24 Диалоговые методы программирования на учпу

Современные модели УЧПУ повышен­ного класса позволяют вести оператив­ное программирование путем ввода ин­формации непосредственно с пульта УЧПУ. Работа ведется в диалоговом ре­жиме с отображением данных на экране дисплея, совмещающего алфавитно-циф­ровую и графическую информацию. По команде на экран дисплея может быть вызвана любая из имеющихся в памяти УЧПУ подпрограмм. При этом траекто­рия инструмента (в разных плоскостях) по вызванной подпрограмме высвечива­ется на экране дисплея. Здесь же указы­ваются все формальные параметры, ко­торые необходимы для задания подпро­граммы, формируемые кадры УП (после­довательным нажатием клавиш пульта УЧПУ) высвечиваются на экране дис­плея. Они достаточно просто могут быть отредактированы.

При необходимости на экран дисплея можно вызвать информацию о режущем инструменте, имеющемся в магазине стан­ка. Графически могут быть представле­ны на экране дисплея схема инструмента, его данные, включая размеры, код, номер корректора, материал режущей части и др. Естественно, что данные инстру­мента должны быть заранее введены в память УЧПУ при наладке станка, при загрузке инструментального магазина. По данным инструмента, материалу об­рабатываемой детали, виду обработки тут же с пульта УЧПУ можно, указав ЭВМ устройства соответствующую под­программу, определить режимы обработ­ки заданным инструментом и задать эти режимы в кадрах формируемой УП.

Последовательный ввод подпрограмм, данных инструмента и его режимов и другой информации позволяет полностью сформировать УП непосредственно по чертежу обрабатываемой детали. Эта программа может быть введена в память УЧПУ и отрабатываться; при необходи­мости УП может быть выведена на пер­форатор и оформлена в виде перфоленты или записана на магнитный диск.

Все микропроцессорные УЧПУ до­пускают различные методы подготовки и ввода УП: с перфоленты, с магнитной ленты мини-кассеты, с гибкого магнит­ного диска, из электронной памяти внеш­ней ЭВМ, а также ручным способом с клавиатуры пульта УЧПУ.

Ручной ввод УП (оперативное про­граммирование) используют по-разному. При программировании обработки срав­нительно несложных деталей ручным вводом формируется вся УП целиком. Для обработки сложных деталей харак­терен другой метод. Сначала в УЧПУ с внешнего устройства вводят базовую УП. Такую программу готовят отдельно от УЧПУ станка и записывают на какой-либо внешний носитель (перфоленту, магнитную пленку, магнитный диск). Введенная в память УЧПУ базовая УП дорабатывается и редактируется путем ручного ввода дополнительных данных с пульта УЧПУ. При групповой обра­ботке деталей базовой УП является так называемая лидер-программа, обес­печивающая обработку групповой (комп­лексной) детали. Работой с пульта в режиме редактирования лидер-про­грамма превращается в УП для данной детали.

Во всех современных УЧПУ высокого класса ручной ввод УП осуществляется обычно в режиме диалога оператор — ЭВМ УЧПУ.

В настоящее время диалоговый ре­жим в наибольшей степени позволяет обеспечить гибкость и оперативность процесса автоматизированной подготов­ки ТП и УП при требуемом их качестве. Однако реализация диалогового режима подготовки требует четкого установления видов так называемых диалоговых пре­рываний (ДП) и определенной методики их отработки.

Диалоговыми прерываниями называ­ются действия технолога в процессе сеанса диалога: в определенном месте программы расчета вычисления преры­ваются и информация выводится на алфавитно-цифровой или графический дисплей.

Режим алфавитно-цифрового диало­га. Возможны следующие виды ДП

1) указание; 2) ввод данных; 3) ввод команд; 4) оценка; 5) корректировка.

Указание применяется технологом в процессе подготовки УП в том случае, если при расчете ЭВМ выдает на дисплей несколько вариантов полученных резуль­татов. Тогда технологу предлагается ввести в ЭВМ указание того варианта, который необходимо выбрать в качестве исходного для дальнейших вычислений.

