Рабочая профессия_Учебное пособие. Рабочая профессия
 Скачать 3.93 Mb.
|
|
6.1. У СТРОЙСТВО СТАНКОВ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ По своей конструкции и внешнему виду станки с ЧПУ похожи на обычные универсальные станки (рис. 29). Единственное внешнее отличие этих двух типов станков заключается в наличии у станка с ЧПУ устрой- ства числового программного управления (УЧПУ), которое часто называ- ют стойкой ЧПУ (рис. 30). Рис. 29. Станок с ЧПУ 92 Рис. 30. Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ: 1 – станина; 2 – рабочий стол; 3 – направляющие; 4 – шпиндель; 5 – колонна; 6 – дверца; 7 – защитный кожух; 8 – магазин инструментов; 9 – пульт управления, или стойка 93 Станок с числовым программным управлением включает в себя три подсистемы (рис. 31): − управления; − приводов; − обратной связи. 1. Подсистема управления. Читает УП и отдает команды различным аг- регатам станка на выполнение операций. Она также взаимодействует с чело- веком, позволяя оператору станка контролировать процесс обработки. Под- система управления содержит стойку, которая имеет набор кнопок и экран (все вместе называется пользовательским интерфейсом) для ввода и вывода необходимой информации. В корпусе стойки ЧПУ размещен контроллер (процессор). 2. Подсистема приводов. Включает в себя различные двигатели и вин- товые передачи для окончательного выполнения команд подсистемы управ- ления – реализации перемещения исполнительных органов станка. 3. Подсистема обратной связи. Призвана обеспечивать подсистему управления информацией о реальной позиции исполнительного органа станка и о скорости двигателей. Рис. 31. Подсистемы станка с ЧПУ 94 Подсистема обратной связи может быть открытого или замкнутого типа. В первом случае регистрируется наличие или отсутствие сигнала из подсистемы управления. Однако подсистема открытого типа не может дать информацию о реальной позиции исполнительного органа и скорости двигателей, поэтому в современных станках с ЧПУ практически не при- меняется. Во втором случае используются внешние датчики для проверки необходимых параметров. 6.2. Р АБОТА СИСТЕМЫ СТАНКА С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Информация о траектории и скорости перемещения исполнительных органов станка, частоте вращения шпинделя и другие данные, необходи- мые для выполнения обработки, передаются УП, которую пишет про- граммист. Подсистема управления читает эту программу, расшифровыва- ет ее и вырабатывает профиль перемещения. Профиль перемещения можно представить в виде графика, который показывает, в какой точке должен находиться исполнительный орган станка через определенные промежутки времени. В соответствии с ним подсистема управления посылает на соответствующий двигатель строго определенное количество электрических импульсов. Двигатель вращает ходовой винт, и исполнительный орган станка перемещается в указанную позицию (координату). Датчики обратной связи отправляют в подсистему управления информацию о действительной достигнутой позиции испол- нительного органа. Происходит сравнение фактической и требуемой (тео- ретической) позиций. Если между ними есть разница (ошибка перемеще- ния), то подсистема управления посылает скорректированное на величину ошибки число электрических импульсов на двигатель. Этот процесс по- вторяется снова и снова, пока исполнительный орган станка не достигнет требуемой позиции с определенной (очень высокой) точностью. 95 Все вышесказанное верно для перемещения вдоль одной оси. Реаль- ные детали имеют сложную конфигурацию, профиль которой может не совпадать с направлением осей, а быть криволинейным или направленным под углом. Если требуется переместить рабочий стол прямолинейно, но не параллельно ни одной из осей станка (рис. 32), то система станка с ЧПУ должна построить между точками 1 и 2 множество опорных точек и дви- гать рабочий стол по ним ступенчато, попеременно включая подачу то по одной оси, то по другой. При этом нужно поддерживать такое соотноше- ние скоростей движения по осям, чтобы траектория перемещения соответ- ствовала заданной. Рис. 32. Перемещение исполнительного органа станка при линейной интерполяции Работу по расчету этих промежуточных опорных точек выполняет специальное устройство, входящее в состав подсистемы управления, – ин- терполятор. Интерполятор непрерывно, в соответствии