ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МАТИ»-Российский Государственный Технологический Университет им. К.Э. Циолковского

 

Кафедра: Технология производства двигателей летательных аппаратов подготовка управляющих программ с использованием подпрограмм для у ч п у fanuc system 3m

Методические указания к лабораторной работе по курсу «Технология производства АД (РД)

Сост. Бойцов А.Г.

Смоленцев В.А.

Москва 2005

Включение установки без разрешения преподавателя, проводящего занятия,

ЗАПРЕЩЕНО!!!

ЗАДАНИЕ

1. Ознакомиться с назначением, характеристиками и технологическими возможностями установки ЕЛФА- 731 и устройства число­вого программного управления (УЧПУ).

2. Изучить особенности подготовки управляющих программ для микропроцессорного УЧПУ.

3. Подготовить управляющую программу обработки заданной преподавателем детали.

4. Осуществить набор и редактирование управляющей программы (УП) в режиме диалога с УЧПУ. Произвести обработку детали.

I. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ ЕЛФА - 731

Установка ЕЛФА - 731 предназначена для упрочнения рабочих поверхностей деталей и режущего инструмента электроискровым легированием.

Сущность этого метода заключается в переносе материала легирующего электрода (ЛЭ) на упрочняемую поверхность. Частицы расплавленного электрическим искровым разрядом материалов ЛЭ и де­тали не успевая остыть перемешиваются и оседают на упрочняемой поверхности, образуя слой сплава, насыщенного элементами и зака­лённый до высокой твёрдости.

В качестве ЛЭ используются твёрдые сплавы ( ВК6, Т15К6, и др.), карбиды, нитриды и бориды переходных металлов (TiC, WC, TiN, TiB ₂, NbC, CrC, ZrB₂ и др.), металлы (Ti, Cr, Co, Ni, Al, W, Mo, Re, Ta, Hf и проч.), а также сплавы на их основе. Электро­искровое легирование позволяет существенно (2...10 раз) повысить такие служебные характеристики деталей и инструмента, как износо­стойкость, фреттингостойкость, теплостойкость, антифрикционные свойства.

Схема процесса легирования представлена на рис. 1. Легирую­щий электрод 1 является анодом, а упрочняемой изделие 2, устанав­ливаемое на рабочем столе 3 - катодом. Параметры электроискровых разрядов подбирается таким образом, чтобы происходило преимущест­венная эрозия легирующего электрода. Необходимая мощность, частота и длительность разрядов обеспечиваются генератором им­пульсов, подающим на ЛЭ импульсы напряжения прямоугольной формы.

Требуемая величина межэлектродного зазора поддерживается электромеханической следящей системой, перемещением следящей го­ловки 4 в вертикальном направлении посредством исполнительного электродвигателя 5, червячного редуктора 6 и ходово­го винта 7. Управление двигателем 5 осуществляется блоком следя­щей системы.

С целью повышения сполошности электроискровых покрытий и равномерности эрозии легирующего электрода, ему придаётся враще­ние от электродвигателя 6 с частотой 400...4000 об/мин, регулиру­емой блоком управления вращением Л.Э.

Легирующий электрод диаметром 1 или 2 мм устанавливается в цанговом патроне.

Основными режимами электроискрового легирования являются:

• величина тока, проходящего через электродный зазор:

I = 4 ... 16 A

• частота импульсов, выдаваемых генератором: f = 5 ... 66 кГц

• ёмкость разрядного конденсатора:

C = 0,1 ... 1 мкф.

Значения этих величин подбираются опытным путём в зависи­мости от требований, предъявляемых к покрытию, материалов Л.Э. и упрочняемой поверхности. От назначения режимов обработки зависит шероховатость поверхности (изменяется в пределах Ra = 0,8 ... 2,5 км), толщина покрытия (до 10 мкм), его сплошность, элементный состав, твёрдость. Производительность легирования определяется скоростью перемещения легирующего электрода относительно упрочня­емой поверхности. Установка "ЕЛФА-731" обеспечивает перемещение легирующего электрода по координатам X, Y, Z (рис. 2).

Перемещение ЛЭ по оси X обеспечивается порталом 1, а по Y - суппортом 2. Приводы портала и суппорта включает серводвига­тели и винтовые передачи. Управление этими приводами осу­ществляется УЧПУ или вручную, с помощью специальных им­пульсных генераторов 4 или кнопок.

На суппорте 2 расположена наносящая головка 3, перемещение которой задаётся следящей системой (координата U), что позволя­ет не

Рис.1. Схема процесса электроискрового легирования. 1- легирующий электрод; 2 - упрочняемое изделие; 3 – стол; 4 – наносящая головка; 5 – электродвигатель следящей системы; 6 – редуктор; 7 – ходовой винт.

