Программирование обработки на станках с ЧПУ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Программирование обработки на станках с ЧПУ



Содержание

1. Основы программирования

1.1 Составные элементы управляющей программы

1.2 Кадр управляющей программы

1.3 Кодирование подготовительных и вспомогательных функций

2. Технологическая подготовка производства на станках с ЧПУ

2.1 Особенности проектирования операций для станков ЧПУ

2.2 Фрезерная обработка на станках с ЧПУ

2.3 Токарная обработка на станках с ЧПУ

3. Способы и технические средства подготовки управляющих программ

Литература

токарный управляющий проектирование



1. Основы программирования

Для выполнения обработки на станке с ЧПУ необходимо иметь управляющую программу на данную обработку. Управляющая программа по стандарту РФ определена как «совокупность команд на языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки» (ГОСТ 20523-80). Другими словами, управляющая программа для станка с ЧПУ представляет собой совокупность элементарных команд, определяющую последовательность и характер перемещений и действий исполнительных органов станка при обработке конкретной заготовки. При этом вид и состав элементарных команд зависит от типа системы ЧПУ станка и языка программирования, принятого для данной системы.

По мере развития станков с ЧПУ было разработано несколько языков программирования для составления управляющих программ. В настоящее время наибольшее распространение получил универсальный международный язык программирования ИСО-7бит, который иногда еще называют CNC-кодом или G-кодом. В нашей стране действует также специальный государственный стандарт России ГОСТ 20999-83 «Устройства числового программного управления для металлообрабатывающего оборудования. Кодирование информации управляющих программ». Современные международные и отечественные требования к управляющим программам станков с ЧПУ в основном соответствуют друг другу.

Код языка программирования ИСО-7бит относится к буквенно-цифровым кодам, в котором команды управляющей программы записываются в виде специальных слов, каждое из которых представляет собой комбинацию буквы и числа.



1.1 Составные элементы управляющей программы

Слово является базовым элементом текста управляющей программы. Слово представляет собой комбинацию прописной буквы латинского алфавита и некоторого числового значения, в качестве которого может использоваться либо целое двузначное или трехзначное число, либо десятичная дробь, целая и дробная части которой могут отделяться как запятой, так и точкой. В некоторых случаях в слове кроме буквы и числа могут использоваться и другие текстовые символы; например, между буквой и числом при необходимости может находиться математический знак «+» или «-». Буквенная составляющая слова в теории ЧПУ называется адресом, потому что она определяет «назначение следующих за ним данных, содержащихся в этом слове» (ГОСТ 20523-80).

Примеры записи слов:

G01

Х136.728

Z-4.87

Системы ЧПУ разных производителей имеют свои индивидуальные особенности в отношении буквенных символов, применяемых при составлении управляющих программ. Они во многом различаются как по перечню букв, так и по смысловому назначению команд. Стандарт РФ ГОСТ 20999-83 дает следующие определения значениям буквенных символов (см. табл. 1.2).

Таблица 1.2

Символ	Назначение	Применение
N	Номер кадра	Порядковый номер кадра.
G	Подготовительные функции и технологические циклы	Команды на вид и условия перемещения исполнительных органов станка.
M	Вспомогательные функции	Команды, определяющие условия работы механизмов станка, например, включение и выключение шпинделя или программируемый останов выполнения программы.
X	Функция прямолинейного перемещения по оси X	Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка вдоль оси X.
Y	Функция прямолинейного перемещения по оси Y	Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка вдоль оси Y.
Z	Функция прямолинейного перемещения по оси Z	Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка вдоль оси Z.
A	Функция кругового перемещения вокруг оси X	Задание координаты конечной точки или величины кругового перемещения исполнительного органа станка вокруг оси X. Символ применяется только при наличии у станка независимо перемещаемого вокруг оси X исполнительного органа.
B	Функция кругового перемещения вокруг оси Y	Задание координаты конечной точки или величины кругового перемещения исполнительного органа станка вокруг оси Y. Символ применяется только при наличии у станка независимо перемещаемого вокруг оси Y исполнительного органа.
C	Функция кругового перемещения вокруг оси Z	Задание координаты конечной точки или величины кругового перемещения исполнительного органа станка вокруг оси Z. Символ применяется только при наличии у станка независимо перемещаемого вокруг оси Z исполнительного органа.
U	Функция прямолинейного перемещения параллельно оси X	Задание конечной точки, определяющей перемещение исполнительного органа станка параллельно оси X. Символ применяется только при наличии у станка второго независимо перемещаемого вдоль оси X исполнительного органа.
V	Функция прямолинейного перемещения параллельно оси Y	Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси Y. Символ применяется только при наличии у станка второго независимо перемещаемого вдоль оси Y исполнительного органа.
W	Функция прямолинейного перемещения параллельно оси Y	Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси Z. Символ применяется только при наличии у станка второго независимо перемещаемого вдоль оси Z исполнительного органа.
P	Функция прямолинейного перемещения параллельно оси X	Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси X. Символ применяется только при наличии у станка третьего независимо перемещаемого вдоль оси X исполнительного органа.
Q	Функция прямолинейного перемещения параллельно оси Y	Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси Y. Символ применяется только при наличии у станка третьего независимо перемещаемого вдоль оси Y исполнительного органа.
R	Функция прямолинейного перемещения параллельно оси Z	Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси Z. Символ применяется только при наличии у станка третьего независимо перемещаемого вдоль оси Z исполнительного органа.
F	Функция подачи	Задание скорости результирующего прямолинейного перемещения инструмента относительно заготовки.
E	Функция подачи	Задание скорости результирующего прямолинейного перемещения инструмента относительно заготовки. Символ применяется только при наличии у станка второй автономной шпиндельной головки.
I	Функция интерполяции по оси X	Задание интерполяции перемещения исполнительного органа станка или шага резьбы вдоль оси X.
J	Функция интерполяции по оси Y	Задание интерполяции перемещения исполнительного органа станка или шага резьбы вдоль оси Y.
K	Функция интерполяции по оси Z	Задание интерполяции перемещения исполнительного органа станка или шага резьбы вдоль оси Z.
T	Функция смены инструмента	Задание команды на автоматическую установку в рабочую позицию сменного инструмента под определенным номером. Символ применяется только при наличии у станка устройства автоматической смены инструмента.
D	Функция смены инструмента	Задание команды на автоматическую установку в рабочую позицию сменного инструмента под определенным номером. Символ применяется только при наличии у станка второго устройства автоматической смены инструмента.
S	Функция главного движения	Задание скорости вращения вала шпинделя, если она регулируется программным способом.