с заданными пере- мещениями, поддерживает функциональную связь между опорными точ- ками и следит за отклонениями от номинальной траектории, стремясь све- сти их к минимуму. Эти «ступеньки» имеют некоторое отклонение от за- данной траектории перемещения. Величина отклонения полученной сту- пенчатой траектории будет равной или кратной цене импульса (разреше- нию) системы станка с ЧПУ или импульса, формируемого датчиком об- 96 ратной связи. Так как в современных станках разрешение системы про- граммного управления приближается к 0,001 мм (1 мкм), то получаемое перемещение можно рассматривать как гладкое. Рассмотренная интерполяция называется линейной. Если же необхо- димо выполнить перемещение по дуге, то интерполяция будет круговой (рис. 33). Рис. 33. Перемещение исполнительного органа станка при круговой интерполяции В случае перемещения по дуге выполняется так называемая линейная аппроксимация дуги, то есть замена дуги маленькими прямолинейными отрезками. Поэтому исполнительный орган станка также будет двигаться по ступенчатой траектории, которая визуально будет казаться абсолютно гладкой. 6.3. П РОГРАММИРОВАНИЕ СТАНКОВ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Разработка программы для станков с числовым программным управ- лением включает в себя следующие этапы: − разработка модели САПР; − преобразование файла CAD в программу ЧПУ; 97 − подготовка станка с ЧПУ; − выполнение операции обработки. Для программирования обработки на станках с ЧПУ используют раз- личные языки. Наиболее популярным является язык G- и М-кодов, бази- рующийся на положениях ИСО и Ассоциации электронной промышлен- ности (EIA). Официально этот язык считается стандартом для американ- ских и европейских производителей оборудования с ЧПУ, и иногда его называют ИСО 7-бит (ISO 7-bit). Для описания основных функций производители систем программно- го управления придерживаются этих стандартов, но для описания специ- альных возможностей оборудования могут отступать от правил. Однако есть набор основных G- и М-кодов, которые являются обще- принятыми и их необходимо знать. 6.4. О ПИСАНИЕ G- И M- КОДОВ ДЛЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ СТАНКОВ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Производители систем управления используют G-код в качестве ба- зового подмножества языка программирования, расширяя его по своему усмотрению (табл. 19–20). Программа, написанная с использованием G-кода, имеет жесткую структуру. УП состоит из множества различных кадров. В свою очередь, каждый кадр УП состоит из слов данных. А слово данных строится из адре- са (буквы) и относящегося к нему числа. Например, адрес Y относится к оси Y, а следующее за адресом число обозначает координаты вдоль этой оси. Например, G01 X3 Y3 – кадр УП, где G – адрес 01 – число X – адрес 3 – число Y – адрес 3 – число G01 – слово данных (G-код) X3 – слово данных Y3 – слово данных 98 Подготовительные команды языка начинаются с буквы G: − перемещение рабочих органов оборудования с заданной скоростью (линейное и круговое); − выполнение типовых последовательностей (таких как обработка от- верстий и резьб); − управление параметрами инструмента, системами координат, и рабочих плоскостей. Таблица 19 Сводная таблица G-кодов Подготовительные команды / Коды Описание G00–G04 Позиционирование инструмента G17–G19 Переключение рабочих плоскостей (XY, XZ, YZ) G20–G21 Не стандаризовано G40–G44 Компенсация размера различных частей инструмента (длина, диаметр) G53–G59 Переключение систем координат G80–G84 Циклы сверления, нарезания резьбы G90–G92 Переключение систем координат (абсолютная, относительная) Таблица 20 Основные команды Код Описание Пример G00 Ускоренное перемещение инструмента (холостой ход) G0 X0 Y0 Z100; G01 Линейная интерполяция G01 X0 Y0 Z100 F200; G02 Круговая интерполяция по часовой стрелке G02 X15 Y15 R5 F200; G03 Круговая интерполяция против часовой стрелки G03 X15 Y15 R5 F200; G04 Задержка на P миллисекунд G04 P500; G10 Задать новые координаты для начала коор- динат G10 X10 Y10 Z10; G11 Отмена G10G11; 99 Продолжение табл. 20 Код Описание Пример G15 Отмена G16G15 G90; G16 Переключение в полярную систему коор- динат G16 G91 X100 Y90; G20 Режим работы в дюймовой системе G90 G20; G21 Режим работы в метрической системе G90 G21; G22 Активировать установленный предел