Ввод данных применяется при нехват­ке информации для решения рассматри­ваемой задачи. ЭВМ выдает технологу сообщение-вопрос о недостающей инфор­мации, которое отображается на рабо­чем поле дисплея в зоне вопросов. Технолог вводит необходимые данные с помощью клавиатуры дисплея.

Ввод команд позволяет технологу в широких пределах управлять ходом процесса подготовки УП в целом и при выполнении ее отдельных этапов. На­пример, если в процессе расчета некото­рого этапа подготовки УП по заданной схеме получается неудовлетворительный результат, то технолог формирует и вво­дит команду на расчет этого этапа по другой схеме. Если же и в этом случае получается неудовлетворительный ре­зультат, то технолог повторно вводит команду на переход к следующей схеме расчета и так до тех пор, пока не будет получено и оценено приемлемое решение. Таким образом, основная функция ДП в виде ввода команд позволяет осуществ­лять переходы в логической структуре взаимодействия технолога и ЭВМ и управлять процессом решения рассмат­риваемой задачи.

Оценке подвергаются промежуточ­ные результаты, получаемые на ЭВМ. Технолог анализирует полученные дан­ные, которые отображаются на рабочем поле экрана дисплея, и в случае нахож­дения их удовлетворительными дает команду на выполнение дальнейших расчетных действий. Если же оценка оказывается неудовлетворительной, то вступает в силу следующее ДП в виде корректировки. Оценка промежуточных результатов, как правило, осуществляет­ся на тех стадиях расчета, результат выполнения которых оказывает значи­тельное влияние на дальнейший ход вычислительного процесса с точки зрения получения удовлетворительного решения и минимальных затрат на исправление допущенных ошибок. Так, обязательной оценке подлежат конечные результаты расчета любого этапа процесса подго­товки УП.

Корректировка различного рода ал­фавитно-цифровой информации — один из наиболее распространенных видов ДП. Она применяется, как правило, в совокупности с выше рассмотренными ДП: оценка — корректировка; ввод дан­ных — корректировка. Так, при выборе типа режущего инструмента (РИ) часто встречающейся ошибкой является невер­но введенный технологом код РИ. ЭВМ на это реагирует путем отображения соответствующей информации в зоне ошибок на рабочем поле экрана дисплея. Технолог исправляет (корректирует) код РИ, после чего ЭВМ, проанализировав вновь введенный код и признав его при­емлемым, убирает сообщение из зоны ошибок. Однако корректировка как вид ДП может иметь место и отдельно. Это происходит, например, в том случае, если для оценки результатов расчета какого-либо этапа существует программный оценочный модуль, который при обнару­жении ошибки прерывает вычисления и выводит ее на экран дисплея.

Рассмотренные выше виды ДП позво­ляют осуществлять диалог, инициируе­мый как ЭВМ, так и технологом. Подго­товка УП происходит как под управле­нием ЭВМ, так и под управлением тех­нолога. При этом ДП видов «указание», «ввод данных», «оценка» и «корректиров­ка» имеют место при диалоге, вызывае­мом (инициируемом) ЭВМ, прерывание же вида «ввод команд» — при диалоге, вызываемом технологом.

Следует отметить, что диалог, вызы­ваемый ЭВМ, ограничивает свободу дей­ствий технолога, заставляет его отвле­каться от решения творческих задач, задач синтеза и анализа решений, а так­же немедленно реагировать на прерыва­ния. Поэтому необходимо стремиться к максимальному использованию диалога, инициируемого технологом, который он может начать в удобное для себя время. Для этого технологу в первую очередь необходимо располагать командами, по­зволяющими в любой момент времени выводить интересующую его процедуру расчета на экран дисплея и осуществлять с ней требуемые манипуляции. Следует использовать такой вариант взаимодей­ствия, когда технолог не немедленно реа­гирует на какой-либо вид ДП, а предва­рительно помещает прерывания в оче­редь. Помещать прерывания в очередь можно специальной программой. В этом случае технолог оказывается как бы за­щищенным от приема сообщения в тот момент, когда он к этому не готов, а ЭВМ продолжает расчеты других этапов про­цесса подготовки УП, которые должны выполняться в автоматическом режиме. Когда технолог оказывается свободным к приему сообщения, он вводит команду на извлечение начального элемента (пре­рывания) очереди и начинает его отра­ботку. Такой подход, конечно же, более эффективен по сравнению с подходом, когда ЭВМ после выдачи сообщения тех­нологу приостанавливает вычисление программы до тех пор, пока не будет реализовано ДП указанного ею вида.

