Программирование УЧПУ.

Аппаратная часть УЧПУ изготавливается на специализированных предприятиях электронной промышленности. Проектирование УЧПУ сводится к выбору необходимого набора аппаратуры и разработки соответствующего программного обеспечения в объёме, достаточном для решения задач управления технологическим оборудованием. В заключение производится конструктивная разработка шкафа, в котором размещаются модули и узлы УЧПУ.

Программное обеспечение УЧПУ подразделяется на системное, инструментальное и прикладное (см. вопрос 6.1). Управляющие программы создаются в процессе эксплуатации УЧПУ с помощью инструментального программного обеспечения, предусмотренного для него проектировщиками. В наиболее сложных случаях УП разрабатываются с помощью АСТПП. При этом используются системы автоматизированного программирования, которые предъявляют собой проблемно-ориентированные языки, максимально приближённые к терминологии, используемой технологами (например, T-Flex-CAD, включая T-Flex-ЧПУ, отечественной фирмы «Top Systems»). САП входят в состав программного обеспечения центральных УВМ и сложных УЧПУ типа обрабатываемых центров.

Для создания УП с помощью САП используются автоматизированные рабочие места технолога. При использовании АРМ программирование ведётся в диалоговом режиме, технолог использует меню альтернативных решений и графические возможности САП для оформления документации техпроцесса. Разработанные таким образом УП составляют прикладное программное обеспечение УЧПУ, которое хранится в памяти ЦУВМ и передаётся по мере необходимости в УЧПУ технологического оборудования. УП могут храниться также в устройствах внешней памяти, таких как магнитные диски и дискеты. Программа, записанная на дискете, вводится в УЧПУ с помощью дисковода. Разработка и редактирование УП может производиться также оператором с пульта УЧПУ. Перед началом работы УЧПУ по УП, хранящейся в его памяти, производится наладка: вывод рабочих органов в исходное положение, ввод в память УЧПУ информации, связанной с ограничениями техпроцесса и т.д.

Наиболее распространённым языком программирования УЧПУ, лежащим в основе большинства САП, является код ISO-7, регламентированный международным стандартом ISO 6983, а также ГОСТ 20999-83 (см. приложение 5 к лекции 5). Этот код использует символы кода КОИ-8 по ГОСТ Р34.303-92 в соответствии с международным стандартом ISO 4873-86 (см. приложение 2 к лекции 2). Он содержит заглавные буквы английского алфавита, арабские цифры, знаки математических операций и ряд других символов. В коде ISO-7 символам кода КОИ-8 приданы значения, описывающие функционирование СПУ.

В коде ISIO-7 УП записываются на программоноситель в виде последовательности кадров (рис.7.3).

Рис.7.3. Структура программы, записанной в коде ISO-7.

Кадры состоят из информационных слов, расположенных в определённом порядке, а слова – из символов. Первый символ слова является буквой латинского алфавита, а остальные символы являются арабскими цифрами и образуют число со знаком или целочисленный код. Содержанием кадра является последовательность слов, задающих одну рабочую операцию. Каждый кадр программы должен начинаться с номера кадра, который состоит из символа N и целочисленного кода. Кадры должны располагаться в порядке возрастания номеров, номера не должны повторяться. После номера кадра информационные слова должны записываться в следующей последовательности:

• H – число повторений участка программы (Heading);

• G – подготовительная функция (Geometry);

• D – величина коррекции (Displacement);

• X – перемещение по оси X;

• Y – перемещение по оси Y;

• Z – перемещение по оси Z;

• U, V, W – перемещения (повторные) по осям X, Y, Z соответственно;

• P, Q – третичные перемещения по осям X, Y соответственно;

• I, J, K – параметры интерполяции или шаг резьбы параллельно осям X, Y, Z соответственно;

• A – угол поворота вокруг оси X (A→ α);

• B – угол поворота вокруг оси Y (B→ β);

• C – угол поворота вокруг оси Z (C→ Г→ γ);

• R – формальный параметр, служащий для хранения целых чисел со знаком (Register);

• F – величина подачи в мм/мин или мм/об (Feed);

• S – скорость главного движения в мм/мин или об/мин (Spindle);

• T – номер инструмента с указанием номера корректора или без него (Tool);

• M – вспомогательная функция, задающая режим работы (Mode);

• L – обращение к подпрограмме (Linkage).

Кадр завершается символом LF или ПС (перевод строки). Номер кадра (и символ ПС при вводе с перфоленты), является обязательным в каждом кадре. Остальные символы используются по мере необходимости задания тех или иных элементов технологической операции.

Последовательности кадров объединяются в разделы УП, заголовки которых начинаются символами от %0 до %9. Каждый такой заголовок завершается символом ПС. Затем идут комментарии, заключённые в круглые скобки. Информация в скобках не используется для управления в УЧПУ. После комментариев, если они нужны, располагается главный кадр раздела УП, который начинается с символа «:» (двоеточие). Главный кадр содержит информацию об общих условиях обработки. Он не имеет номера, а завершается, как и другие кадры, символом ПС.

Рассмотрим основные функции, реализуемые словами в состава УП.

Подготовительные функции задаются символом G (Geometry) и двух- или трёхзначным десятичным числом. Они определяют геометрические параметры станка, например, характер интерполяции (линейная или круговая), характер позиционирования, вид коррекции инструмента, вид системы координат и т.д.

Размерные перемещения X, Y, Z, U, V, W, P, Q, I, J, K, A, B, C, R записываются целыми числами со знаком в виде абсолютных величин (положений) или в виде приращений координат в данном кадре.

