Кодирование исходной информации

Чертеж детали содержит полную информацию о форме и размерах элементов, составляющих данную деталь. При обработке на станке с ЧПУ геометрическую и размерную информацию чертежа необходимо до полнить информацией, отражающей все необходимые для данной обработки технологические переходы: маршрутом (выбором исходной точки инструмента и технологических баз заготовки), сведениями о числе проходов и применяемых инструментах, данными о режиме резания и др. Для управления cтанком производится кодирование исходной информации и представление ее с помощью символов.

Для упрощения составления программ и ввода информации при записи ее на программоноситель программисты используют наиболее привычную им десятичную систему счисления и латинский или русский алфавит.

Минимальный объем информации, записывающей несколько строк на ленте (например, номер кадра или информация определяющая работу одного исполнительного устройства), составляет слово. Несколько слов, содержащих полную информацию для какого–либо законченного технологического перехода, составляют фразу. Иногда некоторый объем информации называют блоком команд или просто блоком.

Международная система кодирования информации ISO–7bit рассчитана на использование восьмидорожковой ленты. Основу кода составляет двоичная система счисления, четыре разряда которой используют для кодирования каждого разряда десятичных чисел (т. е. для числовой информации применена двоично–десятичная система). Для кодирования знаков и заглавных букв всего латинского алфавита, а также для кодирования признаков всех составляющих частей кода использованы семь двоичных разрядов. Для проверки правильности информации каждая строка ленты (кодовая комбинация) контролируется на четность (по паритету) по числу единиц (пробивок на ленте). Для контроля четности используют восьмую дорожку.

Международная организация ISO даёт также рекомендации по выбору направлений осей координат и поворотов вокруг них. Соответствующие движения инструмента на станке обозначаю буквами X, Y, Z, A, B, C. Если на станке перемещается обрабатываемая деталь, направления изменяют на противоположные и обозначают буквами X', Y', Z', A', B', C'. Ось X располагают всегда горизонтально, а ось Z совмещают с осью инструмента (для токарного станка с осью шпинделя).

Кодирование информации в стандарте ISO–7bit.

Таблица 3.1

Значение	Символ
Отсутствие информации	NUL
Возврат на шаг	BS
Горизонтальная табуляция	HT
Конец кадра (фразы). Перевод строки	LF
Возврат каретки	CR
Пробел	SP
Отключение автоматического управления	(
Включение автоматического управления	)
Начало программы	%
Главный кадр	:
Пропуск кадра при наладке	/
Признак направления "+"	+
Признак направления "–"	-
Цифра 0	0
Цифра 1	1
Цифра 2	2
Цифра 3	3
Цифра 4	4
Цифра 5	5
Цифра 6	6
Цифра 7	7
Цифра 8	8
Цифра 9	9
Поворот вокруг оси X	A
Поворот вокруг оси Y	B
Поворот вокруг оси Z	C
Поворот вокруг специальной оси	D
То же самое или вторичная подача	E
Подача	F
Условия перемещения исполнительного устройства	G
Кратность обработки	H
Координата x центра дуги при круговой интерполяции	I
Координата y центра дуги при круговой интерполяции	J
Координата z центра дуги при круговой интерполяции	K
Информация адаптивного характера (подпрограммы)	L
Вспомогательные технологические команды	M
Номер блока (кадра, фразы)	N
Не используется	O
Третичное перемещение параллельно оси X	P
Третичное перемещение параллельно оси Y	Q
Третичное или ускоренное перемещение параллельно оси Z	R
Частота вращения шпинделя	S
Номер инструмента и номер его коррекции	T
Вторичное перемещение параллельно оси X	U
Вторичное перемещение параллельно оси Y	V
Вторичное перемещение параллельно оси Z	W
Перемещение вдоль оси X	X
Перемещение вдоль оси Y	Y
Перемещение вдоль оси Z	Z
Строка не читается (забой)	DEL

Подготовленная исходная информация по обработке детали, т. е. программа записывается на программоноситель по определённой форме и состоит из набора кадров. Каждый кадр содержит геометрические и технологические данные, необходимые для обработки одного элементарного участка детали, чаще всего между двумя соседними опорными точками. Кадры состоят из слов - информации, определяющей программу работы отдельных исполнительных органов: перемещения по координатам, скорость подачи, работу механизмов смены инструмента.