Буквы, используемые в качестве символов управляющих программах, выбраны не случайным образом. Большинство из них представляют собой начальные буквы соответствующих терминов на английском языке. Например, в качестве символа величины контурной скорости подачи выбрана буква «F» - первая буква английского слова feed («подача»), в качестве символа скорости вращения шпинделя - буква «S» - первая буква английского слова speed («скорость»), в качестве символа номера инструмента - буква «T» - первая буква английского слова tool («инструмент»).

В качестве числовой составляющей слов с буквенными символами G и М может использоваться только целое двузначное или трехзначное число. Десятичная дробь в словах с символами G и М использоваться не может, в отличие от слов с другими буквенными символами.

Если числовая составляющая слова представляет собой десятичную дробь, в конце дробной части которой содержатся нули, то для упрощения записи и чтения программ незначащие нули дробной части в большинстве систем ЧПУ отбрасываются. Иными словами, в управляющей программе не принято записывать, например, числа 4,100 или 3,120, а принято писать 4,1 или 3,12.

Приведенные в таблице буквенные символы являются не обязательными, а только рекомендуемыми для языков программирования. Если символы A, B, C, D, E, P, Q, R, U, V и W не используются для управления станком по прямому назначению, то они могут применяться для программирования каких-то специальных функций, присущих данной системе ЧПУ.

1.2 Кадр управляющей программы

Кадр представляет собой следующий в иерархии после слова элемент текста управляющей программы. Каждый кадр состоит из одного или нескольких слов, расположенных в определенном порядке, которые воспринимаются системой ЧПУ как единое целое и содержат как минимум одну команду. Отличительным признаком кадров как совокупности слов является то, что в них содержится вся геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, необходимая для выполнения рабочих или подготовительных действий исполнительных органов станка. Рабочее действие в данном случае означает обработку заготовки за счет однократного перемещения инструмента по одной элементарной траектории (прямолинейное перемещение, перемещение по дуге и т. п.), а подготовительное действие - действие исполнительных органов станка для выполнения или завершения рабочего действия.

Пример записи кадра: N125 G01 Z-2.7 F30.

Данный кадр состоит из четырех слов: порядкового номера кадра «N125» и трех слов «G01», «Z-2.7» и «F30», которыми задается прямолинейное перемещение инструмента по оси Z до точки с координатой Z=-2,7 мм со скоростью подачи 30 мм/мин.

Текст управляющей программы для станка с ЧПУ есть не что иное, как сформированная по определенным правилам совокупность кадров. В общем случае система ЧПУ станка выполняет команды управляющей программы строго в порядке следования кадров, при этом переход к каждому очередному кадру осуществляется только по окончании выполнения предыдущего кадра.

Таблица 1.3

Символ	Назначение	Применение
%	Начало программы	Символ обозначения начала управляющей программы. В случае использования программоносителя в виде перфоленты используется также для остановки носителя данных при обратной перемотке перфоленты.
LF или ПС	Конец кадра	Символ обозначения конца кадра и перехода на следующую строку текста управляющей программы. В современных системах ЧПУ используется относительно редко.
:	Главный кадр	Символ обозначения кадра, в котором должны быть записана вся информация, необходимая для начала или возобновления обработки. В главном кадре данный символ записывается вместо символа «N» в слове «Номер кадра».
/	Пропуск кадра	Символ, обозначающий, что информация, содержащаяся после него до конца кадра в котором он расположен, будет или отрабатываться, или пропускаться - в зависимости от настроек на пульте управления. Если с этого символа начинается кадр, то его действие распространяется на весь этот кадр.
(	Круглая скобка левая	Символ, обозначающий, что информация, помещенная за ним, не должна приниматься системой ЧПУ к исполнению. Используется совместно с символом «)».
)	Круглая скобка правая	Символ, обозначающий, что информация, помещенная за ним, должна приниматься системой ЧПУ к исполнению. Используется совместно с символом «(».
NUL или ПУС	Пусто	Символ пропуска строки перфоленты. Используется только при написании программы на перфоленте. Не воспринимается системой ЧПУ.

Чтобы отдельные кадры можно было связать в единую систему, кроме буквенных символов, приведенных в табл. 1.2, при составлении управляющих программ для систем ЧПУ применяют и многие другие текстовые символы. В табл. 1.3 приведены некоторые дополнительные символы, которые рекомендованы к применению стандартами РФ (ГОСТ 20999-83 и ГОСТ 19767-74).

Слова, произвольно расположенные в тексте управляющей программы, воспринимаются системой ЧПУ всего лишь как некоторый набор слов и не будут приняты к исполнению. Чтобы данные слова представляли собой команду, понятную для системы ЧПУ, они должны быть записаны в кадре управляющей программы в определенном виде и порядке в соответствии с принятым для конкретной системы ЧПУ форматом кадра.

