Порядок программирования станков

Язык программирования системы ЧПУ. Программист должен изучить список функций станка с ЧПУ, которые могут быть перепрограммированы. Часто недорогое оборудование с ЧПУ допускает только ручное управление большинством своих функций. Например, подобное фрезерное оборудование позволяет программное управление только движением инструмента. А такие функции, как направление и скорость вращения шпинделя, подача охлаждения или смена инструмента могут быть произведены оператором только вручную.

С другой стороны более дорогое оборудование допускает программное управление большинством своих функций, а задача оператора сводится к загрузке заготовки и съеме готовой детали. В этом случае после запуска обработки оператор полностью свободен для выполнения других функций.

В инструкции производителя станка с ЧПУ говорится о том, какие функции станка могут быть запрограммированы. Ниже приведен список наиболее часто употребляемых функций вместе с соответствующими адресами.

Управление шпинделем. Слово с адресом "S" используется для задания скорости вращения шпинделя (число оборотов в минуту). Кроме того, применяется одна из вспомогательных функций: M03 задает вращение шпинделя по часовой стрелке; M04 определяет вращение шпинделя против часовой стрелки; наконец M05 выключает двигатель, вращающий шпиндель. Обратите внимание на особенность токарных центров – функцию постоянной скорости резания, которая определяет скорость вращения шпинделя так, чтобы обеспечить постоянный съем точного количества металла за минуту.

Устройство автоматической смены инструмента (обрабатывающие центры). Слово с адресом "Т" сообщает системе с ЧПУ о номере инструмента, который должен быть использован далее. В большинстве случаев именно вспомогательная функция М06 сообщает о необходимости выполнить замену инструмента.

Устройство автоматической смены инструмента (токарные центры). В большинстве случаев используется адрес "Т" и четыре цифры. Первые две цифры определяют номер турели, а последние – номер позиции с нужным инструментом на турели.

Управление охлаждением. Вспомогательная функция M08 используется для включения подачи охлаждающей жидкости. В ряде случаев доступна функция M07 для включения подачи хладагента в виде тумана. Функция M09 выключает подачу охлаждающей жидкости.

Устройство для автоматической смены паллет. Вспомогательная функция M60 обычно используется для того, чтобы заменить паллету.

Вспомогательные функции. Как уже было сказано ранее, вспомогательные функции двух разных станков одного производителя весьма различны. Они отличаются друг от друга еще сильнее, если сравнить две системы с ЧПУ разных производителей. Обязательно исследуйте инструкцию производителя системы с ЧПУ, уделив внимание описанию каждой из допустимых M-функций. Вспомогательные функции обычно используются для программного включения и выключения целого ряда функций станка с ЧПУ. В любом случае надо изучить каждую из вспомогательных функций для ее корректного применения в управляющих программах.

Типы перемещений в CNC оборудовании.Мы обсуждали способы задания конечных точек перемещения, используя прямоугольную систему координат. Здесь мы сосредоточим внимание на том, как система с ЧПУ рассчитывает движение в конечную точку для каждого из типов движений.

Понятие интерполяции. Скажем, например, что мы желаем переместиться вдоль линейной оси Х вправо, на 1 мм. В этом случае мы запишем в управляющую программу строку X1 (предполагается абсолютная система кодирования). Как следствие, станок будет перемещать инструмент строго вдоль одной прямой.

Теперь скажем, что мы хотим совместить движение, рассмотренное выше, с перемещением вдоль оси У на 1 мм вверх. В этом случае инструмент будет двигаться по наклонной траектории. Если же такое перемещение сопровождается еще и снятием металла, то необходимо дополнительно назначить скорость перемещения в конечную точку (скорость подачи). Для реализации такого движения используется линейная интерполяция.

Выполняя линейную интерполяцию, система с ЧПУ будет автоматически и очень точно вычислять серию весьма малых перемещений вдоль одной из линейных осей, перемещая инструмент как можно ближе к запрограммированному линейному перемещению. На современном оборудовании с ЧПУ такая траектория покажется вам именно линейным движением (в отличие от реально-ступенчатого). Программист-технолог рассчитывает также на то, что станок умеет перемещать фрезу по кругу (например, при фрезеровании контура на обрабатывающих центрах). Такой тип интерполяции называется круговой интерполяцией. Как и в случае линейной интерполяции, система с ЧПУ должна наилучшим образом сгенерировать траекторию движения, максимально приближенную к кругу.

