбинаций битов составит 22 =4, а на четырёх дорожках 2 =8 . Не трудно представить, что при использовании пяти дорожек
число комбинаций битов составит 24 =1б, шести дорожек - 2s=32 и,
наконец, семи дорожек —2 =64. Таким образом, комбинации битов на
семи дорожках программоносителя можно обозначить последователь­
ностью
Ь?; Ъв; Ь$; Ьь Ъу, Ъ?; Ь/,
при следующем распределении веса каждой дорожки
26; 2s; 24; 23; ? ; 21; 2°.
В этом случае 67 определяет бит старшего порядка, а 6/ - бит
младшего порядка. Отсюда возможное количество комбинаций битов
составляет
72
26 + ? + 2* + 23 + 22 + 21 + 2° + 0 = 128,
где
- нулевая комбинация.
7-битные кодированные наборы символов могут быть представ­
лены кодовой таблицей, которая имеет вид матрицы из 8 столбцов и
16 строк и содержит 128 кодовых позиций (рисунок 34,а). Столбцы и
строки этой матрицы пронумерованы от 0 до 7 и от 0 до 15 соответст­
венно. Кодовая таблица разделена на области, которые предназначены
для набора управляющих и графических символов. Столбцы 0 и I
служат для набора 32 управляющих символов, а столбцы со 2 по 7 для
набора 96 графических символов, включая позиции для символов
«ПРОБЕЛ» и «ЗАБОЙ».
Каждая комбинация битов на семи дорожках программоносите­
ля однозначно соответствует определенной позиции кодовой таблицы,
которая может быть представлена в виде дробного числа .V/Г, где X соответствует номеру столбца, Г - номеру строки.
Номер столбца определяется числом в битовых позициях на 7, 6,
5-ой дорожках программоносителя (by, &<$; Ь$) с весом 2 2; 2 1 ; 2 ° соот­
ветственно. Номер строки соответствует числу в битовых позициях
первых четырёх дорожках программоносителя (b^; Aj, b?; Ъ/) с весом
2 3; 2 2; 2 1; 2 ° соответственно.
Например, заштрихованные позиции на рисунке 34,а имеют
следующие обозначения
0
1/2; 2/6; 2/11; 5/8; 6/14.
В соответствии с формой рассмотренной матрицы разработан
базисный 7-и битный кодовый набор символов КОИ-7 (рисунок
34,а, ГОСТ 27463-87), который предназначен для разработки нацио­
нальных и проблемно-ориентированных версий кода. Базисный кодо­
вый набор содержит 32 управляющих символа, 22 специальных гра­
фических символа, цифры от 0 до 9, прописные и строчные буквы ла­
тинского алфавита. Незаполненные кодовые позиции представляют
собой резерв для разрабатываемых версий.
73
ЙЙШ1
т
ш
т
т
Ш
2 3 2*2 1 2 °
ЕЁЕИЕЕИ
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 1 2
ПУСАР1 ПР
на СУ1 !
НТ Щ
КТ СУЗ #
кп СУ4 U
ктмНЕТ %
Д А син ш
ЗВ КБ V
вш АН (
гг кн )
ПС ЗМ *
ВТ АР2
ПФ РИ4
вк РИЗ выхРИ2
вх РИ1 /
3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
;
<
>
=
9
4
А
В
С
D
Е
F
G
Н
I
J
К
L
М
N
О
5 6 7
Р
Р
Q а Ч
R _Ь_ г
S с ~в~
Т d F
и в и
V f V
W Я W
Ш h X
У / У
Z / Z
к
1
m
%
о ЗБ
т
О
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 1 2 3
0
1
2
3
4
К 5
6
7
( 8
) 9
ПО
+
-
7
4
А
В
С
D
Е
F
G
Н
1
J
К
L
М
N
О
5 6
Р
Q
R
S
Т
и
V
W
X
У
Z
7
-
Рисунок 34 - 7-и битный кодированный набор символов
74
Управляющие символы запускают, изменяют или останавлива­
ют управляющее действие на запись, обработку, передачу или пред­
ставление данных, если это действие осуществляется данными. При­
меры управляющих символов
К Т —конец текста;
Н Т —начало текста;
ПС - перевод строки (конец кадра);
КН - конец носителя;
В К - возврат каретки и т.д.
Управляющие символы используются в основном при подготовке управляющих программ с применением различных видов вычислиI тельной техники.
Графические символы предназначены для визуального пред­
ставления рукописной, напечатанной или отображаемой на экране
информации. К графическим символам относятся цифры, строчные и
прописные буквы алфавитов латинского и Кириллицы и специальные.
Проблемно-ориентированный код, предназначенный для ис­
пользования в устройствах ЧПУ, под названием ISO-7 бит является
версией рассмотренного 7-и битного набора символов КОИ-7 (рису­
нок 34,6). Код ISO-7 бит включает в себя управляющий символ ПС
( LF) - конец кадра, прописные буквы латинского алфавита цифры от
Одо 9-и следующие специальные символы
I
% - начало УП;
( ) - круглые скобки левая и правая;
«+», «-» —математические знаки «плюс» и «минус»;
. - точка (разделитель целой и дробной части числа);
/ - пропуск кадра;
: —главный кадр.
Назначение прописных букв латинского алф ави та будет рас­
смотрено ниже.
4 У правляющ ая программа
Под управляющей программой УП понимают совокупность
команд на языке программирования, соответствующая заданному ал­
горитму функционирования станка при обработке конкретной детали.
В общем случае управляющая программа содержит информацию о
величинах, направлении и траектории перемещения рабочих органов
станка, о скорости перемещения, чистоте вращения шпинделя, смене
режущего инструмента, включении-выключении охлаждения, вводе
коррекций и т.п. Правила разработки управляющих программ регла­
ментируются соответствующими стандартами и сопроводительной
технической документацией на соответствующие УЧГТУ и станок.
Структура управляющей программы представлена на рисунке
35. Подпрограммы не являются обязательным структурным элемен­
том УП, т.е. они могут отсутствовать.
Управляющая программа
>
ттт | Г Т И П I ! и I I I I !
.Подпрограммы \ \
IIIII
Г
7
штттттп
ЩИ
■■
>
Кадры
ггт ТТЛ!
фффф
>
ПН
Слова
Символы
U
- группа цифр
-знаки "плюс"или "минус"
при необходимости
■адрес
Рисунок 35 —Структура управляющей программы
Управляющая программа и подпрограммы (если они имеются)
состоят из кадров. Кадры УП в свою очередь состоят из слов, а слова
из символов. Первый символ в слове называется адресом. За адресом
следует математический знак «плюс» или «минус» при необходимо­
сти и группа цифр.
76
4.1
Адрес в слове управляющей программы
Адрес в слове УП определяет назначение следующих за ним чи-
1ССПш еловых данных. В качестве адресных символов используются прописные буквы латинского алфавита. За каждым адресом закреплено определенное значение в соответствии с международными стандартами
5°1 согласно таблицы 5.
ш|
Таблица 5 - Назначение адресов
г1
Назначение
j
1 [Адрес
|Г д Г Угол поворота вокруг оси X
Угол поворота вокруг оси Y
В
Угол поворота вокруг оси Z
Г с
Г D 1Вторая функция инструмента
Е ! Вторая функция подачи (ускоренное перемещение)
F 1Первая функция подачи
G Подготовительная функция
Н Резерв
Параметр интерполяции или шаг резьбы (параллельно оси X) 1
I
Параметр интерполяции или шаг резьбы (параллельно оси К)
Г J Параметр интерполяции или шаг резьбы (параллельно оси Z) 1
Г к Резерв
L
М Вспомогательная функция
Номер кадра управляющей программы
N
О Резерв
Р
Третичная длина перемещения параллельно оси X
Третичная
длина перемещения параллельно оси )'
Q
Третичная длина перемещения параллельно оси Z
R
Функция главного движения
S
т Функция инструмента
Вторичная длина перемещения параллельно оси X
и
V Вторичная длина перемещения параллельно оси Y
W Вторичная длина перемещения параллельно оси Z
X
Первичная длина перемещения параллельно оси .V
У Первичная длина перемещения параллельно оси )'
Z
Первичная длина перемещения параллельно оси Z
Символы адресов Л, В, С, Ц £ могут быть не использованы в
указанных значениях. В этом случае они становятся наряду с симво77
лами L, Н, О резервом и могут быть использованы по усмотрении
разработчиков УЧГ1У в других значениях.
4.2 Слово кадра управляю щ ей программы
Слово является структурным элементом кадра УП и имеет стро­
го определенное функциональное значение. Технической характери­
стикой слова является его формат, который характеризует его размер
(количество символов) и структуру - последовательность расположе­
ния символов. Формат слова может быть жестким и переменным. Же­
сткий формат определяет строго определенный размер слова. В этом
случае при записи слова на программоноситель или вводе в память
устройства ЧПУ нельзя опускать незначащие нули в числовой его
части. Примеры записи жестких форматов слов.
G 2
---------------------
G01;
2
двухразрядное число;
адрес подготовительной функции.
G04;
G17;
G33;
G40 и т.п.
X ± 3 3
трехразрядная десятичная часть числа;
трехразрядная целая часть числа;
математический знак «плюс» или «минус»;
адрес перемещения в направлении оси X.
Х + 048350; X - 710000; X - 000900.
При жестком формате слова разделитель между дробной и це­
лой частями числа не программируется.
3
N 3
-----------------
трехразрядное число;
адрес номера кадра УП.
N001; N020; N075; N112
и т.п.
В переменном формате слова незначащие нули в числовой
части и знак «плюс» можно опускать. В этом случае, как правило, не78
« обходимо применять (программировать) разделитель дробной и целой
части числа, в качестве которого используется точка (в формате слова
она не указывается).
Примеры записи переменных форматов слов
1
G0 2
ш
т
двухразрядное число;
—незначащие нули в старшем разряде можно
— опускать;
адрес подготовительной функции.
GI; G03; G6 ; G17 и т.п.
двухразрядная десятичная часть числа;
четырехразрядная целая часть числа;
незначащие нули можно опускать;
знак «плюс» можно опускать;
адрес перемещения по оси Z.
Z42.55; Z-180.5; Z-0490.40 и т.п.
Все слова кадров управляющей программы принято делить на
две группы: безразмерные и размерные. К группе безразмерных слов
относятся слова, в которых числовая часть определяет порядковый
номер, код или имеет размерность, отличную от размерности переме­
щений (размерность скорости подачи, скорости главного движения и
др.). К безразмерным словам относятся:
1 номер кадра УП;
2 подготовительная функция;
3 вспомогательная функция;
4 скорость главного движения;
5 скорость подачи;
6 функция инструмента.
Номер кадра УП является начальным словом в кадре и опреде­
ляет последовательность расположения кадров в УП. Номер кадра со­
стоит из адреса N и числовой части в соответствии с распространен­
ными форматами N3; N03; N4 и N04. В некоторых устройствах ЧПУ
можно выделять главный кадр, в качестве которого принимают кадр,
содержащий данные, необходимые для возобновления процесса обра­
79
ботки заготовки после перерыва. Главный кадр обозначаегся симво­
лом « : » (двоеточие), например, :015.
Слово «ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ» состоит из адреса G
и двухразрядного числа - кода функции. Функциональное значение
подготовительных функций стандартизовано и отличается большим
разнообразием. С помощью подготовительных функций устанавлива­
ется режим работы устройства ЧПУ, осуществляется ввод коррекций
на положение и размеры режущих инструментов, отработка постоян­
ных циклов, выбор размерности скорости подачи и скорости главного
движения, выбор системы координат (абсолютной или относитель­
ной) и т.п. Номенклатура используемых подготовительных функций в
каждом конкретном устройстве ЧПУ определяется их разработчика­
ми. Наиболее часто применяемые подготовительные функции приве­
дены в таблице 6.
Таблица 6 - Коды подготовительных функций
Код
подгото­
витель­
ных
функций
1
G00
G01
Наименование
2
Быстрое пози­
ционирование
Линейная ин­
терполяция
Значение
подготовительных функций
3
Перемещение в запрограммированную
точку с максимальной скоростью. Пред­
варительно запрограммированная ско­
рость игнорируется, но не отменяется.
Вид управления, при котором обеспечи­
вается постоянное отношение между
скоростями по осям координат, пропор­
циональное отношению расстояний, на
которые должен переместиться рабочий
орган станка по двум или более осям
координат одновременно. В прямо­
угольной системе координат перемеще­
ние происходит по прямой линии
80
Продолжение таблицы 6
Т
~G0 2
G03
G04
G06
G08
G09
G17
G18
G19
G33
G34
G35
I
2
I
3
Круговая ин­
терполяция
Вид контурного управления при котором
движение рабочего органа осуществляется
по дуге окружности. Векторные скорости
по осям координат изменяются устройст­
вом ЧПУ. При G02 рабочий орган станка
движется по часовой стрелке; при G03 против часовой стрелки
Указание о временной задержке в выполПауза
нении движения рабочего органа. Время
задержки задается в управляющей профамме или другим способом
Параболиче­ Вид контурного управления для получе-|
ская интерпо­ ния дуги параболы, при котором вектор-i
ные скорости по осям координат, исполь- j
ляция
зуемые для образования этой дуги, изме­
няются устройством управления
Автоматическое увеличение скорости пеРазгон
ремещения в начале движения до запро­
граммированной скорости
Торможение Автоматическое уменьшение скорости пе-1
ремещения относительно запрограммированной при приближении к запрограмми-1
рованной точке
Выбор плос­ Задание плоскости обработки при после-1
дующем использовании таких подготови­
кости обра­
ботки
тельных функций, как круговая интерпо­
ляция, коррекция на фрезу и др. {G17 плоскость AY; G18 - плоскость XZ; GJ9
плоскость YZ)
Нарезание
Вид управления, при котором осуществля- j
резьбы
ется связь между скоростью вращения
шпинделя и скоростью подачи при наре- 1
зании резьбы резцом на токарном станке
G33 - определяет нарезание резьбы с по­
стоянным шагом;
G34 - с увеличивающимся шагом;
G35 - с уменьшающимся шагом
81
1Тродолжение таблицы 6
1
G40
2
Отмена кор­
рекции инст­
румента
3
Отменяет коррекцию (отрабатывает
значение коррекции с противополож­
ным знаком), введенную с помощью
функций G41 - G44
G41
Коррекция
Коррекция на фрезу при контурном
G42
на фрезу
управлении. Используется, когда фреза
левая ( G4J ),
находится слева (G41 ) или справа ( G42)
правая ( G42)
от обрабатываемой поверхности, если
смотреть от фрезы в направлении её
движения относительно заготовки
G43
Коррекция на Указание, что значение коррекции на
G44
положение ин­ положение инструмента необходимо
струмента по­ сложить с координатой (G43) или от­
ложительная
нять от координаты ( G44 ), заданной в
{04%
соответствующем кадре (или кадрах)
отрицательная управляющей программы
( G44)
G53
Отмена задан­ Отмена любой из функций G54 - G59.
ного смещения Действует только в том кадре програм­
мы, где она введена
G 5 4 -G 5 9 Заданное
Смещение нулевой точки детали отно­
смещение
сительно исходной точки станка
G80
Отмена посто­ Функция, которая отменяет любой по­
янного цикла стоянный цикл G81 —G89
G81 - G89 Постоянные
Постоянные циклы рассмотрены в под­
циклы
разделе 5.4
G90
Абсолютный
Отсчёт перемещения производится от­
размер
носительно выбранной нулевой точки
G91
Размер в при­ Отсчёт каждого последующего переме­
ращениях
щения производится относительно пре­
дыдущей запрограммированной точки
G92
Установка аб­ Изменение состояния абсолютных на­
солютных на­ копителей положения. При этом движе­
копителей по­ ние рабочих органов не происходит
ложения
82
Окончание таблицы 6
G93
G94
G95
G96
G97
1
Указание, что число, следующее за ад­
ресом F, равно обратному значению
времени в минутах, необходимому для
отработки кадров
Указание, что число, следующее за ад­
ресом F, определяет скорость подачи в
мм/мин
Подача на обо­ Указание, что число, следующее за ад­
рот
ресом F, определяет скорость подачи в
мм/об
Постоянная
Указание, что число, следующее за ад­
скорость реза­ ресом S, равно скорости резания в
ния
м/мин. При этом скорость шпинделя ре­
гулируется автоматически с целью под­
держания запрограммированной скоро­
сти резания
Обороты в ми­ Указание, что число, следующее за ад­
ресом S, равно скорости шпинделя в
нуту
об/мин
Скорость по­
дачи в функ­
ции, обратной
времени
Подача в ми­
нуту
Примечание: неуказанные в таблице подготовительные функции
являются неопределенными и могут быть использованы разработчи­
ками устройств ЧПУ в различных значениях.
При вводе подготовительных функций в управляющую про­
грамму необходимо придерживаться следующих правил.
1
Все подготовительные функции по служебному назначени
можно объединить в отдельные группы:
а) «Режим работы устройства ЧПУ» GOO; G01; G02; G03;
G06; G33; G34; G35;
б) «Плоскости обработки» G17; G18; G19;
в) «Коррекция» G40 - G49;
г) «Постоянные циклы» G80 - G89;
д) «Размерность скорости подачи» G93; G94; G95;
е) «Размерность скорости главного движения» G96; G97;
и др.
83
Деление подготовительных функций на группы определяет осо­
бенность их ввода в УН. В один кадр нельзя вводить несколько G'функций из одной группы.
Например:
Правильно
Неправильно
N008 G01
N008 G01 G03
N012 G03
2
Введённая в программу подготовительная функция, из ка
либо группы действует до тех пор, пока не будет введена другая под­
готовительная функция из этой же группы.
Например:
N3 G01 ...
N4X+30.5
N5 Z-115.5
N ...
N ...
N1 7 G02
введена подготовительная функция линейной
интерполяции
к действует функция G01
введена подготовительная функция круговой
интерполяции, которая отменяет действие
функции G01.
3
Следующие подготовительные функции действуют тольк
течении отработки кадра УП, в который они введены
G04; G08; G09; G33; G34; G35.
Слово «ВСОПОМАГАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ» состоит из адреса М
и двухразрядного числа от 00 до 99. С помощью вспомогательных
функций программируется включение, выключение вращения шпин­
деля, включение-выключение охлаждения, смена инструмента, зажимотжим координат, остановы в отработке УП и т.п. Назначение вспо­
могательных функций, так же как и подготовительных регламентиро­
вано стандартами (таблица 7).
84
Таблица 7 - Коды вспомогательных функций
Код
1вспомогательной
функции
МОО
М01
М02
МОЗ
М04
МОЗ
МОб
MQ7
М08
М09
мю
M il
М19
ИЗО
Значение
вспомогательной функции
Наименование
Программируемый Останов по окончании отработки
кадра без потери информации. При
останов
этом происходит останов шпинделя,
системы охлаждения, подачи
Останов с подтвер­ Аналогично МОО, но выполняется
ждением
только при предварительном под­
тверждении с пульта управления
Конец программы Завершение отработки программы с
выключением вращения шпинделя,
подачи и охлаждения
Вращение шпинде­ Включение шпинделя в направлении,
ля по часовой
при котором винт с правой резьбой
ввинчивается в заготовку
стрелке
Вращение шпинде­ Включение шпинделя в направлении,
ля против часовой при котором винт с правой резьбой
вывинчивается из заготовки
стрелки
Останов шпинделя Выключение вращения шпинделя и
системы охлаждения
Смена инструмента Команда на смену инструмента вруч­
ную или автоматически
Включение системы Включение соответственно системы |
охлаждения 2 и 1
охлаждения 2 и 1
Отключение систе­ Отменяет функции М07, М08
мы охлаждения
Команда на зажим или разжим коорЗажим
Разжим
динат подвижных органов станка
Останов шпинделя Останов шпинделя по достижении |
заданного угла поворота
Конец информации Выключение шпинделя, системы ох­
лаждения после выполнения всех ко­
манд в данном кадре. Используется
для установки рабочих органов в ис­
ходное положение
85
Примечание: Не указанные в таблице вспомогательные функции
являются неопределенными и могут быть использованы в индивиду­
альных значениях разработчиками устройств ЧПУ.
Правила ввода вспомогательных функций в УП аналогичны
подготовительным, а время действия вспомогательных функций ука­
зано в таблице 8.
Таблица 8 - Время действия вспомогательных функций
Функция
начинает действовать
Код
до начала пе­ после от­
вспомога­
ремещения, за­ работки
тельной
программиро­ переме­
функции
ванного в дан­ щения
ном кадре
X
моо
М01
X
М02
X
МОЗ
X
М04
X
М05
X
М06
М07, М08
X
X
МОЯ
X
М10, M il
Функция действует
до отмены (или
замены), соответ­
ствующей вспо­
могательной
функции
только при
отработке
кадра, в ко­
торый она
введена
X
X
X
X
X
X
X
X
X
■X
Программирование скорости главного движения и скорости по­
дачи может осуществляться кодовым и прямым методами. При кодо­
вом методе программирования число после адресов S и F представ­
ляет собой код скорости главного движения или скорости подачи.
Таблица соответствующих кодов приводится в сопроводительной до­
кументации на станок.
При прямом методе программирования следующее за адре­
сом S число определяет значение скорости главного движения в одной
из следующих единиц измерения: об/мин; рад/с; м/мин. Выбор едини­
цы измерения скорости может осуществляться вводом функций G96
(м/мин) или G97 (об/мин).
Скорость подачи при прямом методе программирования может
иметь размерность мм/мин; мм/об; рад/с. Выбор размерности скоро86
сти подачи осуществляется вводом функций G94 (мм/мин) или G95
(мм/об).
Формат слов «СКОРОСТЬ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ» и
«СКОРОСТЬ ПОДАЧИ», метод программирования и размерность ско­
ростей определяются конкретными устройствами ЧПУ.
1
Устройство ЧПУ Н22-1М. Программирование скорост
главного движения осуществляется кодовым методом. Формат слова
S2, где двухразрядное число является кодом скорости вращения
шпинделя в соответствии с таблицей 9 (об/мин).
Таблица 9 - Коды скоростей вращения шпинделя
№
диапа­
зона
1
3
код
число
оборотов
код
число
оборотов
код
число
оборотов
S1J
S12 S13 SI4
25
35,5
S15 S16
50
71
12,5
18
S21
S22
S23 S24 S25 S26
50
71
100
140
О
о
CS
2
Значение кодов скоростей
280
S17 S18 SJ9
100
140
200
S27 S28 S29
400
560
800
S41
S42 S43 S44 S45 S46 S47 S48 S49
125
180
250
355
500
710
1000 1400 2000
2
Устройство ЧПУ «Размер 2М». Программирование скорост
подачи и скорости главного движения осуществляется кодовым мето­
дом. Форматы слов F2 и S2. Например:
S32 - соответствует скорости вращения шпинделя 40об/мин;
S6 6 —соответствует скорости вращения шпинделя 2000об/мин;
F04 - соответствует скорости подачи 1,5мм/мин;
F60 - соответствует скорости подачи 1ОООмм/мин;
Коды скоростей определены также соответствующими таблица­
ми (по типу таблицы 9).
Устройства ЧПУ Н22-1М и «Размер 2М» относятся к классу NC
(Numerical Control) и по структуре исполнения являются переходными
от
специальных
электронных
аппаратов
к
проблемноориентированным вычислительно-управляющим машинам. Этим и
определяется в основном используемый кодовый метод программиро­
вания скорости подачи и скорости главного движения.
87
3 Устройство ЧПУ 2Р22. Данное устройство и все последую­
щие, рассматриваемые в качестве примеров, относятся к классу CNC
(Computer Numerical Control)n представляет собой проблемноориентированную управляющую вычислительную машину, выпол­
ненную по структуре ЭВМ. Программирование скорости главного
движения и скорости подачи осуществляется прямым методом. Раз­
мерность программируемой скорости подачи мм/об, а формат слова
«СКОРОСТЬ ПОДАЧИ» F023. С учетом этого формата максимальное
значение программируемой подачи может составить 99,999 мм/об, что
значительно выше технических характеристик станков токарной
группы. Поэтому пределы программируемых подач оговариваются
технической документацией на соответствующий станок.
Для токарного станка 16К20 программируемые подачи находят­
ся в пределах: в направлении оси 2 - 0,01...40мм/об; в направлении
оси X - 0,005...20мм/об.
Слово F0.5 соответствует запрограммированной скорости пода­
чи 0,5мм/об, а слово F1,25 —подаче 1,25мм/об.
Программирование скорости главного движения может осуще­
ствляться в мм/мин или об/мин.
Формат слова «СКОРОСТЬ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ»
S 1 -4
четырехразрядное целое число, соответствующее
заданной скорости резания;
знак «минус» соответствует направлению враще­
ния шпинделя по часовой стрелке, отсутствие
знака - против часовой стрелки;
одноразрядное число соответствует принятому
диапазону скоростей вращения шпинделя.
Программирование скорости главного движения в м/мин осуще­
ствляется вводом функции G10, в об/мин —функций G11 —отменяю­
щей действие функции G10. Использование размерности скорости
главного движения в м/мин иначе называют постоянной скоростью.
В этом случае устройство ЧПУ автоматически рассчитывает число
оборотов шпинделя в зависимости от диаметра обрабатываемой по­
верхности детали в соответствии с формулой
п
=
JOOOv
7jD
88
ереключателей на пульте управления и программируемой,
на оперативную коррекцию осуществляется с помощью
нии Е, при этом
соответствует запрещению оперативной коррекции скоро­
сти подачи и скорости главного движения;
разрешение коррекции скорости подачи и скорости глав­
ного движения;
разрешение коррекции скорости главного движения и за­
прещение скорости подачи;
разрешение скорости подачи и запрещение коррекции
скорости главного движения.
[тивная коррекция скорости главного движения может
гься в пределах 0-140% от запрограммированной, а скои в пределах 0- 120%.
[ образом, устройство ЧПУ обеспечивает следующую вапрограммирования скорости подачи и скорости главною
>900 - соответствует скорости вращения шпинделя 900
об/мин по часовой стрелке;
1-75.5 - запрограммирована скорость резания 75,5м/мин с
вращением шпинделя против часовой стрелки:
89
G95 FO.5 - запрограммирована скорость подачи 0,5мм/об;
G94 G96 F120 S70 - запрограммированы скорость подачи
120мм/мин и скорость резания 70м/мин с враще­
нием шпинделя по часовой стрелке;
G97 G95 F0.2 S710 Е01 - запрограммированы скорость подачи
0,2мм/об и скорость главного движения 710
об/мин с разрешением их оперативной коррекции.
Коррекция скорости подачи может производиться и програм­
мируемым методом, для чего в области памяти устройства ЧПУ
2С42 выделено 90 корректоров: D310...D399. Обращение к корректо­
рам осуществляется с помощью ввода функций Е10...Е99. Управляю­
щая программа в этом случае разбивается на участки, за каждым из
которых закрепляется один из указанных корректоров. Размер участка
программы, как правило, ограничивается одним переходом, т.е. рабо­
той инструмента одного типоразмера. Для выхода в режим програм­
мируемой коррекции необходимо ввести функцию Е06. Данные о ве­
личинах коррекции могут быть введены в корректоры при наладке
станка или автоматически при обработке первой детали в партии с ис­
пользованием режима обучения.
Достаточно широкая вариантность программирования скорости
подачи и скорости главного движения связана с тем, что устройством
ЧПУ 2С42 оснащаются многоцелевые станки.
Слово «ФУНКЦИЯ ИНСТРУМЕНТА» может быть использовано в
двух назначениях. Если станок оснащен только револьверной голов­
кой, то при вводе в УП слова «ФУНКЦИЯ ИНСТРУМЕНТА» происхо­
дит смена инструментов. Если станок оснащен инструментальным ма­
газином, то при вводе в УП этого слова осуществляется поиск задан­
ного инструмента в магазине и транспортирование его в позицию
смены, а сам процесс смены производится по команде М06. Формат
слова «ФУНКЦИЯ ИНСТРУМЕНТА» как правило 72, где двухразряд­
ное число после адреса соответствует коду инструмента. Код инстру­
мента может определяться номером гнезда инструментального мага­
зина, револьверной головки или этот код может нести на себе сам ре­
жущий инструмент (инструментальный блок). Если процесс смены
инструментов осуществляется вводом в УП и функции инструмента Т
и вспомогательной функции МОб, то они могут вводиться в одном
кадре или в разных кадрах. В первом случае это приводит к значи­
тельным затратам времени на смену инструмента с учётом его транс­
портирования в позицию смены. Во втором случае затраты времени на
транспортирование инструмента в позицию смены перекрываются ра­
ботой станка при выполнении текущего перехода.
90
На многоцелевых станках с помощью той же функции Г можно
программировать и ресурс работы инструмента, под которым пони­
мают планируемый период стойкости или наработку инструмента на
отказ. Ресурс инструмента может быть задан в единице времени (мин)
или количеством обработанных деталей. При этом всегда учитывается
чистое время работы инструмента без учёта вспомогательных ходов.
Данные о ресурсе инструментов заносятся в соответствующую об­
ласть памяти устройства ЧПУ. Формат слова «ФУНКЦИЯ
ИНСТРУМЕНТА» при программировании ресурса имеет увеличенную
числовую часть, например, Т4, в которой два младших разряда опре­
деляют код инструмента, а два старших разряда соответствующую
ячейку памяти устройства ЧПУ, в которой хранятся данные о ресурсе
инструмента.
К размерным словам относятся слова, в которых цифры после
адреса определяют непосредственно или косвенно размер перемеще­
ния (угол поворота) рабочего органа станка. Линейные перемещения в
УП выражаются в миллиметрах и их десятичных долях, а угловые пе­
ремещения в радианах или десятичных долях оборота. В системах
ЧПУ с шаговым приводом подач размерные перемещения выражают­
ся в количестве импульсов —дискретах.
К размерным словам относятся также слова, описывающие не­
которые элементы обрабатываемого контура (фаску, галтель), пара­
метры интерполяции, шаг резьбы, глубину резания и т.п.
Если не учитывать вариантность размера числовой части, то
форматы слов размерных перемещений сводятся к двум видам
Х± 3 3
Z± 3 3
Г ± 3 3.