Международный стандарт содержит следующие общие рекомендации, относящиеся к формату кадра при ручном программировании:

Слова кадра, так же как и в обычном тексте, должны отделяться друг от друга интервалами (пробелами). (Необходимо отметить, что данное требование не соблюдается во многих современных системах ЧПУ).

Каждый кадр начинается словом, обозначающим номер кадра. Данное слово - «номер кадра» - содержит буквенный символ N и число, соответствующее порядковому номеру кадра.

Каждый кадр заканчивается словом, обозначающим конец кадра. Рекомендуемый вариант написания данного слова для большинства импортных систем ЧПУ - LF, для отечественных систем ЧПУ - ПС.

Командные и размерные слова, а также слова, задающие величины технологических параметров обработки деталей, располагаются в тексте кадра между словами «номер кадра» и «конец кадра» в порядке, определенным производителем системы ЧПУ. В одних системах ЧПУ он может быть только строго определенным, в других - произвольным.

Для удобства работы международный стандарт рекомендует следующий порядок расположения слов в кадре: N..., G..., X..., Y..., Z..., U…, V…, W…, P…, Q…, R…, A…, B…, C…, I..., J..., K..., …, LF.

Если задается скорость подачи по одной определенной оси координат, то слово, обозначающее скорость подачи, должно следовать непосредственно за словом, задающим перемещение по данной оси. Если задается скорость подачи одновременно по двум и более осям координат, то слово, обозначающее скорость подачи, должно следовать непосредственно за последним словом, задающим перемещение по данным осям.

Не допускается наличие в одном кадре слов с одинаковыми буквенными символами. В то же время любое слово может быть пропущено, если оно не является обязательным в данном кадре.

С целью уменьшения объема текста управляющей программы в каждом кадре записывается только новая информация по отношению к предыдущему кадру, при этом неизменяемая часть информации из предыдущего кадра воспринимается системой ЧПУ по умолчанию как действующая.

В качестве примера проведем анализ структуры следующего кадра:

N75 G01 Z-10.75 F0.3 S1800 T03 M08 LF

Результат анализа представлен в следующей таблице 1.4.:



Таблица 1.4

Слово	Адрес	Число	Значение
N75	N	75	Слово, состоящее из адреса N и порядкового числа 75, обозначает порядковый номер кадра.
G01	G	01	Слово, состоящее из адреса G и кодового числа 01, обозначает подготовительную функцию, предписывающую выполнить перемещение инструмента по прямой линии с заданной скоростью подачи.
Z-10.75	Z	-10.75	Слово, состоящее из адреса Z и размерного числа -10.75, обозначает координату расположения по оси Z точки, в которую инструмент должен выполнить перемещение в связи с полученной командой G01.
F0.3	F	0.3	Слово, состоящее из адреса F и размерного числа 0.3, обозначает величину скорости подачи по оси Z при выполнении команды G01.
S1800	S	1800	Слово, состоящее из адреса S и размерного числа 1800, обозначает величину скорости вращения шпинделя
T03	T	03	Слово, состоящее из адреса T и порядкового числа 03, обозначает порядковый номер инструмента, установленного в рабочую позицию из устройства автоматической смены инструмента.
M08	M	08	Слово, состоящее из адреса M и кодового числа 08, обозначает вспомогательную функцию, предписывающую при выполнении команды G01 включить подачу СОЖ.
LF	LF	-	Слово, обозначающее окончание кадра. Применяется только в случае рукописного составления текста управляющей программы. При распечатке программы на устройстве печати не печатается.

Состав программы, количество слов и структура слов определяется форматом кадра.

Например для системы «Размер- 4» станков типа 2204ВМ1Ф4 формат кадра имеет вид:

N79G2X+-43Y+-43Z+-43R+-43I+-43J+-43K+-43Y+-43B+-7

C+-7F41S51T46M2E7H7ПС

Здесь N7 означает семиразрядный номер кадра, т.е.сколько кадров может содержать УП;

9G2 - двухразрядная подготовительная функция, разбитая на 9 групп;

X+-43Y - семиразрядная функция перемещения по оси Х, последняя цифра (3) означает количество знаков после запятой, т.е. тысячные доли мм;.

E7 - выдержка времени;

H7 - число повтора программы и т.д.

Например, некоторые системы ЧПУ могут иметь такое число кадров в УП:

Система ЧПК	Максимальное число кадров
Размер - 4	9999999
Луч - 430	32767
2У32	9999
Фанук - 6М	999
CNC - 600	9999
2С42	9999

Структура управляющей программы

В соответствии с международными стандартами и ГОСТ 20999-83 структура управляющей программы в общем случае подчиняется следующим правилам:

В тексте управляющей программы должна содержаться геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, которая необходима для проведения заданной обработки. В каждом кадре программы записывается только та информация, которая изменяется по отношению к предыдущему кадру. При этом выполнение системой ЧПУ оставшейся неизменной информации прекращается только после поступления команды на ее отмену (вид этой команды и способ отмены определяется особенностями конкретной системы ЧПУ).

Каждая управляющая программа начинается символом «начало программы», подающим системе управления сигнал о начале выполнения программы. Вид символа «начало программы» зависит от особенностей применяемой системы ЧПУ. Наиболее часто в отечественных и зарубежных системах ЧПУ используется символ %. При этом кадр с символом «начало программы» не нумеруется. Нумерация кадров начинается с последующего кадра.

