Подготовка управляющей программы (УП)

САП станков и роботов

Исходные данные при подготовке УП:

¨ чертежи нужной детали, исходной заготовки;

¨ каталог режущего инструмента с настроечными размерами;

¨ нормативы режимов резания и другая справочная информация;

¨ каталог станков и инструкции по их эксплуатации.

Последовательность подготовки УП:

¨ проектирование технологического процесса (последовательность операций с выбором режущих инструментов и вспомогательных приспособлений) с разработкой ТУ на исходную заготовку;

¨ разработка технологического процесса (ТП) с расчетом (назначением) режимов резания, построения траектории движения режущих инструментов;

¨ расчет координат опорных точек траектории движения режущих инструментов;

¨ составление расчетно-технологической карты;

¨ составление карты наладки станка;

¨ формирование УП;

¨ нанесение УП на программоноситель;

¨ контроль УП на станке и исправление ошибок;

Существуют следующие способы подготовки УП:

1) ручная;

2) в технологическом бюро;

3) на станке с системой ЧПУ типа CNC в диалоговом режиме, и используя систему автоматизированной подготовки программы.

Ручная подготовка программ в коде ISO-7bit требует кропотливого отбора технологических решений, трудоемких геометрических расчетов, тщательного документирования отдельных этапов и может проводиться квалифицированными инженерами-техноло­гами. Такой способ существовал только в начале развития станков с ЧПУ.

В 90-х годах основным способом подготовки управляющих программ являлась их подготовка в технологических бюро, на инструментальной ЭВМ, с использованием систем автоматизированного программирования (САП УП для станков с ЧПУ).

В настоящее время в связи с увеличением памяти МПС системы автоматизированного программирования (САП) широко встраиваются в СЧПУ. Подготовка УП ведется в диалоговом режиме на станках с СЧПУ.

8.2. Системы автоматизированного
программирования УП

САП – это специальное программное обеспечение, реализующее комплекс алгоритмов геометрических и технологических задач подготовки УП и содержащее проблемно-ориентированный язык, обеспечивающий запись и ввод в ЭВМ исходной информации.

САП решает следующие задачи:

¨ диалог с пользователем;

¨ синтаксический контроль исходной информации на входном языке;

¨ проектирование элементов технологического процесса обработки;

¨ расчет траектории движения инструмента;

¨ формирование и запись выходной информации на промежуточном языке;

¨ выдача диагностических сообщений о разных этапах обработки исходной информации;

¨ редактирование программ на уровнях входного, промежуточного выходного языков;

¨ формирование УП на выходном языке для конкретного станка и выдача на программоноситель;

¨ распечатка УП и сопроводительной документации;

¨ хранение и тиражирование УП.

В комплект САП входит также сопроводительная документация – руководство технологу программисту и оператору ЭВМ.

Типовая структурная схема САП дана на рис. 8.1. Функции отдельных модулей:

Постоянная информация – библиотека операций, технологических циклов, процедур, геометрических расчетов, таблиц параметров и т.д.

Рис. 8.1. Типовая структурная схема САП

Исходная информация – данные о заготовке и детали.

Препроцессор – проектирует план технологических операций, перечень и последовательность переходов, выбор схем закрепления, типа инструмента и т.д., трансляцию на универсальный язык.

Процессор – выполняет геометрические и технологические расчеты (количество проходов, режимы резания, вычисления траектории).

Постпроцессор – увязывает УП с особенностями и возможностями конкретных станков (привязка к координатам станка, типу датчиков и т.д.).

Уже к 1980 году в мире было разработано и эксплуатировалось более 150 САП. Развитие САП продолжается и в настоящее время в связи с применением САП для роботов, ГПМ, ГПС, для новых ЧПУ, с использованием САП непосредственно в СЧПУ станков типа CNC. В частности, ниже приводятся заметки из газеты о разработанных системах автоматизированного программирования пермскими инженерами.