Режим графического диалога. Неко­торые этапы процесса подготовки УП для станков с ЧПУ, например форми­рование, отображение и коррекция опе­рационного эскиза и др., выполняются в режиме графического диалога, пред­метом которого является представление и преобразование графической информа­ции с помощью ЭВМ.

Можно выделить три основных прин­ципа действия средств вычислительной техники, предназначенных для выполне­ния различного рода графических работ:

1. изобразительная машинная графика;

2. анализ изображений;

3. персептивная графика (анализ сцен).

Графические задачи процесса подго­товки УП можно отнести к области изобразительной машинной графики, ко­торая имеет дело с искусственно создан­ными графическими изображениями, со­стоящими обычно из линий. К основным задачам, решаемым в изобразительной графике процесса подготовки УП, отно­сятся следующие:

1) построение модели изображаемых элементов и генерация изображения; преобразования модели и изображения;

2. идентификация изображения и извлечение информации.

Под моделью понимается формали­зованное описание графического изобра­жения, которое может быть принято ЭВМ и преобразовано в соответствующее изображение на рабочем поле графи­ческого дисплея или графопостроителя. Например, моделью операционного эски­за детали служит информационный мас­сив координат геометрических точек сопрягаемых элементов поверхности де­тали с указанием признака яркости этих элементов. Этот информационный мас­сив представляется далее в виде дисплей­ного списка, на основании которого осуществляется генерация изображения. Использование в процессе подготовки УП графических дисплеев позволяет не только отображать информацию в гра­фическом виде, но и непосредственно преобразовывать ее и манипулиро­вать ею.

Основой графического диалога в про­цессе подготовки УП служит визуальная обратная связь. Она состоит в том, что в процессе подготовки УП ЭВМ пред­ставляет на экран графического дисплея информацию, например траектории пере­мещения режущих инструментов, а тех­нолог может при необходимости путем активизирования (включения) некоторых устройств ввода (световое перо, функцио­нальные кнопки и др.) реагировать на нее, передавая, таким образом, сообще­ние ЭВМ.

Так же как и в случае алфавитно-цифрового диалога, при решении техно­логических задач реакция технолога может быть или ответом на запрос ЭВМ (графический диалог, инициируемый ЭВМ), или его произвольным действи­ем (графический диалог, инициируемый технологом), последствия которого не­медленно отображаются на экране дис­плея.

При графическом диалоге установле­ны следующие виды ДП: 1) указание геометрического элемента изображения на рабочем поле экрана дисплея; 2) по­зиционирование геометрического элемен­та или элементов изображения и их совокупностей на рабочем поле экрана дис­плея; 3) рисование отдельных элементов изображения и их совокупности на экране дисплея; 4) ввод команд; 5) ввод данных.

Указание геометрических элементов изображения на рабочем поле экрана дисплея осуществляется с помощью све­тового пера. Световое перо может быть использовано только совместно с дис­плеями, которые регенерируют изобра­жения (в противоположность дисплеям на запоминающих электронно-лучевых трубках), так как это заложено в самом принципе, который позволяет световому перу «видеть» объекты на экране. Све­товое перо — средство, которое позволя­ет непосредственно указывать геометри­ческий элемент изображения на экране и тем самым идентифицировать его для ЭВМ, давая возможность оценить, напри­мер, численное значение координат гео­метрических точек операционного эскиза детали.

Позиционирование геометрических элементов изображения на экране дис­плея заключается в следующем. На экран выводится курсор. К нему подводят све­товое перо и нажимают его переключа­тель. Происходит «прицепление» курсо­ра к световому перу. Затем он вместе со световым пером перемещается по экрану и позиционируется в любой за­данной точке. После вывода курсора в требуемое положение переключатель освобождается, и курсор «отцепляется» от пера. Теперь его центр указывает координаты точки, которую технолог хочет определить. Перемещать курсор по экрану можно и другими устройствами, например специальным рычагом, устрой­ством «мышь» и т.д.