Если управляющей программе необходимо присвоить обозначение, то его располагают в кадре с символом «начало программы» непосредственно за символом. Если текст управляющей программы необходимо сопроводить комментарием, например сведениями об особенностях наладки станка, то его размещают перед символом «начало программы».

Управляющая программа должна заканчиваться символом «конец программы», подающим системе управления сигнал на прекращение выполнения управляющей программы, останов шпинделя, приводов подач и выключение охлаждения. Информация, помещенная в тексте управляющей программы после этого символа не должна восприниматься системой ЧПУ.

Информация, расположенная в тексте управляющей программы между символами «начало программы» и «конец программы» и заключенная в круглые скобки не должна приниматься системой ЧПУ к исполнению. При этом в тексте внутри скобок не должны применяться символы «начало программы» и «главный кадр». Пример того, как выглядит распечатка текста управляющей программы с точки зрения ее структуры, представлен в таблице 1.5.

Таблица 1.5

KORPUS-3506-12	Комментарий с указанием названия детали
% TP0147	Команда на начало выполнения программы с указанием названия программы
N10 G54 X80 Y100 …	Последовательность кадров, содержащих информацию по обработке детали
…
(Podrezka torca)	Информация для программиста, не воспринимаемая системой ЧПУ
N75 G01 Z-10 F0.3 S1800 T03 M08…	Возобновление последовательности кадров, содержащих информацию по обработке детали
N435 M30	Команда на окончание выполнения программы

1.3 Кодирование подготовительных и вспомогательных функций

В настоящее время на международном рынке станков с ЧПУ широко применяется свыше 100 различных видов систем с ЧПУ и столько же языков (кодов) программирования. Большинство из распространенных языков программирования в целом однотипно и в своей основе соответствуют универсальному международному языку программирования ИСО-7бит. Тем не менее, в связи с тем, что количество команд используемых в программировании станков с ЧПУ, уже составляет около тысячи, и каждый производитель системы управления дополняет основные команды собственными вариантами, нет возможности привести в одном месте сведения даже по наиболее известным языкам программирования.

В настоящее время для станков с ЧПУ в качестве программоносителя принята восьмидорожковая перфолента шириной 25,4 мм (1 дюйм), либо ее аналог (магнитный носитель), на которых информация для системы ЧПУ представлена в виде двоичного семиэлементного кода ИСО - 7 бит (ГОСТ 13052 - 74). Каждому символу этого кода (цифры 0…9; буквы латинского алфавита А…Z; знаки %, скобки, +, - и др.)соответствует вполне определенная комбинация отверстий (либо сочетания 0 и 1)на семи дорожках.



Восьмая дорожка - для пробивки дополнительного отверстий в строке (в символе), что позволяет контролировать правильность перфорации и считывания информации УЧПУ.

Поскольку варианты кодирования основных команд при программировании обработки на станках с ЧПУ могут значительно отличаться в разных системах ЧПУ, рассмотрим их на примере требований, изложенных в стандарте РФ ГОСТ 20999-83 «Устройства числового программного управления для металлообрабатывающего оборудования. Кодирование информации управляющих программ на кодирование информации управляющих программ».

В соответствии с ГОСТ 20999-83 кодирование основных подготовительных и вспомогательных функций должно соответствовать требованиям, приведенным в приложении №1.



2. Технологическая подготовка производства для станков с ЧПУ

Обработка на станках с ЧПУ имеет определенные преимущества по сравнению с обработкой на универсальных станках, например, более высокие производительность, гибкость и оперативность. Однако для того, чтобы преимущества станков с ЧПУ реализовались практически, необходимо грамотно организовать и выполнить технологическую подготовку производства.

Технологическая подготовка производства на станках с ЧПУ существенно отличается от работ, выполняемых для производства на универсальных станках. Первое, что нужно отметить - это более высокие требования к качеству подготовки технологического процесса, так как при работе на станке с ЧПУ возможность эффективного вмешательства оператора в выполняемый процесс обработки без остановки станка минимальна, а экономические потери от простоя дорогого и высокопроизводительного оборудования - достаточно велики. Поэтому требуется более скрупулезная проработка рабочих чертежей на технологичность, более тщательный выбор инструмента и оснастки, более подробные и жесткие требования к заготовке и т.д.

Во-вторых, значительно возрастают сложность и трудоемкость проектирования технологического процесса обработки. В частности, при его разработке помимо традиционных знаний по теории резания необходимо применить специальные математические знания (иначе нельзя будет составить эффективную управляющую программу и суметь проанализировать ее) и знания кодов, понимаемых системами ЧПУ имеющихся на производстве станков. Поэтому в расчете и составлении управляющих программ кроме традиционных технологов участвуют и другие специалисты, такие как программисты, математики, электронщики и т.п.

В третьих, технологическая документация, которую необходимо подготовить для обработки на станках с ЧПУ, имеет более сложный состав и гораздо больший объем, чем документация аналогичного назначения для универсальных станков. После завершения подготовки технологической документации ее комплект позволяет при наличии соответствующего материального обеспечения немедленно перейти к настройке станков и выпуску изделий и, при необходимости, многократно повторить эти действия.

Технологическую документацию, используемую при разработке технологических процессов и управляющей программы для обработки на станках с ЧПУ, можно условно разделить на справочную и сопроводительную.

К справочной документации, используемой при технологической подготовке производства на станках с ЧПУ, относятся:

классификаторы деталей по конструкторско-технологическим признакам;

описания типовых технологических процессов;

стандарты предприятия, каталоги и картотеки станков с ЧПУ, режущего, измерительного и вспомогательного инструмента, приспособлений и обрабатываемых материалов;

нормативы режимов резания;

таблицы допусков и посадок;

инструкции по расчету, кодированию, записи, контролю и редактированию управляющих программ;

методические материалы по расчету экономических параметров при работе на станках с ЧПУ.