X - 0 4 3
Y - 0 4 3
Z - 0 4 3
L------- -— >— ►
------ трехразрядная десятичная часть числа;
-------------— '— -------3-х (4-х) разрядная целая часть числа;
— — незначащие нули можно опускать, а
разделитель дробной и целой части
программировать обязательно;
-------------- знак «плюс» можно опускать;
------------------------------ знаки «плюс» и «минус» программиро­
вать обязательно.
Размерные перемещения можно вводить в УП в абсолютных
размерах (абсолютная система координат G9U) или в приращениях
(относительная система координат G9I).
91
При жёстких форматах размерных слов, характерных для уст­
ройств ЧПУ класса NC, программирование размерной информации
осуществляется преимущественно в относительной системе коорди­
нат и в импульсах при применении шаговых приводов подач. В этом
случае слово Х-016080 будет соответствовать программируемому пе­
ремещению рабочего органа в отрицательном направлении оси X на
величину 16080 импульсов. При цене импульса 0,01мм величина пе­
ремещений составит 16,08мм.
Ввод двух размерных слов в один кадр УП, например,
N005 Х-072500 Z+147500, будет соответствовать одновременному пе­
ремещению рабочего органа по координате -X на величину 72500 им­
пульсов и по координате +Z на величину 147500 импульсов.
Для устройств класса CNC с учётом использования гибких фор­
матов и выбора системы координат характерны следующие варианты
представления размерных слов:
1 G91 Х93.58 - при программировании перемещения рабочего
органа по оси +Х на величину 93,58мм;
2 G90 Z-148.5 - при программировании перемещения рабочего
органа в точку со значением координаты -Z = l48,5мм;
3 G91 Х-250 Z74.5 - при программировании одновременного пе­
ремещения рабочего органа по осям —X и +Z на величину 250мм и
74,5мм соответственно;
4 G90 Х42.5 Y-116.2 - при программировании одновременного
перемещения рабочего органа в точку с координатами Х=42,5мм и
—К=116,2мм.
Программирование размерной информации неразрывно связано
с программированием вида интерполяции, т.е. с вводом функций GOO,
G01, G02, G03, G06, G33...G35 (см. таблицу 6). Но это уже связано со
структурой кадра УП.
4.3 Кадр управляющей программы
Кадр является структурной составляющей управляющей про­
граммы, которая вводится и отрабатывается устройством ЧПУ как
единое целое.
Каждый кадр УП начинается со слова «НОМЕР КАДРА» (в от­
дельных случаях это слово может не использоваться) и заканчивается
символом ПС (конец кадра). Между словом «НОМЕР КАДРА» и сим­
волом ПС располагаются информационные слова, которые рекомен­
дуется записывать в следующей последовательности:
- СЛОВО (или слова) «ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ»;
92
- слова «РАЗМЕРНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ», которые в свою оче­
редь рекомендуется записывать в последовательности адресных сим­
волов X, Y, Z, U, V, W и т.д.;
I слова «ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРПОЛЯЦИИ» или «ШАГ РЕЗЬБЫ»;
- слово (или слова) «ФУНКЦИЯ ПОДАЧИ»;
- слово «ФУНКЦИЯ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ»;
- слово «ФУНКЦИЯ ИНСТРУМЕНТА»;
- слово (или слова) «ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ».
В главном кадре УП вместо адресного символа N в слове
«НОМЕР КАДРА» записывается символ : «ГЛАВНЫЙ КАДР». Допуска­
ется также символ : «ГЛАВНЫЙ КАДР» использовать для останова от­
работки УП в нужном месте, для обратной перемотки программоно­
сителя.
Характеристикой кадра УП является его формат. Формат кадра
представляет собой условную запись его структуры и последователь­
ности расположения слов с учётом их максимального количества.
Слова в формате кадра записываются в виде их собственных форма­
тов.
Пример записи формата кадра УП
N03 G02 Х ± 043 Z-0431+043 К+043 F031 S04 Т02 М02*
где
• - соответствует символу ПС.
Пример записи главного кадра УП
:001 S500 F2,5 МОЗ...
При наладке станков с устройством ЧПУ в разработанную УП
могут быть включены кадры, которые используются только в процес­
се наладки. При последующем запуске станка на обработку партии
деталей они должны быть исключены из УП. Перед номерами таких
кадров ставится символ / «ПРОПУСК КАДРА»
/ N054 Х+71,52-282.
В пределах одного кадра УП не должны повторяться слова
«РАЗМЕРНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ» И «ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРПОЛЯЦИИ»
с одним и тем же адресом, а также слова «ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ
ФУНКЦИЯ» или «ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ» из одной группы.
Если слово «ФУНКЦИЯ ПОДАЧИ» относится только к опреде­
ленной оси, то в кадре УП оно должно следовать непосредственно за
словом «РАЗМЕРНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ» по этой оси. Если же слово
93
«ФУНКЦИЯ ПОДАЧИ» относится к двум и более осям, то в кадре УП
оно следует за последним словом «РАЗМЕРНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ».
При использовании адресов U, V, W, Р, Q, R в значениях, отлич­
ных от рекомендованных стандартами порядок записи этих слов ука­
зывается в формате конкретного УЧПУ. То же самое относится и к ре­
зервным адресам Д Е, Н.
В современных устройствах ЧПУ используется исключительно
переменный кадр УП. Минимальный размер кадра УП соответствует
одному слову, а максимальный размер - формату кадра.
Жесткий формат кадра, т.е. кадр с фиксированным размером ис­
пользуется в настоящее время при программировании постоянных
циклов.
Определив понятие кадра УП чисто конструктивно, остановим­
ся более подробно на анализе информационного содержания кадра в
зависимости от программируемой траектории движения рабочих ор­
ганов станка при обработке различных видов поверхностей.
Величины программируемых перемещений рабочих органов
станка в одном кадре УП определяются положением двух смежных
вершин графа обработки в системе координат станка. Одну из смеж­
ных вершин графа обработки, в которой находится вершина или ось
режущего инструмента и из которой начинается движение инструмен­
та в следующую вершину при обработке элементарной поверхности
детали, отнесем к начальной вершине, а другую смежную вершину к
конечной. При обработке следующей элементарной поверхности, со­
пряженной с первой, конечная вершина станет начальной, а конечной
будет следующая по порядку нумерации вершина графа обработки.
С учётом того, что информация, запрограммированная в одном
кадре УП, вводится и отрабатывается устройством ЧПУ как единое
целое, то размерные слова одного кадра должны нести информацию в
пределах одной дуги графа обработки. Но в начальную вершину инст­
румент перемещается программированием предыдущих движений ра­
бочих органов станка, а значит информация о положении начальной
вершины, после отработки этих движений уже зафиксирована автома­
тической измерительной системой станка. Для осуществления пере­
мещений режущего инструмента в конечную вершину необходимо за­
программировать с помощью размерных слов координаты этой вер­
шины при использовании абсолютной системы координат или рас­
стояние между начальной и конечной вершинами при использовании
относительной системы координат. Отсюда общее число кадров УП с
программированием размерной информации (размерных слов) будет
94
равно количеству дуг в графе обработки, включая и дуги соответст­
вующие холостым ходам рабочих органов.
В станках с устройством ЧПУ управление приводами подач в
большинстве случаев осуществляется дискретно. Цена одного им­
пульса соответствует наименьшему программируемому перемещению
рабочего органа и определяется в основном разрешающей способно­
стью датчика обратной связи, которая находится обычно в пределах
0,01...0,001мм. С учётом дискретного управления приводами подач
величины программируемых перемещений рабочих органов станка
можно выразить не в миллиметрах, а в количестве управляющих им­
пульсов. Так. если цена одного импульса по оси составляет 0,01мм, а
по оси X - 0,005мм, то величины перемещений режущего инструмента
при его движении из точки 1 в точку 2, равные 120мм по оси Z и 30мм
по оси X будут соответственно равны (рисунок 36,а).
120
0,01
-----=
1 2 0 0
30
0,005
<ппп
и ------- -6000 управляющим импульсам
Однако программирование только размеров перемещений не
определит заданную траекторию инструмента между точками 1 и 2.
Па траекторию движения режущего инструмента окажет влияние ско­
рость подачи в направлении осей X и Z. При равной скорости подачи
Fx—Fs вершина режущего инструмента будет двигаться по прямоли­
нейной траектории с углом наклона 45 к координатным осям и от­
клонение от заданной траектории, т.е. погрешность д , будет макси­
мальной (рисунок 36,а). Для уменьшения погрешности разобьем за­
данную траекторию на более мелкие отрезки, т.е. введем между
смежными вершинами графа обработки 1 и 2 ряд промежуточных
вершин а, Ь, с и т.д. (рисунок 36,6).
Между промежуточными точками с помощью управления пода­
чами в направлении осей X и Z зададим такую последовательность пе­
ремещений режущего инструмента, которая бы соответствовала за­
данной траектории с наименьшей погрешностью. Так на участке 1
примем FX~FZ \ на участке II — Fx =0\ на участке III снова Fx - h , и
т.д. Как следует из рисунка 36,6 погрешность в отработки заданной
траектории уменьшилась и эта погрешность будет тем меньше, чем
больше промежуточных точек будет введено в УГ1. Но введение в У11
большого количества промежуточных точек (вершин графа обработ­
ки) неминуемо приведет к большому количеству дополнительных
расчётов, увеличению трудоёмкости разработки УП и размера самой
УП.
95
96
Поэтому в практике числового программного управления при­
водами подач детализованное представление заданной траектории
движения режущего инструмента между двумя смежными вершинами
графа обработки на основе расчёта промежуточных точек и принятой
закономерности выдачи управляющих импульсов в приводы подач
осуществляется с помощью специального вычислительного устройст­
ва —и н те р п о л ято р а, а траекторию движения инструмента соответст­
венно называют интерполируем ой. Количество промежуточных то­
чек, вычисляемых в процессе интерполяции, в частном случае может
быть равным расчетному количеству управляющих импульсов с учё­
том величины программируемых перемещений режущего инструмен­
та по координатным осям и цены одного импульса, о чём было сказа­
но выше (рисунок 36,в).
Интерполяция осуществляется практически в пределах всего
графа обработки. В одном кадре УП интерполяция производится в
рамках одной дуги графа обработки, формализующей одну элемен­
тарную поверхность общего контура обрабатываемой детали. Разли­
чают линейную, круговую, линейно-круговую, параболическую и др.
виды интерполяции. Вид интерполяции определяется вводом в УП
подготовительных функций GOI, G02, G03, G06 и др. Для задания па­
раметров интерполяции используются адреса I, J, К, которые служат
для определения геометрических характеристик кривых (центра дуга
окружности, радиусов, углов и.т.п.). Слова с адресами I, J, К также яв­
ляются размерными и при необходимости перед числовой частью
этих слов могут использоваться знаки «плюс» или «минус».
При программировании линейной интерполяции в один кадр УП
вводятся (рисунок 37):
- подготовительная функция GOI, если она не была запрограм­
мирована ранее;
- координаты конечной точки, которые могут быть заданы в
абсолютных значениях ( G90) или в приращениях ( G91) с соответст­
вующими адресами X, У, Z в зависимости от расположения интерпо­
лируемого участка в плоскостях XY, YZ, XZ или в пространстве XYZ.
В соответствии с данными рисунка 37 кадры УП с линейной ин­
терполяцией будут иметь вид
N...G90 GOI Х64 Z6 8 , или
N...G91 GOI Х- 6 Z33 (плоскость X0Z)]
N...G90G01 Y116Z68, или
N...G91 GOI Y73.5Z33 (плоскость Y0Z)\
97
N...G90G01 X64Y116, или
N...G91 G01 Х-б Y73,5 (плоскостьX0Y);
N...G90 G01Х64 Y116 Z6 8 , или
N...G91 G01 Х-б Y73.5 Z33 (пространство X0YZ).
Рисунок 37 - Программирование линейной интерполяции
При программировании круговой интерполяции (дуги окружно­
сти) в один кадр УП необходимо ввести:
- подготовительную функцию выбора плоскости обработки
(G17, G18, G19) если она не была введена ранее (рисунок 38);
—подготовительную функцию G02 или G03 в зависимости от
направления движения по или против часовой стрелки (рисунок 38);
- координаты конечной точки в абсолютных значениях или в
приращениях в соответствии с действующей или введенной в данный
кадр УП функцией G90 или G91;
—параметры интерполяции I, J, К, определяющие координаты
центра дуги окружности относительно её начальной точки или другие
какие либо параметры, определяемые конкретным устройством ЧПУ
(эти параметры программируются в приращениях вне зависимости от
введённой функции G90).
98
У
G17
Рисунок 38 - Направление круговой интерполяции
При круговой интерполяции в одном кадре УП программирует­
ся дуга окружности в пределах одного квадранта.
В соответствии с данными рисунка 39 кадры УП с круговой ин­
терполяцией будут иметь вид
N... G90 G17G03 Х36 Y78136 J0 или
N...G91 G17 G03 Х-26 Y33136 J0 (плоскость АТ);
N...G90 G18 G02X53 Z95141,5 К12 или
N...G91 G18 G02 Х-14,5 Z45141,5 К12 (плоскость XZ);
N... G90 G19 G02 Y90 Z58 J25,5 К57 ил и
N...G90 G19 G02 Y23 Z-34 J25.5 К57 (плоскость YZ).
В этих примерах параметры интерполяции представляют собой
координаты центра дуги относительно её начальной точки. В качестве
параметра интерполяции может использоваться непосредственно ра­
диус дуги. Так на токарном станке с устройством ЧПУ 2Р22 при про­
граммировании круговой интерполяции в кадр УП вводится следую­
щая информация (рисунок 40):
координаты конечной точки дуги в абсолютном значении
использованием адресов X, Z или в приращениях с использованием
вторичных адресов U, W\
99
Рисунок 39 —Программирование круговой интерполяции
~ адрес R, знак «плюс» или «минус» и размер радиуса дуги,
причём положительный знак после адреса R соответствует движению
инструмента по часовой стрелке, а отрицательный —против часовой
стрелки. В этом случае знак после адреса R подменяет подготовитель­
ные функции G02 и G03 и определяет выпуклость или вогнутость ду­
ги.
N...Х80,6 Z-62 R-65
N...U40,] W-30 R-65 (рисунок 40,а);
N...X80.6 Z-62 R65
N... U40,1 W-30R65 (рисунок 40,6).
100
30
32
30
32
Рисунок 40 —Программирование круговой интерполяции на то­
карных станках
Под линейно-круговой интерполяцией или винтовой пони­
мают круговую интерполяцию с одновременной линейной интерполя­
цией по третьей координате Z. Такой вид интерполяции применяется,
как правило, на многоцелевых станках. При программировании вин­
товой интерполяции в один кадр УП необходимо ввести следующую
информацию (рисунок 41):
- направление движения инструмента при круговой интерполя­
ции, для чего используются резервные (7-функции: например, G/2 движение инструмента по часовой стрелке, G13 — против часовой
стрелки;
- координаты X, Уточки, с которой начинается режим линейно­
круговой интерполяции. В эту точку шпиндельная бабка с инструмен­
том выходит в начальный момент отработки данного кадра. Если
шпиндельная бабка уже находится в этой точке, то эти координаты
программировать не следует. Координаты исходной точки могут быть
заданы в абсолютных значениях (G90) или в приращениях (G91);
- координаты I, J центра интерполируемой дуги окружности,
при этом, если используется абсолютная система координат, то коор­
динаты /, J определяются относительно нуля системы координат стан­
ка, а при использовании относительной системы координат (G9I) относительно оси шпиндельной бабки с инструментом;
- шаг винтовой линии (адрес А");
- величину перемещения по координате Z.
101
Рисунок 41 - Программирование линейно-круговой интерполяции
С учётом данных рисунка 41,а кадр с линейно-круговой интер­
поляцией примет вид
N ... G90 G17 G12 Х56 Y104 Z-160178 J80 К80 или
N...G91 G17 G12 ХО YO Z-160110J-10 K80I.
Если шаг винтовой линии (адрес К) не задан, то линейно­
круговая интерполяция будет выполнена в пределах одного оборота в
плоскости X0Y и на длине K=Z. В случае отсутствия задания по оси Z
винтовая интерполяция будет соответствовать круговой. При про­
граммировании линейно-круговой интерполяции необходимо стре-
102
мигься, чтобы величина перемещения по оси Z в приращении была
кратна шагу винтовой линии.
Линейно-круговая интерполяция может быть и четырехкоорди­
натной. Необходимость в таком режиме работы УЧПУ возникает при
обработке изделий резцом. Четвёртой управляемой координатой ста­
новится координата С, т.е. вращение шпинделя осуществляется в сле­
дящем режиме. В процессе обработки изделия при управляемой коор­
динате С ориентация шпинделя осуществляется таким образом, чтобы
режущая кромка резца всегда была направлена по нормали к обраба­
тываемой поверхности. Числовая информация после адреса С вне за­
висимости от функций G90, G91 программируется в долях оборота
шпинделя (один оборот равен 1000 дискрет). Знак «плюс» или «ми­
нус» определяется функциями G12, G13 соответственно (рисунок
41,6)
N...G90 G17 G12 Х56 Y104 Z-160178 J80 К80 С /
N...G9I G17G13 X0 Y0 Z-160 ПО J-10 К80 С-1.
4.4 Формат управляющей программы
Общее структурное построение УП регламентируется рядом
общепринятых правил. Каждая УП должна начинаться с символа % «НАЧАЛО ПРОГРАММЫ», после которого должен стоять символ ПС
(или LF) - «КОНЕЦ КАДРА». Кадр с символом % не нумеруется.
Любая группа символов, не подлежащих отработке на станке,
должна быть заключена в круглые скобки. Внутри скобок не должны
применяться символы % и Информация в скобках может быть выве­
дена на дисплей и включать в себя: различные идентификаторы про­
граммы, детали, станка, фамилию разработчика УП. указания по на­
ладке станка, указания оператору и т.п. Местоположение информации
заключенной в скобки, а также возможность этой записи в память
УЧПУ указываются в технических условиях на УЧПУ конкретного
типа.
Если необходимо присвоить номер УП, то этот номер указыва­
ется непосредственно за символом «НАЧАЛО ПРОГРАММЫ» перед
сим волом «КОНЕЦ КАДРА». Например, % 015 ПС.
Нумерация кадров программы начинается после кадра с симво­
лами «НАЧАЛО НРОГТАММЫ». Если в программе предусматривается
главный кадр, то он обозначается символом «:» без присвоения номе­
ра. Кадры УГ1, которые должны быть исключены при отработке УЛ б
автоматическом режиме должны быть помечены символом «/» 103
«ПРОПУСК КАДРА», который ставится перед номером кадра. Част
такого рода кадры вводятся в УП с целью использования их тольк«
при наладке станка.
Управляющая программа должна заканчиваться отдельным ка­
дром со словом М02 - «КОНЕЦ ПРОГРАММЫ». Информация поеле
этого слова устройством ЧПУ не воспринимается.
Управляющая программа конкретного устройства ЧПУ характе­
ризуется форматом, в котором символы записываются в следующей
последовательности
% : /D S N03 G02 Х-043...М02'.
V.
__________ ;
формат кадра УП
Символ DS указывает на обязательное программирование
разделителя дробной и целой части числа.Символ «звездочка»
соответствует символу «КОНЕЦ КАДРА».
5 Методы повышения языкового уровня управляющей
программы
Рассмотренный в предыдущем разделе, код ISO-7 бит представ­
ляет собой язык программирования при разработке УП для станков с
устройством ЧПУ. Но если ограничиться рассмотренными правилами
представления информации в УП с использованием этого кода, то с
позиции современного уровня развития функциональных возможно­
стей устройств ЧПУ, их уже можно отнести к классике программиро­
вания. Созданный еще на первых этапах развития устройств ЧПУ этот
язык и его грамматика позволяют вести разработку УП для обработки
практически любых деталей в рамках технологических возможностей
отдельных групп станков. Однако сам процесс разработки УП в дан­
ном случае неминуемо приводит к высокой трудоёмкости этого вида
работ с учётом подготовки информации к кодированию и приводит к
завышенному размеру (объему) конечного продукта - управляющей
программы.
Поэтому расширение функциональных возможностей устройств
ЧПУ на отдельных этапах их эволюции было направлено в частности
на снижение трудоёмкости разработки УП и их размера. Это обеспе­
чивалось путем повышения языкового уровня УП за счёт внедрения
следующих методов:
1 служебных функций;
2 упрощенного описания контура;
3 безэквидистантного программирования;
4 постоянных циклов;
5 готовых форм;
6 подпрограмм;
7 диалоговых методов разработки УП;
8 макроязыка пользователя.
5.1 Служебные функции
К служебным функциям относятся G-функции установочного
(настроечного) типа, характерным признаком которых является то,
что их ввод и отработка устройством ЧПУ не вызывает каких-либо
ответных действий рабочих органов станка, а только осуществляет
подготовку этих действий. В результате и действие всех последующих
G-функций, вводимых по тексту УП, определяется условиями, задан­
ными одной или несколькими ранее введёнными служебными функ­
105
циями. Служебные функции могут использоваться непосредственно в
текстах УП, в подпрограммах, в постоянных циклах. Коды некоторых
служебных функций определены соответствующими стандартами, ко­
ды других функций выбираются разработчиками устройств ЧПУ из
состава резервных (/-функций. Достаточно широкое распространение
в устройствах ЧПУ получили следующие служебные функции [2].
I
Смещение нуля системы координат станка (СКС). Ф
циональная возможность устройств ЧПУ смещать положение нуля
системы координат, а значит и точку начала отсчёта перемещений ра­
бочих органов, при наладке станка или непосредственно в процессе
обработки детали но одной или нескольким координатным осям полу­
чило название «плавающий нуль». Использование плавающего нуля
позволяет исключить достаточно трудоёмкий процесс перерасчёта ко­
ординат вершин графа обработки при подготовки размерной инфор­
мации к кодированию, который неминуемо возникает при строго не­
изменном положении системы координат станка и принятыми спосо­
бами задания размеров на чертежах детали. Так, например, с целью
исключения перерасчёта размерной информации при разработке УП
для обработки деталей корпусного типа необходимо совместить нача­
ло системы координат станка с системой координат детали, положе­
ние которой определяется базовыми поверхностями (рисунок 42). При
этом значение плавающего нуля по координате X составит согласно
рисунка 424мм, а по координате Y - 510мм. Но относительно нуля
системы координат детали (СКД) на чертежах обычно задано положе­
ние только основных поверхностей (в рассматриваемом примере это
положение осей отверстий 1, 2, 3). И только эта размерная информа­
ция может быть использована при вводе в УП без перерасчётов. Что
же касается размерной информации о положении других обрабаты­
ваемых поверхностей (отверстий 6-11; 15-19; 21-23), то она задана на
чертеже относительно осей соответствующих основных поверхностей
и поэтому требует перерасчёта в СКД. Для исключения этих перерас­
чётов при обработке отверстий 6 - 1 1 систему координат станка следует
совместить с осью отверстия 1 , при обработке отверстий 15-20 - с
осью отверстия 2 и, наконец, при обработке отверстий 21-23 —с осью
отверстия 3.
При обработке деталей типа тел вращения на токарных станках
смещение нуля СКС производится по одной оси Z. При этом так же
возможны варианты смещений: совмещение нуля СКС с нулем СКД;
привязка нуля СКС к правой конечной торцовой поверхности детали
или к некоторой другой торцовой поверхности, например точка 2 (ри­
сунок 43).
110
Плоскость I
Рисунок 42 - Варианты смещения нуля СКС
*пл1
Рисунок 43 Варианты смещения нуля СКС на токарном станке
Смещение нуля СКС по командам УП осуществляется двумя
способами: программно-наладочным и программируемым. При про­
граммно-наладочном способе смещение нуля СКС используются
шесть G-функций: G54-G59. В этом случае в соответствующих кадрах
УП вводятся только G-функции этой группы, а непосредственно вели­
чины смещений по отдельным координатам заносятся при наладке
станка в закреплённые за каждой G-функцией ячейки памяти устрой­
ства ЧПУ.
При программируемом способе смещения нуля СКС в кадр УП
совместно с функцией G92 вводятся и величины смещений по соот­
ветствующим координатам. В отличие от программно-наладочного
способа смещения нуля СКС, количество которых не может быть бо­
лее шести с учётом количества G-функций данной группы, при про­
граммируемом способе количество смещений практически не ограни­
чено.
Структура кадров УП с программно-наладочным и программи­
руемым способами смещения нуля СКС имеет вид
N... G54-G59
N... G92 X...Y...Z...
|-----11
1 I
I
------------ величины смещения нуля СКС по от­
дельным координатным осям;
--------------------- служебные функции —смещение нуля;
---------------------------- номер кадра УП.
Отмена смещений нуля СКС производится вводом в УП функ­
ции G53.
2
Зеркальная обработка. При вводе в УП служебных функ
этой группы одна или несколько координатных осей поворачиваются
на 180° относительно исходного положения. Ввод и отработка функ­
ции «ЗЕРКАЛЬНО по X или F» приводит:
- к инверсии знаков в словах с размерной информацией на пе­
ремещение по осям Х и Y;
- к инверсии направления интерполяции (замене функций G02
на G03 или G03 на G02);
- к инверсии знака коррекции в плоскости обработки на радиус
фрезы (станки фрезерно-расточной группы) или на длину режущего
инструмента (токарные станки).
Отработка функции «ЗЕРКАЛЬНО по Z» сопровождается:
- инверсией знаков в словах с размерной информацией на пе­
ремещение по оси Z;
108
- изменением направления интерполяции {G02 на G03 или G03
на G02).
При всех вариантах зеркальной обработки не происходит сме­
шение нуля СКС и коррекции на вылет инструмента по оси Z.
Функции зеркальной отработки позволяют использовать один и
тот же фрагмент УП для обработки поверхностей, симметрично рас­
положенных относительно принятого нуля СКС. Часто детали такого
типа имеют одну или две плоскости симметрии.
Для ввода в УП зеркальной обработки могут использоваться ре­
зервные G- или А/-функции. На рисунке 44 представлена соедини­
тельная часть трубопроводов —штуцер, имеющий плоскость симмет­
рии 1-1.
N1 GBO 001 S710 FO.B Т01 МОЗ
N 2Z 30.5 E
N 2X36E
N4X41 Z22.7
NSZ4
N 6X 43
N 7Z30.S E
N8X12.3 Е
N9 ХЗв Z22.7
N10Z21
N11X3BZ19.5
N12 Z4
N 13X48Z1J
N14 Х4Я МЗО - конец информации
N15 ТЗ U 39 ■m od функции МЗв ■"Зеркально по Z"
N16 0 2 3 Р2 • повторение фрагменте УП со второго кадре
N17 М
N18M 02
Рисунок 44 - Фрагмент УП с использованием функции зеркаль­
ной обработки
109
С этой плоскостью при наладке станка совмещено положение
нуля СКС. В этом случае и подграфы обработки левой и правой час­
тей штуцера с их размерной информацией становятся симметричными
относительно нуля СКС и плоскости 1-1. Фрагмент УП для обработки
штуцера разработан только для обработки правой его части (кадры 2 14). В /5-ом кадре введена функция зеркальной обработки относи­
тельно оси Z М3 8, а в следующем кадре предписано повторить фраг­
мент УП со 2-го кадра (функция G25). Повторение УП в зеркальном
отображении произойдет, включая кадр 14 до отработки функции МЗО
«КОНЕЦ ИНФОРМАЦИИ», а затем при переходе к кадру N17 зеркаль­
ная обработка будет отменена функцией М36.
Изображённая на рисунке 45 деталь имеет две плоскости сим­
метрии 1-1 и 11-11. При её обработке на фрезерном станке концевой
фрезой можно использовать функции зеркальной обработки относи­
тельно осей X или У. При зеркальной обработки относительно оси У
фрагмент УП необходимо будет разработать для реализации правого
подграфа с вершинами 1 - 1 2 , а левый подграф отработать с использо­
ванием функции повторения G25.
Рисунок 45 — Применение функции зеркальной обработки на
фрезерных станках
Функции зеркальной обработки могут быть применены и при
использовании многоместных приспособлений (рисунок 46). В этом
случае, если позволяет форма обрабатываемой детали, то в приспо­
соблении они устанавливаются в зеркальном отображении по одной
из осей X или У, а фрагмент УП разрабатывается только для обработки
детали в каком то одном положении, например, справа от оси У. Де­
110
таль с расположением слева от оси Y обрабатывается вводом функции
«ЗЕРКАЛЬНО no F». При обработке партии деталей, здесь можно со­
вместить время на замену деталей с их обработкой: пока обрабатыва­
ется деталь, расположенная слева от оси У, производится замена обра­
ботанной правой детали, и затем наоборот.
Рисунок 46 - Применение функции зеркальной обработки в слу­
чае применения многоместных приспособлений
В некоторых устройствах ЧПУ используются служебные функ­
ции выбора квадранта координатной сетки, которые по своему физи­
ческому смыслу являются аналогией функциям зеркальной отработки.
3
У становка и отмена программного ограждения рабо
зоны станка. Ограждение рабочей зоны по физическому смыслу яв­
ляется параметром ограничения, который позволяет избежать столк­
новения механизмов станка (люнетов, шпиндельной бабки, приспо­
соблений, задней бабки, измерительных головок и т.п.) с инструмен­
том при ошибках программиста или оператора. Введенные в УП огра­
ничения на рабочую зону действуют как программные конечные вы
ключатели. Ввод ограничений на рабочую зону, как правило, осуще­
ствляется в первых кадрах УП. Формат кадра УП с установкой ограж­
дения имеет вид
N... G... P.. Q. . X...Z...I...K...
-------- координаты 1-ой и 2-ой точек ог­
раждения;
----------------- тип зоны ограждения (внешняя
или внутренняя);
------------------------номер зоны ограждения.
Точки / и 2 могут лежать на контурах диагонали прямоугольни­
ка, образующего зону программного ограничения (рисунок 47). Для
зоны внутреннего типа разрешена работа только вне зоны, а внешнего
типа - внутри зоны.
Рисунок 47 —Программное ограждение рабочей зоны
4
Упрощение программирования достигается также исполь
ванием в устройствах ЧПУ служебных функций следующего типа:
— поворот системы координат детали;
— переход с декартовой системы координат в полярную и на­
оборот;
— программирование с использованием абсолютной системы
координат ( G90) или относительной ( G91);
— программирование размеров по оси X в расчете на диаметр
или радиус на станках токарной группы;
— задание размерности подачи в мм/мин ( G94) или в мм/об
(G9S);
— установка (G96) или отмена ( G97) постоянной скорости реза­
ния;
— ввод различного рода коррекций (функции группы G40-G49).