Рисование геометрических элементов графических изображений на экране дисплея является одним из широко ис­пользуемых ДП. Суть его состоит в сле­дующем. Пусть, например, необходимо прочертить отрезок прямой линии, соеди­няющий две геометрические точки. Для этого позиционированием задаются коор­динаты этих крайних геометрических то­чек отрезка прямой линии, затем с по­мощью соответствующей команды вызы­вается процедура для генерации линии, т.е. технолог сначала указывает начальную геометрическую точку вектора с по­мощью светового пера. После этого ука­занная точка высвечивается на экране. Далее указывается конечная геометри­ческая точка вектора, которая также высвечивается. Затем технолог вводит процедуру «начертить отрезок прямой». ЭВМ, выполняя эту команду, генерирует и выводит на экран дисплея вектор, соединяющий две указанные геометри­ческие точки. Вычерчивание дуги осу­ществляется путем задания (указания) трех геометрических точек (центра окружности, начальной точки и конечной дуги) и ввода команды «вычертить дугу».

Ввод команд в процессе подготовки УП при решении графических задач мо­жет осуществляться как с помощью функциональных кнопок, так и с по­мощью светового пера. Функция каждой управляющей кнопки определяется зара­нее в прикладной программе, т. е. вопрос о том, какое конкретное действие будет выполняться при нажатии функциональ­ной кнопки, должен решаться в пределах этой программы. При использовании све­тового пера технологу на рабочем поле экрана дисплея высвечивается совокуп­ность ключевых слов для соответствую­щих команд. Например, совокупность команд для преобразования графических изображений операционного эскиза де­тали и траектории перемещения режу­щих инструментов имеет вид следующего списка: перенести вниз, перенести вверх, перенести влево, перенести вправо, уменьшить, увеличить, повернуть влево, повернуть вправо.

Ввод данных, как и при алфавитно-цифровом диалоге, осуществляется с по­мощью клавиатуры дисплея. Однако можно вводить данные и путем переме­щения курсора по экрану с высвечива­нием координат его центра. Этот способ ввода данных является трудоемким, и его применение, как показала практика решения графических задач процесса подготовки УП, следует ограничивать.

Таким образом, для отработки диало­говых прерываний при решении любой графической задачи можно применять три следующие устройства ввода: све­товое перо (или рычаг — для дисплея с запоминающей электронно-лучевой трубкой), алфавитно-цифровую клавиа­туру, функциональные кнопки. Все они обеспечивают простоту взаимодействия технолога и ЭВМ и вместе с тем всю пол­ноту охвата перерабатываемой информа­ции, а также полную реализацию уста­новленных видов ДП.

Реализация режима диалога. Режим диалога при вводе УП удобен в случаях, когда для кодирования информации тре­буется введение в ЭВМ большого коли­чества данных, когда необходим особен­но строгий контроль за соблюдением ряда ограничений, накладываемых на получаемые результаты конкретной СЧПУ. Вариант реализации режима покажем на примере.

Режим диалога по принципу «меню». Режим диалога по принципу «меню» предполагает широкое использование при подготовке (отладке) УП стандарт­ных (типовых) подпрограмм, находя­щихся в памяти УЧПУ. При выборе в рассматриваемом режиме кнопкой «ме­ню» (MENU) на пульте УЧПУ (рис. 24.1) на экран дисплея вызывается определен­ная страница, например типовых схем обработки отверстий. При этом на поле дисплея внизу над функциональными клавишами загораются номера вызван­ных подпрограмм (рис. 24.2).