Сопроводительная документация составляется по мере выполнения соответствующего этапа технологической подготовки производства. Документация, составленная по предшествующему этапу работ, как правило, является исходным документом для последующих этапов. Правила разработки и оформления, а также состав сопроводительной технологической документации регламентируются государственными стандартами, которые предписывают не только форму бланков для каждого вида текстового или графического документа, но и характер записи, термины, определения, условные обозначения и т.д.

Часть сопроводительной документации для обработки на станках с ЧПУ принципиально не отличается от общепринятой документации для обработки на универсальных станках, например, документация по разработке маршрутной технологии. Но большая часть имеет существенную специфику - прежде всего в той части, где содержатся сведения о программировании обработки детали, о наладке станка и инструментов, о контроле за выполнением управляющей программы и т.п.

Комплектность и форма сопроводительной документации, используемой для технологической подготовки производства, может быть разной - в зависимости от принятого на данном предприятии документооборота и методов программирования. Например, при компьютерно-интегрированном производстве сопроводительная технологическая документация на бумажных носителях может вообще отсутствовать, а вся необходимая информация будет находиться в электронном виде и храниться в памяти компьютеров. В общем случае сопроводительная документация, как правило, содержит следующие документы:

карту технологического процесса;

операционную карту;

операционный чертеж детали;

карту наладки станка;

карту наладки инструмента;

операционную расчетно-технологическую карту;

карту кодирования информации.



2.1 Особенности проектирования операций для станков ЧПУ

Станки с числовым программным управлением представляют собой быстро программируемые технологические системы, которые особенно эффективны для автоматизации мелко и среднесерийного производства. Основной особенностью станков с ЧПУ является их технологическая гибкость, благодаря которой осуществляется быстрый переход на изготовление новых деталей. Технологическая гибкость станков с ЧПУ определяется следующими факторами.

Непосредственное задание размеров изготовляемых деталей как исходной геометрической информации в виде массива цифровых данных или геометрической модели.

Цифровое задание необходимой технологической информации, определяющей на каждом из переходов частоту вращения шпинделя, скорость рабочей и ускоренной подачи, глубину резания и др.

Автоматическое управление всеми вспомогательными переходами и командами по автоматической замене инструмента, включение и выключение СОЖ, замена и закрепление заготовок и др.

Выполнение предусматриваемой коррекции размерной настройки режущих инструментов и режимов резания.

Эти основные принципы числового управления имеют различную реализацию в соответствии с типом станочного оборудования, требованиями к точности и уровню автоматизации. В соответствии с решаемыми технологическими задачами и видом привода различают системы позиционного, контурного и комбинированного управления.

Числовое программное управление металлорежущими станками обеспечивает гибкую автоматизацию процесса обработки заготовки на станке в соответствии с заданной управляющей программой, составленной в алфавитно-цифровом коде. В качестве программоносителя используют перфоленту, кассету магнитной ленты, дискету. Для записи управляющей программы на восьмидорожковую перфоленту в системах ЧПУ применяют единый метод кодирования информации, основанный на применении международного семиразрядного кода ISO-7bit. Управляющая программа содержит информацию о геометрических параметрах изготовляемой детали и технологических командах, определяющих процесс изготовления детали на станке.

Управляющая программа состоит из последовательно записанных кадров, каждый из которых включает определённое число программных слов, записанных в фиксированном порядке. Каждое слово в свою очередь состоит из адресной буквы, определяющей код соответствующей команды, и последующей группы цифр.

Исходными данными для разработки УП и необходимой наладки станка являются чертежи детали и заготовки, разработанная технология на деталь, и технологические данные применяемого оборудования и оснастки.

2.2 Фрезерная обработка на станках с ЧПУ

Для управления движением формообразования необходимо ориентировать изготовляемую деталь в координатной системе станка.

На рис. 2.1 показана корпусная деталь, предназначенная для обработки на станке с ЧПУ.



Рис. 2.1 Эскиз корпусной детали, предназначенной для обработки на обрабатывающем центре

На первой операции обрабатывают основание детали (поверхность А), которое в дальнейшем является технологической базой для обработки других поверхностей.

В соответствии с такой схемой базирования производят установку заготовки на многоцелевом станке с ЧПУ, см. рис. 2.2.

Рис. 2.2 Установка заготовки на спутнике при обработке на многоцелевом станке 6904ВМФ1 1 - спутник, 2. подкладная плита, 3 - заготовка, 4 - шпиндель, 5 - опорные элементы и приспособления. I, II - позиции для последовательной обработки заготовки со стороны I и II

Заготовка 3 базируется на плоскость А, устанавливается на подкладную плиту 2 (адаптер), которая закрепляется на спутнике 1. Такая схема установки позволяет обрабатывать заготовку со всех 4-х сторон.

На основе чертежа разрабатывают геометрический план обработки и определяют последовательность выполнения технологических переходов. Для этого обозначают обрабатываемые стороны I и II (их можно назвать позициями), каждому отверстию присваивается порядковый номер (см. рис. 2.3).

Рисунок 2.3 Пересчет размеров для обработки а) - со стороны II - (длинной) б) - со стороны I - (короткой)

В соответствии с принятой схемой базирования для каждой установки детали выбирают систему начала отсчета (ноль детали). Например, для стороны I - это координатная система XOY, для стороны II - координатная система YOZ. Относительно этих координатных систем производят пересчет всех размеров, определяющих положение обрабатываемых поверхностей заготовки, как показано на рис. 5.