112
5.2 Упрощ енное описание контура
При обычном способе программирования размерной информа­
ции в одном кадре УП может быть запрограммировано перемещение
только в пределах одного элемента контура: прямой или дуги окруж­
ности. Упрощенное описание позволяет запрограммировать в одном
кадре перемещение по двум, трем и даже большему количеству со­
пряженных элементов контура. Этот эффект достигается за счет отхо­
да от типового метода программирования размерной информации в
виде задания координат конечной точки перемещения или непосред­
ственно величины этих перемещений. Простейшим способом упро­
щенного описания контура является совмещение в одном кадре УП
информации о размерах линейного элемента контура и сопряженной с
ним фаски под углом 45° или галтели, т.е. дуги окружности размером
в один квадрант. В этом случае формат кадра имеет вид
N X
(или Z ) С...(или Q...)
— радиус галтели;
----------- размер фаски;
величина перемещений в абсолютной систе­
ме координат или в приращениях.
На рисунке 48 приведены примеры упрощенного описания ли­
нейного элемента контура с сопряженной фаской или галтелью. Пра­
вила выбора знака «плюс» или «минус» перед размером фаски или
галтели определяются разработчиком устройства ЧПУ. В одних слу­
чаях они увязываются с направлением движения инструмента по ко­
ординате X при обработке фаски или галтели; в других случаях с на­
правлением движения по запрограммированной координате в кадре
УП.
При обработке элементарного линейного контура вместо ввода
в кадр УП координат конечной точки можно ввести одну из координат
X 2 или Z 2 и угол наклона контура к главной оси Z (рисунок 49,а). В
этом случае расчет значения недостающей координаты берет на себя
соответствующее программное обеспечение устройства ЧПУ. Анало­
гично при обработке контура в виде дуги окружности для расчета од­
ной неизвестной координаты конечной точки можно задать значение
радиуса дуги. В этот же кадр необходимо ввести параметры интерпо­
ляции I а К, определяющие положение ценгра относительно началь-
113
пой точки дуги, направление интерполяции ( G02 или G03) и известное
значение одной координаты конечной точки (рисунок 49,6) [10].
125
Рисунок 48 - Упрощенное программирование обработки фасок
и галтелей
Обработку двух сопряженных линейных контуров можно упро­
щенно описать путем ввода в кадр УП координат конечной точки вто­
рого контура X j , Z j и углов наклона Aj и Д? каждого элементарно­
го контура к главной оси Z. Координаты промежуточной точки X j и
Z 2 определяются самим устройством ЧПУ, как координаты точки пе­
ресечения двух прямых (рисунок 49,в).
114
*Э Уз
г?ипиуг?П-г-
х2? или у2 ?
I
х2? у2?
*зУз
ЛЛХ,У,
Х ,у,
z
N А х2 (ипиУг
О
)
z
*1 У,
О
N. G02 (или G03) I.
J...R ..x 2...(unuy2)
N...A1...A2...x3 . у3...
Ы..Х2...у2 -.Р N...x3 ...у3 .
N.
Н .л 3...у3...
GQ2funuQ03;/,...J,...
N...G02(unuG03) R ..A ..x 3 ...y3...
Ж
Х2
-У з -
3
&Уз- Р
г
хз Уз т>
хзУз
*
1 2/2
X
л
х,у,
или у 2
A \ * J *1 *’
г
У1У1
*гУ1
О
г
О
N. А л г...(ш и у г ...)Р -...
N ..A ..x 2 . (unuy2...)R ..
N ..x 3...y3...
N...x3 ...y3..
N..A1...A2-X3... у3... Р-...
N . A 1..A 2...x3...y 3... R
Рисунок 49 - Упрощенное описание контуров
115
Два элементарных контура, сопряженных фаской, или дугой ок­
ружности упрощенно можно описать двумя кадрами УП. В первый
кадр вводятся координаты промежуточной точки
Z^ и размер
фаски Р или величина радиуса R. Во второй кадр вводятся координаты
конечной точки X j и Z j . Если известна лишь одна координата npd*
межуточной точки
или Z2, то вместо значения второй неизвест­
ной координаты можно ввести угол наклона первого элементарного
контура к главной оси А/ (рисунок 49,г,д). Во всех случаях координа­
ты точек сопряжения линейных контуров с фаской или дугой окруж­
ности и радиус дуги окружности рассчитываются устройством ЧПУ.
При сопряжении линейного контура с дугой окружности или
наоборот дуги окружности с линейным контуром в кадр УП вводятся
координаты конечной точки X j, Z j , угол наклона линейного контура
к главной оси Z и размер радиуса дуги. В данном случае порядок рас­
положения данных в кадре УП строго определен и накладывается ог­
раничение на размер дуги окружности которая должна быть меньше
180° (рисунок 49,е,ж).
При упрощенном описании сопряжения двух дуг окружности в
кадр УП вводятся параметры интерполяции для обеих дуг /у, К \, I 2
и К 2 , подготовительная функция G02 или G03 только для первой ду­
ги окружности (вторая подготовительная функция должна быть про­
тивоположна первой) и координаты X j, Zj конечной точки сопря­
женного контура (рисунок 49,з).
Обработку трех линейных элементов, контура, сопряженного
фасками или дугами окружности, можно упрощенно описать с помо­
щью двух кадров УП. В первый кадр вводятся углы наклона первого и
второго линейных контуров А] и А2 , координаты X j , Z j промежу­
точной точки пересечения второго и третьего контуров и размеры фа­
сок Р] и Р2 или размеры радиусов Rj и /?2 - Во второй кадр вводятся
координаты Х 4 , Z 4 конечной точки сопряженных контуров (рисунок
49,н,о). Координаты четырех точек промежуточных контуров вычис­
ляются устройством ЧПУ. Нетрудно заметить, что упрощенное опи­
сание трехэлементного контура строится на основе комбинации спо­
соба описания двух элементарных контуров в соответствии с рисун­
ком 49,и,к,л,м).
То же самое можно сказать и при описании трех элементарных
контуров, сопрягаемых одновременно и фаской и дугой окружности
(рисунок 49,п,р).
116
В целом упрощенное описание контура приводит к уменьшению
I трудоемкости программирования за счет уменьшения размера УП,
возможного исключения предварительного расчета координат проме­
жуточных точек и ввода размерной информации непосредственно с
I чертежа детали.
5.3 Б е зэ к в и д и с т а н т н о е п р о г р а м м и р о в а н и е
До сих пор при разработке УП рассматривались случаи, когда в
качестве размерной информации использовались непосредственно
размеры контура обрабатываемой детали. Такой вариант имеет место
всегда, когда траектория движения инструмента увязывается с его
вершиной. Однако при определенных методах обработки, как это бы­
ло показано ранее при построении графа обработки, траектория дви­
жения инструмента представляет собой эквидистантный контур, рав­
ноудаленный от реального контура обрабатываемой детали на радиус
фрезы (при обработки концевыми фрезами замкнутых контуров), ра­
диус закругления вершины резца (при обработке точением на токар­
ных станках) и т.п. В этих случаях в качестве размерной информации
необходимо использовать размеры эквидистантного контура, который
не является эквивалентным по отношению к реальному. Отсюда воз­
никает необходимость предварительного расчета эквидистантного
контура, который может оказаться достаточно сложным, что наглядно
представлено на рисунке 22. Кроме того, при программировании эк­
видистантного контура в УП следует предусматривать дополнитель­
ные кадры обхода точек сопряжения.
Упростить программирование в этом случае возможно за счет
применения безэквидистантных методов. В настоящее время следует
выделить два способа безэквидистантного программирования. Первый
способ используется при обработке простых прямоугольных контуров
и реализуется вводом коррекции на радиус фрезы с помощью специ­
альной группы G-функций. Типовой набор таких функций обычно
включает (рисунок 50) [10]:
G45 —увеличение запрограммированного перемещения на вели­
чину, предварительно записанную в память устройства ЧПУ;
G46 - уменьшение запрограммированного перемещения на ту
же величину;
G47 - увеличение запрограммированного перемещения на удво­
енную величину;
G48 - уменьшение запрограммированного перемещения на уд­
военную величину.
117
„„„
ТаК как э™ функции могут использоваться не только при экви­
дистантном программировании, го следует рассмотреть особенности
и х прим енения. Ф ункции данного типа являются не модальными, т.е.
действуют только в кадре ввода. Предварительно записанная в память
устройства ЧПУ величина коррекции также вводится в управляющую
програм м у под адресом D и следующим за ним номером ячейки памя­
ти. П ри однократном вводе величины коррекции под адресом D она
остается неизменной для всех используемых (7-функций рассматри­
ваем ой группы. Вводимая величина коррекции может быть положи­
тельной или отрицательной. Если записанная в память устройства
118
координате X или Y увеличивается на величину коррекции вне зави­
симости от знака запрограммированного перемещения (рисунок
50,а,б, G45). И, наоборот, если величина коррекции является отрица­
тельной, то это приведет к уменьшению фактического перемещения
на величину коррекции вне зависимости от знака запрограммирован­
ного перемещения (рисунок 50,в,г, G45).
Действие функции G46 является противоположным по отноше­
нию к функции G45 (рисунок 50, G46).
Функции G47 и G48 аналогичны по действию функциям G45 и
G46 соответственно, только фактическое перемещение рабочих орга­
нов изменяется на удвоенную величину по отношению к запрограм­
мированному.
При использовании этих функций для безэквидистантного про­
граммирования величина коррекции принимается равной радиусу
фрезы и практически всегда вносится в память устройства с положи­
тельным знаком.
На рисунке 51 приведен пример безэквидистантного програм­
мирования обработки контура концевой фрезой с использованием
рассмотренных G-функций. В приведенном примере в первом кадре
УП введена функция G46 - уменьшение перемещения на величину
радиуса фрезы по координатам X и Y, а также функция D01 - номер
ячейки памяти, куда записано значение радиуса фрезы. При движении
в точку 2 величина перемещения увеличивается на величину 2 Яф, а
при движении в точку 4 - уменьшается на эту же величину. На участ­
ках 2-3 и 4-5 размер эквидистантного элемента контура равен соответ­
ствующему размеру детали и поэтому коррекция не вводится. На уча­
стках движения 11-12 и 13-14 при нулевом значении заданного пере­
мещения (ХО и УО) введена коррекция на уменьшение перемещения
на величину радиуса фрезы относительно положительного направле­
ния перемещений по осям X и Y.
Второй способ безэквидистантного программирования может
быть использован для обработки контуров любой сложности. В этом
случае ввод коррекции на радиус фрезы с помощью G-функций про­
изводится только на первоначальном этапе выхода инструмента на эк­
видистантный контур. Для этой цели обычно используются функции:
G41 —коррекция на радиус фрезы слева по направлению пере­
мещения инструмента;
G42 - коррекция на радиус фрезы справа по направлению пере­
мещения инструмента;
G40 - отмена коррекции.
119
14С
30
со
■
18
0 -
N1 G91 G46 G00X1В Y35 001
N2 G47 G01 ХЗО F120
Л/3 Y30
N4G4BXS0
N5 Y-30
N 6G 4 5X 20
N7 G45 G03 Х40 Y40 J40
N B G 45G 01Y 30
N9 Х-40
N10 Y50
N11G47X-B0
N 12G 46Y 0
N13 646 G02 Х-30 Y-301+30
N 14G 46X 0
N 15G 47Y-90
N16 G00X-18 Y-35
т1
m2
m3
т.4
т.5
т.в
т7
т.В
т .9
т.10
т.11
т.12
т. 13
т.14
т.15
-т.16
Рисунок 51 - Безэквидистантное программирование с использо­
ванием функций G45- G48
При вводе функции
G41 или G42 формируется так называемый
вектор смещения эквидистантного контура по отношению к обра­
баты ваем ом у на величину радиуса фрезы. Вектор смещения является
двухм ер н ы м и при выходе на эквидистанту всегда располагается пер­
пендикулярно к первому обрабатываемому элементу контура (рису­
нок 52). К адр УП с вводом функций, G41, G42 называется кадром
включения смещения. Далее в УП вводится размерная информация
обрабаты ваемого контура, т.е. координаты точек сопряжения отдель­
ных элементов контура или величины перемещений между смежными
точками. Все последую щ ие расчеты, связанные с определением на­
правления и величины вектора смещения в точках сопряжения от­
дельны х элементов контура выполняются самим устройством ЧПУ.
Иначе говоря, устройство ЧПУ берет на себя функции расчета экви120
дистантного контура. Следует подчеркнуть еще одну особенность: все
расчеты эквидистантного контура выполняются не заблаговременно, а
последовательно в процессе отработки УП. Для этой цели всегда про­
изводится считывание одновременно двух кадров УП: отрабатываемо­
го и следующего, который сохраняется в буферной памяти устройства
ЧПУ. На основе информации двух смежных кадров УП и производят­
ся необходимые расчеты элемента эквидистантного контура и вектора
смещения. В последнем кадре производится отмена коррекции функ­
цией G40 или аннулирование вектора смещения.
ЛИ G90 G17 G00G41 0 7 Х42 Y60 F210
т1
Л/5 GOJ V2SB
т.5
N3001 Y180
N3X90.5 Y218
N4 GOd Х102 Y23G 1*18 J20
N6G02X142Y298I40
N7X182 Y25BJ40
N8001 Y236
N9 G03 X193.S У 218122
N10G01 >042 Y180
N11 >042 УОО
N12X176 Y84
N13 Y124
N14 000X142 Y1S8I17
N15X10B Y124J17
N16001 Y84
N17X47 V60
N18 GOO G40 ХО Y0
т.2
m3
т4
т .б
т 7
т.8
т.9
т. 10
m il
т. 12
тЛЗ
т 14
т.15
т. 16
т.1
тО
Рисунок 52 - Безэквидистантное программирование на основе
расчета эквидистанты устройством ЧПУ
121
5.4 Постоянные циклы
В операционных графах обработки деталей различных конст­
руктивных групп всегда можно выделить некоторые типовые траекто­
рии движения инструмента при обработке элементарных поверхно­
стей и даже некоторых сложных контуров. Типовые траектории не
изменяют свою структуру в зависимости от размеров обрабатываемых
поверхностей. В качестве типовых можно назвать траекторию движе­
ния инструмента при сверлении, зенкеровании, расточки отверстий,
движение резца при прорезании канавок, при многопроходном методе
нарезания резьбы и т.п. Такого рода типовые траектории движения
инструмента и положены в основу программной организации посто­
янных циклов. Можно сказать, что постоянный цикл, это жесткая
программа, преимущественно, небольших размеров, предписывающая
строго определенную траекторию движения инструмента без учета
размерных параметров этой траектории, постоянно хранящаяся в па­
мяти устройства ЧПУ и не подлежащая изменению со стороны чело­
века, занимающегося эксплуатацией данного технологического обо­
рудования. Соответствующей размерной информацией постоянный
цикл наделяется при вызове его в управляющей программе. Вызов по­
стоянного цикла в УП может осуществляться с помощью группы
функций G81-G89 или других резервных кодов G-функций, а также с
помощью кодов резервных адресов, например, адреса L. Функции вы­
зова постоянных циклов могут носить модальный характер, т.е. со­
хранять свое действие после их вызова в УП до отмены этого дейст­
вия вводом функции G80 или являться немодальными, т.е. действо­
вать только в течение отработки устройством ЧПУ кадра УП с посто­
янным циклом.
Кадр УП с вводом постоянного цикла имеет, как правило, жест­
кий формат, т.е. количество слов и порядок их расположения в кадре
строго определены.
Так как постоянный цикл реализует некоторый типовой подграф
обработки детали, то при вводе его в УП следует различать вершины
начала и окончания этого подграфа. В вершину начала цикла рабочий
орган должен переместиться при отработке кадра УП, предшествую­
щего кадру с вызовом постоянного цикла. В вершину окончания ра­
бочий орган перемещается после отработки этого цикла.
По своей структуре постоянные циклы делятся на две группы:
однопроходные и многопроходные. На структуру цикла и его назва­
ние преимущественное влияние оказывает технологический фактор —
метод обработки. Поэтому дальнейший анализ применяемого типажа
122
постоянных циклов и их структуры удобнее всего произвести по тех­
нологическому принципу в рамках отдельных групп станков [2].
В станках токарной группы широкое распространение получили
однопроходные циклы под названием наружная, внутренняя и тор­
цовая петля. Эти циклы используются как при черновой, так и при
чистовой обработке элементарных поверхностей (рисунок 53,а,б,в).
Рисунок 53 - Однопроходные циклы обработки деталей на то­
карных станках
Положение вершины начала циклов по одной из координат оп­
ределяется заданным размером обрабатываемой поверхности, а по
другой координате планированием недобега режущего инструмента
на величину 1...2мм. Циклы организованы по следующей структуре:
движение на рабочей подаче из вершины начала цикла на заданную
величину по координате Z или X, отскок на величину до 0,5мм от об­
123
работанной поверхности и возврат на скорости быстрого хода в вер­
шину начала цикла. Формат кадра УП с вызовом цикла имеет вид
N... L... X... (или Z...)
величина перемещения по координа­
те X или Z в абсолютном или от­
носительном значении;
код цикла.
На станках сверлильно-фрезерно-расточной группы большое
распространение получили постоянные циклы обработки отверстий. С
помощью этих циклов можно осуществлять центрование, сверление,
зенкерование, развертывание, расточку отверстий, снятие фасок, зенкование, цекование, нарезание право- и левосторонних резьб и т.п. В
обобщенном виде подграф постоянного цикла обработки отверстия
может включать в себя (рисунок 54):
- позиционирование в исходную вершину по координатам X, У
( 1);
- перемещение на быстром ходу по оси -Z в вершину R начала
обработки (3);
- обрабо тку отверстия на рабочей подаче до вершины Z (4);
- паузу Р в конечной вершине Z обработки отверстия; ориенти­
рованный останов шпинделя по оси С ( OSS) и последующий отвод
расточного резца по координате У в исходной или конечной вершинах
подграфа обработки (2,5);
- возврат рабочего органа на рабочей подаче или скорости бы­
строго хода в вершину начала обработки R (6) или исходную вершину
(7).
О
©
©
_______
©
Рисунок 54 - Обобщенная структура постоянных циклов обра-
ботки отверстий
124
Кадр УП с вызовом постоянного цикла имеет переменный фор­
мат. В наиболее полном виде он может включать в себя следующую
информацию
N... G(81-89\ G... X... Y... Z... R... P... F ... S...
L режимы обра­
ботки;
— пауза;
*— координата Z вершины на­
чала обработки;
— координата конечной вершины
обработки;
----------- координаты исходной вершины
обработки;
-------------------- G-функции других групп;
------------------------------ код цикла.
Формат кадра УП с минимальным информационным обеспече­
нием имеет вид
N...G(91-89) Z...R....
В этом случае при отработке цикла сохраняется действие Gфункций других групп, режимов обработки (F, S) введенных в пред­
шествующие циклу кадры УП.
На рисунке 55 представлены технологические возможности по­
стоянных циклов сверления. Структура этих циклов ограничена прак­
тически двумя вариантами, которые различаются наличием или отсут­
ствием паузы Р после выполнения рабочего хода. Наличие паузы спо­
собствует более полному отводу стружки из обрабатываемого отвер­
стия или более качественной обработки отдельных поверхностей
(торцовых, конических и др.). Сверлильные циклы могут использо­
ваться при центровании отверстий (рисунок 55,в), сверлении, зенкеровании, развертывании отверстий (рисунок 55,а,б,д), зепковании фа­
сок (рисунок 55,г), зенковании углублений под головки винтов (рису­
нок 55,е) и т.п.
Значительно большей структурной вариантностью обладают по­
стоянные циклы расточки (рисунок 56). При черновой расточке ис­
пользуются постоянные циклы, которые по своей структуре анало­
гичны циклам сверления за исключением того, что в вершину начала
обработки инструмент возвращается на рабочей подаче (рисунок
56,а). Для повышения качества обработки торцовой поверхности по­
сле выполнения рабочего хода может использоваться пауза Р при F -0
и вращении шпинделя (рисунок 56,6).
г
L
R
©
х.у
Х.У
Рисунок 55 —Технологические возможности постоянного цикла
сверления
При чистовой расточке сквозных отверстий, после выполнения
рабочего хода предусматривается выключение вращения шпинделя с
последующим возвратом рабочего органа в исходную вершину на
скорости быстрого хода (рисунок 56,в). При обработке ступенчатых
отверстий дополнительно может быть предусмотрена пауза Р перед
выключением вращения шпинделя (рисунок 56,г). Выключение вра­
щения шпинделя после окончания рабочего хода может происходить
126
по команде М00 «БЕЗУСЛОВНЫЙ ОСТАНОВ», которая закладывается
в программное обеспечение цикла (рисунок 5 6 л ).
ш ш т .
R
Z
х.У
Cfi)
6
ш Ж /'////Z z iA
ш м т
® Z
R_____ Iх
У
S пуск
S стдгГ
___ ]*.У
----- S пуск
ш ш т
LS стоп
моо
R S пуск[х,у
р=- — ■
ш ш ш
R_
Рг
S стоп]
с
О
а
е
шшшшм
S пуск
®2
О! - - - 4 ;
R
°|
- - _ 4
S стоп 0SS
o«NN\N>N
Щ Зпуск
-2 Г _ < >
,S стоп
OSS
* 0 ft
S пуск
ж
Рисунок 56 - Вариантность постоянных циклов расточки
127
При использовании первых двух вариантов постоянных циклов
расточки на обработанной поверхности отверстий остается винтовой
след режущей кромки резца при выводе инструмента из отверстия?;
При следующих трех вариантах этот след остается в виде продольной
линии, параллельной оси отверстия. Для исключения этого недостатка
в структуру постоянного цикла расточки включаются элементы ори­
ентированного останова шпинделя в конечной вершине Z после вы­
полнения рабочего хода, сдвиг оси шпинделя по оси -У на величину Q
(1-2мм), сдвиг на ту же величину по координате +Y после возврата ра­
бочего органа в исходную вершину и включение вращения шпинделя
(рисунок 56,е).
Наиболее сложную структуру имеет цикл обратной расточки,
который используется при обработке отверстий с внутренней стороны
стенки детали корпусного типа (рисунок 56,ж). В данном цикле пре­
дусмотрена двукратная остановка вращения шпинделя с ориентацией
его по оси С и последующее смещение оси шпинделя на величину Q
по оси У. Первый раз эта ориентация и смещение производится в ис­
ходной вершине с целью последующего беспрепятственного прохода
инструмента через отверстие, а второй раз - в вершине Z после вы­
полнения рабочего хода и выдержки паузы Р для зачистки торцовой
поверхности, что обеспечивает тот же беспрепятственный выход ин­
струмента уже из обработанного отверстия. Соответственно после пе­
ремещения инструмента в вершину начала обработки R и в исходную
вершину на заключительном этапе выполнения цикла производится
смещение оси шпинделя в противоположном направлении и включе­
ние вращения шпинделя. Следует отметить, что данный цикл реализу­
ет обработку поверхности, применение которой для корпусных дета­
лей считается нетехнологичным.
К однопроходным относятся так же циклы нарезания право- и
левосторонних резьб метчиками и плашками. В структуре этих циклов
предусматривается реверс вращения шпинделя после выполнения ра­
бочего хода, который может производиться без отработки паузы Р при
нарезании резьб в сквозных отверстиях (рисунок 57,6) или с предва­
рительной выдержкой паузы Р при нарезании резьб в глухих отвер­
стиях (рисунок 57,а).
Большим разнообразием по своей структуре отличаются и мно­
гопроходные циклы с учетом обрабатываемых поверхностей, методов
обработки и типа технологического оборудования. На станках токар­
ной группы при обработке элементарных поверхностей и необходи­
мости удаления больших припусков используются продольный и по­
128
перечный многопроходные циклы (рисунок 58). Формат кадра УП с
вызовом таких циклов имеет вид [6]
N... G...X... Z... F... Ш
L,размер
конусной части, которая
может и не быть элементом
контура, а планироваться с
целью облегчения работы ин­
струмента в конце каждого
прохода;
-----глубина резания при одном проходе;
скорость подачи;
размеры X, Z обрабатываемой поверхности в
абсолютном или ЛХ, AZ относительном
выражении;
код цикла.
Рисунок 57 - Постоянный цикл нарезания резьбы метчиком
Циклы могут быть организованы со стружкодолблением, кото­
рое осуществляется прерыванием подачи. Шаг прерывания подачи а
и величина отскока резца в обратном направлении (И вносятся в па­
мять устройства ЧПУ в виде оперативных параметров при наладке
станка. Последний проход считается чистовым, производится без
стружкодолбления, поэтому величина припуска при выполнении дан­
ного прохода должна быть уменьшена. При использовании многопро­
ходных циклов рекомендуется предварительно программировать по-
129
стоянную скорость резания (G96) с целью исключить влияния на нее
уменьшающегося диаметра обработки.
Рисунок 58 - Многопроходные продольный и поперечный цик­
лы токарной обработки
Продольные многопроходные циклы могут быть организованы
и для обработки сложных контуров. При этом могут быть использова­
ны две схемы снятия припуска: продольными проходными при обра­
ботке заготовок из проката и копировальная - в случае штампованных
заготовок. В кадре УП с вызовом цикла осуществляется только про­
граммирование максимального значения глубины резания Р за один
проход в расчете на радиус и значение величины припуска А по кон­
туру детали на последующую чистовую обработку, если таковая пре­
дусматривается технологическим процессом (рисунок 59). А для того,
чтобы устройство ЧПУ получило полное представление об обрабаты­
ваемом контуре детали и с учетом этого могло спланировать длину
каждого прохода и глубину резания на отдельных участках, в после­
дующих кадрах УП приводится описание обрабатываемого контура.
Описание контура детали выполняется только в сторону шпинделя с
исключением локальных углублений (канавок, выточек и т.п.). Опи­
сание контура заканчивается функцией Ml 7. На описание контура на­
кладывается ограничение в виде максимально допустимого количест­
ва слов, что соответственно приводит и к ограничению на сложность
обрабатываемого контура при использовании данного постоянного
цикла.
130
256
N1 F0.6 S2 650 Т1
N2 ХВОЕ 1,
|вершина начала цикла
N3 Z1 В
N4 L08 А1 Р4 • вызов цикла
N5 Х23
N6 Z-2 С2
N 7 2-2 7
N B X 45Z-150
описание контура детали
N9 Z-1B2
N10X50C 2
N 1 1 Z-206
N 12X 60
N 13Z -258M 17
N14 Z-1 Е |вершина начала
N15 Х23 Е I чистовою цикла
N 1 6F 0.15 S 2 ВОО
N17 L10 85 - вызов чистового цикла
N18 М02
Рисунок 59 - Многопроходной цикл обработки сложного контура
Многопроходной цикл с копировальной схемой удаления при­
пуска отличается от рассмотренного только выбором начальной вер­
шины. Пели при обработке заготовок из проката положение начальной
вершины в системе координат станка определяется координатой X,
соответствующей диаметру заготовки и координатой Z - выбираемой
с учетом недобега до торцовой поверхности заготовки на 1...2мм, то
при обработке штампованных заготовок положение начальной вер­
шины определяется соотношением максимальных значений припуска
на линейные и диаметральные элементы контура детали.
131
В технологических процессах обработки деталей на токарных
станках, непосредственно после применения рассмотренных много­
проходных циклов, как правило, используют чистовой цикл, с копи­
ровальной схемой снятия припуска. Вся информационная база такого
цикла уже заложена в многопроходном цикле. Поэтому в кадр с вызо­
вом чистового цикла вводится только информация о номере кадра УП,
с которого начинается описание контура детали (рисунок 59, кадр
№17).
На станках токарной, сверлильно-фрезерно-расточной групп
используется многопроходной цикл глубокого сверления (рисунок
60). С помощью этого цикла реализуется подграф обработки со сле­
дующей структурой: перемещение рабочего органа со скоростью ра­
бочей подачи в направлении оси -Z из исходной вершины на величину
прохода Р, возврат со скоростью быстрого хода в исходную вершину,
перемещение с той же скоростью быстрого хода на величину Р - а ,
перемещение со скоростью подачи на величину Р второго прохода,
выход в исходную вершину и т.д. до достижения заданной глубины
резания. Формат кадра УП с вызовом цикла глубокого сверления име­
ет вид
ттт
N... G... Z...
ни I
Р ...
1— размер по оси Z длины одного прохода;
-------- глубина отверстия; '
---------------код цикла.
а
Рисунок 60 - Постоянный цикл глубокого сверления
132
I]
Параметр а вводится в память устройства ЧПУ при наладке
станка.
Широкими технологическими возможностями обладает много­
проходной цикл прорезания цилиндрических канавок, используемый
на токарных станках (рисунок 61). Формат цикла
N... G... D... X... Z... Р ...
I
ширина резца;
координата Z исходной вершины по­
следней канавки (последнего про­
хода);
диаметр поверхности канавки;
пауза после выполнения рабочего хода;
код цикла.
г
Р.
/э
Р.
H i
X
д
\
L
и
1*
I
I
0 •=
Зк
S
i
- 1
г
и
J
l
а
5,
1
24
U
J
2
4
6
Рп
Рисунок 61 —Постоянный цикл обработки канавок
При нрорезании канавки, ширина которой равна ширине резца
цикл превращается в однопроходной (рисунок 61,а). Если ширина ка­
навки Рк больше ширины резца Р, то обработка канавки производит­
ся в несколько проходов и как правило с перекрыванием с целью ис­
ключить влияние закруглений при вершинах инструмента на чистоту
поверхности канавки. С этой целью программируемая величина ши­
рины резца Р уменьшается в сравнении с фактической на величину
133
радиуса скругления вершины (рисунок 61,6). При обработке группы
канавок с равномерным шагом их расположения, программируемая
ширина резца принимается равной шагу расположения канавок (рису­
нок 61,в). Во всех случаях обработки канавок следует программиро­
вать паузу после выполнения каждого рабочего хода под адресом D.