В зависимости от типа конкретной обработки выясняется, что нужен совсем другой вид интерполяции. Например, технологи используют возможности обрабатывающих центров для фрезерования деталей типа шнеков. В этом случае станок должен выполнять круговую интерполяцию перемещения вдоль осей Х и У и в тоже время линейно двигаться вдоль оси Z. Такое движение называется фрезерованием по спирали, а тип интерполяции – спиральным. Многие системы с ЧПУ имеют встроенную спиральную интерполяцию.

Совсем другой тип интерполяции требуется на токарном оборудовании, которое имеет поворотную резцедержку и ось С для вращения самой детали. Здесь применяется полярная интерполяция для программирования движения резца в процессе снятия металла вдоль некоторого сложного контура. Полярная координатная интерполяция в этом случае как бы "заменяет" более сложные вычисления, ускоряя процесс расчета.

Три базовых типа движения.Несмотря на то, что станок может иметь большое число типов перемещений, надо ограничиться на трех наиболее общих и широко доступных типах. Для рассматриваемых нами типов движения характерны две общие черты.

Первая – модальность. Это означает то, что они сохраняют свое действие до отмены или изменения. Например, если тип движения не меняется в течение нескольких кадров управляющей программы, то соответствующая G функция должна быть использована только в первом из перемещений.

Вторая – в кадре управляющей программы задается только конечная точка движения. Текущая достигнутая позиция станка будет использоваться как начальная точка.

Ускоренное перемещение (быстрый ход). Данный тип движения обеспечивает перемещение на самой высокой из возможных скоростей с целью уменьшения потерь времени на операции, не связанные непосредственно с обработкой металла. Типичные случаи использования быстрого хода включают перемещение инструмента в точку врезания или подъем и отвод инструмента по окончании обработки, отвод инструмента для последующего снятия фиксаторов заготовки или в общем случае любые перемещения инструмента, не связанные с обработкой. Обычно эта скорость чрезвычайно высока, поэтому оператор должен быть предельно осторожным в процессе реализации таких команд. К счастью, оператор имеет возможность уменьшить скорость ускоренных перемещений на пульте управления системы с ЧПУ во время отладки УП.

Команда, инициирующая ускоренное движение, в большинстве систем с ЧПУ имеет такой вид – G00.

Особое внимание нужно уделить при программировании ускоренных перемещений по нескольким осям. В большинстве систем с ЧПУ инструмент будет двигаться на ускоренном ходу по всем допустимым для этого осям одновременно. В этом случае конечная точка будет достигнута по одной из осей движения быстрее, чем по остальным. В этом случае программисту надо быть осторожным, назначая быстрый ход, чтобы избежать возможных столкновений с деталью – ведь движение вдоль прямой линии может быть выполнено совсем иначе (ступенчато). В других системах с ЧПУ всегда гарантируется именно движение по прямой и одновременный приход в конечную точку по всем осям, на которых назначен быстрых ход.

Движение вдоль прямой (линейное перемещение).Этот тип движения позволяет программисту закодировать движение по прямой линии так, как это было обсуждено ранее в процессе знакомства с понятием линейной интерполяции. Этот тип движения предполагает задание скорости подачи, которую нужно использовать в процессе движения. Линейное перемещение может использоваться в любое время, включая операции сверления, точения, фрезерования... Метод назначения скорости подачи варьируется от одного станка к другому. В общем случае, обрабатывающие центры предполагают задание "минутной" скорости подачи (мм/мин). Токарные обрабатывающие центры также позволяют задать скорости подачи в своем "оборотном" формате (мм/оборот).

Подготовительная функция G01 обычно используется для того, чтобы определить движение по прямой линии. Программист будет включать в кадр управляющей программы координаты конечной точки по каждой из осей.

Движение по кругу. Этот тип движения заставляет станок перемещать инструмент по кругу. Ранее, при обсуждении круговой интерполяции, мы говорили о том, что этот тип движения используется для обработки радиальных элементов контура. Все рассуждения о скорости подачи в случае линейных перемещений справедливы и в этом случае.

Две подготовительные функции используются с круговыми перемещениями: G02 обычно используется, чтобы задать движение по часовой стрелке, в то время как G03 используется, чтобы задать движение против часовой стрелки. Для того чтобы определить какую функцию использовать, поставьте себя на место станка. Например, при кодировании кругового движения в плоскости ХУ посмотрите на деталь со стороны шпинделя. При описании кругового движения в XZ-плоскости на токарном центре, просто рассматривайте движение сверху шпинделя.