На рабочем чертеже детали размеры с соответствующими допусками могут быть заданы как в абсолютных значениях (координатный метод простановки размеров), так и в приращениях (цепной метод). Но при составлении управляющей программы необходимо задавать средние размеры. Это объясняется тем, что отклонения размеров, возникающие в процессе разработки на станках с ЧПУ, с равной вероятностью могут, как увеличивать, так и уменьшать выполняемый размер. Величина среднего размера должна рассчитываться с учетом расположения поля допуска относительно номинального размера.

При симметричном расположении допусков относительно номиналов, средние значения соответствуют номинальным величинам. При несимметричном расположении допусков средние значения размеров необходимо рассчитывать по следующим формулам.

Среднее значение координатного размера , образуемое несколькими цепными звеньями , находятся как

(1)

где -- номинальные размеры цепных звеньев, -- верхнее и нижнее отклонение размеров цепных звеньев, -- число цепных звеньев.

Средние значения цепного звена , образованное двумя координатными размерами , находятся как

(2)

где -- номинальные размеры двух координатных звеньев; -- предельные отклонения двух координатных звеньев.

Составляется операционная карта (ОК) механической обработки, в которой указывается последовательность выполнения технологических переходов на каждой стороне детали, состав применяемого инструмента и технологической оснастки, назначаются режимы резания и рассчитываются нормативы времени.

На основе ОК для каждой операции составляется расчетно-технологическая карта. На ней показывают положение нулевой плоскости, расположение припуска на обрабатываемых поверхностях, начальные и конечные положения инструмента с учетом врезания и перебега, координаты опорных точек перемещения инструмента относительно детали.

Для составления управляющей программы разработанный техпроцесс кодируется с помощью международного кода ISO-7bit в соответствии с инструкцией программирования для конкретной системы ЧПУ. Кодирование процесса обработки отражается в технологической программной карте (бланк-программе).

С технологической программной карты кодированную информацию переносят на программоноситель (перфолента, магнитная кассета и др.) для передачи в память ЭВМ станка с ЧПУ. В новейших системах ЧПУ управляющая программа может быть составлена и отредактирована непосредственно у станка.

2.3 Токарная обработка на станках с ЧПУ

В мелко- и среднесерийном производстве для обработки ступенчатых валов эффективно применение станков с ЧПУ (см. рис. 2.4).



Рис. 2.4 Токарная обработка на станке с ЧПУ

Токарные станки с ЧПУ выгодно использовать при обработке сложных многоступенчатых заготовок, особенно с криволинейными поверхностями.

Например, при заготовке - прокат, см. рис. 6, предварительная обработка выполняется за пять последовательных рабочих ходов (1-5), а чистовая (6) - за один рабочий ход суппорта по окончательному контуру детали. Станки с ЧПУ работают по автоматическому циклу, что облегчает многостаночное обслуживание, позволяет выполнять простую и быструю их переналадку для обтачивания ступенчатых валов различных размеров по заранее разработанной управляющей программе (УП). Время обработки на токарных станках с ЧПУ сокращается по сравнению с обычным в 1,5-2 раза за счёт уменьшения Тв.

Такие станки имеют контурные системы с линейно-круговым интерполятором и устройством для нарезания резьбы. Эти системы обеспечивают обработку заготовок сложною профиля, коррекцию положения режущей кромки инструмента, высокую скорость вспомогательных перемещений. Станки оснащаются револьверными головками или магазинами для автоматической смены инструмента или резцовых блоков.

Разработка технологической операции для токарного станка с ЧПУ включает:

разработка чертежа заготовки и, затем, - операционного эскиза;

выбор схемы базирования и конструкции приспособления;

определение числа переходов и разработка последовательности обработки поверхностей;

выбор модели станка и типоразмеров режущих инструментов;

расчет припусков на обработку, режимов резания и норм времени;

расчет координат опорных точек режущих инструментов;

разработка УП.

Базирование:

валы - в центрах;

фланцы - в патроне;

втулки - в патроне.

Обрабатываемые поверхности разделяют на основные и дополнительные:

- участки, окончательная обработка которых может быть выполнена проходным или расточным резцом, относят к основным.

- остальные поверхности - дополнительные (торцовые и угловые канавки, резьбовые поверхности и др.).

Последовательность выполнения переходов:

предварительная обработка основных участков (подрезка торцов, центрирование перед сверлением, сверление отв. до 20 мм - одним сверлом, больше 20 мм - двумя) обтачивания наружных, растачивание внутренних . поверхностей;

обработка дополнительных участков (кроме канавок для выхода шлифовальных кругов, резьбы и т.п.).

если черновая и чистовая обработка внутренних поверхностей выполняется одним резцом, все дополнительные участки обрабатываются после чистовой обработки;

окончательная обработка основных участков поверхностей, вначале - внутренних, затем наружных;

обработка дополнительных участков, не требующих черновой обработки (вначале в отверстиях или на торцах, потом - на наружной поверхности).

Стандартный набор инструментов включает резцы: проходной, отрезной (канавочный), контурный, резьбовой, для угловых канавок, а также сверло. Для облегчения обработки можно включать сверло большого диаметра, расточную оправку и др.

Для согласования систем координат станка и заготовки составляют схему с координатными системами станка Xс, Zс, приспособления Xп, Yп, детали Xд, Yд, инструмента Xи, Zи и суппорта Xо, Zо, см. рис. 72.5.

Рис. 2.5 Схема согласования систем координат при токарной обработке

Исходное (нулевое) положение резцедержателя может быть задано в любой точке рабочего пространства.