К структуре кадра предъявляются определенные требования, в частности следующие:

Каждый кадр должен содержать "номер кадра". Далее в кадре приводятся информационные слова или слово. Завершается кадр символом ПС. Использование этого символа обязательно.

Информационные слова в кадре рекомендуется записывать в определенной последовательности: слово (или слова) "подготовительная функция" G; слова "размерные перемещения", которые рекомендуется записывать в виде последовательности символов: X, Y, Z, U, V, W, P, Q, R, A, B, C; слова "параметр интерполяции или шаг резьбы": I, J, K. Слово "функция подачи" F, которое относится только к определенной оси и должно следовать непосредственно за словом "размерное перемещение" по этой оси. Слово "функция подачи", относящееся к двум и более осям, должно следовать за последним словом "размерное перемещение", к которому оно относится; слово функция главного движения S; слово вспомогательная функция M.

В пределах одного кадра не должны повторяться слова "размерные перемещения" и "параметр интерполяции или шаг резьбы"

В пределах одного кадра не должны использоваться слова "подготовительная функция", входящие в одну группу.

Каждое слово в кадре управляющей программы должно содержать символ адреса (латинская прописная буква); математический знак плюс или минус; последовательность цифр.

Слова в УП могут быть записаны одним из двух способов:

без использования десятичного знака (подразумеваемое положение десятичной запятой);

с использованием десятичного знака.

При записи слов с использованием десятичного знака те из них, в которых десятичный знака отсутствует, должны отрабатываться УЧПУ как целые числа. Незначащие нули могут быть опущены.

Размерные перемещения в кадрах УП указываются или в абсолютных значениях или в приращениях. В УП для современных УЧПУ все линейные перемещения обычно указываются в миллиметрах и их десятичных долях. Если линейные перемещения выражены в дюймах, то в УП должна быть записана соответствующая подготовительная функция, указывающая единицу величины. Выражение линейных перемещений в дюймах возможно обычно для станков, снабженных УЧПУ моделей зарубежных фирм.

Угловые размеры в УП для современных УЧПУ выражают в радианах или градусах.

Функция подачи определяет скорость подачи. Последнюю кодируют числом, количество разрядов которого указано в формате конкретного УЧПУ. Тип подачи, если это допускает УЧПУ выбирают одной из подготовительных функций:

G93 - подача в функции, обратной времени

G94 - подача в минуту

G95 - подача на оборот.

В современных УЧПУ основным методом кодирования подачи является метод прямого обозначения, при котором применяют следующие единицы величины:

миллиметры в минуту - подача не зависит от скорости главного движения;

миллиметры на оборот - подача зависит от скорости главного движения;

радианы в секунду - подача относится только к круговому перемещению.

Принцип расчета координат опорных точек на контуре детали

Начальный этап расчета – определение координат опорных точек контура детали в выбранной системе координат. Для этого используют заданные на чертеже деталей размера и данные РТК. Координаты опорных точек контура детали вычисляют с помощью уравнений, описывающих геометрические элементы контура дета­ли, и соотношение в треугольниках. Наиболее часто в процессе программирования контурной обработки решаются задачи определения координат опорных точек, лежащих на прямых, окружностях и пересечениях этих элементов.

Прямые линии

Прямые линии описываются уравнением:

У=KX+B, (3.1),

представление которого зависит от исходных данных:

где, К – уг­ловой коэффициент, равный тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс;

B – начальная ордината, равная ординате точки пере­сечения прямой с осью ординат.

Пример, при начальной ординате B=15мм, L₁=35 прямая 1 имеет вид: Y=X*tg35⁰+15.

.Пользуясь этим уравнением, нетрудно для любой точки прямой определить одну координату по заданной другой .

При известных координатах одной точки (X_n,Y_n) и угле накло­на прямой уравнение этой прямой имеет вид:

Y=k• (Х–Х_n)+Y_n­, (3.2).

Уравнение прямой, проходящей через две заданные точки А(х₁, у₁) и В(х₂, у₂), записывается в виде:

, (3.3).

Уравнение прямой при необходимости можно выразить полярным расстоянием Р (перпендикуляр из начала координат к прямой) и прямым углом Q (угол между перпендикуляром и осью абсцисс):

Xcos(Q)+Ysin(Q)–P=0, (3.4).