только поддерживать величину межэлектродного зазора, но и производить обработку сложных фасонных поверхностей.

Третья управляемая координата Z, используется при обработке изделий в виде тел вращения (цилиндрические, конические, фасонные детали, свёрла, зенкеры, развёртки, фрезы и прочее) для сообщения им вращательного движения. Для этих целей установка имеет специ­альное съёмное приспособление 5, в котором устанавливается упроч­няемое изделие. Управление координатой Z подобно X и Y может осу­ществляться от системы ЧПУ или вручную, посредством импульсных генераторов и кнопок.

Установка "ЕЛФА-731" оснащена системой числового программно­го управления класса CNC "Fanuc- 3М". Данное устройство ЧПУ ориен­тировано на ручной ввод управляющей информации в режиме диалога с использованием алфавитно-цифрового дисплея. Благодаря этому можно

Рис.2. Рабочая зона установки ЕЛФА – 731. 1 – портал; 2 – суппорт; 3 – наносящая головка; 4 – импульсные генераторы; 5 – приспособление для упрочнения деталей с формой тел вращения (вращательная координата Z).

готовить управляющую программу непосредственно у станка, на осно­ве данных чертежа.

По технологическому признаку - это позиционно-контурная сис­тема, с достаточно обширной (4000 знаков) полупроводниковой энер­гозависимой памятью управляющих программ, позволяющей содержать несколько программ или подпрограмм обработки деталей.

Устройство ЧПУ построено на базе 3-х микропроцессорных модулей. Микропроцессорный модуль представляет собой функционально законченное и конструктивно оформленное на одной плате изделие, состоящее из микропроцессора и других вспомогательных микросхем.

В настоящем устройстве ЧПУ используются следующие микропро­цессорные модули:

• модуль пульта - управляет процедурами ввода-вывода данных, осуществляет связь оператора с системой ЧПУ через пульт и алфа­витно-цифровой дисплей, имеющий 16 строк информации по 32 знака в каждой строке. Символы могут индицироваться на экране дисплея в обычном и увеличенном размере. Посредством модуля пульта осущест­вляется также связь устройства ЧПУ с периферийными устройствами (те­летайпом, перфоратором, фотосчитывателем, накопителем на магнит­ной ленте (компакт-кассете), компьютером и прочее). В комплект установки "ЕЛФА-731" входит только фотосчитыва­тель. Программы управления модулем пульта содержатся в его памяти. Логикой работы пульта управляет микропроцессор.

• Центральный микропроцессорный модуль выполнен по структуре микро-ЭВМ. Основным назначением этого модуля является выполнение расчётов, связанных с интерполяцией криволинейных контуров и рас­чётов с использованием макрокоманд, т.е. логических и арифмети­ческих задаваемых управляющих программой. Микропроцессор этого модуля управляет работой всего устройства ЧПУ, осуществляя связь и взаимодействие микропроцессорных модулей в соответствии с зало­женными в него алгоритмами.

• Программируемый контроллер -третий микропроцессорный модуль. Его основное назначение - связь системы ЧПУ с приводами установки и схемами автоматики. Программируемый контроллер производит деко­дирование адресов и размерной информации и направление её на за­данный привод или схему автоматики, а также управление следящими приводами посредством обработки сигналов обратной связи поступаю­щих от встроенных в электродвигатели датчиков обратной связи.

II. ПОДГОТОВКА И ЗАПИСЬ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ (УП)

А. Назначение команд входящих в управляющую программу.

Система ЧПУ производит управление перемещениями рабочих ор­ганов и работой схем автоматики по управляющим программам, пред­ставляющим собой последовательность команд, записанную в алфавит­но-цифровом коде.

Для подготовки управляющей программы необходимо знать назна­чение команд управления, их последовательность, допустимые соче­тания, структуру построения УП.

УП записывается в виде последовательности кадров, представ­ляющих собой законченные по смыслу фразы на языке кодирования технологической, геометрической и вспомогательной информации. Ка­дры состоят из слов (команд) расположенных в определённом по­рядке, а слова из символов. Первый символ слова является буквой обозначающей адрес, а остальные символы образуют число со знаком или цифровой код.

Каждый кадр УП содержит одно или несколько информационных слов: "Номер кадра", "Подготовительная функция", "Размерное пере­мещение", "Функция подачи", "Вспомогательная функция". Слово "Но­мер кадра", если оно используется, располагается в начале кадра. Соблюдение последовательности остальных слов необязательно, одна­ко принято располагать их в указанной выше последовательности.

1. Номер программы. Указывается в её начале после знака %. Слово "Номер программы" записывается с использованием адреса "О". Например, запись О0001 -означает, что программа имеет номер 1.