Положение всех опорных точек траектории перемещения инструмента определяется в координатах X, Z рабочего пространства станка.

Геометрическую и технологическую информацию кодируют и записывают на программоноситель согласно правилам, приведенным в инструкции по программированию, имеющимся для каждой конкретной модели станка и ЧПУ.

Точность обработки:

однократная обработка поверхности дает точность 12-13 квалитета, шероховатость Rа=3,2 мкм. При этом радиус галтели - равен радиусу при вершине резца; в других случаях переходную поверхность выполняют по программе;

для обеспечения шероховатости Rа < 1.6 мкм на последнем чистовом переходе уменьшают подачу и увеличивают частоту вращения;

для точности 7-9 квалитета окончательную обработку выполняют чистовым резцом с коррекцией на размер.

Схемы обработки. Современные ЧПУ могут обеспечивать обработку по постоянному (стандартному) циклу. При составлении УП задаются исходный и требуемый контур. Например, при обработке основной поверхности применяют черновые и чистовые резцы. Канавки сплошной формы обрабатывают по типовой программе за несколько ходов. Схему обработку выбирают с учетом глубины и ширины канавки. Применяют канавочные проходные резцы и многоступенчатую обработку.



3. Способы и технические средства подготовки управляющих программ

Технологический процесс обработки детали и управляющие программы для станков с ЧПУ по ее изготовлению разрабатываются на основе разнообразной информации, которая подготавливается различными подразделениями предприятия. Современный уровень развития техники позволяет осуществлять так называемый сквозной процесс, при котором автоматизированы и компьютеризированы все этапы работы по созданию изделия - от разработки до изготовления. На рис. 2.6 изображена упрощенная схема такого процесса.

В условиях современного производства подготовка управляющих программ осуществляется разными способами с помощью различных технических средств. Выбор определяется конкретными условиями производства, в первую очередь моделями станков и систем ЧПУ, финансовыми возможностями предприятия, уровнем квалификации специалистов и т.п.

В зависимости от перечисленных факторов возможны три различных организационных уровня, на которых осуществляется разработка управляющих программ:

уровень производственного цеха;

уровень специализированного подразделения по программированию;

уровень конструкторско-технологического подразделения.

Составление управляющих программ в цехе

Составление управляющих программ в цехе производится, как правило, вручную для конкретной модели станка, оснащенном конкретной системой ЧПУ. При ручном способе подготовки все необходимые для составления программы вычисления выполняются в основном вручную или с помощью калькуляторов. Затем на основе произведенных вычислений вручную или на каком-либо печатающем устройстве составляется управляющая программа в специальных кодах на языке системы ЧПУ станка. После чего текст управляющей программы с помощью специальной техники переносится на программоноситель, а с него - в систему ЧПУ станка.

В последнее время, благодаря быстрому развитию техники с ЧПУ, при ручном способе программирования в цехе широко используется ввод программы в систему ЧПУ непосредственно с пульта станка, используя для этого имеющиеся на нем клавиатуру и дисплей. Возможности современных пультов с ЧПУ позволяют выполнять на них не только ручной ввод текста управляющей программы, но и предварительную графическую имитацию обработки по составленной программе, а также коррекцию введенной программы.

Ввод программы с пульта станка имеет один принципиальный недостаток - при вводе текста новой программы неизбежно происходит значительный простой дорогостоящего станка.

Как правило, программирование в цехе используется в относительно небольших фирмах, имеющих несколько станков с ЧПУ, в которых специалист по технологии и программированию не может иметь постоянной, полноценной загрузки. В этом случае целесообразней привлекать оператора станка для выполнения всего многообразия задач, связанных с обслуживанием станков с ЧПУ: не только снимать и устанавливать заготовки и следить за обработкой, но и вводить управляющую программу в ЧПУ, проверять и оптимизировать ее.

Программирование в цехе имеет определенные положительные и отрицательные стороны. Оно не требует больших затрат на организацию работы и позволяет оперативно вносить изменения в уже существующие программы. Однако чтобы оно было эффективным, необходимо выполнить ряд условий:

управляющая программа должна иметь небольшой объем и не требовать при ее составлении громоздких и сложных вычислений;

ассортимент обрабатываемых на станках с ЧПУ изделий не должен быть большим и не должен часто меняться;

оператор станков с ЧПУ не должен одновременно обслуживать много станков;

оператор станков с ЧПУ должен иметь высокую квалификацию, позволяющую выполнять не только простые операции по обслуживанию станка, но и функции технолога-программиста.

Составление управляющих программ в специализированном подразделении по программированию

Подготовка программ силами специализированных подразделений характерна для относительно крупных производственных фирм, оснащенных разнообразным оборудованием с ЧПУ и имеющих стабильные заказы. В этом случае для фирмы экономически нецелесообразно производить составление программы в цехе непосредственно у станков, так как это приводит к значительным потерям машинного времени. Гораздо более выгодным является организация отдельного подразделения, выполняющего исключительно расчеты и составление управляющих программ, благодаря чему постоянно создаются условия для максимальной загрузки станков с ЧПУ и бесперебойного изготовления на них изделий.

Если подразделение располагает программистами высокой квалификации, изготавливаемые изделия не отличаются высокой сложностью, и смена номенклатуры изделий происходит редко, то для составления эффективных управляющих программ, как правило, вполне достаточно ручного способа программирования. Если одно из перечисленных условий не соблюдается, то для успешной работы в современных условиях необходимо использовать автоматизированные способы подготовки программ.

