Технологическая реализация системы подготовки обработки детали станка с числовым программным управлением

-  это позволяет отрабатывать сложную траекторию, описываемую в управляющей программе и состоящую из множества "коротких кадров", на скорости, близкой к заданной скорости подачи;

-  определение предельных ускорений по управляемым осям с учетом динамических характеристик станка;

-  возможность перехода с одной траектории обработки на другую на рабочей подаче без торможений и разгонов по трехмерной петле, рассчитанной системой CAM (computer-aided manufacturing);

-  для этого требуется интеграция с CAM-системой или с CAM-сервером через сеть;

-  возможность работы на повышенных скоростях рабочих подач (до 60 м/мин);

-  с этой целью помимо достаточной для перекрытия требуемого диапазона регулирования разрядности цифро-аналогового преобразователя необходимо, чтобы время гарантированной реакции системы управления движением было относительно малым (около 200 мкс).

3.  С целью снижения времени переналадки – доступ к файлам и ресурсам конструкторского и технологического бюро через стандартную сеть, включая поддержку стандартных (в том числе распределенных) баз данных:

-  встроенная функция трехмерной коррекции траектории движения инструмента на величину его радиуса;

-  возможность интеграции с CAM-сервером для выполнения полноценной коррекции УП по результатам предыдущих операций (в том числе трёхмерной коррекции траектории движения инструмента на величину его радиуса);

-  привязка набора управляющих программ, подпрограмм, корректоров, параметров системы и служебной информации к конкретному изделию (проекту);

-  возможность параллельно с процессом обработки выполнять редактирование или эмуляцию работы другой управляющей программы, ввод управляющей программы с дискеты (в том числе с использованием многотомных архивов), доступ к сети, включая обращение к CAM-серверу;

-  возможность автоматизированного измерения (или поиска) баз заготовки (детали), контроля размеров детали и инструмента.

4.  С целью увеличения коэффициента загрузки оборудования в условиях единичного и мелкосерийного производства – возможность работы совместно с системой управления верхнего уровня на основе стандартных сетевых технологий, возможность информационной поддержки систем планирования и диспетчеризации на уровне цеха или участка.

5.  С целью повышения надежности системы – повышение ресурса узлов ЧПУ за счет применения отлаженных серийных модулей (плат), применение вместо традиционных реле высоконадежных твердотельных силовых модулей (с гальванической изоляцией прочностью не менее 1500 В) и оптоэлектронных датчиков положения.

6.  С целью увеличения ремонтопригодности и уменьшения времени поиска неисправностей – наглядное представление сигналов электроавтоматики в соответствии с электрической схемой станка и приведенными в техническом описании алгоритмами работы:

-  наличие подсистемы диагностики и выдачи сообщений оператору;

-  возможность непосредственного управления исполнительными устройствами;

-  конфигурирование ЧПУ из стандартных узлов, из которых также могут быть построены системы управления другим оборудованием завода, и с использованием по возможности стандартного базового программного обеспечения.

7.  С целью обеспечения гибкости системы – возможность постоянной доработки системы ЧПУ в соответствии с непрерывно растущими требованиями современного производства:

-  возможность быстрой адаптации к любому технологическому оборудованию (в том числе не металлорежущему);

-  возможность интеграции со сложными автономными системами (например, с системами технического зрения);

-  возможность выполнения необходимых измерений и обмера детали-прототипа с целью создания трехмерной математической модели или построения управляющей программы для копирования;

-  наличие гибкой архитектуры системы, реализуемой в зависимости от поставленной задачи;

-  надежная поддержка фирмой-разработчиком и обновление версий базового программного обеспечения.

Технология работы на оборудовании с четырьмя и более  управляемыми осями на данный момент не достаточно хорошо отработана. Это связано с особенностями систем ЧПУ у каждого производителя, собственным набором и направлением дополнительных осей координат, типом станка и его назначением.

Системы ЧПУ у такого оборудования чаще всего обладают развитой системой программирования, которая может быть реализована на базе языка программирования высокого уровня. Примером может служить система ЧПУ фирмы Siemens со встроенным языком программирования Sinumerik.