Рис. 3.81 Схема пульта УЧПУ модели SINUMERIK (класс CNC):

1 — дисплей 2 — поле дисплея для функциональных клавиш 3 — многофункциональные (виртуальные) клавиши 4 — кнопки смены страниц меню 5 — клавиатура системы ввода

Рис. 24.2 Вид экрана дисплея со схемным набором подпрограмм («меню»):

а — операций обработки отверстий; б — фрезерных операций

В зависимости от требований обра­батываемой детали оператор выбирает схему, например схему обработки отвер­стий по линии под углом (подпрограм­ма 02 на рис. 24.2, а). Для вызова этой подпрограммы (на экран дисплея) следу­ет нажать на ту функциональную клавишу под экраном дисплея, над которой высвечивается цифра 02. Нажатие клави­ши приведет к тому, что на экран дисплея будет выведена подпрограмма 02 (рис. 24.3) со всеми данными, которые необ­ходимы, чтобы ввести ее в составляемую УП. Перечень данных высвечивается в левом верхнем углу экрана дисплея, а схема обработки — в центре или справа. Взятая для примера схема предполагает ввод координат начальной точки 1 (X, Y) в системе координат детали, угла А, расстояния между отверстия­ми U и количества отверстий Н. Все эти данные, т.е. адрес и число, вво­дятся с клавиатуры пульта (см. рис. 3.81). Например, набрав цифры 02: 2000 — шифр подпрограммы, далее вводят кноп­ками Х500, Y600, U60, А40, Н5. Все эти данные выводятся на экран дисплея после знаков = (равенство) в перечне ввода. Ошибки при введении могут быть тотчас же исправлены.

Рис. 24.3 Вид экрана дисплея с подпрограммой

После ввода данных по схеме обра­ботки на экран дисплея вызывается схема постоянного цикла, например G82. Вызов осуществляется соответствующей функциональной клавишей. Вызванный на экран цикл представляется схемой и перечнем данных для его реализации: В (положение плоскости XY), R (недоход инструмента), Z (глубина рабочего хо­да), d (диаметр отверстия). Могут быть указаны код материала (МС), шерохо­ватость поверхности (С), точность отвер­стия (Н : ISO) и др.

После ввода всех необходимых данных нажатием клавиш AUTO (автомат) системе дается задание на автоматизированный подбор инструмента (инструментов) и режимов их работы. При же­лании оператор может проверить назна­ченную системой группу инструментов и режимы их работы, вызвав на экран дисплея (рис. 24.4). При необходимости все выведенные данные могут быть от­корректированы.

Рис. 24.4 Вид экрана дисплея с данными инструмента и режимов резания

При согласии оператора намеченная схема обработки отверстия 1 (см. рис. 24.3) вводится в память УЧПУ как часть УП. Далее решается аналогично цикл обра­ботки отверстий 2, 3 и т.д. Если обработ­ка всех отверстий осуществляется по единому циклу (например, по рассмот­ренному для отверстия 1), то это указы­вается (вводится) в УП.

Аналогично на экран дисплея могут быть вызваны схемы (подпрограммы) фрезерных операций (см. рис. 24.2, б), расточных и т.п. Работая в режиме диа­лога с выбором схем по «меню», можно запрограммировать обработку достаточ­но сложной детали. Некоторые УЧПУ в процессе программирования позволяют осуществлять графический синтез общей детали по отдельным вводимым схемам и циклам, накладывая эти схемы и цик­лы друг на друга в соответствующих плоскостях.

Например, типовые схемы обработки отверстий могут быть размещены (в со­ответствующем масштабе) на обрабатываемой плоскости с заданным конту­ром. Таких плоских схем можно синтези­ровать по количеству обрабатываемых у реальной детали. Далее система УЧПУ позволяет объединить все плоские схемы в единую объемную — аксонометриче­скую (рис. 24.5), по которой можно про­верить правильность синтеза и похожести сформированного на экране дисплея ри­сунка реальному чертежу (детали). При графическом синтезе схемы и рисунки особенно четко просматриваются и хоро­шо контролируются, если графика и буквенно-числовая информация выводятся на экран дисплея в разноцветном изо­бражении.

Возможности УЧПУ в отражении графической части программы часто используют в процессе работы станка. Устройству ЧПУ задают режим воспро­изведения на экране дисплея плоского или трехмерного изображения реальной траектории движения центра инструмен­та, т.е. в процессе обработки детали по программе на дисплее непрерывно «рисуется» траектория центра инстру­мента по действительным данным его положения относительно элементов стан­ка и детали. Все это позволяет вести непрерывный контроль процесса обра­ботки детали.

Рис. 24.5 Аксонометрическая (синтезированная) схема обрабатываемой детали