Постоянный многопроходной цикл нарезания резьбы резцом на
токарных станках обладает достаточно широкой универсальностью. С
помощью его можно нарезать все типы резьб на цилиндрических, ко­
нических, торцовых, наружных и внутренних поверхностях в соответ­
ствии с рисунком 62. При нарезании резьбы на конической поверхно­
сти заданный шаг резьбы выдерживается по координате наибольшей
протяженности. Исходная вершина цикла отстоит на расстоянии 81Омм от поверхности детали по оси X и на расстоянии 2-3 шагов резь­
бы по координате Z. Угол врезания 8 и величина сбега резьбы г вно­
сятся в память устройства ЧПУ при наладке станка. Структура резь­
бонарезного цикла включает: позиционирование на скорости быстро­
го хода из исходной вершины в точку / или точку/' при различных
методах врезания, выполнение первого прохода на оборотной подаче,
равной шагу резьбы; концевой сбег с резьбы; отвод резца от детали;
возврат на скорости быстрого хода в исходную вершину; выполнение
следующего прохода и т.д.
Рисунок 6 2 - Многопроходной цикл нарезания резьбы резцом
134
Формат кадра с циклом резьбонарезания имеет вид
N...G... X... Z... F...ПA... P i ... Р2 ...
■
I»
.
*«
it.
у
I
—глубина резания при первом
проходе;
— глубина резьбы в расчете на радиус;
--------конусность резьбы;
-------------- шаг резьбы;
--------------------координата конечной точки резьбы;
-------------------------- наружный диаметр резьбы;
-------------------------------- код цикла.
В резьбонарезном цикле могут использоваться различные схемы
снятия припуска с учетом качества нарезаемой резьбы и режима на­
гружения резьбового резца.
На основе выполненного анализа постоянных циклов, исполь­
зуемых на станках с устройством ЧПУ различного технологического
назначения, можно сделать следующие выводы:
1 развитие библиотеки постоянных циклов позволяет значи­
тельно сократить время разработки УП, уменьшить ее размер;
2 дальнейшее развитие и совершенствование библиотеки посто­
янных циклов тесно связано с проблемой типизации методов обработ­
ки, т.е. использования типовых схем резания, измерений, подготови­
тельных операций и т.д.
Рассмотренный метод создания постоянных циклов имеет и ряд
недостатков.
1 Невозможность модернизации библиотеки постоянных цик­
лов, т.е. ее совершенствование, расширение в процессе эксплуатации
станка, т.к. постоянные циклы встраиваются в программное обеспече­
ние устройства ЧПУ, к которому не имеет доступа пользователь этих
устройств.
2 Библиотека типовых циклов создается разработчиком на ма­
шинных языках систем ЧПУ, труднодоступных потребителям систем.
3 Создание постоянных циклов, их отладка является трудоем­
ким процессом. Библиотека постоянных циклов является емкой сис­
темой со сложными связями. Расширение библиотеки ограничивается
ресурсами устройства ЧПУ, что ведет к увеличению его стоимости.
5.5 Готовы е формы
В отличие от постоянных циклов математическое обеспечение
готовых форм включает не только типовую траекторию движения инструмента, но и соответствующую размерную информацию об этой
траектории. Областью применения готовых форм могут являться некоторые стандартные элементы контура детали, например, канавки
для выхода шлифовального крута (рисунок 63). Эти канавки имеют
^фактически четыре вида конструктивного исполнения и всего лишь
семь вариантов размерных параметров в зависимости от диаметра
шлифуемой поверхности. Ограниченное число конструктивных ис­
полнений и размеров создают благоприятные условия для разработки
соответствующего математического обеспечения устройства ЧПУ.
В управляющей программе необходимо лишь осуществить привязку готовой формы к обрабатываемому контуру детали, которая за­
ключается, как и в случае постоянных циклов, в выводе рабочего органа в начальную вершину. Вызов готовых форм осуществляется пу­
тем обращения к соответствующей G-функции, или к специально вы­
деленной клавише на панели оператора с символическим изображени­
ем готовой формы.
Рисунок 63 - Виды готовых форм для токарной обработки
136
I
|
!
i
1
5.6 П одпрограммы
Общее и достаточно полное представление о подпрограммах
можно получить на их сравнительном анализе с постоянными цикла­
ми. Подпрограмма, как и постоянный цикл, является обособленной
фрагментальной структурой УП, но если постоянные циклы вводятся
непосредственно в УП при ее разработке, то подпрограммы разраба­
тываются отдельно, а в УП вводятся только кадры с вызовом подпро­
грамм. Постоянный цикл в УП представлен, как правило, одним ка­
дром, а подпрограмма может иметь размер в несколько десятков кад­
ров. Постоянные циклы создаются разработчиками устройств ЧПУ и
входят в его программное обеспечение, а подпрограммы разрабаты­
ваются пользователем устройств ЧПУ. Для разработки постоянных
циклов используются машинные языки программирования, а для соз­
дания подпрограмм тот же язык программирования JSO-7 бит, что и
при разработке УП в целом. Подпрограммы могут храниться в специ­
ально отведенной для них области памяти устройства ЧПУ и объеди­
няться в специальные библиотеки.
Постоянные циклы и подпрограммы строятся на основе типиза­
ции траектории движения режущего инструмента с учетом отдельных
методов обработки. Но если для постоянных циклов характерна типи­
зация траектории движения инструмента на уровне обработки одной
элементарной поверхности или нескольких сопряженных поверхно­
стей, то подпрограмма охватывает типовые траектории обработки
группы поверхностей с учетом и возможно различных методов обра­
ботки. Хорошие условия для создания подпрограмм достигаются
унификацией (нормализацией) обрабатываемых поверхностей по раз­
мерному ряду и методам обработки.
Типовым примером унификации обрабатываемых поверхностей
может служить схема расположения шести крепежных отверстий М8
вокруг оси основного отверстия (рисунок 64). Унифицированные раз­
меры координат расположения отверстий, форма и размеры самого
крепежного отверстия способствуют созданию подпрограммы, кото­
рая в последующем может быть использована при обработке некото­
рой группы деталей с аналогичной схемой расположения обрабаты­
ваемых поверхностей. В рассматриваемом варианте структура под­
программы будет включать в себя:
1 смену инструмента, т.е. установку в шпиндель сверла для за­
центровки отверстий;
2 позиционирование рабочего органа в исходную вершину с ко­
ординатами X, Y, определяющими положение оси первого отверстия;
137
3 зацентровку первого отверстия с использованием постоянного
цикла сверления (G81);
4 позиционирование рабочего органа в исходную вершину для
обработки второго отверстия, повторение постоянного цикла G81 и
т.д. до окончания зацентровки всех отверстий;
5 трехкратное повторение структурных элементов подпрограм­
мы в соответствии с пунктами 1-4 с целью выполнения проходов
сверления отверстий, снятия фаски и нарезания резьбы.
Т21
Рисунок 64 - Вариант организации подпрограммы для обработ­
ки шести отверстий
Примерный размер такой подпрограммы составляет порядка 30
кадров.
С целью придания подпрограммам определенной универсальности используется параметрический способ программирования, при ко­
тором в словах после адреса следует не числовая информация, а про­
нумерованный параметр R.
138
i
Например: N1X-R15 YR25 SR01
N2 Z-R28
N3 Z+R28
N4 X-R3 YR17 и т.д.
Конкретные числовые значения этих параметров могут быть за­
ранее введены в память устройства ЧПУ при наладке станка или эти
значения присваиваются параметрам в кадре ввода, расположенном в
УП непосредственно перед кадром вызова подпрограммы.
При присвоении числовых значений параметрам могут исполь­
зоваться математические операции над параметрами: сложение, вычи­
тание, умножение, деление, извлечение корня, определение тригоно­
метрических функций и т.п.
Например, X120-R01 - числовая часть после адреса X будет оп­
ределена как разность между конкретной величиной 120 и присвоен­
ным значением параметру R01;
ZR01-R05 —числовая часть после адреса Z определяется как
произведение присвоенных значений параметрам R01 и R05;
Z@10R15 - здесь символ @ является признаком операции, циф­
ра 10 кодом операции извлечения квадратного корня; результат из­
влечения квадратного корня из числового значения параметра R15 со­
ставит размерную информацию по адресу Z.
При параметрическом методе разработки подпрограмм могут
быть использованы:
1 безусловные переходы:
N32@00+48 (безусловный переход вперед по тексту подпро­
граммы к кадру N48);
N59@00-16 (безусловный переход назад по тексту подпрограм­
мы к кадру N16);
2 условные переходы:
N64@01-30 R02 R03 (условный переход назад к кадру N30, если
R02=R03);
N40@02+63 R02 R03 (условный переход вперед к кадру N63 при
условии R02>R03).
Возможны и другие операции над переменными. Набор различ­
ных видов операций над переменными создает широкие возможности
для создания универсальных эффективных подпрограмм. Дальнейшее
развитие подобного рода операций привело к созданию так называе­
мого макроязыка пользователя, о чем будет сказано ниже.
Разработанные подпрограммы могут объединяться в локальные
и глобальные библиотеки. Локальная библиотека подпрограмм
предполагает использование их при обработке какой-то одной кон139
кретной детали. Глобальная библиотека объединяет подпрограммы,
которые могут быть использованы при обработке какой-то группы де­
талей.
Вызов подпрограмм осуществляется часто с помощью адреса L
и пятиразрядного целого числа, где первые три разряда определяют
номер подпрограммы, следующие два - число повторений подпро­
граммы. Однократный вызов подпрограммы называется ее вложением
в основную программу. Одну подпрограмму можно вкладывать в дру­
гую, т.е. вызов следующей подпрограммы можно осуществлять из от­
рабатываемой. Общая схема вложения подпрограмм представлена на
рисунке 65. Современные устройства ЧПУ допускают многократное
(до 10) вложений подпрограмм. На рисунке 65 стрелками указана по­
следовательность отработки основной программы и подпрограмм при
многократном их вложении.
Рисунок 65 - Схема вложения подпрограмм
Из приведенного обзора структурного построения подпрограмм,
области их применения, правил вложения можно сделать следующие
выводы:
1 использование подпрограмм снижает трудоемкость разработ­
ки управляющей программы, сокращает время на ее разработку;
2 для создания библиотек с развитой, универсальной структурой
подпрограмм необходим язык более высокого уровня, чем код JSO-7
бит.
140
5.7 Д и ал о го вы е м етоды разработки уп р авляю щ и х програм м
Диалоговые методы разработки УП характеризуются достаточ­
но широким диапазоном сложности соответствующего программно­
математического обеспечения устройств ЧПУ, от простейшего до дос­
таточно мощного. Простейшее программно-математическое обес­
печение создается на уровне выделения отдельного режима или под­
режима работы устройства ЧПУ с функциональными возможностями
разработки УП по образцу или методом обучения. Мощное про­
граммно-математическое обеспечение связано с созданием и посто­
янным хранением в памяти устройства ЧПУ развитой библиотеки
данных по заготовкам, приспособлениям, режущему и вспомогатель­
ному инструменту, режимам обработки и т.п. Кроме того, с устройст­
вом ЧПУ стыкуется специальный графический процессор, позволяю­
щий формировать на экране дисплея различные графические изобра­
жения от обрабатываемого контура до символьно-графического моде­
лирования разработанной УП.
Остановимся на следующих четырех вариантах диалоговых ме­
тодах разработки УП, реализованных в современных устройствах
ЧПУ:
1 разработки УП по образцу или в режиме обучения;
2 разработки УП в режиме «Диалог»* построенному по жестко­
му алгоритму;
3 автоматизированном цикловом методе разработки УП;
4 автоматизированном инструментальном методе разработки
УП.
Первый метод получил распространение на станках токарной
группы и может быть успешно применен при обработке партии дета­
лей с относительно простым контуром. Для реализации этого метода
на панели оператора предусмотрена специальная клавиша «ВВОД по
ОБРАЗЦУ» или включения подрежима обучения. Разработка УП про­
изводится параллельно с обработкой первой (опытной) детали с ис­
пользованием возможностей режимов ручного управления и вводавывода информации. Формирование информационных массивов в
кадрах УП производится комбинированным способом: технологиче­
ская информация с адресами М, S, Т, F вводится путем ее набора и от­
работки в ручном режиме управления устройством ЧПУ, а размерная
информация вводится после перемещения рабочего органа в заданную
вершину с помощью мнеморукоятки или следящего штурвала. Эта
размерная информация после выполненного перемещения рабочего
органа определяется измерительной системой станка и отображается
141
на экране дисплея. Разработку УП в целом с использованием данного
метода можно представить в виде следующей схемы (рисунок 66). В
исходном положении рабочего органа начинается формирование пер­
вого кадра УП с технологической информацией. Для этого в режиме
ручного управления производится последовательный набор адреса S и
требуемой величины скорости вращения шпинделя; адреса F и вели­
чины скорости подачи; адреса Т и кода режущего инструмента и т.д.
После набора данной информации и нажатия на клавишу «ПУСК»
происходит отработка набранной информации: включается вращение
шпинделя, привод подачи, заданный инструмент занимает рабочую
позицию. Далее с использованием мнеморукоятки или следящего
штурвала рабочий орган перемещается в вершину 1. Положение инст­
румента в вершине 1, как и в последующих может быть уточнено ме­
тодом измерения и при необходимости скорректировано. Размерная
информация о положении рабочего органа в системе координат стан­
ка, отображаемая в данный момент на экране дисплея вводится в кадр
УП нажатием на клавишу «ВВОД по ОБРАЗЦУ». В этот же кадр УП
следует ввести адрес скорости быстрого хода. Далее рабочий орган
также в ручном режиме перемещается в вершину 2 и процесс ввода
размерной информации в новый кадр УП повторяется. Последова­
тельное перемещение рабочего органа в следующие вершины графа
обработки и описанный способ ввода размерной и технологической
информации позволяет сформировать отдельный фрагмент УП или в
целом УП, которая в последующем будет использована для обработки
партии деталей данного типоразмера.
Среди разнообразного технологического оборудования с уст­
ройством ЧПУ можно выделить отдельные типы станков, которые
реализуют в процессе их эксплуатации чисто индивидуальное произ­
водство. Представителем такого оборудования часто являются коор­
динатно-расточные станки. Индивидуальный тип производства харак­
терен для ремонтных подразделений отдельных предприятий различ­
ных отраслей народного хозяйства. Индивидуальное производство ха­
рактерно большими потерями рабочего времени на частую переналад­
ку станков и отладку УП, что существенно влияет на показатели эф­
фективности использования дорогостоящего оборудования с устрой­
ством ЧПУ. Одним из вариантов решения этой проблемы является
создание упрощенных методов разработки УП, совмещенных с про­
цессом наладки станка. Таким требованиям отвечает диалоговый ме­
тод разработки УП, построенный по жесткому алгоритму. Разработка
УП с использованием данного метода осуществляется непосредствен­
но после установки заготовки на станок, без какой либо предвари­
142
тельной технологической подготовки. Управляющая программа мо­
жет быть сформирована вся сразу или в последовательности отработ­
ки кадров. Для этого в устройствах ЧПУ предусматривается специ­
альный режим их работы «ДИАЛОГ» с соответствующим программно­
математическим обеспечением и ряд подрежимов в зависимости от
методов обработки: позиционирование, фрезерование и т.д. Одна из
схем такого алгоритма представлена на рисунке 67. Организация диа­
лога между оператором и устройством ЧПУ осуществляется по схеме
вопрос-ответ. На экране дисплея в определенной последовательности
высвечивается вопрос, а оператор вводит необходимый ответ с ис­
пользованием специальных клавиш «ДА » или «НЕТ». По результатам
ответа устройство ЧПУ формирует кадры УП с соответствующими Gфункциями. Технологическая информация с использованием адресов
S, F, М вводится и отрабатывается устройством ЧПУ отдельно, те.
вне этого диалога. Набор размерной информации осуществляется с
помощью цифровых клавиш, а ее ввод в УП с помощью клавиши
«ПС». В процессе разработки УП возможно ее редактирование.
256
Рисунок 66 - Разработка УП по образцу (в режиме обучения)
143
Согласно представленной на рисунке 67 схемы алгоритма текст
УГ1 будет сформирован следующим образом. При положительном от­
вете на первый вопрос, касающегося выбора системы координат в
первый кадр УП будет введена функция G91 (размер в приращениях),
а при отрицательном ответе функция G90 (абсолютный размер). При
положительном ответе на второй вопрос или на третий произойдет
выбор соответствующей функции G41 или G42, определяющих на­
правление выхода инструмента на эквидистантный контур в зависи­
мости от его исходного положения. Далее в зависимости от плани­
руемой траектории выхода на эквидистантный контур линейной или
круговой осуществляется набор размерной информации в соответст­
вии с чертежом детали. В случае выхода по круговой траектории до­
полнительно выбирается направление движения инструмента по часо­
вой или против часовой стрелки с помощью функций GJ2 или GJ3.
При положительном ответе на вопрос «Останов?» в кадр УП вводит­
ся функция G9 - торможение в конце запрограммированного в кадре
движения рабочего органа: при отрицательном ответе движение будет
выполняться без торможения. Окончательное формирование кадра
осуществляется после ответа на вопрос «Конец программы?». При
ответе «ДА» устройство ЧПУ переходит в автоматический режим и
готово к отработке сформированного кадра УП. При ответе «НЕТ»
диалог продолжается с целью формирования последующих кадров
УП. Следующие вопросы касаются только определения траектории
последующих движений режущего инструмента. Процесс диалога за­
цикливается по стрелке два до окончания разработки УП. При оче­
редном положительном ответе на вопрос «Конец программы?» уст­
ройство ЧПУ переходит в автоматический режим и готово к отработке
УП.
Наиболее высоким языковым уровнем располагают устройства
ЧПУ, позволяющие вести диалоговую автоматизированную разработ­
ку УП непосредственно на рабочем месте [8, 3]. Автоматизированный
цикловой метод базируется на идее, что любую управляющую про­
грамму обработки детали можно составить из набора стандартных
технологических решений, на основе которых создается развитая биб­
лиотека стандартных (постоянных) циклов и подпрограмм. При раз­
работке УП необходимо лишь упорядочить применение этих циклов в
соответствии с разработанным технологическим процессом и придать
параметрам циклов конкретные цифровые значения.
144
I----------i
Fq
T1
]—
Hem
~f~
цифр
+ ПС
[ Начальная координата х0 |
Набор цифр
Набор цифр
+ ПС _____ |
Г Начальная координата у0 [
[_ Начальная координата ув |
Набор цифр
Набор цифр + ПС
1 ■—■
1
-------[ Параметр интерполяции
Набор цифр
Набор цифр
+ ПС
+ ПС
+ ПС
[Параметр интерполяции
+ ПС
[Параметр интерполяции
|Параметр интерполяции Ор]
Набор цифр
+ ПС
Набор цифр
~|-
145
+ ПС
OgJ
1___________ I
|~Начальная координата х0 [
Набор цифр
+ПС
| Начальная координата у0 \
[
Набор цифр | ПС
Параметр интерполяции Рг [
|Параметр интерполяции Q0|
j
Набор цифр + ПС
~~|
Рисунок 67 - Структурная схема организации диалога при раз­
работке УП в подрежиме «Фрезерование»
146
Наиболее рациональной областью применения циклового мето­
да следует считать обработку деталей корпусного типа на станках
сверлильно-фрезерно-расточной группы. При изготовлении деталей
корпусного типа основная трудоемкость приходится на обработку
различных типоразмеров отверстий, для которых создана достаточно
развитая система постоянных циклов с учетом формы отверстий и ме­
тодов их обработки. Сценарий разработки УП при цикловом методе
выглядит следующим образом. Оператор вызывает на экран дисплея
главное меню, которое предлагает полный набор методов обработки
отверстий: центрование, сверление, зенкерование, черновую и чисто­
вую расточки, нарезание резьбы и т.п. (рисунок 68).
МЕНЮ ВИДОВ ОБРАБОТКИ
01
02
03
Т 04
„
05
Об
|
07
1..........J
1
1
Рисунок 68 —Меню методов обработки отверстий
В соответствии с технологическим процессом оператор выбира­
ет метод обработки (первый переход) первого отверстия. На экране
дисплея высвечивается эскиз обработки с набором параметров раз­
мерного и технологического характера (рисунок 69). Размерные пара­
метры включают в себя: положение рабочей плоскости В (плоскости
обработки); глубину обработки W, диаметр фаски С, положение плос­
кости возврата I, положение точки начала обработки R, конечной точ­
ки Z. Технологическая информация определяет: код режущего инст147
румента Т, скорость главного движения S, скорость подачи F. Система
управления последовательно запрашивает у оператора конкретнее
числовые значения указанных параметров.
Отверстие
Сверление с отводом
В : рабочая плоскость
W : глубина
С : диаметр фаски
I : плоскость возврата
J: углубление
К : отвод
U : возврат
Т : идентификатор
R : ключевая точка
г : ключевая точка
О : выдержка времени
S : частота вращения
F : подача
ИНСТР.ШЫВОД
\ИНСТР.\ F; S
рис. ВЫВОД
\a b t o m \ a b t o m . файл
КОНЕЦ
ввода
Рисунок 69 —Информационное обеспечение цикла «Сверление»
С помощью вторичного меню производится выбор схемы рас­
положения однотипных отверстий (рисунок 70). Выбранная схема вы­
водится на экран дисплея и производится ввод соответствующей раз­
мерной информации (рисунок 71). В рассмотренной последовательно­
сти осуществляется выбор методов обработки всех отверстий. На за­
ключительном этапе устройство ЧПУ формирует управляющую про­
грамму в целом, которую можно просмотреть на экране дисплея и при
необходимости отредактировать.
Характерной особенностью автоматизированного инструмен­
тального метода разработки УП является наличие в устройстве ЧПУ
специального графического процессора и мощного программно­
математического обеспечения в виде развитой библиотеки подпро­
грамм. Процесс разработки УП с использованием данного метода рас­
смотрим на примере токарного станка с устройством ЧПУ TRAUB
SYSTEMTX-8-D. Разработка УП ведется также в режиме диалога и
включает в себя следующие основные этапы [11].
148
МЕНЮ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ
01
,ф 0 0
о о
л
о
ООО
О
О
■NI
Ф
О
06
O'О
ф
ф ф -ф
ОО
ф
0
«о
о
04 © - Ф - - Ф
01
03- о - в - е к >
-е -о -о -о
02
ф
02
03
04
06
05
07
Рисунок 70 - Схемы расположения отверстий
ПЕРИМЕТР ОКРУЖНОСТИ
В : рабочая плоскость =
х : координата
=
у ■координата
R : радиус
=
А : угол
=
Н : число отверстий =
>в ---------- ------- —
Рисунок 71 - Информационное обеспечение схемы расположе­
ния отверстий
149
1 Формирование контура детали.
С помощью специальной символьной клавиатуры, которая
включает точку, прямые со стрелками направления и окружность,
производится построение контура обрабатываемой детали. При нажа­
тии на одну из этих клавиш на экране дисплея высвечивается соответ­
ствующий элемент контура в так называемом окне ввода (рисунок
72).3десь же высвечиваются буквенные адреса, по которым последо­
вательно вводятся цифровые данные. После параметризации геомет­
рического элемента он переносится в формируемый контур детали.
Рисунок 72 — Поле экрана дисплея в состоянии ввода геометрии
контура
Контур формируется слева в принятой системе координат и выбран­
ном масштабе в зависимости от габаритов детали. При формировании
контура возможен одновременный ввод нескольких типовых элемен­
тов с использованием методов упрощенного описания. В процессе
ввода элементов система автоматически отслеживает непрерывность
контура, выполняет необходимые промежуточные расчеты, обеспечи­
вая необходимые сопряжения. Аналогичным образом вводится гео­
метрический контур заготовки. После ввода обоих контуров на экран
дисплея выводят их изображение с целью проверки. На данном этапе
150
в программу вводят особые технологические требования (припуск на
шлифование, указания на резьбу и др.).
2 Определение методов и схем обработки.
Метод обработки выбирается на основе главного меню, которое
предлагает: методы зажима заготовки, продольную торцовую обра­
ботку, черновую, чистовую обработку, прорезку канавок, сверление,
резьбонарезание, дальнейшие методы, М- и 5-функции, отдельные
функции (рисунок 73).
Гравное меню
Рисунок 73 - Вид главного меню
151
11осле выбора метода обработки, на основе вторичного меню
(рисунок 74) выбирают схему снятия припуска и выполняют его па­
раметризацию (код, исходная точка, глубина резания при выполнении
прохода и т.п.) (рисунок 74, 75).
Рисунок 74 - Схемы удаления припуска при черновой обработке
152
-60
-40
гР - 30,0
zS = 15,5
хР ~
xS =
zF =
xF
|Смощение
’ ачальной
н
[ точки |
Возврат
=
R=
Конечная
точна
вперед I
Сброс
Г "51 СЖИ 1 ^-..l
Рисунок 75 —Программирование черновой обработки
3 Выбор приспособления.
После выбора схем обработки всех элементов контура детали
производится выбор приспособления, уточняется схема базирования и
крепления заготовки (рисунок 76). Выбор приспособления произво­
дится также с помощью меню. Схема приспособления представляется
на экране дисплея графически, после чего уточняется вылет заготовки
с помощью адреса Е.
4 Выбор режущих инструментов.
Выбор режущих инструментов осуществляется автоматически в
соответствии с выбранной схемой обработки. Системой предлагаются
движения подвода и отвода каждого инструмента. При необходимости
оператор их может изменить, уточнить. Если решение принято, то на
экране дисплея высвечивается схема расположения инструмента от­
носительно детали и приводится текст подпрограммы.
5 Режимы обработки.
Режимы обработки могут быть назначены оператором или рас­
считаны автоматически в соответствии с введенными данными: мате-
риал детали, инструмента, вид обработки (черновая, чистовая), схема
обработки и др.
После этого система автоматически формирует УП. Программа
с определенными комментариями может быть выведена на экран дис­
плея.
ЗАЖИМ/ СНАРУЖИ
\
-------
--------------------------------
гг
„Б
Артикул №
А=
С§
В=
D=
Е = 25
Рисунок 76 - Выбор приспособления и схемы базирования
6 Отладка УП.
На этапе отладки уточняется используемый режущий инстру­
мент, происходит формирование команд по загрузке инструментом
револьверной головки. По желанию возможно графическое моделиро­
вание всего процесса обработки детали. При моделировании инстру­
мент перемещается с изменением формы заготовки. При этом высве­
чиваются кадры УП и текущие координаты вершины движущегося
инструмента (рисунок 77).
154
МОДЕЛИРОВАНИЕ
№ 0019
х 25,05
г 000,0
G98 V180 Т1212
GOO zOOO, 0 x 5 2
ОТД. К А Д Р ]
вкп/выкп
КОРРЕКЦИЯ
БЫСТРО/
МЕДЛЕННО
Сброс
Рисунок 77 - Моделирование процесса обработки
Рассмотренные диалоговые методы разработки УП с учетом обI ласти их рационального применения, безусловно, снижают трудоемI кость разработки, способствуют повышению эффективности эксплуа­
тации станков с устройством ЧПУ за счет снижения времени простоев
оборудования, связанного с рассматриваемым видом работ техноло­
гической подготовки производства, переналадкой оборудования и
другими причинами. Последние два автоматизированных метода
! можно рассматривать как переходные к системам автоматизированно[ го программирования с использованием периферийных ЭВМ.
155
5.8 М акроязык пользователя
Как было сказано выше, созданием постоянных циклов занима­
ются разработчики устройств ЧПУ, для чего используются машинные
языки программирования, которые недоступны пользователю. С дру­
гой стороны разработкой подпрограмм занимаются пользователи уст­
ройств ЧПУ, на вооружении которых имеется язык программирования
в виде кода JSO-7 бит с рассмотренными методами повышения языко­
вого уровня УП. Этого явно недостаточно для создания библиотеки
универсальных, эффективных подпрограмм. Для решения этой про­
блемы были созданы специальные языки пользователя, которые полу­
чили обобщенное название макроязыков. Примерами таких языков
могут служить язык «USER MACRO» фирмы FANUC LTD (Япония) и
язык «ТЕХНОЛОГ», разработанный в ЭНИМСе. Отличительной особен­
ностью этих языков является ориентация их не столько на особенно­
сти устройств ЧПУ как ЭВМ (машинные языки), не столько на общие
проблемы программирования (алгоритмические языки АЛГОЛ,
ФОРТАН, ПЛ и др.) и не столько на специфику технологии металло­
обработки (язык JSO-7 бит), сколько на их разумное объединение.
Можно считать, что данные языки являются развитием языка JSO-7
бит за счет внедрения в него дополнительных типовых и специальных
приемов программирования.
С помощью макроязыка пользователя можно манипулировать
параметрами, организовывать условные и безусловные переходы, об­
ращаться к входным цифровым регистрам системы управления с лю­
бой последующей отработкой принимаемых решений, обращаться к
выходным регистрам системы управления, формировать любые поль­
зовательские сообщения на экране дисплея, автоматически обращать­
ся к любым таблицам коррекций с последующим внесением любых
изменений, свободно использовать таймеры.
Одна из версий макроязыка «ТЕХНОЛОГ» имеет следующую
структуру [2].
1 Алфавит языка включает латинские прописные буквы, араб­
ские цифры и ограничители.
2 В качестве ограничителей используются служебные знаки и
служебные слова.
3 К служебным знакам относятся: знаки операций, скобки, раз­
делители и прочие знаки.
4 Знаки операций включают:
- алгебраические знаки (+; х; /);
156
I знаки сравнения: EQ (равно), NE (не равно), GT (боль­
Е (больше или равно), LT(меньше), LE (меньше или равно);
знаки определения переменной DEF (переменная
дел 1 ), NDF (переменная не определена).
шей
1 5 В языке «ТЕХНОЛОГ» используются круглые ( ) и квадратные
[ J J бки.
I >В качестве разделителей используются: #(признак адреса перем! юй), = (знак присвоения), запятая и LF (признак конца кадра).
I ’ К прочим знакам относятся точка и пробел.
I ! Служебные слова включают в себя имена операторов и функ­
ций!
