Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программирование станков с компьютерным управлением. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
М.П. Шишкарев, М.Д. Гавриленко
ПРОГРАММИРОВАНИЕ СТАНКОВ
С КОМПЬЮТЕРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Учебное пособие
Ростов-на-Дону
ДГТУ
2023
УДК 681.3.06:621.9.06-529
Ш65
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор А.Н. Чукарин
(РГУПС, г. Ростов-на-Дону);
доктор технических наук, профессор В.И. Бутенко
(ДГТУ, г. Ростов-на-Дону)
Шишкарев, Михаил Павлович.
Ш65 Программирование станков с компьютерным управлением :
учебное пособие / М.П. Шишкарев, М.Д. Гавриленко ; Донской
государственный технический университет. – Ростов-на-Дону :
ДГТУ, 2023. 71 с.
ISBN 978-5-7890-2157-6
Рассмотрена методика проектирования управляющих программ для
станков с ЧПУ поколения CNC. Приведены примеры программ, составлены индивидуальные задания и контрольные вопросы к изучению
раздела «Системы числового управления технологическим оборудованием» курса «Управление станками и станочными комплексами».
Отображена технология программирования высокого уровня.
Предназначено для обучающихся бакалавриата и магистратуры
по направлению подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
УДК 681.3.06:621.9.06-529
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Донского государственного технического университета
Научный редактор
кандидат технических наук, профессор В.А. Лебедев
ISBN 978-5-7890-2157-6
© Шишкарев М.П., Гавриленко М.Д., 2023
© Донской государственный
технический университет, 2023
3
Введение
Современные металлорежущие станки с числовым программным
управлением – это машины для размерной обработки поверхностей
деталей, органически соединенные с компьютером. Управление подобным оборудованием все более напоминает процесс составления компьютерной программы. Поэтому современный специалист в области
машиностроительного производства должен, несомненно, обладать
компетенциями в области программирования станком с ЧПУ.
Числовое программное управление (ЧПУ) – компьютеризированная система, управляющая приводами технологического оборудования,
включая станочную оснастку. Оборудование с ЧПУ представлено: станочным парком, например станками для обработки металлов, дерева,
пластмасс, для резки листовых заготовок, для обработки давлением и т.д.;
приводами асинхронных электродвигателей, использующих векторное управление; системой управления современными промышленными роботами.
Несколько станков с ЧПУ можно объединить в гибкую автоматизированную производственную систему (ГПС), которая, в свою очередь, может быть дополнена гибким автоматизированным участком
(ГАУ) и войти в состав автоматической линии (производства масштаба
участка либо цеха) гибкого автоматизированного производства (ГАП).
Изобретателем первого станка с числовым (программным) управлением
(англ. Numerical Control, NC) является Джон Пэрсонс (John T. Parsons), работавший инженером в компании своего отца Parsons Inc, выпускавшей
в конце Второй мировой войны пропеллеры для вертолетов. Он впервые предложил использовать для обработки пропеллеров станок, работающий по программе, вводимой с перфокарт.
В 1949 г. ВВС США профинансировали для Parsons Inc разработку
станка для контурного фрезерования сложных по форме деталей авиационной техники. Однако компания не смогла самостоятельно выполнить работы и обратилась за помощью в лабораторию сервомеханики
Массачусетского технологического института (MIT). Сотрудничество
Parsons Inc с MIT продолжалось до 1950 г. В этом же году MIT приобрел компанию по производству фрезерных станков Hydro-Tel и отказался от сотрудничества с Parsons Inc, заключив самостоятельный контракт с ВВС США на создание фрезерного станка с программным
управлением.
4
В сентябре 1952 г. станок был впервые продемонстрирован публике – про него была напечатана статья в журнале Scientific American.
Станок управлялся с помощью перфоленты.