Соло для станка с ЧПУ (Комсомольская правда, 1989)

Ваше производство станет более современным, появится возможность более эффективно использовать технику, и, соответственно, повысится производительность труда, значительно улучшится и качество продукции, если вы воспользуетесь новой разработкой пермского НПО «Алгоритм».

НПО «Алгоритм» предлагает для внедрения систему автоматизации программирования для станков с ЧПУ с инвариантным постпроцессором – САП-ПК (разработчики – В.И. Кореков, А.Г. Ашихмин, А.Д. Воронкин и др.). Система предназначена для автоматизированной подготовки управляющих программ для фрезерных, токарных, сверлильных, расточных, карусельных, электроэрозионных станков и отрабатывающих центров. Система эксплуатируется на персональных ЭВМ PC/XT, PC/AT и их отечественных и зарубежных аналогах, операционная система MS-DOS или совместимая с ней.

Основное преимущество САП-ПК по сравнению с аналогичными системами – ИНВАРИАНТНЫЙ ПОСТПРОЦЕССОР. В большинстве САП на каждый комплекс «станок – система ЧПУ» разрабатывается постпроцессор. В САП-ПК вместо постпроцессора технолог за 1–2 смены разрабатывает паспорт-таблицу, содержащую сведения о станке и системе ЧПУ. В настоящее время в САП-ПК – 200 паспортов на отечественные и зарубежные станки и системы ЧПУ с кодами ISO и БЦК-5.

В САП-ПК реализовано автоматическое построение рабочих проходов по схемам «зигзаг», «петля», «канавка», «эквидистанта» для выборки металла в зоне, ограниченной контуром сложной конфигурации.

САП-ПК обладает развитыми средствами графического отображения контура и траектории инструмента на экране дисплея (графические адаптеры HERCULES, CGA, EGA, VGA).

САП-ПК совместима с системами САП-ЕС, САП-СМ4 и разработана той же группой специалистов САП-ПК, обладает новыми возможностями, в ней исправлены ошибки и недостатки, присущие системам САП-ЕС, САП-СМ4.

Для ЭВМ СМ-4, СМ-1420 предлагается аналогичная система СПУП-СМ, также совместимая с САП-ЕС, САП-СМ4.

Наш адрес: 614064, Пермь, ул. Льва Шатрова, 23, НПО «Алгоритм». Телефоны: 28-89-30, 44-47-90.

Соло для станка с ЧПУ (Комсомольская правда, 1990)

СП «ЕВРАЗИЯ» предлагает УНИВЕРСАЛЬНУЮ СИСТЕМУ САПР-ЧПУ/2 с усовершенствованными ИНВАРИАНТНЫМ ПОСТПРОЦЕССОРОМ, ГРАФИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОРОМ и ИНТЕРАКТИВНЫМ ГРАФИЧЕСКИМ ВВОДОМ на базе ПЭВМ IBM PC/XT/AT и пр.

Первая версия САПР-ЧПУ внедрена на 48 предприятиях страны.

Новая версия САПР-ЧПУ при подготовке управляющих программ к одно- или многоинструментальным станкам с ЧПУ и обрабатывающим центрам позволяет с помощью макроязыка создавать, хранить и использовать широкий набор параметризованных элементов, схем обработки и типовых деталей.

Трехмерный графический процессор САПР-ЧПУ/2 обеспечивает: контроль контура детали и траектории движения инструмента в ортогональных проекциях и аксонометрии, а также вращение вокруг любой оси в пространстве; двух… и трехмерное окно; отображение на экране дисплея в отладочном режиме сведений о технологических командах и канонических параметрах исследуемого участка траектории инструмента; вывод информации на любые модели плоттеров и принтеров.

ИНВАРИАНТНЫЙ ПОСТПРОЦЕССОР (IPP) САПР-ЧПУ/2 не имеет аналогов в отечественной и зарубежной практике, полностью доступен технологу-пользователю для адаптации к условиям своего производства и позволяет самостоятельно разрабатывать и пополнять библиотеку паспортов комплексов «станок – устройство ЧПУ» (кстати, более 200 паспортов фирма представляет бесплатно).