1 1В качестве имен операторов применяются:
1 тОТО - безусловный переход;
F - условный переход;
VHILE- оператор цикла;
Ю - начало итерации;
JND- конец итерации;
IХЕС - оператор обращения к части УП;
1МЕ - выдержка времени;
I LARM- аварийный останов;
I 'ARM
I
'ARMN ^операторы распаковки;
I ARMF
1 ARMB
1 ST - оператор передачи из программы G-функции или G-цикла
в интя претатор;
I 'PR - индикация положения рабочих органов станка на дис­
плее!»
I 0 Используемые имена функций:
I BS - абсолютное значение;
I OUND- отбрасывание десятичной части;
1 2RT
I QRTA
л
v квадратный корень.
1 режде чем перейти к анализу структурного построения под-
nporf (м рассмотрим типы переменных и правила их использования.
I о значению переменные могут быть логическими, целыми (в
диалЯ не -32768 до +32767) и вещественными (в диапазоне от -10
до
).
I
о использованию в подпрограмме переменные делятся на три
rp yn i локальные, глобальные и системные. Локальные перемен-
+1
157
ные соответствуют определенным адресам-аргументам в макроко­
манде и, следовательно, их значения действуют только на период вы­
зова подпрограммы. При следующем вызове их значения могут ме­
няться. Взаимное влияние различных макрокоманд через эти пере­
менные отсутствует.
Глобальные переменные сохраняют свои значения (если они
не будут изменены) в пределах отработки основной управляющей
программы. Значения глобальных переменных могут быть стерты на­
жатием соответствующей клавиши на панели оператора.
Системные переменные соответствуют определенным пара­
метрам станка и устройства ЧПУ; устанавливают связи между Gфункциями и циклами. С помощью этих переменных определяют со­
стояние входных и выходных регистров, значения корректоров инст­
румента, заготовок, номер лампочки аварийной сигнализации, накоп­
ленные результаты работы таймеров.
Рассмотрим правила использования переменных. Переменные
задаются адресом в виде знака # и номера переменной четырехзнач­
ным числом. Например, #30; #1005 и т.д. Возможно задание перемен­
ной в рамках более сложных форм, таких как #[<формула>]. Напри­
мер, #[#100]; #[#1001-1]; #[#500/2] и т.д. Численные значения, сле­
дующие за адресом, можно заменять переменной: F#33; Z-#18; G#200
и т.д. И в этом случае замена возможна на базе более сложной струк­
туры - формулы. Например, X[#40+#18 х 2 ]; Z[#40/10—#1] и т.д.
Переменная, значение которой не определено, квалифицируется
как необъявленная. Свойство такой переменной можно уяснить на
следующих примерах. Пусть #10=NFD - необъявленная переменная,
тогда G90 Х300 Y#1 равносильно G90 Х300. Если #2=#/, то перемен­
ная 2 также будет необъявленной. Если #2=#1х5, то #2=0. Если
#2=#1+#1, то #2=0.
Из приведенных примеров следует, что над переменными мож­
но выполнять различные операции, в том числе операции одномест­
ные, двуместные, комбинированные (многоместные), условные опе­
рации, операции управления.
Примером операции с одним действием служит #30=SQR7\#48].
В одноместных операциях могут также использоваться функции SIM,
COS, TAN, ATAN (arctg), SQRT (квадратный корень), ABS (абсолютное
значение), BIN (преобразование из двоично-десятичного в двоичное
представление), BCD (преобразование из двоичного в двоично­
десятичное представление), ROUND (отбрасывание десятичной час­
ти), FIX (уничтожение дроби, меньшей единицы), FUP (округление
дроби меньшей единицы до единицы).
158
Примерами двуместных операций служат операции вида
1 #40=#15+#3. Другими используемыми функциями здесь могут быть I (вычитание), * (умножение), / (деление), OR (ИЛИ для каждого бита
В переменных), XOR (исключительное ИЛИ).
Пример комбинированной операции выглядит следующим обра; зом: #15=[#2+#8]х#30/#2. Последовательность действий соответст­
вует общепринятой. Допустимая глубина вложения скобок равна чеI тырем.
В операциях типа <условие> используются вышеперечисленные
знаки сравнения: EQ, NE, GT и т.д.
К операциям управления относятся безусловный и условный
переходы, условная итерация (цикл), безусловная итерация.
Структурной единицей подпрограмм на макроязыке пользовате­
ля, также как и основной программы, является кадр. Горизонтальная
структура кадра имеет вид
N<номер кадра> <операторы> LF.
Операторы делятся на технологические, присваивания, передач
; управления, операторы цикла, распаковки, связи с интерпретатором.
Технологические операторы по содержанию подобны кадрам
основной программы и состоят из последовательности слов вида
<буквенный адрес> <константа или адрес переменной>.
N17 G90 GOI XU200 Z17.5 F300 М3 Т12.
Операторы присваивания имеют структуру вида
<адрес переменной>=<выражение>.
N50 U310=250
или N65 #310=[#45+#37].
К операторам передач управления относятся: безусловный и ус­
ловный, обращения к части УП, возврата из программы или подпро­
граммы G-функции или G-цикла, аварийного останова. Оператор без­
условной передачи управления имеет структуру
GOTO<HOMep кадра>.
159
N120 G0T023Q.
Оператор условной передачи управления имеет вид
/Алогическое ныражение> ООТО<номер кадра>.
В операторе могут быть использованы два типа логических вы­
ражений
Л<знак операции сравнения> В
«■операции определения переменной> [С],
где
А - адрес переменной или функция;
В - конструкция вида А или константа;
С - адрес переменной.
Например, #307 GT100 или DEF [#3].
Оператор обращения к части УП имеет структуру: ЕХЕС
/,<номер первого кадра части УП> Q<номер последнего кадра части
УП>.
EXECP210Q250.
С помощью этого оператора будет вызвана отработка части УП
с заданными границами.
Оператор возврата из программы (подпрограммы) G-функции
или G-цикла определяется функцией M l 7.
Оператор аварийного останова: Л£ЛЛА/<номер останова> обес­
печивает аварийный останов отработки программы с выдачей на дис­
плей диагностического сообщения.
Оператор цикла имеет структуру:
WHILE<novmecv.oe выражение> DO
группа кадров
END.
Например,
N170 WHILE [#310 GT100] DO
N180 #204=#853x0m[#210#211#212]+ ABS [#201]
160
N190 #310=^310-100
N200 END.
В соответствии с этим оператором предоставляется возмож­
ность организации в программе циклической отработки группы калров при выполнении заданного условия.
Операторы распаковки
PARMN;
где
РА Ш РА;
PARMFPA;
PARMB Р А,
А - константа или адрес переменной, определяющие номер кад­
ра УП.
Эти операторы применяются для выявления значений локаль­
ных переменных, соответствующих буквенным адресам оператора
технологического типа, содержащегося в данном кадре УП, а при со­
вместном применении с оператором типа IF или WHILE - в заданной
группе кадров УП при сканировании их «вперед» или «назад».
Операторы связи с интерпретатором: INT, TIME, OPR. Операто­
ры типа INT ограничивают передачу из программы G-функции или Gцикла в интерпретатор [программ на языке «ТЕХНОЛОГ»], результатов
расчетов для прямолинейных, круговых и других перемещений рабо­
чих органов станка. Оператор TIME организует выдержку времени, а
OPR - индикацию положения рабочих органов станка на экране дис­
плея.
В языке «ТЕХНОЛОГ» имеются также средства организации про­
грамм циклов как в асинхронном (с определением реального процесса
управления объектом), так и в синхронном (в реальном времени
управления) режимах. Допускается восьмикратное вложение про­
грамм циклов и их подпрограмм друг в друга, а также рекурсивные
обращения программ «к самим себе». Операторы связи с интерпрета­
тором рассчитаны на различное число управляемых координат станка.
Система ЧПУ организует контроль и диагностику ошибок в текстах
программ при их вводе и отработке.
Структура отдельной подпрограммы подчинена следующей
схеме
Р<номер подпрограммы> <последовательность команд
(кадров)> М99.
161
Общее число подпрограмм может достигать 9999.
Существует' несколько способов обращения к подпрограммам с
помощью макрокоманд, включаемых в текст основной УП с исполь­
зованием кода JSO-7 бит. Простой однократный вызов осуществляют
кадром со структурой: G-функции или G-цикла Модальный вызов
подпро!раммы предполагает многократное к ней обращение после
очередного движения в исходном кадре УП. Модальный вызов осуще­
ствляется с помощью функции G66, а отмена вызова функции G67.
Подпрограмму можно вызвать и с помощью специально зарезервиро­
ванной G-функции. Структура кадра УП в этом случае имеет вид
,/У<номер кадра> G<Koa функции> <список значений аргументов>.
Таким образом, применение макроязыков создает возможность
программирования постоянных циклов потребителем, позволяет рас­
ширить функциональные возможности программ, сокращает время на
проектирование программ, сокращает объем УП, упрощает процесс
программирования. Однако с учетом уровня подготовки пользовате­
лей (операторов, технологов, программистов) макроязыки типа
«ТЕХНОЛОГ» могут оказаться им недоступными. Решение этой про­
блемы связано непосредственно с повышением квалификации пользо­
вателей в области машинных языков программирования, общей архи­
тектуры устройств ЧПУ и математического обеспечения геометриче­
ской задачи ЧПУ.
162
6 Интерполяция
В разделе 4 настоящего учебного пособия неоднократно упоми­
нался термин «интерполяция». В подразделе 4.2 (таблица 5) понятие
интерполяции было определено как вид управления, при котором
обеспечивается определенное соотношение между скоростями подачи
в направлении осей координат, в зависимости от траектории движения
инструмента. В подразделе 4.3 было дано определение интерполятора,
как специального вычислительного устройства, выполняющего расче­
ты промежуточных точек между двумя смежными вершинами графа,
и выдающего управляющие импульсы в приводы подач с заданной за­
кономерностью с учетом заданной траектории движения инструмента.
Там же заданная траектория движения инструмента между двумя
смежными вершинами графа обработки была названа интерполируе­
мой.
В данном разделе речь пойдет об интерполяции как отдельной
фазе управления формообразованием в рамках геометрической задачи
ЧПУ [4, 8].
Разработанная управляющая программа вводится в память уст­
ройства ЧПУ. Ввод УП может осуществляться покадровым методом
или полностью. В первом случае каждый последующий кадр УП вво­
дится после отработки устройством ЧПУ, а, следовательно, и станком
предыдущего кадра. Во втором случае вся программа после ввода
размещается в соответствующей области памяти устройства ЧПУ.
При вводе УП с помощью специальных программных средств осуще­
ствляется ее синтаксический контроль и организация хранения.
Процесс интерполяции начинается непосредственно с началом
отработки управляющей программы устройством ЧПУ, т.е. с началом
обработки детали.
При отработке УП устройством ЧПУ каждый кадр в заданной
последовательности занимает буферное положение, где осуществля­
ется его подготовка к интерполяции. В уточненном виде под интер­
поляцией будем понимать вычислительную процедуру устройства
ЧПУ, обеспечивающую переход от укрупненного описания заданного
перемещения к оперативным командам в функции времени для ис­
полнительных приводов подачи.
Укрупненное задание перемещения осуществляется в управ­
ляющей программе, где указываются координаты конечной точки пе­
ремещения или сама величина перемещения по координатным осям.
Переход к оперативным командам в функции времени связан с
тем, что в станках с устройством ЧПУ используются преимуществен163
но шаговые двигатели. Питание шаговых двигателей осуществляется
в дискретной форме. На вход двигателя подают, например, импульсы
тока, на выходе получают вращательное движение вала двигателя,
причем каждому импульсу на входе соответствует строго определен­
ный угол поворота а вала электродвигателя на выходе. Этим опреде­
ляется необходимость фазы интерполяции, и ее сущность, преобразо­
вать укрупненную форму задания перемещений в управляющей про­
грамме в оперативные команды в функции времени для исполнитель­
ных приводов.
Интерполяция осуществляется над целыми числами. Единица
каждого целого числа соответствует наименьшему перемещению или
углу поворота рабочего органа станка, которое может быть прокон­
тролировано в процессе управления измерительной системой. Эту
единицу принято трактовать как дискретность перемещения. Кон­
троль перемещения рабочего органа в направлении каждой коорди­
натной оси станка осуществляется датчиком обратной связи. Поэтому
в физическом смысле дискретность перемещения определяется ценой
деления шкалы этого датчика или его разрешающей способностью.
В идеализированном виде процесс интерполяции может быть
представлен следующим образом. Пусть дискретность перемещения
для некоторого конкретно взятого станка с устройством ЧПУ состав­
ляет 1мкм. Примем так же, что в очередном кадре УП заданная вели­
чина перемещения по координате X составляет 245мм, а по координа­
те Z=- 120мм. С учетом дискретности перемещения 1мкм, величины
перемещений, подготавливаемые для интерполяции, составят
2 X =24500 и J) Z =120000 дискрет соответственно по осям X и Z.
Именно такое количество дискрет должно быть подано в виде управ­
ляющих команд на вход следящих приводов подач с целью отработки
заданного перемещения. Здесь мы фактически приходим к однознач­
ности физического смысла понятий управляющий импульс и дискрет­
ность перемещения.
С учетом заданной в кадре УП скорости подачи можно опреде­
лить время г , за которое должны быть отработаны заданные переме­
щения
х
z
т= — или г = --- ,
Fx
Fz
где
(6.1)
X, Z - величина заданных перемещений рабочего органа в на­
правлении соответствующих осей;
Fx , Fz —скорость подачи в направлении координатных осей.
164
С учетом заданной контурной скорости подачи
Fx —F sin a , Fz = F cosa
(6.2)
Линейная интерполяция могла бы заключатся в равномерной
выдаче за время т 245000 управляющих дискрет в привод подачи по
оси А" и в равномерной выдаче за это же время 120000 управляющих
дискрет в привод подачи по оси Z согласно рисунку 78,а. При этом
управляющие дискреты по координате X должны выдаваться с часто­
той
£ х диск
(Ох ——-------- ,
т мин
,, „
(6.3)
а по координате Z с частотой
I \гдиск
а>2 =—-------- •
г
м ин
.
л
(6.4)
Однако такой способ интерполяции неминуемо приводит к зна­
чительным затратам вычислительной мощности. С целью ее экономии
процесс интерполяции выгоднее построить по следующему способу.
Примем в качестве ведущей координаты ту, по которой заданная ве­
личина перемещения является наибольшей. В рассматриваемом слу­
чае это будет координата X. По ведущей координате примем равно­
мерную выдачу управляющих дискрет в соответствии с рассчитанной
выше частотой сах ~ ^х
/г ■По ведомой координате Z моменты выдачи
управляющих дискрет установим в зависимости от ведущей коорди­
наты, т.е. разрешим их выдачу в моменты времени, совпадающими с
моментами выдачи дискрет по ведущей координате. Это приведет, за
исключением, некоторых частных случаев, к некоторому запаздыва­
нию выдачи управляющих дискрет по ведомой координате Z, что в
свою очередь вызовет некоторое отклонение траектории движения
вершины инструмента от заданной, которое не превысит цены одной
дискреты. Преимуществом же является тот факт, что вычислительный
цикл интерполяции завершается одновременной выдачей управляю­
щих дискрет на приводы подач по всем координатам (рисунок 78,6).
В итоге организация рассматриваемого способа интерполяции
будет построена следующим образом. В результате очередного вы­
числительного цикла, выполняемого с максимально высокой скоро165
стью в машинном масштабе времени, определяются приводы подач, в
которые должны быть выданы управляющие дискреты на текущем
этапе оперативного управления. Результаты расчета сохраняют в бу­
фере, который опрашивают с частотой, установленной выше для ве­
дущей координаты с учетом скорости подачи. С этой же частотой и
осуществляется выдача управляющих дискрет. Таким образом, расче­
ты, выполняемые в машинном масштабе времени, увязываются с ре­
альным масштабом, исходя из технологических заданий: величины
перемещений и скорости.
х
х
х
Рисунок 78 —Линейная
интерполяция
Рисунок 79 - Круговая
интерполяция
Другой способ интерполяции может быть осуществлен на по­
стоянной несущей частоте. В этом случае, с наперед заданной часто­
166
той и для каждой координаты в отдельности, рассчитывают число
управляющих дискрет, которые должны быть отработаны с учетом
скорости подачи и величины перемещений (рисунок 78,в). Эти пачки
управляющих дискрет и выдаются в приводы подач за период
1
(0Н
Результаты расчетов пачки дискрет практически всегда будут
дробными. Дробная часть дискреты при управлении физического
смысла не имеет. Поэтому пачки дискрет округляют до целых чисел с
сохранением дробных остатков, их накоплением и учетом в после­
дующих периодах. Игнорирование дробного остатка приведет к нако­
плению ошибок и отклонению от заданной траектории. Округление
дискрет приводит к неравномерной картине их выдачи от периода к
периоду (рисунок 78,в).
Принципиально ничего не меняется и при линейной интерполя­
ции для большего числа координат.
При круговой интерполяции частота выдачи управляющих дис­
крет отличается существенной неравномерностью (рисунок 79). Если
ограничится одним квадрантом круговой интерполяции, то в опреде­
ленный момент времени, соответствующий положению рабочего ор­
гана в точке с а =45°, происходит смена ведущей координаты, в пер­
вой половине квадранта ведущей является координата X, а во второй координата Z. Соответственно, в начальный момент времени, частота
выдачи сигналов в привод координаты X является значительно боль­
ше, чем в привод координаты Z. В конце отработки кадра УП картина
выдачи дискрет изменится зеркально (рисунок 79,6). Круговая интер­
поляция на постоянной несущей частоте представлена на рисунке
79,в. Объемы пачек управляющих дискрет, определяемые интерполя­
ционными расчетами для отдельных приводов могут значительно раз­
ниться.
Заданная траектория перемещения рабочего органа станка мо­
жет быть представлена в виде линии (при линейной интерполяции) на
квадратной решетке со стороной квадрата равной дискрете перемеще­
ния (рисунок 80). Интерполяция, в реальном отображении, определит
также узлы решетки и такие связи между узлами, которые дадут наи­
большее приближение к заданной траектории (рисунок 80,а). При
этом любая пара соседних узлов будет принадлежать одному квадрату
решетки.
167
Рисунок 80 —Интерпретация траектории движения в дискретной
решетке
Интерполяция на постоянной несущей частоте определяет узлы
решетки, не принадлежащие одному квадрату, расстояние между ко­
торыми может быть пройдено за период постоянной частоты (рисунок
80,6). Пачки управляющих дискрет, подготовленные к выдаче в при­
воды подачи для отработки в предстоящем периоде, образуют катеты
прямоугольного треугольника, а результирующее движение рабочего
органа будет происходить по гипотенузе. Аналогично можно предста­
вить и траекторию круговой интерполяции.
Из сказанного, в отношении линейной и круговой интерполя­
ции, можно сделать следующий вывод. Интерполяционный процесс
—есть совокупность непрерывно повторяющихся (до полной отработ­
ки всей информации кадра УП) вычислительных циклов, которые за­
вершаются определением комбинации выдаваемых в приводы подач
управляющих дискрет, или выдаваемых в приводы пачек управляю­
щих дискрет.
Однако, наши представления о процессе интерполяции были бы
неполными без рассмотрения алгоритмов интерполяции. Вид алго168
ритма интерполяции зависит от характера подготовки данных, выпол­
няется циклически и требует больших затрат вычислительной мощно­
сти. В связи с этим, разработке алгоритмов интерполяции традицион­
но уделяли большое внимание. В настоящее время существует не­
сколько методов интерполяции, десятки их версий и вариантов. Наи­
большую известность получили методы: оценочной функции, цифро­
вых дифференциальных анализаторов, прогноза и коррекции, таблич­
но-аналитический .
В основе метода оценочной функции лежит моделирование ал­
гебраического уравнения интерполируемой кривой. Сущность метода
оценочной функции заключается в том, что точки интерполируемой
кривой определяются в виде последовательности шагов по заранее за­
данным направлениям, причем переход от точки к точке (выбор на­
правления, а иногда и величины шага) определяются знаком оценоч­
ной функции. В качестве оценочной функции F используется левая
часть заданного в неявном виде уравнения интерполируемой кривой.
Так, если для интерполяции прямой, окружности, параболы исполь­
зуются уравнения вида
0 = Ax-By\
0 = x2 +y 2 - R 2 ;
0 = х2 - Р у ,
(6.5)
то оценочные функции соответственно примут вид
F = Ах- By;
F = x2 + y 2 +R2 ;
F = x2 - P y ,
(6.6)
А, В, R, Р - параметры соответствующих кривых.
С формальной точки зрения, при определении оценочной функ­
ции, вместо нуля в левой части уравнений интерполируемых кривых,
подставляется символ функции F.
Пусть, интерполяции подлежит некоторая кривая, описываемая
в общем случае уравнением (рисунок 81)
где
y-f(x)=0.
Тогда оценочная функция примет вид
F-y-fix).
169
(6.7)
1
х
2
(х0>Уо) (хо+1>Уо)
F=0
F<0
Рисунок 81
Правило выбора направлений отдельных шагов
движения по методу оценочной функции
Для оценочной функции общего вида справедливы следующие
утверждения:
F = 0, если точка фактически воспроизводимой траектории на­
ходится на заданной кривой;
F >0, если точка фактически воспроизводимой траектории на­
ходится выше заданной кривой;
F <0 , если точка фактически воспроизводимой траектории на­
ходится ниже заданной кривой.
На рисунке 81 наглядно представлено правило выбора направ­
ления очередного шага интерполяции в зависимости от знака оценоч­
ной функции. Так, в точке 1 значение оценочной функции F = 0 и
очередной шаг выполняется по оси X (т.е. управляющая дискрета вы­
дается в привод подачи по оси X). В точке 2 значение F <0, следова­
тельно, новый шаг выполняется по оси У и т.д. Таким образом, отра­
батываемая траектория будет приближена к реальной кривой, при
этом погрешность не будет превышать одной дискреты. Упрощенный
алгоритм интерполяции по методу оценочной функции представлен
на рисунке 82.
170
Начало
Н —
f
Х /=Х 0
У/~Уо
F,=0
Рисунок 82 - Алгоритм интерполяции по методу оценочной
функции
Заслуживает внимания способ вычисления оценочной функции
и определение ее знака. В первую очередь необходимо отметить, что
все вычисления ведутся в целых числах - единицах дискрет. При ли­
нейной интерполяции оценочную функцию можно представить в виде
F = у(Х - х/у ,
где
(6.8)
y i, х/ - координаты текущей точки прямой линии;
х, у —кадровые приращения по осям X, Y.
Пусть сделан шаг в одну дискрету по оси X. Тогда
Fi+1 = У1Х~(Х1 t t y - (У1Х~Х1у ) ~ У s F i - у .
(6.9)
Если шаг выполнен по оси Y, то
^>/ = (у/ +1)* ~ Х1У ~ (>'ix ~ЧУ)+ х ~ Fj +х .
171
(6.10)
Таким образом, вычисление нового значения оценочной функ­
ции производится с сохранением предыдущего. По аналогичному
принципу осуществляются вычисления и для других интерполируе­
мых кривых.
Основными достоинствами метода шаговой оценочной функции
являются:
- отсутствие накопленной погрешности за счет применения це­
лочисленных расчетов (отсутствие дробных значений дискрет);
- величина погрешности интерполяции не превышает одной
дискреты;
- простота алгоритма интерполяции.
К недостаткам метода шаговой оценочной функции следует от­
нести то, что
- в рассмотренном виде этот метод приводит к изменению кон­
турной скорости подачи в V2 и
раз для плоской и пространствен­
ной обработки соответственно. Поэтому для поддержания заданной
скорости необходимо использовать более сложные алгоритмы;
- использование фиксированного цикла с расчетом одного шага
интерполяции в одну дискрету требует высокого быстродействия вы­
числителя или накладывает ограничения на скоростные характеристи­
ки привода за счет уменьшения частоты фиксированных циклов. По­
этому метод оценочной функции в рассмотренном частном виде мож­
но использовать лишь при аппаратной структуре реализации интерпо­
лятора (например, на основе специальной БИС). Уменьшение значи­
мости этого недостатка можно достичь при использовании модифи­
цированного алгоритма оценочной функции,-разработанного на по­
стоянной несущей частоте.
Рассмотрим процесс интерполяции прямолинейного участка, за­
данного кадровыми приращениями X, Y, а также временем Т отработ­
ки кадра. Для системы, работающей на постоянной несущей частоте,
межтактовые приращения Axj ; Ayj в некотором г-ом периоде, время Т
отработки кадра и период г постоянной несущей частоты связаны
следующими зависимостями
Ах{Г - хх = 0,
Ау { Г - у т- 0 .
(6.11)
Суммирование межтактовых приращений позволяет перейти к
следующим формулам
172
ZAxf - i y = 0; ГЛУ1- 1 ^ = 0 ,
(6.12)
где JIAxi и £4Vi - суммарные перемещения, воспроизводящие тра­
екторию точки по координатам X, У от начала
кадра к началу /-го периода постоянной несу­
щей частоты.
Если правые (нулевые) части этих уравнений обозначить через
Nj и M-j соответственно, то получим систему оценочных функций
(6ЛЗ)
N ^ Z A X '-iy ;
хт
Г
ух
Г
Заменив — = Ах и — = 4у получим
N/ =£АХ' - iAx ;
= £ Ayt - Щ ,
(6.14)
А5с и Лу - по своему смыслу являются средними межтактовыми
приращениями по соответствующим координатам.
Значения Ах и J y могут быть определены в блоке внецикловых
расчетов. С учетом найденных значений Ах и Aty формулы (6.14)
оценочных функций примут вид
где
Nj = Z A x j - i5 ;
= £ Ayt - /5,75 .
(6 . 15)
Управляющие сигналы, соответствующие рассчитанным по
формулам (6.15) числу дискрет, будут поступать к исполнительным
приводам в параллельном коде с частотой 100Гц. Таким образом, ша­
говые алгоритмы оценочной функции, которые оказались малопри­
годными из за недостаточного быстродействия микроЭВМ и микро­
процессоров, являющихся основой современных УЧПУ, модифици­
руются в данном случае в кодовые методы оценочных функций. На
рисунке 83 представлена схема расчета внутри межтактового цикла на
основе соответствующего алгоритма. Все методы кодовой оценочной
функции основаны на интерполяции с шагом Н, уменьшающимся от
начальной величины H q = 2п до Нп = 1 в геометрической прогрессии
173
со знаменателем 2. Это позволяет при интерполяции обойтись без
операций умножения и деления. Последовательность точек при ин­
терполяции 1-4, 3, 5, б, 5, 8, 10. Начальное значение шага выбирается
из условия
Н0 =2п <Axt<2n+1.
(6.16)
Рисунок 83 - Последовательность внутрициклового расчета при
линейной интерполяции по методу кодовой оце­
ночной функции
Методы кодовой оценочной функции, сохраняя преимущества
шаговых методов в части целочисленности и точности вычислений,
уступают им в простоте построений, что особенно заметно при нали­
чии системы оценочных функций. Кроме того, кодовые алгоритмы
оценочных функций не решают задач прямых и обратных тригоно­
метрических преобразований.
Метод кодовой оценочной функции относится к большой груп­
пе итерационных методов «цифра за цифрой». Различные версии ме­
тода оценочных функций различаются вычислительными операциями,
структурой интерполятора.
При интерполяции по методу цифровых дифференциальных
анализаторов (ПДА) моделируется дифференциальное уравнение
воспроизводимой кривой. В основе метода лежит интегрирование
174
дифференциальных уравнений, описывающих траекторию движения.
При аппаратной реализации интегрирование производилось на специ­
альных элементах - цифровых интеграторах. Устройства, содержащие
эти элементы, получили название цифровых дифференциальных
анализаторов, что в рассматриваемом случае и определило название
этого метода. При программной реализации в микропроцессорной
технике дифференциальные уравнения решаются различными мето­
дами численного интегрирования, поэтому правильно было бы на­
звать их методами численного решения дифференциальных уравне­
ний, однако по традиции они называются методами ЦДЛ.
Общий метод построения дифференциальных уравнений, для
которых заданные кривые являются решением, описан B.C. Кулебякиным и назван методом К (D) - преобразования. Для простейших
траекторий (прямой, окружности) отыскание дифференциальных
уравнений может быть осуществлено прямым путем.
Алгебраическое уравнение прямой линии
(6.17)
где
х, у - кадровые приращения.
Продифференцировав уравнение по X, получим дифференци­
альное уравнение прямой линии
dy _ у
dx
х
(6.18)
После перехода к параметрическим дифференциальным уравне­
ниям, получим
Л
где параметр to = —, причем Т - полное время отработки кадра.
Приведем систему параметрических уравнений к виду
(6.19)
dy
I
dt
x
.
dx
1 .
dt
T
— * Ay, — = - -dx
где
(6.20)
r - период постоянной частоты;
Ax, Ay - средние менпактовые приращения по соответствую­
щим координатам, имеющие целые и дробные части,
подсчитанные с высокой точностью.
11роинтегрируем обе части параметрических уравнений
/1
у =—\Aydt;
х0
it
х =—\Axdt.
т0
(6.21)
Наибольшее распространение получили методы интерполяции,
в которых для численного интегрирования используется метод Эйле­
ра, основанный на разложении функции в ряд Тейлора
У1 = ТАу; хi -Y.Ax.
i
(6.22)
i
В практической реализации старшие (второй и выше) члены ря­
да обычно отбрасываются, поэтому точность метода зависит от ошиб­
ки усечения.
Многочисленные версии метода цифровых дифференциальных
анализаторов направлены на уменьшение ошибки интерполяции за
счет модификации метода Эйлера: с использованием уточненного ме­
тода Эйлера, с использованием методов численного интегрирования с
двукратным, трехкратным интегрированием и т.д. Эти методы интер­
поляции нашли применение в устройствах ЧПУ «Электроника НЦ31», «Электроника МС 2101.01», «Электроника НЦ 80-31», 2С85,
2С42-65 и др.
Метод прогноза и коррекции состоит из двух этапов: на пер­
вом этапе производится грубая оценка (прогноз) координат следую­
щей точки интерполяции, а на втором этапе - координаты корректи­
руются с целью повышения точности и исключения накопления оши­
бок. В этом случае задача построения алгоритма интерполяции сво­
дится к выбору метода прогноза и метода коррекции координат каж­
дой последующей точки контура.
