Программирование обработки на станках с чпу

Порядок написания программ

Написание программ ЧПУ состоит из последовательности действия, одинаковых для любого способа, выполняемых технологом или автоматически. На подготовительном этапе выполняют:

• Задание параметров заготовки. В САМ системах: габариты, материал, твердость.
• Задание системы координат и нулевых точек.
• Выбор обрабатываемых поверхностей, расчет числа проходов для снимаемого припуска и глубины резания (в САМ предлагаются варианты разбивки).

• Выбор РИ.
• Задание режимов резания: подачи, скорости (числа оборотов) и скоростей ускоренных ходов. САМ системы реализуют автоматический подбор оптимальных, в дальнейшем записываемых в кадрах посредством функций F, S.
• В САМ программах выбирают станок, СЧПУ.

На основном этапе рассчитывается траектория движения центра инструмента, управляющая программа описывает рабочие и холостые перемещения этой точки. При ручном способе технолог рассчитывает координаты всех опорных точек обрабатываемого контура, в которых изменяется направление обхода. Перемещение РИ описывает последовательность кадров, содержащих подготовительную функцию G, устанавливающую вид движения и размерные слова (Х,Y, Z, A, B, C, прочие), задающие перемещения по координатам.

Далее добавляют вспомогательные функции М, определяющие: остановы, пуски, окончание фрагментов или всей УП. Посредством функций D, H, DR вводят значение корректоров на диаметр, длину, радиус скругления РИ.

Используя настройку станка

Чтобы было удобно настроить постпроцессор на конкретный станок, он условно разделен на составные:

1. Постпроцессирующий модуль – с запуском при старте исполняемого файла, он загружает данные, вносимые в состав управляющей траектории, получив их через CAM-систему.
2. В шаблоне постпроцессора содержится инструкция для модуля, генерирующего управляющие программы. Он, по сути, – настройка для данного станка, оперируя текстовыми файлами, доступными для редактирования, для этого используют текстовый редактор.

Очень сложная структура шаблона, побуждает при его разработке пользоваться специальным редактором (генератор постпроцессоров), что несколько облегчает и ускоряет работу. Задача разработчиков – выбрать тип станка, ввести опции и нужные параметры, и с их помощью сгенерировать модуль. Таким образом, можно создать новый и модифицировать старый постпроцессор.

Иногда выполняют компиляцию, чтобы защитить его от редактирования, зачастую производится лицензирование модуля. Спецредактор служит для реализации других функций, ускоряющих разработку программного модуля.

ВАЖНО! Постпроцессоры в составе CAM-систем – важная и неотъемлемая часть. Без них они теряют всякий смысл

Разновидности программных модулей

Различают два типа постпроцессоров:

1. Внешний, у которого в качестве входящего – промежуточный файл, содержащий данные об инструменте – CL-DATA. Его генерирует CAM-система и он способен контактировать только с ней. Модуль – автономен и имеет ещё одно название – «обобщенный постпроцессор», акцент – на том, что он независим от CAM-систем. Стандартный формат CL-DATA имеет поддержку со стороны многих систем.

Достоинство внешнего постпроцессора в том, что его единожды надо настроить для конкретного станка и он для разных систем один. Поэтому он имеет невысокую стоимость. Есть и недостаток – возникают проблемы во время перенастройки. Порой такой модуль приходит к заказчику в закрытом виде и его редактирование невозможно. Но и приходящие в открытом имеют для настройки не очень большие возможности. Особенно усложнена его настройка в случае, когда речь идёт о 5-осевых станках и больших обрабатывающих центрах.

1. У встроенного – запуск через CAM-систему, непосредственно через ее формат идет обработка данных управляющей траектории. Отсюда и название – «Родной». Этот тип постпроцессора работает без файла CL-DATA, так как всю необходимую информацию считывает из CAM-системы. Любой современный станок нуждается в программируемом модуле для «родной» ему системы. На заводах, которые применяют эту технику, высокая потребность в специалистах, способных написать постпроцессор для новых моделей.

Главное преимущество встроенного постпроцессора – ему доступны многие важные параметры и переменные (в случае с вариантом внешнего постпроцессора, к ним нет доступа). Вводится совокупность данных про инструменты или операции предстоящей обработки.

Имея информацию про номер патрона, материал фрезы, для модуля несложно различать технологические операции, выполняя движения по подводу и отводу инструмента, врезанию в толщу материала. В случае необходимости, он способен пользоваться корпоративной базой данных и системой PDM, чтобы их применять в ходе технологического процесса, генерируя множество сложных программ по обработке – с числом операций, превышающим 20.