Нельзя не акцентировать внимание на том, что круговое движение предполагает задание радиуса дуги. Для этого в новейших стойках ЧПУ, требуется лишь указать значение радиуса под адресом R в соответствующих кадрах УП. Тогда как в устаревших системах ЧПУ программист был обязан указать направленные векторы (адреса I, J, и K), сообщая, таким образом, координаты центра дуги. В нашем примере мы будем использовать только адрес R.

Пример.В этом примере, мы фрезеруем контур обрабатываемой детали с внешней стороны, используя концевую фрезу диаметром 15 мм для обработки контура и программируем точно по ее центру. Позже рассмотрим вопрос об использовании коррекции на радиус инструмента.

Пример оформлен в виде табл. 1.

Системы ЧПУ накладывают ограничения на перемещение инструмента. Некоторые из них требуют разбивать движение по полной окружности на ряд кадров (обычно в пределах одного квадранта). Другие системы строго требуют наличия в кадре направляющих векторов вместо использования адреса R при круговой интерполяции.

Ряд систем ЧПУ обеспечивают автоматическое скругление углов при фрезерной обработке или снятие фаски, что приводит к уменьшению размера управляющей программы.

Следует обратиться к инструкции по программированию системы ЧПУ, в которой найдется описание команд управления станком и подробное описание команд управления перемещениями.

Важность форматирования управляющей программы.Как известно, система с ЧПУ исполняет управляющую программу по одному кадру, строго друг за другом. Уделим внимание вопросу о структуре управляющей программы.

Одна из главных причин для изучения и строгого следования формату CNC-программ заключается в необходимости создания вашей первой управляющей программы. Конечно, ее можно написать кое-как, максимально упрощенно. Однако, как показывает опыт, стиль написания первой УП наложит отпечаток на процесс написания всех последующих УП.

Маловероятно, что даже опытный программист-технолог может знать значение каждой вспомогательной функции. Наша первая цель состоит в том, чтобы избавиться от необходимости зазубривать адреса или подготовительные функции управляющих программ.

Табл. 1. Фрагмент управляющей программы

Вторая причина для соблюдения правил форматирования УП – совместимость. Надо использовать постоянно одинаковый формат для всех УП. Если все программисты будут использовать одинаковый формат для конкретной системы с ЧПУ, то каждый программист без проблем разберется в программе другого программиста.

Третьей и наиболее важной причиной для форматирования CNC-программ является программирование многоинструментальной обработки на обрабатывающих фрезерных или токарных центрах. Для этого вида управляющих программ характерно повторное использование инструмента. Например, Вы работаете с УП, которая использует десять инструментов. После выполнения обработки, Вы решаете, что пятый инструмент в программе резал деталь недостаточно глубоко. После решения проблемы (например, изменением величины корректора или смещения нуля программы по Z), Вы нуждаетесь в рестарте УП, но только начиная с пятой смены инструмента.

Для того чтобы выполнить УП с пятой смены инструмента, требуется особая технология написания УП. А именно – определенная избыточность информации, словно система с ЧПУ вдруг перестала понимать модальность ряда функций. Поэтому в процессе создания УП, программист должен включить некоторую избыточную информацию в начале каждой смены инструмента с тем, чтобы обеспечить в будущем корректный запуск УП с любой смены инструмента.
Вновь вернемся к нашему примеру. Итак, напомним – мы желаем выполнить УП с 5-ой смены инструмента второй раз. Обработка четвертым и пятым инструментом выполняется на частоте вращения шпинделя 500 об/мин. Предположим, что десятый, последний инструмент требовал частоты вращения шпинделя 1500 об/мин. Система с ЧПУ предполагает модальность скорости вращения шпинделя.

В процессе написания УП программист решает не включать S500 в кадр пятой смены инструмента. Тогда, если программа будет исполнена нормальным (последовательным) способом, она отработается правильно. Но если оператор попытается повторно запустить УП с 5-ой смены инструмента, это приведет к исполнению кадров на скорости 1500 об/мин, а не 500 об/мин. Чтобы исключить такие проблемы, программист должен дать исчерпывающую информацию в начале каждой смены инструмента, даже если это приводит к некоторой избыточности. По существу, программист должен закодировать каждую смену инструмента как минипрограмму, которая может выполняться отдельно от остальной части УП. Надо программировать обработку так, чтобы разрешить оператору прервать программу и выполнить ее с любой смены инструмента.