Постпроцессор САПР-ЧПУ/2 в отличие от САП СМ-4, САП ПК, ИСКРА-2 и «СПРУТ» позволяет использовать станочные подпрограммы и циклы устройств CNC с их графическим отображением на дисплее и плоттере и расчетом времени выполнения на станке, а специальный макроязык предоставляет технологу возможность самостоятельно вносить изменения и дополнения в разделы IPP САПР-ЧПУ.

В САПР-ЧПУ/2 реализован автоматический расчет траектории движения инструмента для выборок зон металла по схемам «петля», «зигзаг» и «спираль» для контуров произвольной конфигурации, содержащих препятствия любой формы.

Разработчики САПР-ЧПУ Н.М. Трухин, К.Б. Филиппович, В.И. Филиппович, С.А. Червонных, А.А. Томилов, Г.В. Клименков, обладающие 20-летним опытом создания и внедрения систем САП, САП-ЕС, САП-СМ, гарантируют заказчику бесплатное консультирование, сопровождение и передачу новых версий системы в период ее эксплуатации на предприятии. СП «ЕВРАЗИЯ» 3 раза в год проводит 2-недельные курсы по обучению системе САПР-ЧПУ.

Адрес: 614000, г. Пермь, ул. К. Маркса, 59. СП «ЕВРАЗИЯ». Телефоны:
44-68-54, 45-86-40, 45-74-98. Телетайп 134136 ТУР.

САП классифицируются в основном по назначению (плоская обработка контуров и плоскостей, объемная обработка контуров, обработка тел вращения, обработка отверстий, комплексная обработка корпусных деталей), по характеру структуры (универсальные для широкого круга деталей, специализированные), по уровню автоматизации, входному языку и другим критериям.

С целью унификации все САП выдают УП на промежуточном международном языке CL DATA (Cutter legation data – данные о положении инструмента). Постпроцессор стремятся сделать инвариантным, с применением диалоговой программы-настройщика, чтобы проще было привязать УП к конкретному станку (вызвать УП в формате данного станка).

Из известных отечественных универсальных САП можно указать ТЕХТРАН, ЕСПП, САП-ЕС, ЕСПС-ТАУ, САП-АРМ, из зарубежных – APT (США), FAPT (Япония), EXAPT, BASIC EXAPT (ФРГ).

Входные языки обычно называются по имени САП, но большинство из них выполнены на базе языка APT (Automatic Programming Tools – автоматическое программирование инструмента)*.

После 1975 года, с появлением роботов, развиваются САП для роботов с использованием соответствующих языков AL, VAL (США), FORTH-4.

С увеличением емкости памяти систем ЧПУ типа CNC появляются САП, встроенные в СЧПУ типа BOSH (ФРГ), FANUC-3T (Япония), обрабатывающие центры с СЧПУ FANUC6M-MODELE (Япония),
MAZATROL-M (США).

Подготовка УП в этом случае ведется прямо на рабочем месте через графический дисплей в диалоговом режиме, используя технику меню. По мере выбора оператором варианта из ряда предложений, накопления информации в ЭВМ на экране дисплея возникают контуры заготовки и детали, разрабатываются технологические переходы, проектируется траектория инструмента, а нередко определяются режимы резания. После того, как информация в ЭВМ вся принята, УП транслируется в код ISO-7bit и может отлаживаться по первому изготовлению детали.

Входной язык позволяет просто задать геометрию обрабатываемого контура. Например, прямую линию можно описать такими (неисчерпывающими) способами:

¨ две точки (X1, Y1, X2, Y2);

¨ точка и угол (X,Y,a);

¨ точка, лежащая на перпендикулярной линии (X, L1);

¨ точка и параллельная линия (X, Y, L1);

¨ на заданном расстоянии от параллельной линии (S, L1);

¨ касательная к двум окружностям (C1, C2). Здесь L1, C1, C2 – идентификаторы заданных линий или окружностей.