Первый станок с ЧПУ отличался особой сложностью и не мог быть
использован в производственных условиях. Первое серийное устройство
ЧПУ было создано компанией Bendix Corp. в 1954 г. и с 1955 г. стало
устанавливаться на станки. Широкое внедрение станков с ЧПУ шло медленно. Предприниматели с недоверием относились к новой технике. Министерство обороны США вынуждено было на свои средства изготовить
120 станков с ЧПУ, чтобы передать их в аренду частным компаниям.
Первыми отечественными станками с ЧПУ промышленного применения являются токарно-винторезный станок 1К62ПУ и токарнокарусельный 1541П. Эти станки были созданы в первой половине
1960-х годов. Станки работали совместно с управляющими системами
типа ПРС-3К и др. Затем были разработаны вертикально-фрезерные
станки с ЧПУ 6Н13 с системой управления «Контур-ЗП». В последующие годы для токарных станков наибольшее распространение получили
системы ЧПУ отечественного производства 2Р22 и Электроника НЦ-31.
Числовое программное управление также характерно для систем
управления современными промышленными роботами.
Аббревиатура ЧПУ соответствует двум англоязычным – NC и CNC, –
отражающим эволюцию развития систем управления оборудованием.
Системы типа NC (Numerical control), появившиеся первыми, предусматривали использование жестко заданных схем управления обработкой,
например задание программы с помощью штекеров или переключателей,
хранение программ на внешних носителях. Каких-либо устройств оперативного хранения данных и управляющих процессоров не предусматривалось.
Более современные системы ЧПУ, называемые CNC (Computer
numerical control), – системы управления, позволяющие использовать
программные средства для модификации существующих и написания
новых программ. Базой для построения CNC служит современный микропроцессор.
Структурно в состав ЧПУ входят:
‒ пульт оператора (или консоль ввода/вывода), позволяющий вво-
дить управляющую программу, задавать режимы работы, выполнять
операцию вручную. Как правило, внутри шкафа пульта современной
компактной ЧПУ размещаются её остальные части;
5
‒ дисплей (или операторская панель) – для визуального контроля
режимов работы и редактируемой управляющей программы/данных;
может быть реализован в виде отдельного устройства для дистанционного управления оборудованием;
‒ контроллер (интерполятор) – компьютеризированное устройство,
решающее задачи формирования траектории движения режущего инструмента, технологических команд управления устройствами автоматики станка, общего управления, редактирования управляющих программ, диагностики и вспомогательных расчетов (траектории движения
режущего инструмента, режимов резания);
‒ ПЗУ – память, предназначенная для долговременного хранения
(годы и десятки лет) системных программ и констант; информация из
ПЗУ может только считываться;
‒ ОЗУ – память, предназначенная для временного хранения управля-
ющих программ и системных программ, используемых в данный момент.
Важной характеристикой CNC-контроллера является количество
осей (каналов), которые он способен синхронизировать; для этого требуется высокая производительность и соответствующее программное
обеспечение.
После того как составлена управляющая программа, оператор при
помощи программатора вводит ее в контроллер. Команды управляющей программы размещаются в ОЗУ. В процессе создания или после
ввода управляющей программы оператор или программист может отредактировать ее, включив в работу системную программу редактора
и выводя на дисплей всю или нужные части управляющей программы
и внося в них требуемые изменения. При работе в режиме изготовления
детали управляющая программа кадр за кадром поступает на выполнение. В соответствии с командами управляющей программы контроллер
вызывает из ПЗУ соответствующие системные подпрограммы, которые
заставляют работать подключенное к ЧПУ оборудование в требуемом
режиме – результаты работы контроллера в виде электрических сигналов поступают на исполнительное устройство – приводы подач, либо на
устройства управления автоматикой станка.
Управляющая система считывает инструкции специализированного языка программирования, который затем интерпретатором системы
ЧПУ переводится из входного языка в команды управления главным
6
приводом, приводами подач, контроллерами управления узлов станка.