Подсистема обратной связи

Эта часть станка с ЧПУ представляет собой группу датчиков. Основными из них являются датчики:

• температуры;
• давления;
• положения.

Эта структурная особенность отличает станок с ЧПУ от оборудования с циклическим управлением. Большую роль в составлении программы имеет операционная система и ее принцип работы. Наличие обратной связи повысила надежность и точность оборудования. Без него невозможно выполнение функции самоочистки рабочих механизмов и работа, исполняемая приводом серводвигателя. Качественная и разветвленная функциональная система обратной связи отличает дорогостоящий токарный станок с большими возможностями менее дорогого и более простого оборудования.

Подсистема управления

Мозгом станков с ЧПУ является микроконтроллер. Этот вид оборудования выступает основой системы контроля. Основные органы управления получают данные благодаря управляющей программе, после чего передает команды на исполнительные механизмы.

Кроме микроконтроллера или процессора в операционную систему управления входят передаточные устройства и человеко-машинный интерфейс. На схемах эти подсистемы представляются в виде стоек числового управления, иногда они объединяются в группу.

Подсистемы управления делятся на две категории:

• первый вид – открытые;
• второй вид – закрытые.

Открытые

При управлении открытых программных средств используется более интерактивный человеко-машинный интерфейс. Программирование таких систем можно осуществлять непосредственно через компьютер. В них же применяется 3D моделирование. Довольно часто программирование алгоритмов управления стойками можно производить при помощи языков высокоуровневого прикладного программирования, после чего переформатировать код в автоматическом режиме на язык, являющийся понятным контроллеру. Основным признаком таких систем является высокий уровень удобства, а также универсальность начинки и легкость ремонта, взаимозаменяемость многих деталей. Управляющая стойка обеспечивает корректировку программы и описания станка.

Поэтому иногда станки с открытым интерфейсом дают сбои или плохо приспособлены для длительной работы высокой сложности. Когда программируется контурное или другое устройство ЧПУ, важную роль играет именно человеческий фактор.

Закрытые

Системы закрытого типа обычно уже имеют ряд написанных программ. Эти программы иногда бывают заданы аппаратно, и для перепрошивки такого агрегата понадобится полностью разбирать корпус, и заменять детали. Программирование системы ЧПУ замкнутого типа ограничивается комбинированием команд на встроенном языке в человеко-машинном интерфейсе. Некоторые закрытые системы имеют встроенные на аппаратном уровне управляющие воздействия. Такие системы специально разработана для создания одного или нескольких типов деталей. Реже в комплекте к машине поставляется программа для ПК, позволяющая писать управляющий код на встроенном языке для компьютера.

Производители оборудования почти никогда не раскрывают архитектуру закрытых систем. При выходе из строя управляющего механизма придется обращаться в компанию-производитель. Определить поломку можно по характерным признакам. Однако благодаря тому, что все части замкнутой ЧПУ проходят множественные проверки на совместимость агрегатов, описанное оборудование отличается высокой степенью надежности и редко выходит из строя. Неоспоримым преимуществом данного типа управления является высокая надежность.

Недостатками до недавнего времени были некая ограниченность и неудобство управления. Особенностью современных систем замкнутого типа выступает обладание встроенным числовым программным обеспечением и удобным человеко-машинным интерфейсом. Они позволяют непосредственно на станке осуществить разработку программы, а также провести 3D моделирование всего процесса, чтобы исключить ошибки.

Существенными недостатками были и остаются высокая цена приобретения и обслуживания, а также сложность обслуживания в связи с тем, что управляющая часть и структура засекречены.

Способы программирования

Процесс программирования можно выполнять:

• Вручную. Технолог составляет программу на удалённом ПК в текстовом редакторе. Затем переносит её в память СЧПУ посредством USB-накопителя, оптического диска, дискеты или через интерфейсные порты, соединенные с ПК кабелем.
• На пульте (стойке) УЧПУ. Команды вводятся с клавиатуры и отображаются на экране. Набор пиктограмм соответствует перечню постоянных циклов, которые можно назначить, сокращая объем записи. Ряд систем (Fanuc система, HEIDENHAIN) поддерживают диалоговый интуитивный интерфейс, где оператор путем последовательного выбора формирует программу обработки.
• Автоматизировано в интегрированных CAD/CAM/CAE системах. Передовой способ, требующий внедрения единой электронной системы на всех этапах производственного цикла.

Первый способ может применяться для программирования простых токарных работ, обработки групп отверстий, фрезерования по двум координатам без обработки профильных кривых. Затраты времени велики, ошибки выявляются на станке.