Существует несколько уровней автоматизации программирования для ЧПУ:

первый уровень - расчет на компьютерах геометрических координат характерных точек траектории, по которым режущий инструмент перемещается в процессе обработки;

второй уровень - расчет на компьютерах управляющей программы по выполнению одним инструментом отдельного перехода технологической операции и составление текста программы на этот переход в кодах конкретной системы ЧПУ;

третий уровень - расчет на компьютерах управляющей программы на операционный технологический процесс и составление текста программы в кодах конкретной системы ЧПУ.

Составление управляющих программ

в конструкторско-технологическом подразделении

Благодаря интенсивной компьютеризации производства появилась возможность проводить подготовку управляющих программ силами сотрудников конструкторско-технологических подразделений. Эта работа выполняется с помощью CAD/CAM-систем, которые позволяют организовать на одном компьютере универсальное рабочее место и выполнять на нем весь комплекс работ: от разработки изделия до разработки управляющих программ для его изготовления на станках с ЧПУ.

Использование CAD/CAM-систем при составлении управляющих программ в работе конструкторов и технологов:

позволяет использовать геометрическую модель изготавливаемого изделия для составления в интерактивном диалоговом режиме операционного технологического процесса ее обработки;

избавляет от необходимости выполнять математические вычисления траекторий перемещений режущего инструмента при обработке на станках с ЧПУ;

позволяет составить управляющую программу в специальных кодах для различных систем ЧПУ, задавая исходные технологические параметры в словесной форме с использованием общетехнических терминов;

позволяет выполнить графическую имитацию обработки изделия по составленной управляющей программе и внести, при необходимости, корректировки в программу;

позволяет получить большую часть необходимой для документооборота технологической документации.

В большинстве случаев применение CAD/CAM-систем позволяет объединить труд представителей нескольких специальностей в лице одного специалиста - конструктора-технолога-программиста. Исключение составляют лишь программы обработки особо сложных деталей, разработка которых требует специфических знаний по технологии и математике.

Процедура ручного составления управляющих программ

Ручной способ подготовки управляющих программ применяется, как правило, в двух случаях:

при изготовлении технологичных и несложных по конструкции изделий, когда трудоемкость подготовки управляющей программы вручную соизмерима с трудоемкостью подготовки исходных данных для автоматизированного программирования;

когда на предприятии отсутствуют технические средства по автоматизированной подготовке управляющих программ.

Для выполнения ручного программирования необходимо иметь:

чертеж детали с техническими требованиями на ее изготовление;

руководство по эксплуатации станка с ЧПУ, на котором будет выполняться обработка;

инструкцию по программированию для системы ЧПУ данного станка;

сведения об имеющемся режущем инструменте с указанием настроечных размеров;

нормативы режимов резания.

Результатом ручного программирования является текстовая или табличная запись управляющей программы, которая затем либо набирается непосредственно на пульте станка, либо наносится с помощью специальной техники на программоноситель, с которого загружается в систему ЧПУ станка.

Ручная подготовка управляющей программы организационно представляет собой достаточно сложный процесс, в котором собственно составление текста управляющей программы является лишь одним из нескольких взаимосвязанных этапов. На рис. 12.7изображена структурная схема организационного процесса ручного составления управляющей программы, характерного для стабильно работающего предприятия.



Литература

а) основная литература

1. Системы автоматизированного проектирования. В 9-ти кн. Кн. 6. Учебное пособие для втузов. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования. Н.М. Капустин, Г.Н. Васильев; / Под редакцией Н.Н. Норенкова. - М.; Высшая школа,1986

2. ADEM 7.0. Руководство пользователя. CAМ документация 70.

3. ADEM 7.0. Руководство пользователя. Учебные курсы. ADEM CAM: практический курс.

4. ADEM 7.0. Руководство пользователя. Учебные курсы. ADEM CAM: упражнения.

5. ADEM 7.0. Руководство пользователя. Учебные курсы. ADEM CAM: 3Х обработка.

6. А.И.Пятунин. САПР подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Курс лекций. Электронный формат, 2006.

7. Пятунин А.И., Смирнов К.А., Савина З.С. САПР управляющих программ (Часть I); Автоматизированная подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ в САПР ТП “АДЕМ”: Лаб. практикум - М.: ЭПИ МИСиС, 2008.

8. Пятунин А.И., Смирнов К.А., Савина З.С. САПР управляющих программ (Часть II); Автоматизированная подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ в САПР ТП “АДЕМ”: Лаб. практикум - М.: ЭПИ МИСиС, 2008.

9. Пятунин А.И., Смирнов К.А., Савина З.С. САПР управляющих программ (Часть III); Автоматизированная подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ в САПР ТП “АДЕМ”: Лаб. практикум - М.: ЭПИ МИСиС, 2008.

б) дополнительная литература:

1. ADEM 7.0. Руководство пользователя. TDM документация 70.

2. ADEM 7.0. Руководство пользователя. GPP WIN документация 70. Руководство по созданию управляющих программ для ЧПУ (постпроцессоры)

3. Техтран - система программирования оборудования с ЧПУ/ А.А. Алферов, О.Ю. Батунер, М.Ю. Блюдзе и др. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1987

4. И.С.Моисеева, Н.Н.Гольдина, А.С.Белозерцев и др. Применение отечественных и программных продуктов в учебном процессе. / САПР и графика, №9, 2000.

5. Э.Берлинер. Актуальность применения САПР в машиностроении. / САПР и графика, №9, 2000.

6. Е.Н. Зазерский, С.Н. Жолнерчик. Технология обработки деталей на станках с ЧПУ. - Л.: Машиностроение, 1975. -208 с.

Размещено на Allbest.ru