пере- мещений (станок не выйдет за него) G22 G01 X15 Y25; G23 Отмена G22G23 G90 G54; G28 Вернуться на референтную точку G28 G91 Z0 Y0; G30 Поднятие по оси Z на точку смены ин- струмента G30 G91 Z0; G40 Отмена компенсации размера инструмента G1 G40 X0 Y0 F200; G41 Компенсировать радиус инструмента слева G41 X15 Y15 D1 F100; G42 Компенсировать радиус инструмента справа G42 X15 Y15 D1 F100; G43 Компенсировать высоту инструмента по- ложительно G43 X15 Y15 Z100 H1 S1000 M3; G44 Компенсировать высоту инструмента от- рицательно G44 X15 Y15 Z4 H1 S1000 M3; G53 Переключиться на систему координат станка G53 G0 X0 Y0 Z0; G54–G59 Переключиться на заданную оператором систему координат G54 G0 X0 Y0 Z100; G68 Поворот координат на нужный угол G68 X0 Y0 R45; G69 Отмена G68G69; G80 Отмена циклов сверления (G81–G84)G80 Z100; G81 Цикл сверления G81 X0 Y0 Z-10 R3 F100; G82 Цикл сверления с задержкой G82 X0 Y0 Z-10 R3 P100 F100; G83 Цикл сверления с отходом G83 X0 Y0 Z-10 R3 Q8 F100; G84 Цикл нарезания резьбы G95 G84 X0 Y0 Z-10 R3 F1.411; G90 Абсолютная система координат G90 G21; 100 Окончание табл. 20 Код Описание Пример G91 Относительная система координат G91 G1 X4 Y5 F100; G94 Подача F в формате мм/мин G94 G80 Z100; G95 Подача F в формате мм/об G95 G84 X0 Y0 Z-10 R3 F1.411; G98 Отмена G99G98 G15 G90; G99 После каждого цикла не отходить на «подходную точку» G99 G91 X10 K4; Технологические команды языка начинаются с буквы М (табл. 21). Они включают следующие действия: − сменить инструмент; − включить/выключить шпиндель; − включить/выключить охлаждение; − вызвать/закончить подпрограмму. Таблица 21 Вспомогательные (технологические) команды Код Описание Пример M00 Приостановить работу станка до нажатия кнопки «старт» на пульте управления (так называемый технологический останов) G0 X0 Y0 Z100 M0; M01 Приостановить работу станка до нажатия кнопки «старт», если включен режим под- тверждения останова G0 X0 Y0 Z100 M1; M02 Конец программы M02; M03 Начать вращение шпинделя по часовой стрелке M3 S2000; M04 Начать вращение шпинделя против часо- вой стрелки M4 S2000; M05 Остановить вращение шпинделя M5; M06 Сменить инструмент M6 T15; M07 Включить дополнительное охлаждение M3 S2000 M7; M08 Включить основное охлаждение M3 S2000 M8; 101 Окончание табл. 21 Код Описание Пример M09 Выключить охлаждение G0 X0 Y0 Z100 M5 M9; M30 Конец информации M30; M98 Вызов подпрограммы M98 P101; M99 Конец подпрограммы, возврат к основной программе M99; Для написания некоторых команд следует использовать дополнитель- ные буквы (табл. 22). Таблица 22 Параметры команд, которые задаются буквами латинского алфавита Код Описание Пример X Координата точки траектории по оси X G0 X0 Y0 Z100; Y Координата точки траектории по оси Y G0 X0 Y0 Z100; Z Координата точки траектории по оси Z G0 X0 Y0 Z100; F Скорость рабочей подачи G1 G91 X10 F100; S Скорость вращения шпинделя S3000 M3; R Радиус или параметр стандартного цикла G1 G91 X12.5 R12.5; D Параметр коррекции выбранного инстру- мента M06 T1 D1; P Величина задержки или число вызовов подпрограммы M04 P101 или G82 R3 Z-10 P1000 F50; I, J, K Параметры дуги при круговой интерполя- ции G03 X10 Y10 I0 J0 F10; L Вызов подпрограммы с данной меткой L12 P3; Для разных станков некоторые коды могут отличаться. Однако нет никакой необходимости знать все коды всех систем ЧПУ, набора основ- ных G- и М-кодов достаточно для работы. О возникшей разнице в про- граммировании специфических функций можно узнать из документации к конкретной системе. 102 6.5. CAD/CAM/CAE- СИСТЕМЫ Развитие компьютерных и информационных технологий привело к появлению продуктивных инструментов, которые решают задачи со- кращения срока выпуска продукции, снижения ее себестоимости и повы- шения качества. Такими инструментами стали CAD/CAM/CAE-системы. Под CAD-системами (computer-aided design – компьютерная под- держка проектирования) понимают программное обеспечение, которое ав- томатизирует труд инженера-конструктора и позволяет решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации при помощи персонального компьютера. САМ-системы (computer-aided manufacturing – компьютерная под- держка изготовления) автоматизируют расчеты траекторий перемещения инструмента для обработки на станках с ЧПУ и обеспечивают выдачу УП с помощью компьютера. САЕ-системы (computer-aided engineering – компьютерная поддержка инженерных расчетов) предназначены для решения различных инженер- ных задач, например для расчетов конструктивной прочности, анализа тепловых процессов, расчетов гидравлических систем и механизмов. 