Вспомогательные функции M (Mode) определяют команды для электроавтоматики станка и тем самым задают режим работы. Может быть задано до 100 таких функций в пределах М00 … М99. Примерами вспомогательных функций являются: М02 – команда выключения оборудования в конце раздела УП; М03 – включение шпинделя на вращение по часовой стрелке; М06 – смена инструмента и т.д.

В начале раздела УП после символа «%» и соответствующего номера размещается формат слов кадра УП. В формате перечисляются все символы, используемые в данной УП, за каждым из которых идёт набор цифр. Если в слове рассматриваемого типа можно опустить нули перед первой значащей цифрой, то первой цифрой формата является 0. Если же можно опустить нули после последней значащей цифрой, то последней цифрой формата является 0. Если в данном слове фигурирует целое число, то в формате записывается одна значащая цифра, определяющая максимально возможное число разрядов записанного в слове числа. Если в слове может быть записано дробное число, то помимо начального или конечного нуля записываются две цифры, первая из которых обозначает максимальное число разрядов целой части, а вторая - максимальное число разрядов дробной части записываемого числа.

Пример формата: %2 N04 G02 D02 X043 Y043 и т.д. В указанном формате второго раздела (%2) УП N04 означает, что номер кадра может иметь до четырёх цифр (например, N8301) и нули перед первой значащей цифрой можно опустить, т.е. не обязательно писать N0042, так как достаточно написать N42. В том же формате слово D02 означает, что может быть задано 99 вариантов коррекции траектории инструмента, от D01 до D99, причём вместо D01 можно записать D1. Далее в данном формате фигурирует слово X043. Оно означает, что целая часть числа, задающего координату X, может содержать до четырёх цифр, а дробная часть числа, поскольку нули опускаются только впереди, всегда содержит три цифры, если целая часть не равна нулю. Например, если в каком-либо рабочем кадре имеется слово X23500, то оно означает задание координаты X = 23, 5 мм; если имеется слово X-235, то оно означает X = -0, 235 мм.

В качестве примера рассмотрим формирование траектории перемещения рабочей точки механизма в соответствии с графиком, приведённым на рис.7.4.

Рис.7.4. Траектория движения расчётной рабочей точки.

Программу записываем в абсолютных размерах, т.е. отсчёт перемещений во всех кадрах программы производится в одной и той же системе координат, представленной на рис.7.4. При написании программы используем разработанный ранее формат слов кадра. Программа отработки перемещений согласно графику, приведённому на рис.7.4, получается следующей (см. табл.П.5.1):

Здесь слово G90 в кадре N1 задаёт отсчёт перемещений в абсолютных размерах; это задание действует и в последующих кадрах, так же как и задание скорости подачи F100. Слово G01, задающее отработку перемещений с заданной скоростью по прямой (линейная интерполяция), должно быть задано в каждом кадре, в котором программируется перемещение по прямой. В кадре N1 запрограммировано перемещение из начала координат в точку P1 с координатами X = 21 мм и Y = 33 мм.

Аналогично формируются перемещения в остальных кадрах, т.е. указываются координаты точки, в которую должен переместиться рабочий орган в конце кадра. В кадре N5 имеется также слово M02, указывающее на завершение отработки заданных перемещений и останов путём выключения производственного оборудования (см. табл.П.5.2).

Та же программа, записанная в относительных размерах, т.е. когда начало координат устанавливается в точке, в которой находится механизм перед началом отработки кадра, имеет следующий вид:

Рассмотрим также примеры программирования перемещений по окружности, которые реализуются путём круговой интерполяции. Для задания круговой интерполяции в кадре программы должны быть указаны (см. табл.П.5.1 приложения 5):

• направление обхода дуги – по или против часовой стрелки (G02 или G03);

• плоскость обработки (G17, G18, G19);

• проекции на оси плоскости обработки от радиуса – вектора кругового участка, направленного из начальной точки P₀ в центр круга 0⁰ (рис.7.5, 7.6); если плоскость обработки – XY, то проекции радиус-вектора – I, J; проекции задаются в относительных размерах;

• координаты конечной точки P_k в относительных (G91) или абсолютных (G90) размерах.

Если круговая интерполяция в плоскости XY программируется с заданием координат конечной точки в относительных размерах, а направление обхода контура – по часовой стрелке (см. рис.7.5), то данный кадр программы должен выглядеть (при условии проставления номера кадра) следующим образом:

N … G91 G17 G02 X44000 Y20000 I + 30000 J – 23000 LF

При необходимости задания круговой интерполяции против часовой стрелки с программированием координат конечной точки в абсолютных размерах (см. рис.7.6) соответствующий кадр программы должен иметь следующий вид:

Рис.7.5. Круговая интерполяция с Рис.7.6. Круговая интерполяция с

заданием координат конечной заданием координат конечной

точки в относительных размерах. точки в абсолютных размерах.

В УП траектория центра режущего инструмента (эквидистанта) должна быть сдвинута относительно заданного в чертеже контура детали на радиус фрезы или радиус закругления режущей кромки резца. Поэтому в управляющую программу надо вводить коррекцию (т.е. поправку) на радиус инструмента, что позволяет составлять УП непосредственно по чертежу независимо то размеров инструмента.

Коррекция положительная (отрицательная) задаётся функцией G43 (G44) и словом D, задающим величину коррекции, которые записываются в указанной ранее последовательности перед каждой корректируемой координатой.

Отмена коррекции производится функцией G40 или заданием D00.

Рис.7.7. Обработка с учётом коррекции на радиус фрезы.

Коррекция отрицательная (G44), если координата центра инструмента меньше координаты контура. В противном случае устанавливают положительную коррекцию G43.

Приведём пример программирования обработки с учётом коррекции на радиус инструмента в соответствии с рис.7.7 (см. табл.П.5.1 приложение 5).

Коррекция на радиус инструмента D01 = 5000.