Применение станков  с ЧПУ в сравнении с обычным оборудованием создает ряд технико-экономических преимуществ.

Производительность этих станков выше производительности станков  того же типа, но без программного управления, в три раза, потребность же в  производственных площадях в три  раза меньше. Значительно вырастает производительность труда у рабочих.

Большой эффект дают станки с ЧПУ при выполнении особо  сложных операций, поэтому с их использованием высвобождаются высококвалифицированные  рабочие, а также резко сокращаются  затраты на технологическую подготовку производства, эксплуатацию инструмента, содержание контролеров отдела технического контроля.

Главный эффект программного оборудования заключается в увеличении до 80-90% работы оборудования (15-20% у обычных  станков). Обусловлено это тем, что резко сокращается вспомогательное время, время на смену инструмента и переналадку оборудования.

Переналадка станков  в этом случае заключается в замене программы, записанной на магнитной  ленте или другом программном  носителе, а в ряде случаев в  замене инструментов. Широкий диапазон работ, выполняемых станками с ЧПУ, делает их особенно ценными в единичном и мелкосерийном производстве, а также на предприятиях, выпускающих сложную продукцию. Имеется опыт включения станков с программным управлением в поточные линии на предприятиях серийного и массового производства.

В современных условиях широко распространяется такой вид  программного оборудования, как обрабатывающие центры. Они представляют собой многооперационные  станки с автоматической сменой инструмента. По мнению специалистов, обрабатывающие центры по своей производительности эквивалентны 3-4 станкам с ЧПУ и 8-12 обычным станкам. При условии правильного выбора и рациональной эксплуатации затраты на приобретение обрабатывающих центров окупаются за 3-4 года.

Для эффективного использования  станков с ЧПУ необходимо создать  систему организованного обеспечения. Она должна представлять собой комплекс взаимодействующих мероприятий, подчиненных  основной задаче - изготовлению деталей  высокого качества в намеченные сроки при минимальных затратах труда и себестоимости. Система организации работ должна включать технико-экономическое обоснование применения станков с ЧПУ, номенклатуру деталей для обработки на станках, специальную структуру системы, надлежащее обслуживание станков, автоматизированную разработку управляющих программ. Одним из условий достижения высоких экономических показателей эксплуатации станков с ЧПУ является формирование целесообразной номенклатуры обрабатываемых деталей. Практика эксплуатации станков с ЧПУ показала, что эффективная их работа возможна при построении специальной организационной структуры, сориентированной на изменения, которые вносит появление в парке оборудования станков с ЧПУ. Такая структура должна включать производственные цехи и участки, подразделения экономического обслуживания, специализированную технологическую службу. Опыт отечественных и зарубежных предприятий свидетельствует о целесообразности установки станков с ЧПУ в одном производственном помещении, создание специализированных цехов и участков. Расположение станков в одном помещении создает условия для более качественного их обслуживания, многостаночного обслуживания, улучшения планирования и контроля за работой оборудования и т. п.

 

1.3 Назначение  постпроцессоров

Постпроцессор – это модуль, преобразующий файл траектории движения инструмента и технологических команд, рассчитанный процессором CAM или CAD/CAM-системы, в файл управляющей программы в строгом соответствии с требованиями методики ручного программирования конкретного комплекса "станок – система с ЧПУ". Постпроцессор выполняет немалое количество функций, например:

-  кодирует линейные перемещения сообразно цене импульса;

-  выполняет линейную или круговую интерполяцию перемещений по дуге окружности, а также кодирует их в импульсах;

-  рассчитывает динамику перемещений, отслеживая и, если нужно, уменьшая слишком большую подачу на малом перемещении (станок не успеет разогнаться);

-  автоматически выдает в кадр вектора или функции коррекции на радиус инструмента;

-  строит текущий кадр по шаблону, автоматически нумеруя кадры под адресом "N";

-  превращает подачи, назначенные технологом, в конкретный набор символов с адресом "F" и выдает в нужное место кадра;

-  оформляет как начало, так и конец управляющей программы, а также структуру кадра.

