Методы программирования систем ЧПУ

Существует три основных способа разработки управляющих программ:

· ручное программирование (manual programming techniques);

· программирование на стойке ЧПУ (shop-floor);

· программирование при помощи CAM-систем.

До настоящего момента мы использовали исключительно ручное программирование на уровне G-кодов, чтобы проще было понять основы ЧПУ. Далее мы рассмотрим другие методы создания управляющих программ и покажем на реальных примерах использование каждого метода для того, что бы вы решили – который из них является лучшим. Следует уяснить себе различия в этих трех способах программирования и помнить, что ни один из них не является панацеей для любого из производств. Каждый метод имеет свою нишу в машиностроительной отрасли.

Ручное программирование.Ручное программирование является весьма утомительным занятием. По общему признанию, слова, адреса и кадры воспринимаются большинством новичков, как "китайская грамота". Однако все программисты-технологи обязаны иметь хорошее понимание техники ручного программирования независимо от того, действительно ли они ее используют.

Можно сопоставить ручное программирование для ЧПУ с выполнением арифметических вычислений при помощи ручки и бумаги в противоположность вычислениям на электронном калькуляторе. Преподаватели математики единодушно соглашаются с тем, что школьники сначала должны научиться выполнять арифметические вычисления вручную. И только потом использовать калькулятор для того, чтобы ускорить процедуру нудных вычислений.

Что может быть лучше, чем ручное программирование? Все еще остается немало производств, в которых применяют исключительно ручное программирование для станков с ЧПУ. Действительно, если используется несколько станков с ЧПУ, а изготавливаемые детали достаточно просты, то грамотный технолог-программист с великолепной техникой ручного программирования будет способен превзойти по производительности труда мощного программиста-технолога, использующего CAM-систему. Или используются станки для выполнения ограниченной номенклатуры изделий. Как только обработка таких изделий запрограммирована, она вряд ли будет изменена когда-либо в будущем.

В этом случае ручное программирование для ЧПУ наиболее экономически эффективно.

Наконец, даже в случае применения CAM-системы нередко возникает потребность коррекции кадров УП вследствие обнаружения ошибок на этапе отработки. Также, общепринятой является коррекция кадров УП после ряда первых пробных прогонов на станке с ЧПУ. Если для выполнения этих, часто элементарных, корректировок программист должен опять использовать CAM-систему, то это неоправданно удлинит процесс подготовки производства.

Программирование на пульте системы ЧПУ (оперативные системы). Этот метод программирования стал весьма популярен в последние годы. Программы создаются и вводятся непосредственно на стойке системы ЧПУ, используя клавиатуру, дисплей, а также систему графических пиктограмм и меню.

Программист может немедленно проверить кадры УП путем графической имитации обработки на экране стойки.

Системы диалогово-графического проектирования существенно различаются между собой. В большинстве случаев, любая из них является одноцелевой системой, предназначенной для автоматизации программирования определенного типа обработки на определенном оборудовании. Мало того, некоторые модели, особенно уже снятые с производства, были рассчитаны только на ручной ввод управляющей программы и тем самым не могли обеспечить технологию удаленного программирования при помощи CAM-системы. Однако более современные модели могут работать как в диалоговом режиме, так и имеют устройства для ввода G-кодов, которые сгенерированы другими CAM-системами. Имеются проблемы, связанные с программированием на пульте системы СПУ. Некоторые программисты используют исключительно метод программирования на стойке ЧПУ. Другие рассматривают такой метод экономически неэффективным, даже расточительным. Неудивительно, что каждая из сторон в споре имеет свои аргументы "за и против".

Предприятия, которые используют ограниченное число рабочих и выпускает широкий ассортимент деталей, склонны использовать метод программирования непосредственно у станка с ЧПУ. Здесь один работник может использоваться для выполнения разнообразных задач, связанных с обслуживанием станков с ЧПУ. Например, оператор станка с ЧПУ занимается установкой заготовки, ее закреплением, вводом УП, проверкой и оптимизацией УП и следит за обработкой. В этом случае метод программирования "у стойки с ЧПУ" весьма оправдан и более эффективен, чем оплата услуг некого "удаленного" программиста-технолога.