2. Номер кадра. Слово "Номер кадра" служит для обозначения элементарного участка УП и является вспомогательной информацией. Может быть проведена сквозная нумерация кадров УП, однако, в це­лях экономии памяти УП системы ЧПУ, слово "Номер кадра" обычно используется для обозначения кадра к которому имеется ссылка в тексте управляющей программы, осуществляющая многократное повто­рение участка УП начиная с кадра под указанным номером. Слово "Номер кадра" записывается с использованием адреса N. Например: N1; N130; N2350.

3. Подготовительная функция. Определяет режим работы системы ЧПУ. Назначение подготовительных функций указано в таблице 1 приложения. Эти слова задаются адресом G и двухзначным числом (кодом от 00 до 99). Номер группы расположенный во второй колонке указывает, что функция действует до тех пор, пока она не будет заменена или отменена дру­гой функцией из той же группы. Прочерк в этой колонке означает, что функция действует только в том кадре, в котором она указана. Подготовительные функции могут быть записаны в кадре последова­тельно друг за другом в произвольном порядке. Однако рекомендует­ся запись в порядке возрастания их кодовых номеров. Если в одном кадре записано более одной подготовительной функции из данной группы, то действует функция записанная последней.

4. Размерное перемещение. Слово "Размерное перемещение" предназначено для задания геометрической информации. Это слово задаётся адресами X, Y, Z, I, J, K, R, где X, Y, Z, перемещения по осям координат I, J, K -параметры интерполяции, определяющие координаты начальной точки дуги контура относительно её центра, R -радиус дуги. Число следующее за адресом указывает значение раз­мерного параметра. Это значение записывается со знаком. Целая часть числа отделяется от дробной точкой. Например: X -50.05; Y 200.125; Z -10. . В кадрах управляющей программы задаются ко­ординаты только конечных точек.

5. Функция подачи. Слово "Функция подачи" предназначено для задания скорости перемещения инструмента (в данном случае легиру­ющего электрода) относительно обрабатываемой поверхности, т.е. рабочей подачи (мм/мин). Оно задаётся адресом F за которым следу­ют цифры указывающие величину подачи. Например, запись F100 озна­чает, что рабочая подача будет составлять 100 мм/мин. Следует от­метить, что значение рабочей подачи заданное управляющей програм­мой может быть скорректировано переключателем, находящимся на пульте управления, в диапазоне от 10 до 150 % от записанной в программе.

6. Вспомогательная функция. Слово "Вспомогательная функция" задаётся адресом M за которым следует двузначный численный код от 00 до 99. Назначение вспомогательных функций указано в таблице 2 приложения.

Б. Кодирование участков траектории.

При подготовке УП необходимо учитывать наличие трёх систем координат (рис. 3)

а) Система координат станка. Она является главной расчётной системой, в которой заданием предельных перемещений определена рабочая зона. Положение начала отсчёта в этой системе координат (" О " станка) жестко зафиксировано и не может быть изменено ни с пульта ЧПУ, ни программным путём. " О " станка не изменяет своего положения в течение всего периода эксплуатации установки. Его по­ложение устанавливается изготовителем.

б) Абсолютная (рабочая) система координат. В этой системе производится расчёт опорных точек. Опорными являются точки нача­ла,

Рис. 3. Системы координат установки.

конца обработки контура по программе, пересечения или касания геометрических элементов из которых образованы линии обрабатывае­мого контура и траектории инструмента. Положение начала отсчёта данной системы координат (рабочий " О ") может быть задано управ­ляющей программой. Координаты рабочего " О " в системе координат станка, хранятся в памяти системы ЧПУ до выключения подачи энер­гии. При новом включении установки, рабочий " О " совпадает с по­ложением легирующего электрода в момент включения.

в

X

Y

Z

CAN

) Вспомогательная система координат. Система используется для удобства отсчёта перемещений рабочих органов установки при отладке управляющей программы, контроле величин перемещений и ручном управлении. В этих случаях " О " вспомогательной системы координат устанавливается с пульта системы ЧПУ. Чтобы его устано­вить, достаточно поместив ручным управлением легирующий электрод в нужную точку последовательно нажать кнопки , , , .

Задание положения рабочего " О " в системе координат станка производится программным путём кадром следующего вида:

G92 X__ Y __ ;

где и значения координат X и Y в системе координат станка. Легирующий электрод перед этим выводится в " О " станка с помощью кнопок

в режиме .

Размерные перемещения могут задаваться управляющей програм­мой координатами конечных точек участков траектории (абсолютное программирование), либо в виде приращений (программирование в приращениях). В первом случае используется подготовительная функ­ция G90, во втором G91. Ниже приведён пример программирования участка обработки 0...2 (рис. 4).

Рис. 4. Операционный эскиз участка обработки.