Окружность можно задать так:

¨ координаты центра окружности и ее радиус;

¨ точка на прямой линии, касательной к окружности и ее радиус;

¨ две прямые, касательные к окружности и ее радиус;

¨ прямая линия, касательная к искомой окружности радиуса R и вторая окружность, касательная к 1-й окружности.

Математическое обеспечение САП позволяет автоматически определить не только опорные точки контура детали, но и опорные точки эквидистанты.

Ряд дополнительных сведений по САП дан в книге Сосонкина В.Л. «Программное управление технологическим оборудованием» (М.: Машиностроение, 1991. С. 153–195).

Разработка постпроцессоров является традиционной задачей: еще до появления CAD/CAM-систем постпроцессоры входили в состав САП (систем автоматизации программирования), выполнявших роль средств автоматизации разработки управляющих программ для станков с ЧПУ. Геометрия обрабатываемой детали и технология обработки описывались в САП в текстовой форме (например, на языке АРТ), после чего выполнялся расчет траектории движения инструмента. Для результирующего описания траектории обычно использовался стандартный формат CLDATA (Cutter Locations DATA). Эти данные обрабатывались постпроцессором, который формировал управляющую программу (УП) для конкретной модели станка с ЧПУ.

Казалось, что развитие систем ЧПУ приведет к такой унификации форматов УП, что сделает постпроцессоры ненужными. Однако по ряду причин этого не произошло. Основная из них – стремление изготовителей оборудования с ЧПУ обеспечить пользователей собственными средствами автоматизации «ручного» программирования, реализованными в системе ЧПУ. Унификация формата УП осталась на уровне стандарта ISO, который носит достаточно общий характер и не избавляет от необходимости разработки постпроцессоров. Таким образом, и сегодня постпроцессоры входят в виде модулей в состав CAD/CAM-систем (или САМ-систем, далее мы не будем делать различий).

Потребность в разработке большого числа постпроцессоров и значительная трудоемкость их разработки привели к появлению средств автоматизации проектирования постпроцессоров. Эти средства прошли свой путь развития – от библиотек стандартных подпрограмм до специальных автоматизированных систем (генераторов постпроцессоров).

Сегодня практически любая CAD/CAM-система имеет в своем составе собственные генераторы для автоматизации разработки постпроцессоров. Эти генераторы используют во многом общие идеи, но различаются, так сказать, глубиной их реализации. Проблема состоит в том, что для разработчиков CAD/CAM-систем автоматизация проектирования постпроцессоров является второстепенной задачей, а основные их усилия направлены на решение других задач, в большей степени влияющих на положение выпускаемого продукта на рынке.

Данная ситуация привела к появлению на рынке фирм, специализирующихся на разработке таких генераторов постпроцессоров, которые могли бы встраиваться в CAD/CAM-системы или использоваться в качестве автономных средств автоматизации. Понятно, что уровень автоматизации проектирования постпроцессоров, обеспечиваемый этими генераторами, должен быть существенно выше того, который предлагается разработчиками CAD/CAM.

Наиболее известной из таких фирм является компания IMS Software, Inc. (США), выпустившая на рынок универсальный генератор постпроцессоров IMSpost. Эта разработка наиболее полно реализует современные идеи в области проектирования постпроцессоров, а именно:

¨ действия постпроцессора по преобразованию траектории инструмента в управляющую программу описываются на специальном языке высокого уровня, в котором имеется возможность оперировать параметрами траектории инструмента и управляющей программы как понятиями языка. Этим достигается максимальная гибкость проектирования при одновременной простоте и компактности программы действий постпроцессора;