Уравнение окружности

Уравнение окружности радиусом R с центром О(х₀,у₀) имеет вид:

R=(x–x₀)•2+(y–у₀)•2, (3.5)

или когда оно разрешено относи­тельно ординаты,

, (3.6)

Точки пересечения прямой и окружности

Точки пересечения прямой и окружности определяются решением системы описывающих их уравнений. Решение системы уравнении прямой и окружности, а также двух окружностей, приводят к выражению вида , где величина в квадратных скобках может быть больше, равна или меньше нуля; соответст­венна точек пересечения будет две, одна (элементы касаются ) или ни одной (элементы не пересекаются). Совместно решением уравнений можно также достаточно просто определить точки пересечения двух окружностей, точки касания прямой с одной и двумя окружностями, а также точку касания двух окружностей и т.д.

Принцип расчета координат опорных точек на эквидистанте

Координаты опорных точек эквидистантной траектории инструмента наиболее просто представить как приращение координат опорных точек контура детали. Эквидистанта как геометрическое место точек, равноудаленных от контура детали на расстояние, равное радиусу R_и инструмента, строится справа или слева от элементов этого контуре в зависимости от расположения инструмента относительно обрабатываемого контура. Эквидистантой к дуге окружности 1–2 является дуга концентричной ей окружности 1₁–2₁ или 1₂–2₂ с тем же центральным углом, а к отрезку прямой и 1–2 – отрезок, параллельный данному (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Участки эквидистанты.

Метод соединения элементов эквидистанты выбирают в зависи­мости от угла L, образованного соседними элементами конту­ра, если смотреть со стороны расположения инструмента при обходе этого контура. Этот угол для пары отрезков измеряют непосредственно между ними. Если же элементом контура явля­ется дуга окружности, то угол L измеряют относительно касательной к этой дугу в общей точке рассматриваемой пары элементов контура детали. Так, при L>180⁰ элементы эквидистанты соединяются сопрягающими дугами окружностей радиуса R_и, центры которых находятся в общих точках элементов конту­ра. При L < 180⁰ общей точкой элементов эквидистанты явля­ется точка пересечения этих элементов. Рис. 3.4,

Рис. 3.4. Участки эквидистанты.

Движение центра инструмента вдоль сопрягающей дуги окружно­сти эквидистанты при обработке острого угла контура может привести к «зарезам» из–за изменения величин и направлений сил резания. В этом случае более технологичной является траектория центра инструмента, в которой дуги сопрягающих окружностей заменены отрезками прямых, продолжающих участки эквидистанты к элементам контура. 1₁–2₁³ (А) – 3₁³–4₁. При обходе углов L>300⁰ делаются дополнительные построения. Примером служит перпендикуляр, опущенный из точки 2₁⁴ (Рис. 3.4). Эквидистантой будет линия 1₁–2₁⁴–2₁⁵–3₁ или 1₁–2₁³–3₁. Трудоемкость процесса определения координат опорных точек су­щественно снижается при использовании ЭВМ. Такие ЭВМ имеют математическое обеспечение в виде минимальных систем подго­товки УП. Язык системы содержит ограниченное число вычисли­тельных процедур и позволяет решать задачи по определенно точек стыков геометрических элементов траектории перемещения центра инструмента.

Обычно исходные данные в такие микроЭВМ вводят через клавиа­туру печатающего устройства или дисплея. При использовании ЭВМ можно также решать ряд других задач, например рассчиты­вать частоты вращения шпинделя на каждом переходе при задан­ной скорости, находить максимально допустимый крутящий мо­мент, определять скорость подачи по контуру. Достаточно просто при этом вывод рассчитываемой траектории на графопострои­тель, что позволяет более четко контролировать разрабатывае­мую УП.

Правила подготовка управляющих программ для токарных станков

При программировании токарной обработки составляют РТК. При составлении РТК учитывают типовые схемы обработки отдельных элементов детали и определяют траектории всех инструментов, назначенных для операции.

Программирование обработки винтовых поверхностей

Крепежные и ходовые резьбы, червяки, шнеки и другие винто­вые поверхности могут обрабатываться на станках с ЧПУ, имею­щих связь между поступательным и вращательным движениями ра­бочих органов. Эта связь осуществляется синхронизацией дви­жения подачи с вращением шпинделя с помощью установленного на нем датчика углового положения. Для случая нарезания вин­товой поверхности с заданными диаметром d и шагом Р при вы­бранной скорости резания V частоту вращения шпинделя определяют по формуле:

, (3.7).