6.6. М ЕТОДЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ Существуют три метода программирования обработки для станков с числовым программным управлением: − ручное программирование; − программирование на пульте УЧПУ; − программирование при помощи CAD/САМ-систем. Ручное программирование является довольно рутинным и трудоем- ким. Однако все технологи-программисты должны иметь хорошее пред- ставление о технике ручного программирования независимо от того, как на самом деле они работают. В нашей стране существует еще немало предприятий, на которых используется этот метод. Он встречается на 103 предприятиях с малым парком станков, которым не требуется изготавли- вать сложные детали. В таком случае программист может работать и без средств автоматизации собственного труда. Метод программирования на пульте УЧПУ приобрел особую попу- лярность лишь в последние годы. Это связано с техническим развитием систем программного управления, улучшением их интерфейса и возмож- ностей. Программы создаются и вводятся прямо на стойке станка с ЧПУ с использованием клавиатуры и дисплея. Современные системы программ- ного управления действительно позволяют работать очень эффективно. Например, оператор станка может произвести верификацию УП или вы- брать требуемый постоянный цикл при помощи специальных пиктограмм и вставить его в код УП. Некоторые системы программного управления предлагают диалоговый язык программирования, который значительно упрощает процесс создания УП, делает «общение» с ЧПУ удобным для оператора. Программирование при помощи CAD/САМ-систем позволяет поднять процесс написания программ обработки на более высокий уровень. Рабо- тая с CAD/САМ-системой, технолог-программист избавляет себя от тру- доемких математических расчетов и получает инструменты, значительно повышающие скорость написания УП. Этот метод оптимизирует труд программиста, но предполагает использование дорогостоящего лицензи- онного софта. 6.7. Н АПИСАНИЕ ПРОСТОЙ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ Детали, обрабатываемые на станке с ЧПУ, можно рассматривать как геометрические объекты. Во время обработки вращающийся инструмент и заготовка перемещаются относительно друг друга по некоторой траектории. УП описывает движение определенной точки инструмента – его центра. Траекторию инструмента представляют состоящей из отдельных, переходя- щих друг в друга участков. Этими участками могут быть прямые линии, ду- ги окружностей, кривые второго или высших порядков. Точки пересечения 104 этих участков называются опорными, или узловыми, точками. Как правило, в УП содержатся координаты именно опорных точек (рис. 34). Рис. 34. Координаты опорных точек для создания программы Составим программу для обработки паза, представленного на рис. 35. Зная координаты опорных точек, сделать это несложно. Мы не будем по- дробно рассматривать код всей УП, а обратим особое внимание на напи- сание строк (кадров УП), непосредственно отвечающих за перемещение через опорные точки паза (рис. 36). Рис. 35. Чертеж детали с пазом Рис. 36. Система координат определения положения опорных точек 105 Для обработки паза сначала нужно переместить фрезу в точку Т1 и опустить ее на соответствующую глубину. Далее необходимо переместить фрезу последовательно через все опорные точки и вывести инструмент вверх из материала заготовки. Найдем координаты всех опорных точек паза и для удобства поместим их в табл. 23. Таблица 23 Координаты опорных точек паза Точка Координата по оси X Координата по оси Y Tl 3 8 Т2 3 3 ТЗ 7 3 Т4 7 8 Подведем режущий инструмент к первой опорной точке: N50 G00 Х3 Y8 Следующие два кадра заставляют инструмент опуститься на требуе- мую глубину в материал заготовки. N60 G00 Z0.5 N70 G01 Z-l F25 Как только инструмент окажется на нужной глубине (1 мм), можно перемещать его через все опорные точки для обработки паза: N80 G01 Х3 Y3 N90 G0 1 Х7 Y3 N100 G01 Х7 Y8 Затем следует вывести инструмент из материала заготовки – поднять на небольшую высоту: N110 G01 Z5 Соберем все кадры вместе, добавим несколько вспомогательных ко- манд и получим окончательный вариант программы (табл. 24). |