¨ параметры, определяющие формат кадра, начала и конца УП, подготовительные и вспомогательные функции и другие характеристики управляющей программы, задаются в специальных настроечных таблицах (диалоговых окнах), что дополнительно упрощает проектирование и модификацию (редактирование) постпроцессора. Во многих случаях для разработки нового постпроцессора достаточно выполнить изменения в диалоговых окнах постпроцессора, взятого в качестве аналога;

¨ с помощью специальных таблиц можно описать геометрию и взаимное расположение исполнительных органов и узлов станка с ЧПУ. Это обеспечивает автоматический расчет значений линейных и поворотных координат станка для каждого текущего положения инструмента, чем облегчается разработка постпроцессоров для многокоординатного оборудования с ЧПУ. Описание станка можно просматривать и редактировать в графическом режиме;

¨ наиболее сложные алгоритмы постпроцессирования встроены в ядро IMSpost, что избавляет разработчика от необходимости решать такие задачи, как проблема нелинейности при многокоординатной обработке, замена серий «мелких» участков линейных перемещений на участки с круговой или сплайновой интерполяцией и др.

IMSpost позволяет быстро и эффективно создавать постпроцессоры для любых видов оборудования с ЧПУ – фрезерных обрабатывающих центров, многокоординатного оборудования, электроэрозионных и токарных станков. Генерируемые с помощью IMSpost постпроцессоры являются автономными системами и используют в качестве входной информации данные в формате CLDATA, которые подготавливаются CAM-системой. IMSpost адаптирован к фор­матам CLDATA следующих CAD/CAM-систем: CATIA, Cimatron, Euclid, MasterCAM, PowerMill, Pro/ENGINEER, SurfCAM, Uni­graphics.

В нашей стране успешный опыт использования генератора IMSpost накоплен в ОАО «Волгобурмаш» (г. Самара), где разрабатываемые постпроцессоры интегрируются в CAD/CAM-системы Unigraphics и Cimatron. Поставки IMSpost в России осуществляет компания «Би Питрон», которая предоставляет заказчику документацию на русском языке, выполняет обучение и обеспечивает сопровождение.

8.3. Системы CAD/CAM

Впервые термин СAD прозвучал в конце 50-х годов прошлого века в Массачусетском технологическом институте в США. Распространение эта аббревиатура получила уже в 70-х годах как международное обозначение технологии конструкторских работ. С началом применения вычислительной техники под словом CAD подразумевалась обработка данных средствами машинной графики. Однако этот один термин не отражает всего того, что им иногда называют. Например, САПР могут предназначаться для: черчения, для прочерчивания (эскизирования) или и для того, и для другого сразу. Сама же аббревиатура CAD может расшифровываться так: Computer Aided Design или Computer Aided Drafting (проектирование и конструирование с помощью ЭВМ или черчение с помощью ЭВМ). Понятия «конструирование» и «черчение с помощью ЭВМ» – всего лишь малая часть функций, выполняемых САПР. Многие из систем выполняют существенно больше функций, чем просто черчение и конструирование. И существует их более точное обозначение:

САЕ – Computer Aided Engineering (инженерные расчеты с помощью ЭВМ, исключая автоматизирование чертежных работ). Иногда этот термин использовался как понятие более высокого уровня – для обозначения всех видов деятельности, которую инженер может выполнять с помощью компьютера.

CAM – Computer Aided Manufacturing. Программирование устройств ЧПУ станков с помощью CAD-систем – отождествляют с понятием CAM (так называемые CAD/CAM-системы). В иных случаях под САМ понимают применение ЭВМ в управлении производством и движением материалов.

CAQ – Computer Aided Quality Assurance. Определяет поддерживаемое компьютером обеспечение качества, прежде всего программирование измерительных машин.

САР – Computer Aided Planning – автономное проектирование технологических процессов, например при подготовке производства.

CIM – Computer Integrated Manufacturing – взаимодействие всех названных отдельных сфер деятельности производственного предприятия, поддерживаемого ЭВМ.