На этапе прогноза часто используется следующая популярная
модификация ПДА (рисунок 81)
176
fI
xi+1 = xt - А&УГ, y i+]= y i - A p x j .
(6.23)
Формула для xj+] получена следующим образом
I
Ахи , = R (cos <Pj - c o s <pl+, ) = 2R
иА
у
^ F ' ~
»
Щ —
JC.+7 = X/ - Лх/+/ = x, -
.
A(py\;
(6.24)
Аналогичным образом можно получить и формулу для у/+/.
Идея алгоритма представлена на рисунке 84. Если точка
I i(xi>Уi) принадлежит дуге окружности радиусом Л, то точка
I l+/(xi+l- Уг+l) находится вне круга радиусом R, поскольку первый
I сближенный этап интерполяции осуществляется вдоль касательной
Кточке А/,. На втором этапе производится линейная интерполяция
I иничными шагами по направлению к центру О окружности вдоль
>ямой Mi+) - О . Интерполяция заканчивается при изменении знака
■деночной функции ^круг» начальное значение которой в точке Mj+j
I
I ютавляет
^круг = xi+l + УМ ~ R2■
(6 25)
Рисунок 84 - Интерполяция по методу прогноза и коррекции
177
Линейная интерполяция вдоль прямой М1Л.\0 производится с
использованием оценочной функции
Рпш = УМ Х~ Х1+1У >
(6.26)
х, у - координаты текущей точки траектории линейной интерпо­
ляции.
В процессе линейной интерполяции на каждом шаге по оси X
(этот шаг производится при Fnm <0) выполняются следующие опе­
рации
где
Fкруг —^круг ~
+1,
Fjiuh = ^лии Yi+1»
х = х —1.
(6.27)
Аналогично на каждом шаге по оси Y (этот шаг производится
при FnUH>0) выполняются следующие операций
Fкруг = FKPye ~2У + 1\
У = У~1- (6-27)
Изменение знака функции FKpyZ говорит о том, что точка ин­
терполируемой траектории вошла в круг радиусом R с отклонением,
не превышающим одну дискрету.
Многие методы интерполяции требуют вычисления тригоно­
метрических и обратных тригонометрических функций. Способы их
вычисления, основанные на представлении функций системными ря­
дами, целыми дробями, многочленными или дробно-рациональными
выражениями, а также итерационные способы требуют больших за­
трат вычислительной мощности. В этом случае несомненными пре­
имуществами обладают таблично-аналитические методы. Таблично­
аналитический метод вычисления функции <р предусматривает:
1 представление аргумента х функции <р в виде двух слагаемых
Х = х +ё ,
где
X—точное значение аргумента;
х - ближайшее меньшее табличное значение аргумента;
S - разность между точным и табличным значениями аргумен­
та;
2 нахождение функции (р\х) по таблице;
178
3 вычисление функции <р{Х) по аналитической зависимости
между 0?(х) и 8 .
Для определения указанной аналитической зависимости функ­
цию
представляют степенным рядом, который затем разлагают
на две группы. Первая группа членов ряда соответствует <р{х), а вто­
рая представляет собой аналитическое выражение дополнения от (р\х)
до <р{Х). Дополнение аппроксимируют с учетом малой величины 8 ,
требуемой точности вычисления и удобства представления в системе
команд вычислителя.
В качестве примера, ниже приводятся две функции, которые
удобно и целесообразно реализовывать таблично-аналитическим ме­
тодом
sin X = sin xcos 8 +sin 8 cos x » sin л: +8 cos x ;
cos X = cos x cos 8 +sin 8 sin x « cos x +8 sin x.
С помощью таблично-аналитического метода достаточно просто
интерполировать сложные контуры, которые не удается представить
совокупностью отрезков прямых и окружностей.
Таким образом, многообразие алгоритмов интерполяции связано
с поиском компромисса между требуемой высокой точностью и ми­
нимизацией времени интерполяционного цикла.
179
7 Управление следящими приводами подач
Отработка управляющих дискрет следящими приводами подачи
является заключительным этапом решения геометрической задачи
ЧПУ в формообразующей системе координат станка. Прежде чем пе­
рейти непосредственно к структурным схемам управления следящими
приводами, остановимся на основных характеристиках привода и его
главных элементах: двигателях и датчиках обратной связи.
Основными требованиями, предъявляемыми к современным
приводам подач являются:
1 высокий диапазон бесступенчатого регулирования скоростей
рабочих подач (до 10000 и более);
2 высокая скорость ускоренных перемещений, превышающих
15м/мин;
3 создание необходимой тяговой силы при прямом соединении
двигателя через муфту с тяговым устройством в виде шариковой вин­
товой передачи;
4 быстродействие, при котором динамические показатели при­
вода и его жесткость должны обеспечить ускорение (0,5...0,8)g;
5 точность позиционирования, которая должна быть обеспечена
в пределах одной дискреты управления при ее размерности 1мкм;
6 высокая надежность привода и упрощение его обслуживания.
Одним из достоинств устройств ЧПУ явилось то, что они позво­
лили заменить сложные многоступенчатые кинематические связи в
приводах подач на электронные связи и дали толчок к развитию раз­
личных типов двигателей, датчиков обратной связи и др. элементов
привода.
В приводах подач станков с устройством ЧПУ нашли примене­
ние следующие виды двигателей.
1
Электрический шаговый двигатель [3]. Такой двигате
получил широкое применение в приводах подач, и представляет собой
синхронную машину с сосредоточенными обмотками и реактивным
ротором. Шаговые двигатели типа ШД4, ШД5 строят по трехфазной
схеме. На рисунке 85,6 показан полюс статора и часть ротора. При
включении электромагнита ротор установится в положение, при кото­
ром сопротивление магнитопровода будет минимальным. Это поло­
жение обозначено на рисунке 85,6 штриховыми линиями (выступы
ротора и выступы сердечника электромагнита совпадают). Если под
действием внешней силы отклонить ротор от положения равновесия,
то при включенном электромагните это положение сейчас-же восста­
новится. Принцип работы такого двигателя следующий. Статор 1 (ри180
сунок 85,а) имеет три пары полюсов и обмоток (/-///). Ротор 2 также
разделен на три секции, но каждая из них смещена по окружности от­
носительно смежной на 1/3 межполюсного расстояния. Таким обра­
зом, если полюса первой секции ротора совмещены с полюсами ста­
тора, то полюса второй секции смещены относительно полюсов ста­
тора на 1/3, а полюса третьей секции - на 2/3 межполюсного расстоя­
ния. Если в обмотке первой фазы (/) статора подать постоянный ток
при отсутствии тока в других обмотках, то ротор двигателя устано­
вится в положение / (рисунок 85,в), при котором полюс ротора первой
секции совпадает с полюсом статора. Если затем выключить ток в
первой фазе и одновременно включить ток во второй фазе, то ротор
повернется на 1/3 шага и займет положение II в соответствии с рисун­
ком 85,в. При последовательной подаче тока в обмотки /, II, III. / II,
III,... ротор получит вращение по часовой стрелке. Если изменить по­
следовательность подачи тока на обмотки I, III, II. I, III, II,..., то ротор
будет вращаться против часовой стрелки.
Рисунок 85 - Шаговый двигатель
Величина шага поворота зависит от числа выступов ротора г и
числа обмоток к
360
а = -- .
zk
По данным рисунка 85
360
о
а = --- = 10 .
123
Суммарный угол поворота ротора зависит от числа импульсов
тока, поданных на вход. Скорость поворота ротора будет определять­
ся частотой следования импульсов. Шаговые двигатели выпускают с
шагом (в градусах) на валу: 1; 1,5; 3; 4; 5; 9; 15; 18; 22,5; 36. Для уве­
личения мощности двигателя увеличивают количество зубьев, с кото­
рыми взаимодействует каждый полюс, увеличивают число параллель­
но действующих полюсов (например, в трехфазном двигателе исполь­
зуют шесть полюсов, при этом импульсы поступают одновременно на
два полюса) или увеличивают число статоров. На рисунке 85 трехста­
торный двигатель, который имеет три однотипных отдельных статора
и три ротора. Роторы насажены на один вал, имеют одинаковое число
зубьев, но зубья роторов смещены относительно друг друга на 1/3 по­
люсного деления. Шаговые двигатели с большой частотой импульсов
тока обеспечивают скорость подачи до 5... Юм/мин.
2
Электрогндравлический шаговый привод [3]. Привод это
типа конструктивно состоит из трех частей: шагового электродвигате­
ля небольшой мощности (IIIД), гидроусилителя (ГУ) и следящего уст­
ройства (СУ). Крутящий момент привода увеличивается за счет ис­
пользования энергии масляного потока от гидростанции (рисунок 86).
Гидроусилитель представляет собой аксиально-поршневой гид­
ромотор со следящим управлением. Он обеспечивает увеличение кру­
тящего момента, развиваемого шаговым электродвигателем. В роторе
3 гидромотора расположены поршни 2, которые могут перемещаться в
осевом направлении. Под давлением масла, поступающего в двига­
тель через полукольцевой паз Р1 распределителя 4, поршни 2 упира­
ются в кольцо 1 упорного шарикового подшипника. Кольцо подшип­
ника расположено наклонно и поршни, скользя по наклонной поверх­
ности подшипника, заставляют ротор поворачиваться в направлении,
указанном стрелкой. Приток масла к поршням прекращается при их
крайнем переднем (осевом) положении, когда отверстие ротора попа182
дает на перемычку распределителя. Слив масла из под каждого порш­
ня происходит при дальнейшем повороте ротора через полукольцевой
паз Р2. Таким образом, каждый поршень за половину оборота ротора
совершает рабочий ход, а за другую половину —обратный (холостой)
ход. Изменение направления вращения ротора осуществляется изме­
нением подачи масла через паз Р2, а из паза Р1 масло направляется на
слив.
5
6
7
Рисунок 86 - Гидроусилитель крутящего момента
Управление потоком масла обеспечивается следящим устройст­
вом, управляемым от шагового электродвигателя. Следящее устройст­
во конструктивно выполнено в виде плунжера 6 с кольцевыми канав­
ками К1 и К2 и продольными пазами П1 и П2. Сам плунжер следяще­
го устройства соединен с валом шагового электродвигателя, а втулка
плунжера 5 соединена с валом гидроусилителя. Корпус 7 следящего
устройства, в котором размещена втулка 5 имеет кольцевую канавку
В2, к которой подводится масло под давлением через канал Д, канавку
ВЗ, служащую для отвода масла на слив (канал С) и две канавки В1 и
В4, соединенные каналами с полостями распределителя 4. В положе­
нии, показанном на рисунке 86, плунжер 6 перекрывает доступ масла
183
к гидроусилителю и он не работает. Но при повороте плунжера на
очень небольшой угол масло от гидронасоса по каналу Д, кольцевой
канавке корпуса следящего устройства и отверстию 01 втулки 5 по­
падает в паз П 1 плунжера и далее через канавки К1, В 1 и распредели­
тель 4 в ротор гидроусилителя, поворачивая его в том же направле­
нии, что и плунжер. Если поворачивать плунжер с помощью шагового
двигателя непрерывно, то одновременно (догоняя его) будет вращать­
ся и ротор гидроусилителя, а вместе с ним и ходовой винт привода
подач. Слив масла будет происходить через кольцевую канавку В4,
паз П2 плунжера, отверстие 02 втулки 5, канавку ВЗ и канал С. При
остановке шагового электродвигателя плунжер перекрывает отверстие
втулки и доступ масла к гидроусилителю прекращается. При реверси­
ровании вращения шагового электродвигателя, направление потока
масла в следящем устройстве изменяется на противоположное.
3
Следящий электропривод. Стремление к снижению пот
мощности и нагрева, повышению КПД привода, увеличению надеж­
ности и упрощению обслуживания привело к замене электрогидравлических приводов подач электрическими. Основное применение по­
лучает следящий привод с высокомоментным двигателем постоянного
тока, имеющим возбуждение от высокоэнергетических магнитов,
обеспечивающих 10... 15 кратные пиковые моменты без размагничи­
вания. Высокомоментный двигатель соединяется непосредственно с
тяговым устройством в виде шариковой винтовой передачи с помо­
щью упругой муфты, компенсирующей ошибки изготовления и сбор­
ки и снижающей их вредное влияние на точность позиционирования.
Однако наличие коллектора со щетками снижает эксплуатационные
характеристики привода. Это обусловило применение вентильных
двигателей и привода с синхронными и асинхронными двигателями.
Применение этих двигателей в следящем приводе подач станков стало
возможным благодаря развитию силовых полупроводниковых приво­
дов.
Другим неотъемлемым элементом системы управления следя­
щими приводами подач является датчик обратной связи. В станках с
устройством ЧП У нашли применение датчики различных конструк­
ций: электромагнитные, фотоэлектрические, индукционные, электри­
ческие, оптические и др. К датчикам обратной связи предъявляют
разнообразные требования конструктивного, эксплуатационного, мет­
рологического характера. К конструктивным требованиям относятся:
габариты датчика, масса, удобство размещения на станке и др. Экс­
плуатационные требования связаны с возможностью контроля пере­
мещений на максимальных скоростях движения рабочих органов (до
184
Ю...20м/мин и ЗОоб/мин), величин перемещений до нескольких тысяч
миллиметров. Основными метрологическими требованиями являются
дискретность датчиков, которая должна составлять десятичные доли
микрометра и погрешность измерения, не превосходящая одной дис­
креты.
Наибольшее распространение получили электромагнитные дат­
чики обратной связи, благодаря их высокой надежности, помехоза­
щищенности, фазовой, в большинстве случаев, формой представления
выходного сигнала, относительной простотой и невысокой стоимо­
стью. Основными конструктивными исполнениями этих датчиков яв­
ляются: вращающиеся трансформаторы, сельсины, линейные и круго­
вые индуктосины и их разновидности.
Вращающийся трансформатор (ВТ) представляет собой индук­
ционную микромашину, в которой на статоре и роторе размещены по
две одинаковых, но сдвинутых в пространстве на угол 90а, обмотки
(рисунок 87,а). Обмотки статора запитаны переменным синусоидаль­
ным напряжением, сдвинутым по фазе на угол 90°, что образует вра­
щающееся магнитное поле с угловой частотой, равной угловой часто­
те тока. При этом в роторных обмотках будет наводиться ЭДС той же
частоты, но сдвинутая на угол поворота ротора а . Таким образом,
выходное напряжение, снимаемое с роторных обмоток, будет являться
функцией входного напряжения, подаваемого на обмотки статора, и
угла поворота ротора. При этом зависимость от входного напряжения
линейная, а от угла поворота ротора - синусная или косинусная. Если
ротор ВТ конструктивно связать с ходовым винтом привода подачи, а
статор закрепить неподвижно, то напряжение, питающее статорные
обмотки становится опорным (неподвижным), а фазовый сдвиг <р вы­
ходного сигнала обмоток ротора будет соответствовать углу поворота
ходового винта (рисунок 87,6). В пределах одного поворота ходового
винта сдвиг фаз (с учетом одной обмотки) будет изменяться от нуля
до своего максимального значения 360°. В конце каждого оборота
ходового винта фазы входного и выходного сигналов снова совпадут.
Таким образом, по количеству совпадений фаз (циклов) можно опре­
делить количество оборотов, совершенных ходовым винтом, а, следо­
вательно, и величину перемещения рабочего органа.
Физические процессы не изменяться, если первичные обмотки
разместить на роторе, а с обмоток статора снимать выходной сигнал.
ВТ в системах ЧПУ, как правило, работают в фазовом режиме. При
этом фазовая форма представления информации полностью согласу­
ется с фазовой формой управления, что является одним из достоинств
185
В Т . Кроме того, фазовая форм а представления выходного сигнала об­
ладает высокой помехозащищенностью, что обеспечивает высокие
метрологические свойства ВТ, как датчика обратной связи.
Рисунок 87 —Электромагнитные датчики обратной связи
Один из конструкторских вариантов линейного индуктосина
представлен на рисунке 87,в. Линейка индуктосина I жестко крепится
на неподвижной части станка (станине, стойке), а подвижная часть слайдер I I на рабочем органе (на рисунке индуктосин представлен в
поперечном разрезе). Линейка индуктосина состоит из несущей дета­
ли 1, изготовленной из алюминия или другого немагнитного материа­
ла, изоляционного покрытия 2, на который нанесена медная обмотка 3
186
(меандр с шагом 2мм). Медная обмотка сверху покрыта слоем лака 4.
Слайдер II оснащен экраном 5, представляющим собой медную по­
лоску. На слайдере выполнены две печатные обмотки С 1-СЗ и С2-С4
сдвинутые относительно друг друга на 'А шага или на 90° по фазе.
Слайдер выполняет роль статора и его обмотки питаются пере­
менным напряжением с частотой 4000Гц. Линейка индуктосина явля­
ется ротором и с ее обмоток снимается выходной сигнал синусои­
дального вида. Сдвиг выходного сигнала по фазе зависит от относи­
тельного положения обмоток слайдера и линейки. Перемещение слай­
дера совместно с рабочим органом станка периодически приводит к
изменению сдвига фаз от минимума до максимума, что соответствует
электрическому сигналу-импульсу в преобразователе сдвига фаз в
импульсы (в код). Таким образом, по количеству импульсов регистри­
руемых счетчиком за любой промежуток времени можно определить
величину перемещения рабочего органа.
В настоящее время существует большое разнообразие конструк­
тивных исполнений индуктивных датчиков обратной связи в системах
управления линейными и угловыми перемещениями рабочих органов
станка: трансформаторного типа, типа винт-гайка зубчатые и т.п.
Другим из наиболее перспективных типов датчиков являются
фотоэлектрические. Эти датчики обладают высокой точностью и бы­
стродействием при относительно малых габаритах. Наиболее широкое
распространение получили кодовые и растровые фотоэлектрические
датчики.
Типовая конструкция фотоэлектрического датчика, представ­
ленная на рисунке 88,а включает: источник света 1, оптический эле­
мент - линзу 2, шкалу 3, выполненную из прозрачного материала
(часто из стекла), съемника 4 и группы фотодатчиков 5. При пропус­
кании шкалой и съемником световых лучей на фотодиоды, в послед­
них генерируется электрический сигнал. Основу фотоэлектрических
датчиков составляет шкала линейной или круговой формы, на кото­
рую в определенной закономерности наносятся непрозрачные штри­
хи.
В кодовых фотоэлектрических датчиках эта шкала выполняется
с учетом основных параметров принятого кода. Число дорожек шкалы
соответствует длине кодовой комбинации (рисунок 88,6). Каждая до­
рожка, соответствующая разряду считывания, разбивается на уровни
квантования, представляющие собой активные (прозрачные) и пас­
сивные (непрозрачные) участки. Считывание осуществляется с каж­
дой кодовой дорожки по вертикали, а кодовая комбинация соответст­
вует совокупности состояний считывающих элементов. Так при счи187
тыкании в сечении 1-1 кодовая комбинация будет иметь вид 11100, в
сечении 11-11- 01110, а в сечении 111-111- 01001.
К
а
I
I
(В
1
2
3
4
5
б
Рисунок 88 - Фотоэлектрические датчики обратной связи
Растровые датчики в сравнении с кодовыми имеют большую
разрешающую способность, меньшие линейные размеры при сохра­
нении той же информативности. В растровых датчиках шкала выпол­
няется в виде стеклянной пластины с нанесенными штрихами. Коли­
чество штрихов на 1мм может составлять от 4 до 1000 (рисунок 88,в).
На съемник 4 то же нанесены штрихи с аналогичным шагом, что и на
шкале. Штрихи съемника 4 наклонены относительно штрихов шкалы,
вследствие чего за шкалой образуется ряд светлых и затемненных го­
ризонтальных полос (муар). При закреплении шкалы к станине, а
188
съемника на рабочем органе, и при движении рабочего органа затем­
ненные и светлые полосы будут перемещаться в направлении, пер­
пендикулярном перемещению съемника. Это вызовет изменение о с­
вещенности фотоэлемента и возникновения в нем синусоидального
тока с шагом синусоиды, равным шагу штрихов. Это в свою очередь
обеспечивает дискретность отсчета таких датчиков до 0,001мкм.
Выполнив ознакомительный анализ двигателей, используемых в
приводах подачи станков с устройством ЧПУ, и датчиков обратной
связи, являющихся составным элементом системы управления приво­
дами, можно перейти непосредственно к структурным схемам реали­
зации заключительного этапа геометрической задачи ЧПУ. На рисун­
ке 89 приведены две упрощенные структурные схемы отработки
управляющих дискрет следящими приводами подачи [8].
Us/ncof
U sin(to(+<p)
&=k(<p+ty)
Устройство ЧПУ
ЛрэобразоваНакопитель
тель
абсолютны* -=4
координат х
I "код-фаза”
Интерполя­
ция
Накопитель
абсолютных
координату
Фазовый
дискриминеI тор
Регулируе­
мыйпривод
Фазовый
датчик
обратной
связи
координатz
Устройство ЧПУ
Интерполяция
орган
U sin(a(+vy)
Накопитель 1
абсолютных I
Накопитель
абсолютных 1
координат х
I I (задан)
Рабочий
х-Х
Цифроанало-1'
рассогласо- р~ аоеыйпреоб-Ь
вания 1 разоеатель 1
Определение! \
Н
Д?=к(х-Х)
I
“ 1
Регулируе­
мыйпривод
Рабочий
орган
1*
Накопитель 1 Прием и обра-1
абсолютных 1
ботка сигна-1
координат х | пое
с датчика
(фвктич ) \
Л етчик
обратной
связи
(
Накопитель
абсолютных
координат у
I (задан)
Накопитель
абсолютных
координат г
(задан)
Рисунок 89 - Отработка управляющих дискрет следящими при­
водами подач
Первая схема соответствует использованию фазового следящего
привода подачи. В этом случае абсолютная (накопленная интерполя­
тором) текущая координата X (то же самое Y и Z), представленная в
безразмерных дискретах, смещает фазу опорного сигнала U sin cat на
угол
(р = хЛер,
где
Л<р - дискретность перемещения в единицах углового переме­
щения вала двигателя привода подач;
х - число управляющих дискрет;
U - амплитуда гармонического сигнала.
Датчик обратной связи по положению передает информацию о
перемещении положения рабочего органа с помощью смещения сво­
его гармонического сигнала на угол ц/ . Оба этих сигнала от накопи­
теля абсолютных координат и датчика обратной связи сравниваются в
дискриминаторе и при наличии рассогласования А = к(<р-1
(/) следя­
щий привод будет отрабатывать перемещение рабочего органа до тех
пор, пока это рассогласование не станет равным нулю, т.е. А = 0. Цена
одной дискреты управления А<р определяется с одной стороны харак­
теристиками преобразователя «код-фаза», а так же передаточным от­
ношением привода.
Вторая схема (рисунок 89,6) представляет собой обобщенную
структуру управления следящим приводом подачи. В этой схеме дат­
чик обратной связи по положению передает в блок определения рас­
согласования прямую информацию X перемещения исполнительного
органа. Абсолютное заданное значение координаты определяется вы­
ражением
xj = хАх,
где
х - содержимое накопителя абсолютной координаты в безраз­
мерных дискретах;
Ах —дискретность перемещения рабочего органа.
Абсолютное фактическое значение координаты рабочего органа
определяется выражением
хф = ХАх,
где
X —содержимое накопителя абсолютной фактической коорди­
наты в безразмерных дискретах.
190
При наличии рассогласования А = к (х - X ) следящий привод
придет в движение до тех пор, пока это рассогласование не станет
равным нулю. Заканчивая детализированное представление геометри­
ческой задачи ЧПУ на каждом из четырех этапов ее решения, необхо­
димо хотя бы в обобщенном виде остановится на сложности и трудо­
емкости каждого этапа.
Подготовительный этап в настоящее время, как правило, вы­
полняется вне функциональной связи с устройством ЧПУ. Трудоем­
кость этого этапа определяется преимущественно сложностью конст­
руктивных форм обрабатываемой детали, сложностью технологиче­
ского процесса. Для некоторых станков с устройством ЧПУ этот этап
может быть совмещен со вторым этапом и выполняться непосредст­
венно в режиме функционального взаимодействия с устройством
ЧПУ, при условии обеспечения этого устройства соответствующим
программно-математическим обеспечением.
Трудоемкость второго этапа, связанного с разработкой УП, в
наибольшей степени зависит от языкового уровня представления ко­
дируемой информации, что также определяется программно­
математическим обеспечением устройства ЧПУ.
Сложность третьего этапа решения геометрической задачи оп­
ределяется программным наполнением его фаз: уровнем начального
контроля исходных текстов УП, степенью автоматизации подготови­
тельных траекторных расчетов, алгоритмами интерполяции, их коли­
чеством и техническими характеристиками.
Сложность четвертого этапа зависит от числа управляемых ко­
ординат, типов элементов следящего привода подачи, возможностью
вмешательства оператора в процесс автоматического управления,
возможностью настройки и коррекции следящих приводов.
С учетом первичности и главенствующей роли геометрической
задачи ЧПУ среди остальных задач, ей и в настоящее время уделяется
основное внимание при создании новых устройств ЧПУ и их про­
граммно-математического обеспечения.
191
8 Системы автоматизированного программирования —САН
С началом серийного производства станков с устройством ЧПУ
были начаты и работы по созданию систем автоматизированного программирования (САП). Создание таких систем было направлено ис­
ключительно на повышение эффективности эксплуатации нового до­
рогостоящего оборудования за счет снижения трудоемкости разработ­
ки УП в условиях частой смены продукции, короткого жизненного
цикла изделий, возрастания сложности и требований к точности обра­
ботки.
В настоящее время в мире разработано более ISO САП и работы
в этом направлении продолжаются. Такое обилие работ в этой области
обусловлено следующими причинами:
- широким развитием вычислительной техники, предостав­
ляющей новые возможности для программирования;
- созданием новых типов станков и непрерывным их совершен­
ствованием;
- созданием новых устройств ЧПУ;
- развитием новых методов программирования;
- развитием интегрированных систем;
- необходимостью повышения эффективности САП и прежде
всего уровня автоматизации технологических решений.
Разработка непосредственно УП является заключительным эта­
пом в общей системе работ, выполняемых при технологической под­
готовке производства на станках с устройством ЧПУ. С учетом тесной
взаимосвязи этих работ, разработку УП нельзя рассматривать обособ­
ленно от всего комплекса предшествующих технологических реше­
ний, к числу которых относятся: разработка маршрутной технологии с
обоснованием установов, позиций, переходов, выбора приспособле­
ний и схем базирования, выбора режущих инструментов и режимов
обработки и т.д. (рисунок 90). Поэтому и современные САП в той или
иной степени выходят за рамки только подготовки УП и частично или
полностью решают вышеперечисленные этапы [8].
В современном представлении САП — это комплекс техниче­
ских, программных, языковых и информационных средств, осуществ­
ляющих преобразование данных чертежа заготовки и детали в управ­
ляющую программу для оборудования с устройством ЧПУ.
Классическая структура САП включает в себя: входной язык,
процессор, промежуточный язык, постпроцессор (рисунок 91). В зави­
симости от конкретной реализации САП возможны некоторые откло­
нения от этой структуры.
192
Рисунок 90 - Этапы разработки управляющей профаммы
Входной язык САП - это проблемно-ориентированный язык,
предназначенный для описания исходных данных о детали и техноло­
гическом процессе ее обработки на станках с устройством ЧПУ.
193
Препроцессоры г
Рисунок 91 - Обобщенная структура САП
В отличие от ЭВМ, где процессор представляет собой вычисли­
тельный блок, в САП процессором называют программное изделие,
предназначенное для решения общих геометрических и технологиче­
ских задач, а также задач управления процессом обработки данных на
ЭВМ , реализация которого возможна в виде специализированного
программного устройства. Другими словами процессор представляет
собой элемент программно-математического обеспечения САП [1,3].
Таким же образом и постпроцессор САП является программ­
ным изделием, предназначенным для адаптации управляющей про­
граммы к конкретному оборудованию с устройством ЧПУ, реализация
которого возможна в виде специализированного программного уст­
ройства.
Промежуточный язык - это внутренний проблемноориентированный язык системы, служащий для представления дан­
ных, передаваемых от процессора к постпроцессору.
Стремление разработчиков учесть запросы пользователя в от­
ношении языка представления исходной информации приводит к вы­
делению в составе САП еще одного блока - препроцессора, который
194
является транслятором с языка пользователя на входной язык процес­
сора (рисунок 91). Введение в структуру САП некоторого пакета пре­
процессоров может удовлетворить различные требования пользовате­
лей к этому языку, в том числе и с учетом развития интерактивного
метода ввода исходной информации.
С определенной точки зрения разработку УП с использованием
САП можно рассматривать как ступенчатый процесс переработки ин­
формации, в котором исходные данные на специализированном языке
при наличии препроцессора или на универсальном входном языке
представляют собой входную информацию, а конечный продукт - УП
- выходную информацию. Отсюда и структура процессора САП в об­
щем случае включает в себя три последовательно работающих блока:
трансляции, геометрического и формирования данных. Для систем с
высоким уровнем автоматизации в структуру процессора входит до­
полнительно технологический блок.
Блок трансляции выполняет следующие функции:
- считывание исходной программы обработки детали с внешне­
го носителя (перфоленты, магнитного носителя) или введенной с кла­
виатуры панели оператора;
- вывод введенной программы обработки детали на печать или
на экран дисплея;
- синтаксический анализ введенной программы и вывод сооб­
щений об ошибках при их наличии;
- преобразование информации, записанной в исходной про­
грамме, из символьной формы во внутримашинное представление.
Целью преобразования является подготовка данных для работы дру­
гих блоков процессора.
С учетом выполняемых функций блок трансляции часто назы­
вают также препроцессором или блоком ввода и декодирования.
Геометрический блок процессора решает задачи, связанные с
построением траектории движения инструмента:
- приведение описания всех заданных геометрических элемен­
тов к канонической форме;
- нахождение точек и линий пересечения различных геометри­
ческих элементов;
- апроксимация различных кривых с заданным допуском;
- апроксимация таблично заданных функций;
- диагностика геометрических ошибок;
- построение эквидистантного контура с учетом заданного на­
правления движения и радиуса инструмента.