Программирование с пульта позволяет выполнять всё вышеперечисленное, а при диалоговом языке ввода и более сложные переходы 2,5 и 3-х координатной обработки. Оптимальный вариант для корректировки существующих или создания программ групповой обработки по «шаблону».

Работа в CAM системах, например: MasterCAM, SprutCam, ADEM предполагает получение эскиза, модели из CAD, диалоговый выбор станка, пределов перемещений, приспособлений, инструментов (РИ), режимов, переходов и стратегии обработки, задания корректоров. На основании указанного постпроцессор преобразует траекторию движения РИ в управляющую программу (УП). Виртуальную отработку можно просмотреть на мониторе, исключая явные ошибки (зарезы, неснятый припуск, соударения с оснасткой), оптимизируя траекторию.

https://youtube.com/watch?v=NQxYrO_AXPg

Личный опыт

Когда я впервые начал разрабатывать, продумывать и делать первый ЧПУ фрезер своими руками, на создание проекта ушел примерно один день. Затем, когда начал покупать части, я провел небольшое исследование. И нашел кое-какие сведения в различных источниках и форумах, что привело к появлению новых вопросов:

• Мне действительно нужны шарико-винтовые пары, или обычные шпильки и гайки будут работать вполне нормально?
• Какой линейный подшипник лучше, и могу ли я его себе позволить?
• Двигатель с какими параметрами мне нужен, и лучше использовать шаговик или сервопривод?
• Деформируется ли материал корпуса слишком сильно при большом размере станка?
• И т.п.

К счастью, на некоторые из вопросов я смог ответить благодаря своей инженерно-технической базе, оставшейся после учебы. Тем не менее, многие из проблем, с которыми я бы столкнулся, не могли быть рассчитаны. Мне просто нужен был кто-то с практическим опытом и информацией по этому вопросу.

Конечно, я получил много ответов на свои вопросы от разных людей, многие из которых противоречили друг другу. Тогда мне пришлось продолжить исследования, чтобы выяснить, какие ответы стоящие, а какие – мусор.

Каждый раз, когда у меня возникал вопрос, ответ на который я не знал, мне приходилось повторять тот же процесс. По большему счету это связано с тем, что у меня был ограниченный бюджет и хотелось взять лучшее из того, что можно купить за мои деньги. Такая же ситуация у многих людей, создающих самодельный фрезерный станок с ЧПУ.

Советы для работающих в этом направлении

Написание постпроцессоров для разных станков с числовым программным управлением, особой сложности не представляет. Некоторые советы для тех, кто работает в этом направлении:

• Если я пишу постпроцессор, значит, составляю программу, кодирующую путь, по которому движется инструмент, в понятный для ЧПУ формат.
• Научиться их писать для ArtCAM (программное обеспечение процесса изготовления объемных рельефов) – доступно.
• Существует мануал для их написания, когда берут модуль от станка, подобного данному, и подгоняют его под свои нужды. Каждый, кто писал их таким образом, представляет, что это такое. Генерируется управляющая программа, в которой предусмотрены все операции технологического процесса.
• Наличие обширной библиотеки готовых постпроцессоров для разных типов обрабатывающего оборудования, позволит специалисту настроиться на любую систему ЧПУ.

ВАЖНО! Нельзя создать постпроцессор, который идеально подойдет к двум одинаковым станкам на разных предприятиях. Но перенастроить его, учитывая технологические особенности, реально

Зачем нужен этот модуль

Постпроцессоры, по сути, – трансляторы, способные преобразовать информацию в другой формат. Воспринимать их в качестве простого конвертора – ошибочный подход. У этих устройств доминирует технологическая логика, предусматривающая многие специальные функции.

https://youtube.com/watch?v=JlXoUlpoH0g

Программный модуль, работая над созданием управляющей программы для станка, учитывает и кинематику. Это понятие обобщает различные движения: вращательное, прямолинейное по­ступательное и перемещения стола вдоль оси шпинделя.

Обработка деталей на станке предусматривает координатные перемещения. Они передаются, соответственно технологическим командам, посредством языка программирования. Технологи-программисты, создавая программный модуль, используют CAM-систему. В сгенерированном нею файле содержатся данные про инструменты, траектории их движения, режимы резки и многие другие параметры. После их анализа программным модулем, формируется управляющая программа для определенного станочного парка.

Исполнительный механизм

Исполнительный механизм станка состоит из приводов, двигателей и винтов. Он выполняет функции токарной обработки изделий. Кроме того, по алгоритму управляющего воздействия приводами осуществляются дополнительные функции:

• подача заготовок и забор готовых изделий;
• смену рабочего инструмента;
• очистку рабочей области оборудования;
• нагрев или охлаждение оборудования;
• аварийная или другая остановка.