Для определения необходимой траектории движения рабочего органа в
целом (инструмента/заготовки) в соответствии с управляющей программой используется интерполятор, рассчитывающий положение промежуточных точек траектории по заданным в программе конечным точкам.
Программа для станка с ЧПУ может быть загружена с внешних носителей, например магнитной ленты, перфоленты, дискеты или флешнакопителей, в собственную память либо временно, до выключения питания – в оперативную память, либо постоянно – в ПЗУ, карту памяти
или другой накопитель: жёсткий диск или твердотельный накопитель.
Помимо этого, современное оборудование подключается к централизованным системам управления посредством заводских сетей связи.
Наиболее распространенный язык программирования ЧПУ для металлорежущего оборудования описан документом ISO 6983 Международного
комитета по стандартам и называется «G-код». В отдельных случаях –
например системы управления гравировальными станками – язык
управления принципиально отличается от стандарта. Для простых задач, например раскроя плоских заготовок, система ЧПУ в качестве
входной информации может использовать текстовый файл в формате
обмена данными, например DXF или HPGL.
Существует три метода программирования обработки станков с ЧПУ:
1. Ручное программирование. Все операторы станков с ЧПУ, тех-
нологи-программисты должны иметь хорошее представление о технике
ручного программирования. Это как начальные классы в школе, обучение в которых дает базу для последующего образования.
2. Программирование на пульте устройства ЧПУ. Программы со-
здаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ с использованием клавиатуры
и дисплея. Например, оператор станка может произвести верификацию
УП или выбрать требуемый постоянный цикл при помощи специальных пиктограмм и вставить его в код управляющей программы.
3. Программирование при помощи CAD/CAM-системы. Програм-
мирование при помощи CAD/САМ-системы позволяет "поднять" процесс написания программ обработки на более высокий уровень. Работая
с CAD/CAM-системой, технолог-программист избавляет себя от трудоемких математических расчетов и получает инструменты, значительно
повышающие скорость написания управляющих программ.
7
Глава 1. ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ СТАНКОВ С ЧПУ
1.1. Классификация станков с ЧПУ
Под управлением станком принято понимать совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления – устройство или совокупность устройств, реализующих эти воздействия.
Числовое программное управление – это управление, при котором
программу задают в виде записанного на каком-либо носителе массива
информации. Управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами. Управление технологическими циклами практически
повсеместно осуществляется с помощью программируемых логических
контроллеров, реализуемых на основе принципов цифровых электронных вычислительных устройств.
В табл. 1 перечислены цели и функции современного многоуровневого устройства ЧПУ (УЧПУ).
Таблица 1
Цели и функции многоуровневых устройств ЧПУ
Уровни
Цели
Функции
Ι
Обеспечение обработки
заготовок на станке
Управление циклом работы станка.
Контроль перемещений рабочих органов станка
ΙΙ
Получение информации
о функционировании
станка
Принятие инженером-технологом
и (или) оператором решения о правильности работы станка и выявление
неисправностей на основании информации о работе станка
ΙΙΙ
Получение исходных
данных для организации
производства в цеху
(на заводе)
Принятие инженером-технологом
и (или) оператором на основании информации о работе станка квалифицированных решений по управлению
производством
По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ (СЧПУ) подразделяют на четыре группы:
8
‒ позиционные, в которых задают только координаты конечных
точек положения исполнительных органов станка после выполнения
ими определенных элементов рабочего цикла;
‒ контурные или непрерывные, управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;
‒ универсальные (комбинированные), в которых осуществляется
программирование как перемещений при позиционировании, так и
движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок;
‒ многоконтурные системы, обеспечивающие одновременное или
последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка.
Примером применения систем ЧПУ первой группы являются сверлильные, расточные и координатно-расточные станки.
Примером второй группы служат системы ЧПУ различных токарных, фрезерных и круглошлифовальных станков.
К третьей группе относятся системы ЧПУ различных многоцелевых токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков.