При традиционном проектировании оснастки трудоемкость работ составляет от 50 нормочасов до нескольких тысяч, а в общем – несколько миллионов нормочасов. Использование систем автоматизированного проектирования и изготовления оснастки позволяет не только снизить трудоемкость, временные и денежные затраты, но освободить человека от большого количества однообразной работы, например от оформления большей части документопотока.

CAD/CAM-системы находят применение в широком диапазоне инженерной деятельности, начиная с решения сравнительно простых задач проектирования и изготовления конструкторско-техноло­гической документации и кончая задачами объемного геометрического моделирования, ведением проекта, управлением распределенным процессом проектирования и т.п. Современные изделия можно создать только с использованием CAD/CAM-систем на всех стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации.

Разработка и создание CAD/CAM-систем является достаточно сложным и длительным процессом, требует значительных затрат материальных и людских ресурсов. К сожалению, за последние годы государственная политика по отношению к коллективам, создающим CAD/CAM-системы, резко изменилась. Из-за отсутствия централизованного финансирования практически прекращены новые разработки в этой области. Значительное количество коллективов-разработчиков распалось. В результате, например, среди отечественных машиностроительных CAD-систем, поставляемых на рынок, продавалось не более пяти 2D-систем и не более одной-двух 3D-систем. Полностью отсутствовали системы для проектирования в радиоэлектронике, строительстве и архитектуре. В то же время значительные средства расходуются организациями на закупку дорогостоящих зарубежных CAD/CAM-систем. Пользователи на местах оказываются неподготовленными к применению этих систем, и иногда случается, что в одной организации скапливаются несколько типов дублирующих друг друга систем, порой практически неэксплуатируемых.

Развитие отечественных CAD/CAM-систем и их широкое использование в промышленности позволит существенно сократить затраты на закупку таких систем за рубежом и тем самым поддержать собственные научные разработки в этой области.

Одной из основных задач, вставшей с появлением ЭВМ и оборудования с ЧПУ, является сокращение времени подготовки управляющей информации и уменьшение вероятности ошибок.

Впервые задача автоматизированного программирования для изготовления деталей на станках с ЧПУ была поставлена и решена Ассоциацией авиакосмической промышленности США в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом в 1959–1961 годах. Был разработан специальный проблемно-ориентированный язык программирования АРТ (Automatic Programming Tools) и основанная на нем система программного обеспечения. Эта система рассчитана на применение достаточно мощной для того времени ЭВМ (IBM 360/370) и охватывает практически все возможные операции от 2 до многокоординатной обработки. По опыту использования этой системы в производстве получено снижение трудоемкости программирования практически
в 10 раз. На базе этой системы, а также по аналогии во всех странах стало появляться бесконечное множество различного рода систем. Достаточно назвать некоторые из них: АРТ-1, АРТ-2, АРТ-3, и т.д.; ЕХАРТ-1,2,3; ADAPT, AUTOPRESS, CLAM, COCOMAT и т.д. Многие из них используются до сих пор с некоторыми доработками, с учетом развития вычислительной техники и адаптации этих систем к современным ЭВМ. САПР, как правило, состоит из языка описания геометрии детали, ее технологии, предпроцессора, процессора и постпроцессора.

Но разработки все новых и новых систем автоматизированного проектирования не прекратились. Современные САПР можно условно разделить на «легкие» и «тяжелые». Их различают по объему возможностей, а значит, и по требованиям к ЭВМ, на которой предполагается их использование. Различия могут выражаться в особенностях возможностей 2D (плоского) и 3D (объемного) проектирования, наличия возможности твердотельного моделирования, возможности вывода полученных данных на печать, станок с ЧПУ и т.п.

Ниже даны сведения по некоторым системам САD/CAM на 2005 год (AutoCAD, bCAD, ГеММА-3D, ADEM, ГРАФИКА-81, БАЗИС 3.5, SOLID EDGE).

Дата добавления: 2015-05-29