В условиях крупного производства основная цель состоит в максимальной загрузке станка с ЧПУ. Тогда используется уже целый штат сотрудников, поддерживающих максимальную загрузку станков и бесперебойное изготовление деталей на каждом станке. Независимо от причины, время простоя станка будет воспринято руководством как потеря времени и денег. Один человек может устанавливать инструменты для изготовления следующей детали в то время как обрабатывается текущая деталь (готовит переналадку станка заранее). Остальные работники в этот момент загружают УП и отлаживают их. В этом случае оператор станка только устанавливает заготовки и снимает готовые детали. Штат поддержки минимизирует потери времени, связанные с установкой и наладкой, а также разгрузкой станка, выполняя главную задачу – минимизировать время, в течение которого станок простаивает. Можно легко понять, что руководство не будет заинтересовано в разработке УП непосредственно у станка, поскольку это приведет к колоссальным затратам машинного времени.

Существуют два других фактора, влияющих на использование того или иного метода. Первый имеет отношение к стимулированию оператора станка с ЧПУ. Человек, выполняющий диалоговое проектирование УП, должен иметь более высокую оплату труда и мотивацию. Ведь этот сотрудник вносит существенный вклад в успех дела. Имея такие стимулы, сотрудник может превзойти "обычного" программиста-технолога, неспешно разрабатывающего УП вдалеке от цеха.

Другой фактор, влияющий на выбор метода программирования, это номенклатура изготавливаемых деталей, для которых нужно написать управляющие программы. Если номенклатура значительна, то вряд ли будет успешно программирование у стойки.

Программирование при помощи САМ-систем.САМ-системы позволяют "поднять" программирование для станков с ЧПУ на более высокий уровень по сравнению с рутинным ручным программированием. САМ-системы постоянно привлекают на свою сторону все большее число сторонников. Обобщая, можно сказать, что САМ-системы облегчают труд технолога-программиста в трех главных направлениях:

· избавляют технолога-программиста от необходимости делать математические вычисления вручную;

· позволяют создавать на одном базовом языке управляющие программы для различного оборудования с ЧПУ;

· обеспечивают технолога типовыми функциями, автоматизирующими ту или иную обработку.

Для использования САМ-системы, технолог-программист применяет персональный компьютер или рабочую станцию. Компьютерная программа автоматически генерирует управляющую программу(G-код). Затем управляющая программа передается тем или иным способом в память стойки станка с ЧПУ.

САМ-системы можно разделить на две категории – с языковым и графическим способом ввода информации. Используя первые, технолог обязан использовать язык программирования, подобный БЕЙСИКУ или С (си). Эти САМ-системы требуют программирования и некоторые из САМ-систем в силу этого весьма сложны для освоения.

На другом полюсе располагаются САМ-системы, где каждый шаг обработки задается интерактивно в графическом режиме. Программист имеет зрительную обратную связь в течение каждого шага задачи программирования. Поэтому в общем случае такие системы более просты в изучении и работе.

Последовательность процедур в САМ-программировании. Несмотря на то, что возможности и "внешний вид" САМ-систем отличаются друг от друга, все же есть нечто общее, что их объединяет – это методология их использования. Сначала, программист должен ввести некую общую информацию. Во-вторых, описать параметры заготовки, а также рабочего места (зажимного приспособления и инструмента). Необходимо также определить последовательность обработки.

Общая информация (1 шаг).На этом шаге от программиста потребуется ввод информации о наименовании детали, ее шифра, даты разработки и имени управляющей программы. Нередко на этом шаге задаются габариты детали и размер экрана дисплея для того, чтобы настроить автоматическое масштабирование. Как правило, на этом этапе вводится информация о материале и параметрах заготовки.

Определение и уравновешивание геометрии (2 шаг).Используя ряд методов определения разобщенной геометрии, программист постепенно описывает форму обрабатываемой детали. В САМ-системах с графическим вводом программист к тому же увидит на экране каждый элемент геометрии. Программист имеет возможность выбора наиболее подходящего способа для построения разобщенной геометрии, служащей задаче описания формы обрабатываемой детали.

Как только геометрия определена, большинство САМ-систем предполагает проведение процедуры уравновешивания геометрии (the geometry be trimmed) для того, чтобы геометрия соответствовала фактической форме обрабатываемой детали, которую нужно получить. Например, линия, выходящая за пределы экрана, ограничивается до отрезка. Уравновешиванию подвергается и каждая дуга окружности.

Формирование строки обхода.Большинство САМ-систем допускает импортирование геометрии детали, спроектированной в CAD-системе. Это особенно полезно в случае деталей сложной формы, ведь технологу не нужно тратить усилия на повторное описание сложной геометрии. Однако имеются четыре немаловажных замечания, которые "портят" идеалистическую картину "сквозного проектирования-изготовления".

Во-первых, все элементы чертежа, созданного в САD-системе, должны быть выполнены строго в одном масштабе. Нам хорошо известна практика подгонки отдельных размеров конструктором только для того, что бы сделать качественную прорисовку чертежа или просто ускорить черчение. Например, выбран уменьшающий масштаб, при котором мелкие детали чертежа будут не видны на прорисовке. Значит надо изобразить мелкий элемент увеличенным, а размер поставить который требуется. В результате у технолога возникнет масса неприятностей и на поиск и коррекцию ошибочного элемента.

Во-вторых, из чертежа детали, сделанного конструктором, технологу нужно совсем немного информации. Если в САМ-систему импортируется полный чертеж, то технолог потратит немало времени на то, чтобы удалить лишние элементы геометрии, размеры, штриховки и т. п. До тех пор, пока CAD-системы не оснастят простыми, удобными и мощными средствами фильтрации геометрии, технолог по-прежнему будет терять драгоценное время на "чистку".

Третье замечание. Важно уже в процессе проектирования соблюсти соглашение о местонахождении нулевой точки чертежа. Начало координат чертежа желательно расположить в нижнем левом углу чертежа. В этом случае процесс импортирования чертежа в CAM-систему пройдет без запинки. В противном случае, технологу опять потребуется время для устранения проблем.

Четвертое замечание. В большинстве САМ-систем предполагается, что геометрия детали будет описана в некотором формате, наиболее подходящем для программирования обработки. Яркий пример – токарная обработка. Вам знакомы размерные цепи. В большинстве своем, конструкторы редко задумываются об этом. В результате технолог повторно рассчитывает весь контур детали вручную.

Именно поэтому, многие пользователи САМ-систем часто приходят к выводу, что проще заново переопределить чертеж в САМ-системе (для простых обрабатываемых деталей), чем импортировать рисунки из CAD-систем. Поскольку обрабатываемые детали становятся все более сложными и весьма трудно переопределить элементы чертежа, способность импортировать геометрию из CAD системы в CAM-систему становится очень важной проблемой.

Определение процедуры обработки (3-й шаг).На третьем шаге программист задает в САМ-системе способ обработки детали. Ему предоставляяется немалое количество готовых решений. Многие САМ-системы включают интерактивные меню для задания параметров конкретного вида обработки. Программисту остается только ввести параметры, а САМ-система сама рассчитает траекторию обработки. На этом шаге САМ-система визуализирует траекторию инструмента, предоставляя программисту возможность визуального анализа того, что может произойти на станке. Эта способность визуализировать УП прежде, чем она реально исполниться на станке, является одним из преимуществ САМ-систем. В конце концов, программист может ввести команду для выработки управляющей программы в виде G-кодов.

Как сохраняют управляющие программы.Независимо от того, каким образом была создана CNC-программа, заводские технологи всегда обеспокоены вопросами сохранения архивов УП и процедурами поиска в них. Даже в том случае, когда станок с ЧПУ выполняет одну и ту же программу, необходимо предварительно скопировать УП на случай возникновения сбоя при чтении в стойке станка.

Конечно, как только программа проверена на станке, пользователь захочет сохранить программу в ее эталонном виде для использования в недалеком будущем. Это может быть сделано несколькими способами.

Запоминающие устройства для хранения УП и организации поиска, включают: устройства записи-чтения на магнитной ленте, устройство ввода-вывода на перфоленту, переносимые гибкие магнитные дискеты, устройства оперативной памяти, портативный компьютер и настольные компьютеры. Персональные компьютеры – наиболее популярный способ хранения, поиска и передачи управляющих программ. Давайте кратко обсудим, как они могут использоваться для передачи УП на станок с ЧПУ.

Все современные системы с ЧПУ типа CNC укомплектованы RS-232-C портом. Все современные персональные компьютеры также оборудованы RS-232-C портом. Подключая кабелем перечисленные выше два порта, пользователь может управлять процессом передачи данных от компьютера в ОЗУ системы с ЧПУ.

Безусловно, для этого требуется специализированная программа, которая может как загружать, так и выгружать УП из стойки ЧПУ. Большинство современных САМ-систем включают в свой состав программы для загрузки УП. Более того, имеется масса независимых поставщиков, они специализируются не только на передаче УП, но и на прямом управлении станков ЧПУ от компьютеров. В этих случаях стойка с ЧПУ уже практически не нужна. Подобные системы сокращенно именуют DNC.

2. ТИПЫ СТАНКОВ С ЧПУ