Основными механизмами станков с ЧПУ, как и ручных станков, являются двигатели и ходовые винты. Винты перемещают рабочий инструмент и поверхность, обеспечивая оптимальный угол. На простых электрических станках ходовые винты имели полностью механическую структуру. Электрические винты отличаются более высокой скоростью и точностью.

Двигатели

В системах ЧПУ используются двигатели нескольких типов:

• шаговый двигатель переменного тока;
• шаговый двигатель постоянного тока;
• гибридный шаговый двигатель;
• серводвигатель.

Шаговые двигатели работают на основе электромагнитного поля. На статор двигателя подается напряжение, заставляющее вращаться ротор. Преимуществом такого исполнения является простота и общая доступность механизма. Однако он не лишен и недостатков. Они заключаются в дискретной работе механизма с относительно большим единичным шагом. Такое устройство ЧПУ несколько снижает точность танков, повышает минимальные допуски изготавливаемых деталей.

Гибридный шаговый вид двигателя позволяет сочетать в себе достоинства двух других видов простых электродвигателей. Он не на много дороже в цене, поэтому используется чаще других видов, но унаследовал и главный недостаток шаговых двигателей – дискретность.

Серводвигатели в ЧПУ имеют принципиально другой механизм работы – он использует цифровые команды с ЧПУ, напрямую регулирующие скорость работы части исполнительного механизма. Особенности работы оборудования является наличие обратной связи напрямую от двигателя на узел управления. Этот вид обладает очень маленьким, практически незаметным минимальным шагом ротора и высокой точностью, но характеризуется сложностью управления устройством, высокой стоимостью приобретения и обслуживания серводвигателя.

Система координат

Составление программы для токарной и фрезерной машины требует определенных знаний. Для станков с цифровым управлением программу нужно составлять на декартовой координатной системе, которая включает в себя три луча, исходящие из одного центра и расположенные в пространстве перпендикулярно друг другу.  Направление координатных осей задает программу для движения режущего элемента. Оси X, Y, Z распределяют в пространстве согласно определенным правилам:

• Z – совмещается с осью движения шпинделя, она направляется от крепежного элемента обрабатываемой детали к режущему элементу, она направляется как вертикально, так и горизонтально;
• ось Х представляет собой горизонтальный луч, при горизонтальном положении оси Z, ось Х пролегает вправо от левого края передней части станка, где располагается пульт, если же она лежит вертикально, то Х направляется вправо относительно токарному станку, его передней плоскости, если повернуться к ней лицом;
• чтобы определить положение оси Y, ось Х поворачивают на 90 градусов относительно оси Z.

Точка пересечения лучей является началом отсчета. Чтобы на координатной системе задать точку, следует отметить ее числовое выражение на каждом луче.

Рабочий процесс

В ходе фрезерования приходится оперировать сразу несколькими системами координат, предполагается наличие нескольких центров. Управляющая программа для станков – это сложная система, ее написание – ответственный процесс. Рабочий процесс определяется следующими точками:

• нулевая точка (М), она задается производителем и не подлежит изменению;
• нулевая точка (R), ее координаты постоянны, в момент включения машины инструмент должен располагаться в начальной точке;
• нулевая точка закрепляющего элемента инструмента (N) также неизменна, ее задает производитель, в момент отладки машины, верхняя часть режущего элемента, зафиксированного в держателе, замеряется и выставляется в нулевой точке;
• нулевая отметка заготовки (W) на станке имеет свободное расположение, оно зависит от того, какой вид обработки будет произведен, W может меняться, если деталь нужно будет обработать с обеих сторон;
• точка замены (Т), в этой точке производится замена инструментов, параметры задает программист, если устройство смены инструмента имеет вид револьверной головки, также она может быть постоянной, если фрезерный станок оснащен системой для автоматической смены инструмента.

Центр координатной системы является начальным пунктом. Современные токарные и фрезерные обрабатывающие системы работают по специальной программе. Программное обеспечение создается программистами-инженерами, при их составлении следует учесть специфику предстоящей работы.

Заключение

У опытного программиста-технолога на качественную разработку постпроцессора – программного модуля, преобразующего данные в управляющую программу, – уходит половина дня или чуть больше. Менее опытный человек потратит на это два или три рабочих дня. Ведь учитывается материал, вид работы, каждая координатная ось, вдоль которой движется рабочий стол станка.

Если оборудование в ближайшее время заменять не собираются, написание постпроцессора для него окупит себя. В выигрыше будет самое главное – экономия времени. Станок, имеющий числовое и программное управление, используя один постпроцессор, будет работать с CAM системами разного типа.