К четвертой группе относятся бесцентровые круглошлифовальные
станки, в которых от систем ЧПУ управляют различными механизмами: правки, подачи бабок и т.д. Существуют позиционные, контурные,
комбинированные и многоконтурные циклы управления.
На рис. 1, а приведена общая схема расположения координатных
осей в станках с компьютерным управлением (КУ). Правосторонняя
система координат приведена на рис. 1, б.
Рис. 1. Расположение осей координат (а);
правосторонняя система координат (б)
а)
б)
9
По способу подготовки и ввода управляющей программы различают
так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую
программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе
обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места
обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной
техники, входящих в состав СЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную
или с помощью системы автоматизации программирования).
Программируемые контроллеры – это устройства управления электроавтоматикой станка. Большинство программируемых контроллеров
имеют модульную конструкцию, в состав которой входят источник питания, процессорный блок и программируемая память, а также различные модули входов/выходов. Для создания и отладки программ работы
станка применяют программирующие аппараты. Принцип работы контроллера: опрашиваются необходимые входы/выходы и полученные
данные анализируются в процессорном блоке. При этом решаются логические задачи и результат вычисления передается на соответствующий логический или физический выход для подачи в соответствующий
механизм станка.
В программируемых контроллерах используют различные типы
памяти, в которой хранится программа электроавтоматики станка:
электрическая перепрограммируемая энергонезависимая память; оперативная память со свободным доступом; стираемая ультрафиолетовым
излучением и электрически перепрограммируемая.
Программируемый контроллер имеет систему диагностики: входов/выходов, ошибок в работе процессора, памяти, батареи, связи
и других элементов. Для упрощения поиска неисправностей современные интеллектуальные модули имеют самодиагностику.
Программоноситель может содержать как геометрическую, так
и технологическую информацию. Технологическая информация обеспечивает определенный цикл работы станка, а геометрическая – характеризует форму, размеры элементов обрабатываемой заготовки и инструмента и их взаимное положение в пространстве.
Станки с программным управлением (ПУ) по виду управления
подразделяют на станки с системами циклового программного управ-
10
ления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ). Системы ЦПУ более просты, так как в них программируется только цикл работы станка, а величины рабочих перемещений,
т.е. геометрическая информация, задаются упрощенно, например с помощью упоров. В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который в числовом виде занесена геометрическая
и технологическая информация.
В отдельную группу выделяют станки с цифровой индикацией
и преднабором координат. В этих станках имеется электронное устройство для задания координат нужных точек (преднабор координат)
и крестовый стол, снабженный датчиками положения, который дает
команды на перемещение до необходимой позиции. При этом на экране
высвечивается каждое текущее положение стола (цифровая индикация).
В таких станках можно применять или преднабор координат, или цифровую индикацию; исходную программу работы задает станочник.
В моделях станков с ПУ отечественного производства для обозначения степени автоматизации добавляется буква Ф с цифрой: Ф1 –
станки с цифровой индикацией и преднабором координат; Ф2 – станки
с позиционными и прямоугольными системами ЧПУ; ФЗ – станки
с контурными системами ЧПУ и Ф4 – станки с универсальной системой
ЧПУ для позиционной и контурной обработки. Особую группу составляют станки, имеющие ЧПУ для многоконтурной обработки, например
бесцентровые круглошлифовальные станки.
Для станков с цикловыми системами ПУ в обозначении модели
введен индекс Ц с оперативными системами – индекс Т (например,
16К20Т1). ЧПУ обеспечивает управление движениями рабочих органов
станка и скоростью их перемещения при формообразовании, а также
последовательностью цикла обработки, режимами резания, различными
вспомогательными функциями.
Система числового программного управления (СЧПУ) – это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления ЧПУ станками. Устройство ЧПУ (УЧПУ)
станками – это часть СЧПУ, выполненная как единое целое с ней
и осуществляющая выдачу управляющих воздействий по заданной
программе.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]