195
Задачи, решаемые технологическим блоком, зависят от области
применения САП, так как различные классы деталей и разные виды
обработки требуют своей технологии. В общем виде технологический
блок автоматически разделяет область, которая должна быть обрабо­
тана на зоны, определяет последовательность переходов, рассчитыва­
ет оптимальные режимы обработки с учетом ограничений на стой­
кость инструмента, характеристик обрабатываемого материала, мощ­
ности привода, процесса образования стружки и т.п.
Блок формирования осуществляет подготовку данных для рабо­
ты постпроцессоров, а при наличии специального запроса в тексте ис­
ходной программы, данные выводятся на печать или на экран дис­
плея.
Постпроцессор реализует второй этап переработки информации
и строго ориентирован на конкретное сочетание: устройство ЧПУ станок. Вызов того или иного постпроцессора осуществляется автома­
тически по указанию в тексте исходной программы. Таким образом,
САП содержит набор постпроцессоров, ориентированных на опреде­
ленные группы станков и устройств ЧПУ, и этот набор может посте­
пенно наращиваться путем создания новых постпроцессоров и под­
ключения их к САП. К типовым функциям постпроцессора относится:
- считывание данных, подготовленных процессором;
- привязка этих данных к системе координат станка;
- проверка данных с учетом ограничений рабочей зоны станка,
характеристик приводов и т.д.;
- формирование команд на перемещение рабочих органов с
учетом цены импульса;
- формирование команд на смену режущих инструментов;
- кодирование и выдача в кадры УП значений подач и скоро­
стей шпинделя;
- выдача команд на включение охлаждения, зажима-разжима
заготовки и т.п.;
- формирование команд на различные виды коррекции с учетом
возможностей УЧПУ;
- развертывание операторов «ЦИКЛ»;
- выдача УП на носителе (перфоленте, магнитной ленте) или
распечатки УП;
- диагностика ошибок;
- выполнение ряда сервисных функций; вывод траектории
движения инструмента на графопостроитель или графический дис­
плей; расчет времени обработки детали на станке, продолжительности
196
работы отдельных инструментов и других данных, необходимых для
нормирования. В некоторых случаях совместно с постпроцессором
организована работа программного блока «РЕДАКТОР», с помощью
которого можно редактировать УП, выведенную на экран дисплея.
Системы автоматизированного программирования классифици­
руют по назначению, области применения, уровню автоматизации,
форме представления исходных данных, типу используемых ЭВМ и
режимов их работы.
По назначению САП подразделяются на универсальные, спе­
циализированные и комплексные. Специализированные САП разраба­
тываются для отдельных конструктивных групп деталей, отдельных
групп станков или автоматизированных систем, из станков с устрой­
ством ЧПУ. Универсальные САП предназначены для различных кон­
структивных групп деталей и станков различных технологических
групп. Комплексные САП объединяют специализированные и универ­
сальные системы для различных технологических групп станков на
базе единого входного языка и общих блоков для решения идентич­
ных задач.
По области применения или числу одновременно управляемых
координат определяются функциональные возможности системы и
класс обслуживаемого оборудования. Двухкоординатные САП рас­
считаны на автоматизированную подготовку УП для двухкоординат­
ных станков (токарных, электроэррозионных, газорежущих и др.).
Движение рабочих органов у такого типа станков осуществляется
только в одной из координатных плоскостей. 2,5-координатные САП
обеспечивают подготовку УП для обработки произвольного плоского
контура при различном его положении в пространстве. Такие САП
получили наибольшее распространение по двум причинам: они охва­
тывают широкий класс станков (токарные, фрезерные, сверлильные и
др.), трудоемкость разработки, сопровождения (модернизации) и экс­
плуатации таких САП не требует больших инженерных и технических
ресурсов. В трехкоординатных САП обрабатываемые детали могут
иметь произвольные поверхности второго порядка, при обработки ко­
торых необходимо одновременное управление по трем координатам
(фрезерные, многоцелевые станки). Многокоординатные САП (четы­
рех- и пяти-) в отличие от трехкоординатных обеспечивают угловые
управляемые перемещения по одной или двум угловым координатам.
По уровню автоматизации САП могут быть с низким, средним
и высоким уровнем. Уровень автоматизации САП определяется со­
держанием решаемых задач при подготовке УП в соответствии с ри­
сунком 90. САП низкого уровня автоматизации решает в основном
197
геометрические задачи: определение вершин графа обработки, траек­
тории движения инструмента на основе заданных обобщенных харак­
теристик участков обрабатываемого контура. При среднем уровне ав­
томатизации СА П дополнительно решает технологические задачи вы­
бора последовательности переходов на основе заданных обобщенных
технологических схем обработки отдельных участков заготовки. В
СА П высокого уровня автоматизации предусматривается проектиро­
вание плана операции, инструментальных наладок, последовательно­
сти переходов и задач оптимизации технологического процесса.
От уровня автоматизации СА П зависит объем исходной инфор­
мации, представляемой на входном языке. Для СА П высокого уровня
автоматизации исходная информация включает описание заготовки,
конечной формы детали и условия обработки. При среднем уровне ав­
томатизации дополнительно описываются переходы и обобщенные
схемы обработки. Для СА П низкого уровня автоматизации характерно
подробное описание переходов и последовательности их применения
при обработке детали.
По форме представления исходных данных можно выделить
СА П со свободной структурой представления, с табличной формой и
в форме «МЕНЮ». Большинство разработанных СА П имеют свобод­
ную форму представления исходных данных. Программа на языке та­
ких С А П представляет собой множество операторов состоящ их из
элементов языка (служебных слов, идентификаторов, специальных
символов и т.д.) и строящихся по определенному синтаксису. Такая
форма записи исходной информации позволяет оперировать широким
набором понятий, используемых в универсальных СА П , но большое
число правил грамматики создают трудности для их усвоения.
П ри табличной форме представления исходных данных техно­
лог заполняет специальные бланки в виде таблиц. Каждая графа таб­
лицы соответствует определенному виду исходных данных. Таблич­
ная форма весьма лаконична и наглядна и используется, как правило,
в специализированных САП.
Представление исходных данных с использованием «МЕНЮ»
характерно для интерактивных (диалоговых) САП. С экрана дисплея в
определенном формате запрашивается требуемая информация. Техно­
логу остается только заполнить соответствующие графы, высвечивае­
мые на экране дисплея, или ответить на задаваемые системой вопро­
сы. Наиболее перспективным считаются СА П , сочетающие представ­
ление исходных данных со свободной структурой и в форме «МЕНЮ».
По режиму работы различают СА П с пакетным и интерактив­
ным режимами. Режим работы зависит от типа Э В М и операционной
198
системы, для которых реализована данная САП. Первые САП работа­
ли исключительно в пакетном режиме. Подготовленная программа на
входном языке САП записывалась на магнитный носитель - перфо­
ленту или перфокарты и вводилась в ЭВМ. В случае ошибок в исход­
ной программе эта процедура повторялась.
Появление интерактивных САП является следствием развития
вычислительной техники - появлением мини- и микроЭВМ, алфавит­
ных и графических дисплеев. Значительное преимущество таких САП
состоит в сокращении сроков обучения пользователей методам про­
граммирования за счет диалога и возможности расчета УП с любой
исходной позиции.
8.1 Языки САП
Входной
язык,
промежуточный
язык
«процессорпостпроцессор» и язык кодирования информации в УП являются ис­
ходной, промежуточной и выходной формами представления инфор­
мации при ее переработке в САП. Все эти языки находятся на различ­
ных стадиях унификации.
Одним из первых международной организацией был унифици­
рован язык кодирования, который в настоящее время принят в качест­
ве единого кода во всех странах - производителей станков с устройст­
вом ЧПУ. Практически стандартизирован и промежуточный язык, ко­
торый в большинстве САП построен в соответствии с рекомендация­
ми JSO и известен под названием CLDATA (Cutter Location Data данные о положении инструмента). Использование стандартного про­
межуточного языка дает возможность унифицировать разработку
постпроцессоров, обеспечить сопряжение некоторого постпроцессора
с различными процессорами и некоторого процессора с различными
постпроцессорами.
Комитет JSO подготовил рекомендации по входному языку
процессора, в котором обобщен опыт разработки входных языков
многих САП. В настоящее время входные языки разработанных CATI
различаются в основном наборами и обозначениями используемых
понятий и в меньшей степени синтаксисом и семантикой.
Входной и промежуточный языки являются проблемноориентированными машинными языками. С точки зрения представле­
ния данных эти языки должны удовлетворять ряду требований. Одно
из главных требований —это простота записи данных. Данные с чер­
тежа или технологической документации должны переносится в текст
исходной информации без существенных перерасчетов размеров и
199
изменения обозначений. Язык должен быть таким, чтобы пользова­
тель ЭВМ с соответствующим программно-математическим обеспе­
чением САП мог обходиться ограниченным набором специальных
значений в области вычислительной техники. К языкам предъявляется
и чисто техническое требование: информация должна записываться
символами, кодирование которых предусмотрено стандартными уст­
ройствами подготовки данных и клавиатурой терминальных уст­
ройств ЭВМ.
8.2 Входной язык САП
Входные языки большинства уже разработанных САП имеют
много общего с учетом их синтаксиса и семантики. Синтаксис вход­
ного языка определяет формальные правила записи исходной инфор­
мации, а семантика —смысловое значение его элементов. Различаются
входные языки в основном наборами и обозначениями используемых
понятий, что связано с видом решаемых задач и стремлением разра­
ботчиков в некоторой степени рационализировать (оптимизировать)
базу (основу) этого языка.
Элементами входного языка являются фразы, слова, символы. В
качестве символов во входном языке используются буквы, цифры и
знаки, которые выбираются из набора, предусмотренного для пред­
ставления алфавитно-цифровой информации на входах ЭВМ. В набо­
ры символов входят прописные буквы алфавитов латинского и Ки­
риллицы, арабские цифры и специальные графические символы: точ­
ка, запятая, двоеточие, плюс, минус, дробная черта, равно, круглые и
квадратные скобки, звездочка, точка с запятой, кавычки, апостроф,
знак денежной единицы, пробел.
С помощью слов обозначаются определенные семантические
понятия и задаются значения параметров. Различают главные слова,
модификаторы, идентификаторы, некоторые нормализованные обо­
значения, маркеры, литералы и числа.
Главные слова определяют смысловое значение фразы или
предписывают некоторые действия.
Модификаторы задают типы параметров или признаки для вы­
бора одного из нескольких возможных решений. Главные слова и мо­
дификаторы образуют словарь понятий входного языка. Фрагмент
словаря входного языка САП с учетом представления различных ви­
дов информации: общих данных, геометрической и технологической
приведен в таблице 10.
200
____ « : входного языка САП
Типслов^
главные слова
j a iu iu p jx c * _______
готовая деталь
чагрузка
загрузка
РАРТСО
LOADTL
L U A U 1L ----------
чертеж_________________
РРТОТ
т
л и --------------------
—
______ для представления геометрической информации
точка__________________POINT_________
_____ш И И И И И
тгкттг
UNE
в п Ш
окружность________
вектор____________
система координат
смещение
плоскость
X меньше
CIRCLE________
VECTOR________
MATRIX
TRANSL
PLANE
XSMALL
XLARGE
УSMALL
главные слова
модификаторы
201
Н орм ализованны е обозначении -это сокращения (от одной до
шести букв) наиболее часто встречающихся понятий языка. Нормали­
зованные обозначения Moiyr входить непосредственно в словарь по­
нятий языка или определяться в тексте исходной информации как си­
нонимы словарных понятий. Например,
синоним
понятие
точка
прямая
окружность
вектор
угол
и т.д.
Т
П
К
ВЕК
УГ
Идентификаторы представляют собой уникальные имена, ис­
пользуемые для обозначений частей текста при ссылках на них во
фразах. Идентификаторы в виде нормализованных обозначений и но­
меров принято называть м аркерам и.
Литералами считаются любые текстовые конструкции из произ­
вольных комбинаций символов (литер). Литеры служат для записи
различных наименований и примечаний, которые переносятся в со­
проводительную документацию У П без переработки их в процессоре.
Значения параметров записываются положительными, отрица­
тельными, целыми и дробными числами десятичной системы счисле­
ния. Разделителем целой и дробной части является точка.
Программный пакет с исходной информацией разрабатывается
на основе правил организации его горизонтальной и вертикальной
структуры. Горизонтальная структура определяется синтаксисом фраз
входного языка. Ф разу входного языка часто называют оператором .
Структура оператора строится по принципу
<главное слово> / вспомогательная часть>.
При обозначении оператора идентификатором его структура
приобретает вид
<идентификатор> = <главное слово> / вспомогательная часть>.
Вспомогательная часть оператора состоит из модификаторов,
идентификаторов (нормализованных обозначений) и значений пара­
метров. В частных случаях оператор может состоять из одного глав­
202
ного слова, а вспомогательная часть из литералов. Основные правила
записи операторов входного языка:
1 главное слово отделяется от вспомогательной части наклон­
ной чертой;
2 идентификатор отделяется от главного слова знаком равенст­
ва;
3 слова во вспомогательной части оператора разделяются запя­
тыми;
4 нормализованные обозначения, модификаторы и значения па­
раметров, которые могут отсутствовать во вспомогательной части
оператора заключаются в квадратные скобки;
5 однотипные повторяющиеся параметры заключаются в квад­
ратные скобки с указанием максимального и минимального числа по­
вторений снизу и сверху перед открывающейся скобкой;
6 варианты последовательностей параметров указываются один
под другим или перечисляются (для большей наглядности) с повторе­
нием главного слова.
Полный набор операторов входного языка САП характеризует
возможности языка. Все операторы входного языка можно разделить
на следующие четыре группы: для представления общих данных об
обработке, для описания геометрической информации (объекта), для
описания технологической информации и для описания алгоритмиче­
ских процессов.
Общие данные об обработки включают в себя: этапы техноло­
гического процесса (операции, установи); идентификацию оборудо­
вания (станок, устройство ЧПУ, метод закрепления детали); иденти­
фикацию детали (чертеж, материал, заготовка); вспомогательные дан­
ные (код постпроцессора, имя разработчика, дата разработки).
Например:
- идентификация оборудования осуществляется оператором ви­
да
МАCHIN/16К20ФЗ;
СТАНОК/16К20ФЗ;
-идентификация материала детали
PART/MATERL; 1;
ЗАГОТ/СТАЛЬ, 45;
-связь между системами координат станка и детали
CHUCK/3,200;
ПАТРОН/3,200.
Этим оператором задан патрон №3 для зажима заготовки и рас­
стояние от СКС до СКД - 200мм.
203
Геометрическая информация включает описание элементов,
контуров и преобразование контуров. В базовый набор геометриче­
ских элементов обычно входят: точка, прямая, окружность, система
точек. Базовый набор контуров включает: контур, образованный пря­
мыми и окружностями, точечно-заданный контур. Преобразование
контуров состоит в зеркальном отображении, смещении контура с по­
вторением, вращением контура с повторением, задании обратного
контура, задании эквидистантного контура, сопряжении контуров, пе­
речислении контуров.
Описание точки в операторах может быть выполнено следую­
щими способами:
- прямоугольными координатами (рисунок 92,а)
POINT/120, 32, 63;
T04KA/120, 32, 63;
РЗ =POINT/l20, 32, 63
T3=T04KA/120, 32,63;
- пересечением двух прямых (рисунок 92,6)
POINT/INTOF, L I, L2;
ТОЧКА/fIEPECE 4.JI1, П2
идентификатор
имя линии;
-пересечением прямой и окружности (рисунок 92,в)
/ XSMALL
/ XLARGE, INTOF, LI, C l
POINT
I
/
YSMALL
YLARGE
j XM
ТОЧКА / ХБ, ПЕРЕСЕЧ, П1, Kl,
Щ
l~ t ^
I
YR___________! имя линии и окружности
I
идентификаторы.
204
ж
60.3
*
Рисунок 92 - Варианты представления точки на входном языке САП
Кроме приведенных примеров описание точки в операторах
может быть выполнено также пересечением двух окружностей; пере­
сечением окружности и ее радиуса, проведенного под заданным углом
к оси Х\ центром ранее определенной окружности; расстоянием от
другой точки, находящейся на этой же окружности; прямой и коорди­
натой X или Y\расстоянием от ранее определенной точки, находящей­
ся на тойже прямой и другими методами (рисунок 92,г-з).
Описание прямой линии в операторах может быть выполнено
следующими способами:
-двумя точками с заданными координатами (рисунок 93,а)
£7= LINE/-15, 18, 30, 26;
t_ J I____ п-----------------------г
координаты точек
главное слово
идентификатор
П1 =ПРЯМАЯ/-15, 18, 30. 26;
205
- двумя ранее определенными точками (рисунок 93,6)
L30-LINE/P1, Р2;
ПЗО-ИРЯШ Я/TI, Т2;
-15
30
О
х
О
Рисунок 93 - Варианты представления прямой на входном языке САП
-точкой с углом а к оси X (рисунок 93,в)
L15=LINE/P1,A TANGL, 30;
П15=ПРЯМАЯ/Т1, УГОЛ, 30;
- с помощью точки, лежащей на перпендикулярной линии (ри­
сунок 93,г)
L9=UNE/P1, PERPTO, L I;
|
I
-------- модификатор
П9=ПРЯМАЯ/Т1,ПЕРПЕН, П1.
206
Кроме приведенных примеров описание прямой в операторах
может быть выполнено также с помощью точки, лежащей на парал­
лельной линии (рисунок 93 ,д); параллельно заданной прямой на за­
данном расстоянии (рисунок 93 ,е); касательной к ранее определенной
окружности и точки (рисунок 93,ж); касательной к двум ранее опре­
деленным окружностям (рисунок 93,з) и другими способами.
Описание окружности может быть также выполнено достаточно
большим количеством способов. Например:
с помощью координат центра окружности и ее радиуса (рису­
нок 94,а)
радиус
координаты центра окружности
главное слово
идентификатор окружности
КЗ=ОКРУЖН/36, 48, 16;
радиусом и двумя пересекающимися прямыми, касательными
к определяемой окружности (рисунок 94,6)
XSMALL
XLARGE
XSMALL
XLARGE
C5=CIRCLE
, L2, RADIUS, r
, L1,
/
YSMALL
YLARGE
XM
ХБ
К5=ОКРУЖН
YSMALL
YLARGE;
XM
ХБ
, L2, РАДИУС, R
, L I,
YM
■Im
YM
SI
модификаторы, определяющие поло­
жение центра окружности относи­
тельно точки касания слева или
справа в направлении оси X и
сверху или снизу в направлении
оси Y
207
Рисунок 94 - Варианты представления окружности на входном
языке САП
-тремя точками, принадлежащими данной окружности (рисунок
94,в)
C l =CIRCLE/P1, Р2, РЗ;
К1=ОКРУЖН/Т1, Т2, ТЗ;
- точкой, являющейся центром окружности, и заданной прямой,
касающейся определяемой окружности (рисунок 94,г)
С6= CIRCLE/CENTER, P I, TANTO, L12;
К6=ОКРУЖН/ЦЕНТР, Т1, КАС, П12.
Наряду с элементарными геометрическими объектами входной
язык САП позволяет производить описание контуров. Контур являет­
ся комбинированным геометрическим объектом, состоящим из сово­
купности сопряженных отрезков прямых и дуг окружностей. Контур,
как правило, описывают последовательным перечислением геометри­
ческих элементов с указанием начальной точки и направления описа­
ния контура. Первый оператор при описании контура имеет вид
\CONTUR/lPARTCOl
модификатор готовой детали
главное слово <КОНТУР>.
Структура второго оператора указывает на начало описания
контура, определяет начальную вершину и направление описания
XSMALL, L1
XLARGE, 11
BEGIN
/P L
j
YSMALL, C l
YLARGE, C l
J L _J
1—
идентификаторы
геометрического
элемента, выходящего из началь­
ной точки;
■модификаторы, указывающие на развитие
контура в направлении -X, +Х, -Y, +Y;
■начальная точка контура;
• главное слово <НАЧАЛО>.
Каждое дальнейшее описание элемента контура по отношению
к предыдущему производится с помощью главных слов
RGT (вправо)
LFT (влево)
FMD (вперед)
BACK (назад)
Пример описания контура приведен на рисунке 95.
L5
L3
L6
L2
C O N T U R / PARTCO
B E G IN /2 5 , О, YLARGE, L1
R G T /L 2
L F T /L 3 , BEVEL, a
R G T /L iy ROUND, r
R G T /L 6
R G T /L 7
TERMCO
L1
L7
0
*
25
Рисунок 95 - Пример описания контура на входном языке САП
209
Технологическая информация на входном языке САП описыва­
ется практически двумя видами операторов. Первый вид операторов
предназначен для описания технологических операций (переходов).
Типовой набор таких операторов включает в себя
TURN/.. .(точение);
CONTI... (контурное точение);
GROOVI.. .(обработка канавок);
TREAD!.. .(нарезание резьбы);
BORE/.. .(расточки);
DRILL/.. .(сверление);
MILL/.. .(фрезерование).
Вид обработки и основные параметры (режимы) операций уточ­
няются с помощью ряда модификаторов
BLACK - черновая обработка;
FIN, FINE - получистовая и чистовая обработка соответственно;
DEPTH —глубина обработки;
DIAMET—диаметр инструмента;
FEED —скорость подачи;
LONG, CROSS — соответственно продольное и поперечное на­
правление подачи;
SETAHG - угол установки инструмента;
SO - признак одиночной операции;
SPEED - скорость резания;
TAT, PITCH —соответственно тип или шаг резьбы;
TOOL —используемый инструмент и др.
Некоторые примеры описания операций (переходов) приведены
в таблице 11.
Другой вид операторов используется для описания направления
движения инструмента
FROM/...(оператор определения начальной точки движения);
GOTO/.. .(оператор движения в заданную точку);
GOLDTA/...(движения по приращениям координат);
GORGT/..., GOLFT/..., GOFWD/... GOBACK/...(движение соот­
ветственно направо, налево, вперед, назад).
Описание алгоритмических процессов на входном языке САП
аналогично методу, принятому в алгоритмических языках программи­
рования. Вместо чисел в программе могут использоваться арифмети­
ческие выражения.
210
Таблица 11 - Примеры описания операций на входном языке
САП
Эскиз операции
______________ Описание______________
TRN1= TURN/SO, LONG, TOOL, e ,f,
SETANG, со, ROUGH {e,f - номера инст­
рументов в револьверной головке; со угол установки инструмента)
TRN2=TURN/SO, CROSS, TOOL, e ,f
SETANG, со, ROUGH
TRN3= TURN/SO, ATANGL, a , TOOL, e ,f
SETANG, со, ROUGH (a - направление
подачи под углом)
А
CNT1=CONT/SO, LONG, TOOL, e
SETANG. at, ROUGH
,f
GRV1 -GROOV/SO, CROSS, TOOL, e ,f
SETANG, со, ROUGH
Например, выражение
6a2 +2b\c3- d s)
(e* +b jsina
на входном языке будет иметь вид
(6 * А* *2+2* В * (С * *3-D * *3))/((А * *2+В * *2)* SINa).
Вертикальная структура программного пакета на входном языке
САП представлена на рисунке 96. В приведенной структуре можно
211
выделить заголовок и тело программы, в которое входит: описание
операции, описание установа, представление геометрической инфор­
мации об обрабатываемом объекте, технологической информации и
указаний постпроцессору. В структуре выделены узловые точки A-D,
и указана возможность повторения в программном пакете отдельных
его составляющих A-D; В-D; и С-D. Повторение структурной состав­
ляющей А-D указывает на применение другой операции в технологи­
ческом процессе обработки данной детали. Повторение структурной
составляющей В-D указывает на применение другого установа в рам­
ках одной технологической операции, а повторение составляющей СD свидетельствует об обработке других геометрических объектов (по­
верхностей) с использованием других технологических методов (пе­
реходов), что изменяет и предписания постпроцессору.
Рисунок 96 - Вертикальная структура входного языка САП
Заканчивая обзор входного языка САП, приведем пример про­
граммного пакета на достаточно распространенном входном языке
EXART2 для разработки УП при обработке детали на токарном станке
с устройством ЧПУ (рисунок 97). Программный пакет состоит из 59
операторов. Каждый оператор или группа операторов сопровождается
комментариями.
212
Рисунок 97 - Эскиз детали, обрабатываемой на токарном станке
с устройством ЧПУ
Нумерация операторов выполнена только с целью ссылки на
них в комментариях.
1 PARTNO/BEISPIEL EXART2
наименование программы;
2 MACHIN/16K2O03, ЧПУ2Р22
выбор требуемого процессора;
3 GLD1ST/2
недобег инструмента при его подводе к детали;
4 PART/MATEPL, СТАЛЬ, 45
обрабатываемый материал;
5 SYRFIN/FIN
получистовая обработка;
6 OVSIZE/FINE, 1.0
припуск на чистовую обработку;
7 CHUCK/3, 200
выбор зажимного патрона №3 и расстояния между СКС и СКД 200мм;
8 CONTUR/BLANCO;
9 BEGIN/0, 0, YLARGE, PLAN, 0;
10 RGT/DIA. 130;
213
11 RGT/PLAN, 145;
12 RGT/DIA, 0;
13 TERMCO.
Операторами 8-13 выполнено описание контура заготовки.
14 CONTUR/PARTCO;
15 BEGIN/5, О, YLARGE, PLAN, 5;
16 RGT/DIA, 40;
17 LFT/PLAN, 15, ROUND, 2.5;
18 P2=RGT/DIA, 120;
19 P3=RGT/LINE (POINT, 35, 60) RIGHT, TANTO (C=CIRCLE/
60, 50, 20);
20 FWD/C;
21 P4=RGT/PLAN, 60;
22 LFT/DIA, 40, ROUGH;
23 LFT/PLAN, 75;
24 P5, P6=RGT/DIA, 60, BEVEL, 5;
25 RGT/PLAN, 140;
26 RGT/DIA, 0;
27 TERMCO.
Операторами 14-27 выполнено описание контура готовой дета­
ли.
28 A0=TURN/0;
задание положения базового торца детали. Координата Х=0.
29 А1=TURN/SO, LONG, SETANG, 90, ROUGH, TOOL, 1;
30 A2=GROOV/SO, CROSS, SETANG, 90, ROUGH, TOOL, 2;
31 A3=CONT/SO, SETAHG, 90, FIN, TOOL, 3;
32 A4=TURN/SO, CROSS, SETAHG, 0, ROUGH, TOOL, 1;
33 A5=CONT/SO, SETANG, 0, FIN, TOOL, 3.
Операторами 29-33 выполнено описание пяти технологических
переходов, планируемых при обработке детали.
А1 - продольное точение (LONG), угол установки резца
(SETANG), черновая обработка (ROUGH), номер инструмента (TOOL).
А2 — обработка канавки (GROOV), с поперечной подачей
(CROSS);
АЗ- чистовая обработка (FIN);
А4 и А5 —переходы, выполняемые после установки заготовки.
34 COOLNT/ON - включение охлаждения;
35 CUTLOC/BEFORE;
36 WORK/A1;
37 CUT/P6, RE, РЗ;
38 WORK/A2;
214
39 CUT/P4, ТО. Р5;
40 WORK/A4;
41 CUT/P6, ТО, Р7\
42 WORK/АЗ;
' 43 CUT/P6. RE, Р5;
44 CUT/P4, RE, РЗ-,
45 WORK/A5-,
46 CUT/P6, ТО. Р7\
47 WOJRK/NOMORE
Операторами 34-47 описывается порядок обработки при первом
установе детали.
48 GLAMP/175, INVERS - указание о перезакреплении детали;
49 PPRINT/WERKSTUCK UMSPANEN - текст для печати в со­
проводительной документации, WERKSTUCK - UMSPANEN -заготов­
ку перезакрепить;
50 WORK/A1;
51 CUT/P2, ТО, РЗ ;
52 WORK/A4,;
53 CUT/P2, RE. PJ;
54 WORK/A3;
55 CUT/P2, ТО, РЗ,
56 WORK/A4;
57 CUT/P2, RE. Р1.
Операторами 50-57 описывается обработка детали при втором
установе.
58 STOP - остановка станка;
59 FINI - конец исходных данных.
8.3 Промежуточный язык процессор-постпроцессор
Анализ промежуточного стандартного языка также выполним
на основе его горизонтальной и вертикальной структуры. Закончен­
ные по смыслу определения или указания в данном языке представ­
ляются в виде записей, которые по своей горизонтальной структуре
являются похожими на операторы входного языка. Каждая запись со­
стоит из слов и имеет следующую структуру <нулевое слово, соответ­
ствующее общему числу слов в записи> <порядковый номер записи>
<главное слово> / вспомогательная часть>.
Размер записи от 1 до 245 логических слов. Логические слова,
обозначающие название записей (главные слова) и параметров (вспо­
могательные слова), образованы сокращением слов и аббревиатурны215
ми понятиями на английском языке, и включают до шести буквенно­
цифровых символов. Таким образом, и промежуточный язык имеет
базовое подмножество главных и вспомогательных слов, которое оп­
ределяет соответствующие словари. В ЭВМ эти слова распознаются
по их цифровым кодам.
К логическим словам относятся также целые и дробные деся­
тичные числа для записи значений параметров и произвольные соче­
тания буквенно-цифровых символов, с помощью которых описывают­
ся наименование детали, станка, режим работы постпроцессора, иден­
тификаторы геометрических элементов и другие данные.
Главное слово и вспомогательная часть разделены наклонной
чертой. Вспомогательная часть в записи может отсутствовать, но если
она есть, то состоит из отдельных слов (вспомогательных) и парамет­
ров, разделенных запятыми. В числе вспомогательных слов могут ис­
пользоваться ранее упомянутые модификаторы и идентификаторы.
Вспомогательные слова и параметры, которые в записи необязатель­
ны, заключаются в квадратные скобки, при этом указывается макси­
мальное и минимальное число повторений перед открывающейся
скобкой. Параметры с произвольным порядком следования заключа­
ются в фигурные скобки. Альтернативные варианты параметров или
вспомогательных слов располагают по вертикали один под другим,
иногда с повторением главного слова.
Последовательность записей в тексте языка GLDATA определя­
ет его вертикальную структуру (рисунок 98). Каждый участок верти­
кальной структуры языка представляет самостоятельные по значению
группы данных. Проанализируем эти данные с одновременным пред­
ставлением назначения и синтаксиса отдельных записей [8].