Абсолютное программирование:

G00 G17 G90 X10. Y20.;

G01 X80. Y30. F100;

X40. Y45.;

Программирование в приращениях:

G00 G17 G91 X10. Y20.;

G01 X70. Y10. F100;

X-40. Y15.;

Приращения координат рассчитываются:

x₁ = x₁ –x₀ = 10 - 0 = 10 y₂ = y₂ –y₁ = 30 - 20 = 10

y₁ = y₁ –y₀ = 20 - 0 = 20 x₃ = x₃ –x₂ = 40 - 80 = - 40

x₂ = x₂ –x₁ = 80 - 10 = 70 y₃ = y₃ –y₂ = 45 - 30 = 15

Команда G00 - обеспечивает позиционирование, т.е. перемеще­ние инструмента в заданную точку с ускоренной подачей. Это движе­ние не скоординировано и производится по пути O – 1^’ - 1.

Команда G01 - влечёт линейную интерполяцию, т.е. перемещение по прямой к точке с подачей заданной программой.

Перемещение инструмента вдоль дуги окружности кодируется в зависимости от направления движения инструмента (по часовой стрел­ке или против часовой стрелки) подготовительными функциями G02 и G03.

Способы задания круговой интерполяции и структуры соответствующих кадров УП приведены на рис. 5. Ниже приведён пример кодирования обработки участка контура в абсолютных координатах и приращениях ( Рис.6.).

а) в абсолютных координатах:

G92 X200. Y40.;

.............

G90 G03 X140. Y100. R60. F100;

G02 X120. Y60. R50.;

Первый кадр задаёт рабочий " О " относительно начального положе­ния инструмента.

б) в приращениях:

G91 G03 X-60. Y60. R60. F100;

G02 X-20.Y-40. R50.;

В. Кодирование программ и подпрограмм.

Для того, чтобы правильно произвести кодирование УП, необходимо выполнить операционный эскиз, определить опорные точки, про­извести тщательную детализацию технологического процесса обработ­ки, установить строгую последовательность элементарных перемеще­ний и технологических команд отрабатываемых системой ЧПУ.

Рассмотрим для примера запись УП обработки контура операционный эскиз которого представлен на рис. 7. Задание размерных пе­ремещений, в данном случае, ведётся в приращениях.

Рис. 5. Способы задания круговой интерполяции.

Кодовая запись УП Пояснительная информация

O0001 G00 G90 X30. Y40.; Присвоение номера УП, позиционирова­ние в точку начала обработки.

M03; Включение вращения электрода.

M23; Включение генератора импульсов.

M21; Включение следящей системы.

G01 G91 X50. F100; Перемещение с рабочей подачей

100 мм/мин из точки 1 в точку 2.

G03 Y20. R-20.; Движение по дуге с рабочей подачей из точки 2 в точку 3.

G01 X-50.; Линейное перемещение с рабочей пода-

чей из точки 3 в точку 4.

G03 Y-20. R10.; Перемещение по дуге из точки 4 в

точку 1.

M22; Выключение следящей системы.

M25; Выключение подъема электрода.

M24; Выключение генератора импульсов.

M05; Выключение вращения электрода.

G00 X-30. Y-40. Позиционирование в исходную точку с ускоренной подачей.

M02; Конец программы.

Рис. 7 . Операционный эскиз программы O0001.

УП обработки сложного контура, имеющего участки одинаковой формы и размеров, целесообразно готовить с использованием подпрограмм обработки. Например, на операционном эскизе контура, приведенном на рис.8 можно выделить следующие повторяющиеся участки: дуговой (опорные точки 1 – 2) и в виде зуба (опорные точки 4 – 5 – 6). Подпрограммы записываются аналогично программам и отличаются от последних только командой окончания (вместо М02 используется М99)

Рис. 8. Операционный эскиз программы O0002

Подпрограммы вызываются к действию кадрами управляющей программы или другой подпрограммы вида:

M98 P120003;

Где М98 – вызов подпрограммы к действию; после буквы P следуют цифры, причем четыре последние цифры соответствуют четырехзначному номеру подпрограммы, а первые цифры – указывают количество повторений подпрограммы. Например, в приведенной выше записи вызывается к действию подпрограмма номер O0003 и требуется выполнить эту подпрограмму 12 раз подряд.

Для того чтобы описать контур, приведенный на рис. 8. Необходимы подпрограммы движений по выделенным участкам. Кроме того целесообразно выде­лить подпрограммы, обеспечивающие включение следящей автоматики, генератора импульсов, вращение ЛЭ в начале обработки и их после­довательное выключение в конце обработки.

Такие подпрограммы могут использоваться в любых других УП. Они записываются в следующем виде:

% %

O9998; O9999;

M03; M22;

M23; M25;

M21; M24;

M99; M05;

% M99;

%

Подпрограммы обработки элементов контура записываются в приращениях в следующем виде:

Для дугового участка:

%

O0011 G02 X10. R5.;

М99;