После выбора соответст­вующего этой частоте значения N_p из ряда частот вращения шпинделя данного станка, находят требуемую минутную подачу:

S_m=P*N_p, (3.8).

Все параметры режимов резания при нарезании винто­вой поверхности (N_p, Р, S_m) должны находиться в допустимых для конкретного станка пределах. Технологические схемы многопроходной обработки крепежных резьб показан на рисунке 5.4.

Рис. 3.5.

Их строят исходя из того, что форма резьбового резца соот­ветствует профилю обрабатываемой резьбы. Многопроходная об­работка резьб состоит из черновых проходов для выборки резь­бовой впадины и чистовых проходов с небольшим припуском или без него. На рисунке 3.4 представлен общий случай радиального перемещения резьбового резца под некоторым углом L к направле­нию винтовой поверхности.

Стружка имеет корытообразную форму, что повышает ее жест­кость, в результате чего увеличивается нагрузка на резец. Простейшее решение, наиболее часто применяемое на практике, выбор одинаковой глубины резания t на всех черновых прохода:

, (3.9),

где: k – число черновых проходов;

h – глубина впадины резьбы.

Приращение координаты вершины резьбового резца на i–м проходе для схемы на рисунке 3.4 определяют по формуле:

, (3.10).

Приращение координаты для схемы .

Правила кодирования управляющей программы

Информацию, полученную при разработке РТК, кодируют кодом, в котором работает заданное УЧПУ. Характер перемещения задают в кадрах УП соответствующей подготовительной функцией: G00 (позиционирование), G01 (линейная интерполяция . перемещение на рабочей подаче), G02 (круговая интерполяция по часовой стрелке), G03 (круговая интерполяция против часовой стрел­ки), 010 (линейная интерполяция на ускоренном ходу), G90 (за­дание размеров в абсолютных значениях), G91 (задание разме­ров в приращениях).

Размерные перемещения в токарных станках в большинстве слу­чаев кодируют с адресами Х (радиальное) и 2 (продольное). В большинстве моделей УЧПУ с адресом Х в абсолютных значениях Х указывают диаметральный размер, а в приращениях – радиаль­ное смещение. В новейших моделях УЧПУ размеры в приращениях кодируют с адресами U (по оси X) и W (по оси Z) без указания функции G91. При этом возможно смешанное задание размеров, например по оси Х в абсолютных значениях, а по оси Z в при­ращениях и наоборот. Естественно, что в УП для УЧПУ, ориен­тированных только на один способ задания размеров, подгото­вительные функции G90 и G91 не указывают.

Рис. 3.6. Схема организации прохода для нарезания резьбы.

Проход для нарезания винтовой поверхности с постоянным шагом кодируют подготовительной функции G33. Шаги винтовой поверхности в направлении осей координат Х и Z задают параметры I и К. Например, участок траектории инструмента Т₀–Т₁–Т₂–Т₃–Т₀ (рис. 3.6), включающий проход для нарезания цилиндрической резьбы (T₁–T₂), записывается кадрами:

N{ i } G90 G00 X{ x₁ }

N{ i+1 } G33 Z{ z₂ } K{ P }

N{ i+2 } G00 X{ x₃ }

N{ i+3 } Z{ z₀ }

Для уменьшения динамической» ошибки траектории при изменении направления движения инструмента подготовительной функции G09 кодируют торможение в конце отработки кадра. Например, участок траектории Т₅–Т₀ (рис. 3.6), на котором при подходе к точке Т₀ необходимо снизить скорость подачи, записывается кадром

N{ i } G09 G11 G09 Х{ х₀ } Z{ z₀ }

Выдержку времени при отработке операций с известной продолжительностью кодируют подготовительной функцией G04. Продолжительности (мкс.) паузы записывается в кадра словом с адресом G04. Например, высотой инструмента в 1с при цековании отверстий записывается кадром N{ i } G04...X1000... В некоторых ЧПУ принята форма записи выдержки времени зада­нием продолжительности отработки фиктивного перемещения по координате Х с заданной рабочей подачей. Например, та же пауза в 1с записывается подготовительной функцией G4 и пе­ремещением 3мм со скоростью 180 мм/мин: N{ i } G04... X3000 F180..