1 Текст GLDATA начинается записью (PARTNO), во вспомога­
тельной части которой указывается наименование и номер детали для
идентификации разрабатываемой УП.
PARTNO/ "[слово].
2 Второй участок содержит три вида записей. В первой записи
задаются наименование (имя) и номер (а) постпроцессора для кон­
кретного станка с устройством ЧПУ, а также предусматривается зада­
ние символов, слов или параметров (b) для его вызова
|символ
MACHIN/ имя [,а]
,слово
Ш
-
216
Рисунок 98 - Вертикальная структура промежуточного языка САП
Вторая запись задает режим работы постпроцессора с помощью
символа, слова или параметра (а )
MODE
символ
слово
а
,символ
,слово
ОL,а
И, наконец, третья запись определяет требования к точности об­
работки. Для позиционных систем управления эта запись определяет
режим позиционирования, а для контурных задает наибольшее откло­
нение от программируемой траектории при резком изменении направ­
ления движения инструмента (а), или допустимые значения перебега
(Ь) и недобега (с)
MCHTOL
Ь,с.
217
3 Третий участок вертикальной структуры программного пакета
содержит два вида записей. Первая запись определяет положение за­
готовки при ее закреплении в патроне путем задания расстояния меж­
ду базовой плоскостью патрона и началом системы координат детали
(а ), а также прямую или обратную (INKERS) ориентацию детали по
отношению к ее положению на чертеже.
CLA M P/a [INVERS].
С помощью второй записи задаются координаты X, У (а, Ь) и
другие координаты (с) положения начала системы координат станка
относительно системы координат детали
O RIG IN /а , Ь п
0[,с].
4 Первая запись на четвертом участке определяет номер тре­
буемой головки (а) или одновременную работу двух головок [BOTH]
HEAD
//
/
а Ц
BOTH.
Исходное положение головки определяется координатами X, У,
Z (а, Ь, с), которые соответствуют положению вершины режущего ин­
струмента в системе координат детали (запись соответствует частно­
му случаю представления параметров линейного перемещения)
FRO M /... а, Ъ, с.
Отдельной записью определяется безопасная позиция, в кото­
рую перемещается рабочий орган для смены режущего инструмента.
Эта позиция определяется координатами X, У, Z (Ь, с, а) положения
вершины режущего инструмента в системе координат детали
SAFPOS /
/
I
г I
Ь,с[,а\
Отдельная запись определяет также безопасную плоскость, в
которой может осуществляться быстрое перемещение рабочего орга­
на. Эта плоскость описывается координатами X, У, Z (в, с, d) нормаль­
ного единичного вектора и расстоянием (е) до этой плоскости от на­
чала систем координат детали, или как плоскость X, У (X У PLAN) с
координатой Z (/)
218
5
Пятый участок программного пакета начинается с записи вы­
бора режущего инструмента. В записи указывают идентификацион­
ный номер инструмента или его позицию в инструментальном мага­
зине (Ь)
SELCTL/b.
Вторая запись содержит данные о загружаемом инструменте.
Эта запись задает смену инструмента, определяет его символику
(TOOL, символ а), идентификационный номер или позицию в магази­
не (Ь), длину {LENGTH, с), координаты X, Y, Z настроечной точки (как
правило, вершины инструмента) в системе координат инструмента
(SETOLL, d, е, f), диаметр (DIAMET, J), номер корректора для одной
координаты или номера корректоров для двух координат (OSETNOк,
I) и указывает, устанавливается ли инструмент в рабочую позицию
вручную (MANUAL) или автоматически
LOADTL/ TOLL, символ, а, Ь [, LENGTH, с] Ц , SETOOL, d, Щ
[, DIAMET, J] [, OSETNO, к, I\[, MANUAL]}.
Следующие записи определяют данные коррекции инструмента.
Этими записями устанавливается:
включение (ON) или выключение (OFF) корректора дл
компенсации длины (LENGTH, а) или радиуса инструмента (RADIUS,
J) с указанием его положения справа (RIGHT) или слева (LEFT) отно­
сительно направления движения вдоль контура
CUTCOM / ON
/ OFF
[, LENGTH, а];
ON
OFF
RIGHT
LEFT
[.RADIUS,/];
- плоскости компенсации XY, XZ, YZ и номер корректора (е)
219
ситсом
ON
/
,YZPLAN
ZXPLAN
0F F
[, е}\
номера корректоров по осям X (b), Y (с), Z (сГ)
CUTCOM /
/
[XCOORD, Ь] [ ,YCOORD, с] [ ,ZCOORD, d\.
6
Участок программного пакета с содержанием команд рабочи
органом станка и режимом их работы включает следующие записи:
включение или выключение охлаждения и номер трубопр
вода (а)
П
о
-
команду на автоматическую правку шлифовального круга
DRESS;
угол поворота стола в градусах (а ) или в приращениях это
угла [1NCR, Ъ] и направление вращения (CLW - по часовой стрелке
или CCL W—против часовой стрелки)
,CLW
,CCLW ’
номер диапазона частот вращения шпинделя [RANGE, с
частоту его вращения в об/мин (а ) или скорость резания в м/мин
[SMM, Ь], направление вращения, а также выключение {OFF), вклю­
чение и восстановление предыдущей частоты вращения (ON) или по­
ворот шпинделя до фиксированного положения (ORIENT, О) и его за­
жим
ORIENT\о\
220
- номер диапазона подач (RANGE, к) и значение подачи в
мм/мин [ММРМ, с] или в мм/об [MMPR,/J
FEDRAT
-
ММРМ.с
, [, RANGE, *];
MMPR.f
выполнение последующих перемещений на быстром ходу
PAP1D-,
-
команду на останов станка и считывающего устройства
STOP;
- команду на безусловный останов станка, которая может быть
отмечена нажатием соответствующей клавиши на панели оператора
OPSTOP;
- начало (ON) и конец (OFF) участка программы, который
может быть пропущен оператором станка путем нажатия клавиши на
пульте управления
— время выдержки в секундах (а) или в числе оборотов шпин­
деля (REV, Ь)
7
Описание траектории движения инструмента осуществляется
записями в соответствии с методами обработки и видом обрабатывае­
мых поверхностей. При нарезании многозаходных резьб используется
запись PITCH, с помощью которой задается шаг (а) и число ниток
конкретной резьбы
PITCH/a, [MULTRD, Щ.
Синхронизация вращения шпинделя и подачи при обработке
винтовых поверхностей устанавливается записью
Параметры режима нарезания резьбы резцом: подача в мм/об
[MMPR, d\, число ниток многозаходной резьбы [MULTRD, е], глубину
221
резьбы [DEPTH, j], число проходов [CUTS, g] или число проходов (Ь)
с заданной глубиной резания (Г), число зачистных проходов [FINCUT,
j], угол врезания [CUTANG, А] и номера двух корректоров [OSENTO, I,
т] определяются записью
THREAD/{[MMPR, d] [MULTRD, e] [DEPTH,/, J
CUTS.S
CUTS, h, I
[FINCUT, J] [CUTANG, k] [OSENTO, h, m]}
Типовые схемы обработки отверстий определяются записями с
главным словом CYCLE (цикл). Одна из записей отменяет цикл (OFF),
либо восстанавливает ранее отмененный цикл (ON), либо указывает,
что элементы цикла следует выполнить вручную (MANUAL)
I ON
CYCLE
/ OFF
/
MANUAL
Другая запись определяет вид обработки: сверление (DRILL),
цекование (FACE), глубокое сверление (BRKCHP) с отводом сверла
для ломки стружки или с полным выводом сверла (DEER), нарезание
резьбы метчиком (ТАР), различные виды расточки (BORE5 - BORE9)
и сверление в разных стенках детали (THRU). Заданными параметра­
ми являются подача в мм/мин (ММРМ, d) или в мм/об (MMPR, е), недобег инструмента на быстром ходу (/), величина быстрого переме­
щения инструмента в предварительно обработанное отверстие
(RAPTO, g), пауза в обработке (DWELL, с) и останов шпинделя с ори­
ентацией вокруг оси Z (ORIENT, о)
DRILL
FACE
TAP
CYCLE
BORE7
I
BORE8
BORE9
[DWELL,c\ [,ORIENT, o\
222
I
CYCLE
DEER
/ BRKCHP
I [,PARTO,g\
«г
^
MMPM.d
MMPR.e
[DWELL,c]
Возврат рабочего органа в исходное положение определяется
записью GOHOME.
Конец участка обработки определяется записью END.
Завершая рассмотрение структуры языка GLDATA вернемся к
рисунку 98. В вертикальной структуре языка отдельные участки про­
граммного пакета могут повторяться. Повторение участка А-G указы­
вает на то, что дальнейшая обработка детали будет вестись на другом
станке, а повторение участка B-G —после переустановки заготовки.
Повторение участка за узловой точкой С соответствует выбору друго­
го рабочего органа станка для дальнейшей обработки детали, а за уз­
ловой точкой D - выбору нового инструмента. Повторение участка ЕG связано с изменением режимов резания, а участка F-G —с измене­
нием траектории движения инструмента при обработке других по­
верхностей.
С учетом всего комплекса вопросов, рассмотренных в рамках
структурного построения САП можно сделать следующее заключе­
ние.
САП имеет характерные черты современных сложных систем.
Все их составные части служат достижению единой цели —получению
качественных управляющих программ для обработки деталей на стан­
ках с устройством ЧПУ и необходимой сопроводительной документа­
ции. В САП взаимодействует достаточно большое количество компо­
нентов в виде программных блоков и модулей, массивов различных
данных. Это взаимодействие состоит в обмене информацией между
отдельными компонентами и в упорядоченности их функционирова­
ния. Для обеспечения рационального построения программного обес­
печения САП используются многоуровневые иерархические структу­
ры. Состав и виды связей компонентов определяют сложность систе­
мы в целом.
Сложность САП как системы характеризуется значительными
затратами на ее разработку. Так по данным некоторых источников
разработка системы ART (процессор имеет примерно 50000 фраз на
языке FORTRAN) стоила более 150 человеко-лет труда квалифициро­
ванных инженеров и математиков программистов. На создание систем
EXART-1 и EXART-2 было затрачено 5 млн. марок при условии, что в
распоряжении разработчиков были подробные материалы по базовому
варианту системы ART-///.
Большое количество разработанных С А П имеет позитивное
значение, дающее пользователю известную свободу выбора, а доста­
точно высокая стоимость С А П требует оценки этого выбора с пози­
ции экономической эффективности.
Основой для выбора являются непосредственно производствен­
ные факторы и характеристики СА П . К основным производственным
факторам, определяющим выбор С А П следует отнести: используемые
типы станков с устройством Ч П У , номенклатуру обрабатываемых де­
талей, серийность производства, количество разрабатываемых У П за
некоторый промежуток времени, наличие кадров, наличие Э В М , пер­
спектива развития предприятия.
Основными характеристиками С А П , которые определяют их
выбор, являются: универсальность, уровень автоматизации, адапти­
руемость к конкретной производственной среде, оптимальность, на­
дежность, производительность, оперативность, доступность, перспек­
тивность и экономичность. Взаимосвязь характеристик производст­
венного процесса и С А П представлена на рисунке 99.
Рисунок 99 — Взаимосвязь характеристик производственного
процесса и СА П
224
Некоторые характеристики САП требуют уточнения. Доступ­
ность САП характеризует возможности предприятия по приобрете­
нию, освоению и эффективной эксплуатации САП. Одним из сложных
является этап освоения САП, как сложной системы. В этот период,
как правило, возникает необходимость: в консультациях разработчи­
ка, в исправлении обнаруживаемых ошибок, в адаптации САП к изме­
няющимся производственным условиям, в дополнительной разработ­
ке постпроцессоров, в подготовке квалифицированных кадров и т.п.
Из вышеизложенного следует, что эффективность эксплуатации
САП может быть обеспечена только в случае предварительного уг­
лубленного анализа ее технических характеристик во взаимосвязи с
конкретной производственной средой.
225
Заключение
Геометрическую задачу, как и все остальные, нельзя рассматри­
вать только в виде каких-либо функциональных возможностей уст­
ройства ЧП У, реализация которых осуществляется без непосредст­
венного участия человека. Еще на этапе проектирования конструктор
закладывает определенный компромисс между функциональными
возможностями ЧП У и участием человека в решении отдельных задач
ЧП У исходя из достигнутого уровня развития комплектующей техни­
ки и экономических аспектов. С учетом сегодняшнего уровня разви­
тия комплектующей техники принципиально возможно создание та­
кого устройства ЧП У, которому достаточно только «показать» чертеж
готовой детали и чертеж заготовки, а все остальные виды работ, свя­
занные с подготовкой и процессом обработки детали заложить в
функциональные возможности этого устройства. На долю человека
оставить лишь контрольные функции и работы; связанные с текущим
обслуживанием этой высокоинтеллектуальной техники. Однако соз­
дание такого устройства ЧП У в настоящее время потребует очень
больших затрат, что говорить о его экономической целесообразности
не имеет смысла. К тому же и технические решения отдельных вопро­
сов в рассматриваемом направлении нуждаются еще в создании опыт­
ных образцов, и в доведении их до требуемого уровня надежности и
т.п.
Поэтому и участие человека в решении отдельных задач совре­
менных устройств ЧП У характеризуется достаточно высокой трудо­
емкостью подготовительных этапов и контрольных функций непо­
средственно в процессе решения этих задач.
В предлагаемом учебном пособии отдельные этапы решения
геометрической задачи ЧП У изложены в обобщенном виде, без при­
вязки их к конкретным типам станков и устройств ЧПУ. Н о в настоя­
щее время в эксплуатации находится достаточно большое количество
станков с устройствами ЧП У разных поколений, которые отличаются
друг от друга не просто идентификацией их моделей, а имеют сущест­
венные различия в структуре УП, структуре кадра, в методах пред­
ставления размерной и технологической информации и в программно­
математическом обеспечении устройства ЧП У в целом. Поэтому пе­
реход от обобщенных знаний геометрической задачи ЧП У к практи­
ческому применению этих знаний к конкретной производительной
среде может быть успешно преодолен с наименьшими затратами сил и
времени, если придерживаться определенной методики. Эта методика
226
адаптации пользователя к конкретному станку с устройством ЧПУ
может быть представлена в виде некоторых рекомендаций по работе с
сопроводительной технической документацией.
Соответствующая сопроводительная документация обычно
включает в себя «Руководство программиста» и «Руководство опера­
тора».
Приступая к работе с этими документами в первую очередь не­
обходимо ознакомиться с особенностями общего структурного по­
строения УП. В рамках этой работы необходимо уяснить: виды ис­
пользуемых адресов, их назначение, форматы слов, формат кадра и
общие правила построения УП в целом. Особенностями отдельных
устройств ЧПУ в отношении общей структуры УП могут являться:
различное количество используемых адресов, их назначение, различие
в форматах слов (жесткий, гибкий), различия в форматах кадра (жест­
кий, гибкий с горизонтальной или вертикальной структурой) и неко­
торые отличия в общей структуре, преимущественно в построении
начала и конца УП. Вся эта информация обычно представлена на пер­
вых страницах сопроводительной документации. Так в руководстве
программисту устройства ЧПУ «Электроника НЦ-31» в стыковке с
токарным станком 16К20 находим следующую информацию об ис­
пользуемых буквенных адресах, их назначении и форматах исполь­
зуемых слов: [ ]:
N03 - номер кадра УП (применяемые значения от 0 до 249. Мак­
симальное значение изменяться по заказу потребителя до 999);
G02 - подготовительная функция, постоянный цикл;
Х+06, Z+06 - размеры программируемых перемещений по осям
X,Z\
S04, S02 - частота вращения шпинделя; скорость резания;
Т02 —функция инструмента; номер инструмента; номер коррек­
торов;
МО2 - вспомогательная функция;
F04, F06 - функция подачи; шаг резьбы;
РОб - команда перехода к группе команд передачи управления;
параметр G-функций,
Дополнительно используются следующие символы:
И » - признак относительной системы координат;
-vv. - признак быстрого хода;
- 45°;+45°- признак фаски с углом 45°.
Относительно структуры кадра, который в данном устройстве
ЧПУ именуется командой, указано: «каждая команда состоит из одно­
го слова или нескольких слов. Признаком принадлежности слов к од­
ной команде является символ «*» (звездочка)».
Анализируя представленную информацию, можно отметить
следующие особенности:
в устройстве ЧП У «Электроника НЦ-31» используются ис­
ключительно гибкие форматы слов, т.е. незначащие нули может быть
опущены при программировании;
- слова с технологической информацией представлены в двух
форматах S04, S02 и F06, F04;
- формат кадра УП имеет вертикальную структуру построе­
ния, тогда как в учебном пособии рассматривалась только горизон­
тальная структура кадра. В устройстве ЧП У «Электроника НЦ-31»
размер кадра УП если не принимать во внимание номер кадра опреде­
ляется лишь одним словом и возможно некоторыми вышеуказанными
графическими символами.
Например:
N9 'vv Х5000 —перемещение на скорости быстрого хода в точку
с координатой Х=50мм;
N25 !*► Z-15000 —перемещение на ранее запрограммированной
скорости подачи по оси —Z на величину 150мм;
N42 S500 — программируется скорость главного движения
500об/мин;
N47 G77 - вызов постоянного цикла и т.д.
Н о принцип одновременного считывания и отработки информа­
ции, касающейся, например, интерполируемой кривой, постоянного
цикла и каких-либо других случаев, остается неизменным для всех
устройств ЧПУ. Поэтому, при невозможности представить этот объем
информации одним словом в одном кадре она представляется не­
сколькими кадрами с использованием символа «*» (звездочка). При
этом символ «*» ставится в конце каждого слова (кадра УП), входя­
щих в одну команду, кроме последнего.
228
Например:
N24 G70
N25X4950
N26 Z-10580’ >
N27 F6000*
N28 Р8400 ,
программирование постоянного цикла
многопроходной обработки детали.
В приведенном примере вся информация, размещенная в пяти
кадрах УП, будет считана и отработана устройством ЧПУ одновре­
менно. Это свойство и определяет принцип вертикальной структуры
кадра УП. В противоположность руководству оператора в данном
случае отдельный кадр УП следовало бы рассматривать как одну ко­
манду.
Аналогичная информация в руководстве программисту устрой­
ством ЧПУ 2С42 представлена следующим образом. Используемые
при программировании адресные символы и форматы слов (с целью
исключить повторяемость, назначение адресных символов, аналогич­
ных устройству «Электроника НЦ-31», не приводится):
N04; G02; Х+043; Y+043; Z+043; F041; S041; Т02; М02;
В+043; у угловые перемещения вокруг осей X, У, Z
С+043; J соответственно;
Q4-4 - границы повторяемого участка УП;
D02 - номер корректора;
Е02 - функции разрешения различных видов коррекции скоро­
сти подачи, скорости главного движения;
L02 - номер вызываемой подпрограммы;
Р02 - параметры подпрограмм.
229
Кроме адресных символов в общепринятых значениях исполь­
зуются графические символы: «% »; <о>; «/»; «(...)».
Увеличенное количество адресных символов в сравнении с уст­
ройством «Электроника НЦ-31» является следствием стыковки уст­
ройства ЧП У 2С42 с многоцелевыми станками.
Относительно структуры кадра УП в руководстве программисту
приводятся следующие особенности:
- кадр имеет горизонтальную структуру; кадр начинается с
символа N и заканчивается символом LF (ПС);
- на размер кадра накладывается ограничение не более 64
символов;
- кадры с комментариями заключаются в круглые скобки;
- кадры, которые могут быть опущены при отработке У П по­
мечаются символом «/» в начале кадра;
-
главные кадры помечаются символом «:»;
- вместо числовых значений величин в'словах можно исполь­
зовать формальные параметры, представленные адресом <сР». Над
этими параметрами можно выполнять арифметические действия сло­
жения и вычитания, заключенные в круглые скобки;
- внутри У П с помощью отдельного кадра можно осуществ­
лять условный переход по значению параметра Р, например:
N21 Р1 N50.
Дополнительно по структуре У П в целом приводятся следую­
щие особенности:
- У П начинается с символа «% » «Начало программы» и закан­
чивается кадром с функцией М02;
- в структуру У П могут входить подпрограммы;
- в устройстве ЧП У возможно одновременное хранение 9-и
УП и 90 подпрограмм;
- отработка У П больших размеров, не помещающейся в памя­
ти устройства ЧП У, возможна по частям с использованием вспомога­
тельной функции М70 «Конец части УП».
Таким образом, знакомство только с рассмотренной информа­
цией, по существу справочного характера в инструкции программи­
сту, дает пользователю достаточно полные сведения по общим вопро­
сам программирования процессов обработки деталей на конкретном
технологическом оборудовании с устройством ЧПУ.
230
Следующий шаг по пути адаптации пользователя к конкретному
станку с устройством ЧПУ следует сделать на основе анализа состача
используемых подготовительных и вспомогательных функций. Со­
временные устройства ЧПУ характеризуются не только различным
количеством применяемых G- и M-функций, но и возможно использо­
ванием их в различных значениях. Так в устройстве ЧПУ 2Р22 ис­
пользуется лишь три G-функции (G05, G10, G11), при этом функция
G10 используется в значении —скорость резания в м/мин, т.е. в стан­
дартном значении функции G96. Функция G11 отменяет действие
функции G/0, а функция G05 отменяет торможение (замедление ско­
рости подачи) в конце отработки кадра. В устройстве ЧПУ «Электро­
ника НЦ-31» используется 36 G-функций. Из этого состава только 7
G-функций используются в стандартных значениях: G02, G03, G04,
G94, G95, G96 и G97. Остальные G-функции применены в значениях
разработчика ЧПУ:
G12, G13 - отработка галтели по часовой или против часовой
стрелки соответственно;
G21 - параметрический вызов подпрограммы;
G23 - вызов подпрограммы;
G25 - повтор части программы;
G31 - многопроходной цикл резьбонарезания;
G32 —резьбовое движение;
G33 - нарезание резьбы плашкой, метчиком;
G36 —прерывание отработки кадра;
G55 - программируемый останов;
G56 - установка номера квадранта координатной сетки;
G61 ...G67- группа циклов «Условия движения»;
G70...G78 - группа постоянных циклов;
G92 - смещение нуля СКС.
То же самое можно сказать и о применяемых А/-функциях.
Функции МО, M l, М2, М3, М4, М5 используются в стандартных зна­
чениях, остальные в значениях разработчика. Среди них:
M l0- реверс шпинделя;
M l 7- возврат из подпрограммы;
М/8 - уменьшение уровня вложения подпрограммы на единицу;
M l9- ориентированный останов шпинделя;
МЗО - конец подпрограммы;
М37, М38 - режимы зеркальной отработки УП по осям X и Z со­
ответственно;
М40 - разблокирование шпинделя и электродвигателя главного
движения;
231
М4Щ-М44 - включение диапазонов регулирования скорости
главного движения;
М90- отмена всех вложений подпрограмм.
Анализ используемых и М-функций должен быть направлен не
просто на их идентификацию, т.е. запоминание значений, в которых
они используются, а на понимание их функционального назначения и
области применения. Так функции G12 и G I3 следует отнести к мето­
дам упрощенного программирования контура, описанных в подразде­
ле 5.2. Функции G23 и G25, M l 7, M l8 и М90 относятся к вариантам
работы с подпрограммами, которые могут применяться в данном уст­
ройстве ЧПУ. Функции G31 и G32 используются как функции вызова
постоянных циклов при нарезании резьбы резцом ( G31) или плашкой
и метчиком (G32). Функция G31 также используется при нарезании
резьбы резцом в один или несколько проходов, но каждый проход
программируется отдельным кадром. Применение этой функции по­
зволяет использовать более рациональный раскрой припуска в ради­
альном направлении и рациональную схему удаления припуска в осе­
вом направлении. Функции G58, М37 и М38 дают возможность мани­
пулировать квадрантами координатной сетки и зеркальной отработкой
отдельных поверхностей и по своему назначению относятся к слу­
жебным функциям, описанным в подразделе. 5.1. Анализ функций
группы G61 ...G67 «Условия движения» и группы G70...G78 «Посто­
янные циклы» может быть выполнен при последующем ознакомлении
с правилами их ввода в УП.
В устройстве ЧПУ 2С42 используется 63 G-функций и 26 Мфункций. При этом подавляющее большинство G- и М-функций ис­
пользуется в стандартных значениях, указанных в таблицах 6 и 7.
Среди G- и М-функций, значения которых определены разработчиком,
следует отметить следующие:
G12, G13 —винтовая интерполяция соответственно по и против
часовой стрелки;
G2P —выход рабочих органов в нулевое положение;
G27, G28, G31, G32 —вход рабочих органов в четыре фиксиро­
ванные позиции;
G70...G75 —функции смещения нуля СКС;
G36...G38 —циклы обхода точек сопряжения элементарных кон­
туров;
G64...G66 - функции выхода на эквидистантный контур;
G68, G69, G76...G79 - постоянные циклы в дополнении к группе
стандартных функций G80...G89.
М20 —конец подпрограммы;
232
М70 —конец части подпрограммы;
M l 9 —останов шпинделя с ориентацией;
М60...М61 - загрузка-разгрузка изделия;
М80. ..М91 —зажим-отжим координат Д У, Z, В, С;
М58, М59 - включение-выключение транспортера
уборки
стружки.
Большое количество используемых G- и А/-функций характери­
зует не только развитые функциональные возможности устройства
ЧПУ, но и создает определенного рода сервис при разработке УП. От
пользователя не требуется мгновенного запоминания всех этих функ­
ций. Перечень их всегда должен находиться перед технологомпрограммистом в качестве справочного материала. Перечень этих же
функций с их значениями можно визуализировать на экране дисплея в
процессе наладки станка или отладки УП.
Внимательное знакомство только с вышеизложенной информа­
цией сопроводительной документации с учетом обобщенных знаний
геометрической задачи ЧП У позволяет приступить к подготовке ис­
ходных данных к кодированию и непосредственно к разработке УП. В
процессе разработки первых управляющих программ необходимо бу­
дет часто обращаться к руководству программиста с целью уточнения
особенностей ввода различного вида информации: особенностей при­
менения G- и Л/-функций, введенных разработчиком устройства ЧПУ,
информированного обеспечения круговой, винтовой интерполяции
постоянных циклов, ввода различных видов коррекций и т.п. Опыт
разработки У П для конкретного типа оборудования с устройством
ЧПУ приобретается достаточно быстро. Этот процесс может быть ус­
корен, если в отладке УП на станке принимает непосредственное уча­
стие сам разработчик программы. Это позволяет разработчику на­
глядно убедиться в допущенных ошибках, наметить пути более ра­
ционального построения структуры УП и т.п.
В период серийного освоения оборудования с устройством ЧПУ
машиностроительными предприятиями в периодической технической
печати неоднократно высказывалось мнение, что при укомплектова­
нии предприятия новым оборудованием необходимо стремиться к од­
нотипности моделей устройств ЧПУ.
В настоящее время это мнение следует считать необоснован­
ным. Общность языка программирования, общность структурного по­
строения кадров, управляющей программы в целом, общность приме­
нения стандартных G- и М -функций, достаточно высокая общность
методов повышения языкового уровня УП позволяет одному слециа-
233
листу без особого труда и в достаточно короткие сроки освоить тех­
нику программирования нескольких устройств ЧПУ.
Уровень развития геометрической задачи в современных уст­
ройствах ЧПУ нельзя считать достигшим некоторого абсолюта. Рабо­
ты по совершенствованию этой задачи и на сегодняшний день не ут­
ратили своего значения и ведутся практически по всем рассмотрен­
ным направлениям.
234
Литература
1 Автоматизированная подготовка программ для станков с ЧПУ.
Справочник / Под ред. Р.Э. Сафрагина. - Киев: Техника, 1986.
2 Вовнобой В.Е., Синев Г.А. Типовые циклы токарной обработ­
ки в микропроцессорных системах ЧПУ. - М., 1987. - 44с.
3 Гжиров Р.И., Серебреницкий П.П. Программирование обра­
ботки на станках с ЧПУ. Справочник. - Л.: Машиностроение, 1990. 592с.
4 Гуревич Л.К., Дибнер В.Л. Методы интерполяции в системах
ЧПУ металлообрабатывающим оборудованием. - М., 1987. - 48с.
5 Маталин А.Н., Дашевский Т.Б., Княжицкий И.И. Многоопера­
ционные станки. - М.: Машиностроение, 1974. —320с.
6 Программное обеспечение устройства ЧПУ «Электроника НЦ31». Пояснительная записка. Приложение 1: Инструкция для операто­
ра и технолога-программиста. - М.: НПО ЭНИМС Минстанкопрома
СССР, 1983.-218с.
7 Проскуряков А.Ф. Лабораторный практикум. Учебно­
методическое пособие по дисциплине «Системы программного управ­
ления». - Павлодар, 2003. —200с.
8 Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим
оборудованием. - М.: Машиностроение, 1991. - 510с.
9 Справочник технолога-машиностроителя / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. —М.: Машиностроение, 1986. —Т.1. - 656с.
10 SINUMERIK 8T/SPRINT 8Т. Описание системы ЧПУ фирмы
SIMENS (ФРГ), 1984.
11 TRAUB SYSTEM ТХ-8. Описание системы ЧПУ. Материалы
симпозиума фирмы TRAUB (ФРГ), 1983.
235
Проскуряков А.Ф.
Никитина О.В.
Геометрическая задача ЧПУ
Учебное пособие
по дисциплине «Системы программного управления»
Технический редактор: Г.Н. Сейтахметова
Ответственный секретарь: Б.А. Шабанова
Подписано в печать 06. 06. 2005.
Г арнитура Times.
Формат 29,7 х 42 1/2 Бумага офсетная.
Уел. печ. л. 7,90 Тираж 300 экз.
Заказ № 0570
Научный издательский центр
Павлодарского государственного университета
им. С. Торайгырова
140008, г. Павлодар, ул. Ломова, 64
ГУК каб. № 137
т. 45-11-43
E-mail: publish @ psu. Kz
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
6 382 Кб
Теги
geometricheskih, chpu, vladimirovna, upravlenie, sost, disciplinu, 1761, posobie, sistemy, proskuryakov, uchebnoy, zadachi, programmnoe
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа