книги из ГПНТБ / Никитенко В.Д. Подготовка программ для станков с числовым программным управлением

В. Д. НИКИТЕНКО

ПОДГОТОВКА ПРОГРАММ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧИСЛОВЫМ

ПРОГРАММНЫМ

УПРАВЛЕНИЕМ

КОНТРОЛЬНЫЙ 1

Москва « М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е »

1973

ЭКЭ.с.чПЛЯР

f 3

В книге изложены основные положения и методика подготовки программ для станков с контурными и пози­ ционными системами числового программного управления (ЧПУ). Дано описание средств подготовки программ и рекомендации по их применению.

Рассмотрено применение методов ручного и машинного программирования. Приведены характеристики применяе­ мых в СССР и за рубежом языков и систем автоматического программирования для станков с ЧПУ.

Книга предназначена для работников технологических служб заводов и специалистов научно-исследовательских институтов, занимающихся применением средств программ-- ного управления.

Табл. 31, ил. 49, список лит. 50 назв.

Рецензент Ю. Е. МИХЕЕВ

3134—142 142—73 0,38(01)—73

© Издательство «Машиностроение», 1973 г.

ВВЕДЕНИЕ

В процессе развития производительных сил общества значительная роль отводится автоматизации технологи­ ческих процессов как средству, позволяющему сократить производственный цикл одновременно со снижением себе­ стоимости и повышением качества продукции.

Прогресс техники во всех областях машиностроения сопровождается более частой сменой изделий и уменьше­ нием серийности их выпуска. В развитых странах около 70% заводов выпускают продукцию мелкими сериями и единично. В этих условиях универсальное оборудование за счет больших затрат вспомогательного и машинного времени сдерживает рост производительности труда. Проблема автоматизации индивидуальных и мелкосерий­ ных производств становится все более актуальной. Приме­ нение числового программного управления (ЧПУ) позво­ ляет сократить время подготовки производства и перена­ ладки оборудования.

Программное управление — это такая система управ­ ления, которая обеспечивает автоматическую работу меха­ низмов станка по легко переналаживаемой программе, в отличие от обычных автоматов, полуавтоматов, копи­ ровальных станков и т. д.

По заданной программе можно управлять: регулиро­ ванием скорости и направлением перемещения исполни­ тельного органа станка; циклом работы станка; сменой инструмента и т. д.

Основная особенность ЧПУ в том, что программа о ве­ личине, скорости и направлении перемещений задается в виде символов, нанесенных на специальный программо­ носитель. Процесс подготовки программы отделен от про­ цесса обработки детали во времени и пространстве.

Рассмотрим, например, фрезерный станок, обрабаты­ вающий плоский контур. Фреза перемещается в продоль­ ном и поперечном направлении с помощью приводов. Приводы управляются импульсами, следующими с опре-

3

деленной частотой, определяющей перемещение фрезы для получения желаемого контура.

Допустим, привод может переместить фрезу в продоль­ ном направлении на величину 0,02 мм при получении одного импульса. При частоте поступления 100 импульсов

При сочетании работы двигателей в продольном и попереч­ ном направлении обеспечивается обработка фрезой кон­ тура детали.

Исходными данными для составления программы слу­ жат сведения о детали, станке, системе ЧПУ и инстру­ менте. При подготовке программ прежде всего решают обычные вопросы технологической подготовки произ­ водства: составление маршрута обработки, подбор инстру­ мента, назначение режимов резания, проектирование уста­ новочных и зажимных приспособлений и др.

Этот процесс может выполняться специалистом-тех­ нологом или решаться при помощи ЭВМ. Затем вручную или автоматически, применив ЭВМ, осуществляется пере­ работка информации на I уровне — расчет траектории инструмента, привязка программы к натуральному мас­ штабу времени, с переводом ее в коды применяемого ин­ терполятора, и перфорация. Далее на I I уровне перера­ ботки информации (для контурных систем ЧПУ) осуще­ ствляется интерполяция траектории с точностью до 1 им­ пульса, перевод программы в унитарный код. Система контурного ЧПУ может получать информацию либо не­ посредственно из интерполятора в виде последовательных импульсов, передаваемых в реальном масштабе времени, либо в том же виде, но записанных на магнитную ленту.

В работах по подготовке программ можно выделить ряд этапов. В зависимости от технических характеристик станков, систем ПУ, средств, применяемых для програм­ мирования, и уровня автоматизации в процессе подготовки программ вводятся или исключаются отдельные этапы (табл. 1), меняется трудоемкость, стоимость и сам харак­ тер этого процесса.

Ниже рассмотрены основные характеристики систем ЧПУ, станков и неметаллорежущего оборудования, влия­

4

По характеру управляющей информации системы ПУ могут быть аналоговые и дискретные. Последнее время эта грань стирается, созданы комбинированные системы на базе дискретных и аналоговых узлов. Например, в ди­ скретных системах используют аналоговые датчики.

По способу задания программы различают системы цикловые, с записью программы по первой детали, и числовые (табл. 2).

из жестко заложенных в станке циклов обработки с соот­ ветствующими режимами. Геометрию детали и размеры обработки не программируют, а задают при помощи механических элементов. Системы с записью программы по первой детали работают следующим образом: при обра­ ботке вручную первой детали на программоноситель за­ писывают программу всех перемещений движущихся орга­ нов. Для повторной обработки используется эта про­ грамма, воспроизводимая специальным устройством.

Числовые системы осуществляют управление всеми параметрами работы оборудования по программе, задан-

6

ной в числовом виде. Это наиболее совершенные сис­ темы ПУ, позволяющие автоматизировать процесс обра­ ботки детали сложного контура.

По характеру управления исполнительными органами системы ЧПУ делят на позиционные и непрерывные.

Позиционные системы обеспечивают переход управ­ ляемых органов из одного состояния (позиции) в другое. Их применяют преимущественно для сверлильно-расточ- ных станков (СЦ-7, «Координата С68»). Разновидностью позиционных систем ЧПУ является система управления прямоугольными перемещениями, применяемая для то­ карных и фрезерных станков.

Непрерывные системы, называемые иначе контурными или функциональными, осуществляют непрерывную функ­ циональную связь между управляемыми параметрами. Это более сложные системы, ими оснащают фрезерные станки, токарные, электроэрозионные, намоточные и др., где для обеспечения производственного процесса важно регулирование траектории перемещения исполнительных органов. К этим системам относятся отечественные си­

По виду входной информации непрерывные системы ЧПУ разделены на две группы: системы с цифровым зада­ нием программы на перфоленте и встроенным интерполя­ тором (УМС-402, СЦП, К-ЗП-68); системы с декодирован­ ным заданием программы в унитарном коде или в анало­ говом виде (фазовые системы) чаще всего на магнитной ленте (ФС-2, ПРС-ЗК, ПФС-12-600, СЦМ, СЦ-1).

В системах первой группы легче выполнять техноло­ гические и вспомогательные команды, такие как изменение скорости подачи, прерывание процесса обработки, коррек­ тировку геометрической части программы. Системы со встроенными интерполяторами несложно оснастить спе­ циальными устройствами, облегчающими программиро­ вание: устройством для безэквидистантного программиро­ вания, устройством для коррекции радиуса фрезы. Про­ граммоносителем для таких систем является перфолента, которая удобна в хранении и эксплуатации, программа с нее легко считывается визуально. Однако включение интерполятора усложняет систему ПУ.

Системы с декодированным заданием программы проще и надежнее, хотя процесс подготовки программ для них сложнее [36].

7

По мере повышения надежности элементов электро­ ники и их удешевления преимущества систем ЧПУ со встроенными интерполяторами станут преобладать над их недостатками, что расширит область их эффективного применения.

По структуре схемы управления системы ПУ могут быть замкнутые и разомкнутые.

Замкнутые системы ПУ осуществляют сопоставление фактического перемещения с заданным в программе и передачу сигнала об отклонении в цепь управления пере­ мещением. В связи с этим замкнутые системы обеспечивают более высокую точность обработки по сравнению с разом­ кнутыми, но конструктивно они сложнее и менее надежны.

Появление точных разомкнутых систем ПУ обуслов­ лено применением шаговых двигателей, которые реаги­ руют дозированным перемещением на дискретный сигнал.

По способу представления информации на магнитной ленте системы могут быть разделены на четыре основных типа:

1) импульсные, для которых информация по каждой координате записывается в виде последовательности им­

2)кодовые, для которых информация по каждой коор­ динате записывается по трем дорожкам в виде комбинации постоянных сигналов, модулированных частотой (система ПРС-ЗК);

3)фазовые, для которых информация по каждой коор­ динате записывается в виде синусоидальных сигналов постоянной несущей частоты Д„ смещаемых по фазе отно­

сительно опорной частоты / о п (система ФСПУ-2); 4) фазо-импульсные, для которых информация по каж­

дой координате записывается в виде сдвига фаз, но не си­ нусоидальных, а импульсных сигналов с дополнитель­ ными маркерными импульсами (система ФС-2). Преиму­ щество этой системы по сравнению с другими состоит в том, что она позволяет вводить коррекцию на изменения радиуса фрезы, для чего на магнитной ленте дополни­ тельно записываются приращения синуса и косинуса углов наклона элементов траектории.

Существенным при программировании является зало­ женный в систему ЧПУ метод отсчета координат.

Абсолютный отсчет проводят от одной общей точки (начала координат), и в программу заносят соответству-

8

ющие абсолютные значения координат узловых и проме­ жуточных точек.

Относительный отсчет проводят от предыдущей точки, и в программу заносят разности координат предыдущей и последующей узловых и промежуточных точек, так на­ зываемые «приращения по координатам». Такой метод отсчета применен почти во всех контурных системах ЧПУ.

Очевидно, что в системах с относительным отсчетом, работающих по приращениям, точность измерения в лю­ бой точке зависит от точности определения положения предыдущей точки, а поэтому ошибка измерения может накапливаться.

Существуют системы с плавающим началом отсчета, где перемещения задают абсолютными координатами точек

Координату, работающую не одновременно с остальными, принято называть половиной координаты. Так, систему называют системой с 2,5-координатами, если перемещения по осям X и У могут осуществляться одновременно, а по оси Z лишь при отсутствии перемещения по осям X и Y.

Помимо количества программируемых координат, важ­ ным признаком для программирования является и их характер — линейный или круговой. Различная компо­ новка координат, линейных и круговых, обеспечивает рабочим органам станка сложные составляющие переме­ щения.

Международной организацией по стандартизации (ISO) разработаны рекомендации, определяющие направ­ ление осей на станках с ЧПУ. Рекомендуется правая си­ стема, которую обычно применяют в геометрии и потому используют в языках системы автоматического программи­ рования (рис. 1).

Правая система означает (например, в сверлильном станке) расположение осей согласно рис. 2. При этом поло­ жительная ось проходит из плоскости зажима навстречу направлению подачи рабочего шпинделя.

На рис. 3 показана соответствующая схема для гори­ зонтального расточно-фрезерного станка. На рис. 4 пока­ зано направление оси при токарной обработке. В связи с тем, что сверление также может происходить в направле­ нии оси вращения, здесь выбрано направление + 2 ,

9