На самом деле число  функций, выполняемых среднестатистическим постпроцессором значительно больше. Например постпроцессор должен выдавать в кадр перемещения только по тем  координатам, движения по которым имело  место, а также правильно определять выпуклость или вогнутость контура детали для правильного расчета вектора коррекции и многое другое [3].

Разработка полноценного постпроцессора с нуля (т.е. без средств  автоматизации постпроцессирования) может занять у программиста средней  квалификации более 6 месяцев.

Первые постпроцессоры специально обученный программист  разрабатывал для каждого комплекса "станок – система с ЧПУ" индивидуально. Далее происходил длительный процесс доводки постпроцессора, путем активных консультаций с технологом-расчетчиком управляющих программ, а также опытными прогонами управляющих программ (рассчитанных при помощи постпроцессора) на станке с ЧПУ. Постпроцессор сдавался в опытную эксплуатацию заказчику только после успешного прохождения испытаний, затем наступал процесс исправления ошибок и неучтенных при разработке особенностей программирования стойки и даже технологии изготовления деталей, принятых на данном предприятии. Такой постпроцессор был индивидуальный для данного станка, стойки ЧПУ и, нередко, технологии обработки. Стоимость разработки индивидуального постпроцессора была очень высока, и могла достигать нескольких тысяч долларов. Исправить ошибки и сделать нововведения в постпроцессоре мог только программист, разработавший данный постпроцессор.

Созданием индивидуальных постпроцессоров занимались все фирмы, как отечественные, так и зарубежные, примерно в 1960-1970 годах прошлого столетия.

Постпроцессирование прошло несколько ступеней развития. С одной  стороны в 80-х годах прошлого века наблюдался всемирный бум автоматизации машиностроения, с другой – очень быстро увеличивалось количество новых станков с непременно новой системой ЧПУ, с третьей стороны возник небывалый спрос на средства автоматизированного проектирования для таких станков со стороны заводов и компаний. В этих условиях метод индивидуального постпроцессирования оказался не эффективным, в виду очень больших временных затрат на создание и отладку каждого постпроцессора. Эти объективные причины подтолкнули разработчиков постпроцессоров к идее автоматизации собственного труда – то есть средств автоматизации разработки постпроцессоров.

Одним из первых методов  автоматизации разработки постпроцессоров  стало обобщение информации об использовании  одной и той же системы с  ЧПУ вместе со станками различных  производителей, по принципу обработки (например, токарная, фрезерная и т.д.). Это оказалось возможным, в связи с тем, что управляющие программы для таких станков, "вооруженных" однотипной системой с ЧПУ, различались в лучшем случае незначительными вариациями в оформлении структуры кадра, значностью перемещений, оформлением начала и конца программы. Поэтому вскоре начали обобщать алгоритмы разработки постпроцессоров на однотипное оборудование разных фирм, но имеющее одну и ту же систему с ЧПУ.

Идея использования  обобщенных постпроцессоров дала существенные преимущества, ведь разработка постпроцессора для новой модификации станка с системой ЧПУ, для которой уже имелся обобщенный постпроцессор, требовала от программиста всего лишь небольшой модификации узкого набора программ для учета особенностей нового оборудования.

В результате, в разы сократились  сроки, стоимость и трудоемкость разработки нового постпроцессора, существенно  снизились издержки фирм-разработчиков  постпроцессоров и их заказчиков. Этот метод оказал сильное воздействие на конкурентную борьбу между производителями CAM-систем в мире. Кроме того, некоторые фирмы продавали именно "обобщенные постпроцессоры" на 5-10 станков с одной системой с ЧПУ по цене одного индивидуального, что было выгодно их клиентам и чрезвычайно невыгодно фирмам-конкурентам, еще не освоившим эту технологию.

Небольшое число современных CAM-систем до сих пор используют в  своем составе обобщенные постпроцессоры.

Следующим шагом развития систем разработки постпроцессоров  стало применение автоматических корректоров кадров управляющих программ. Суть этого нововведения – дать возможность разработчику или пользователю описать на специальном макроязыке изменения, которые затем автоматически и последовательно выполняются постпроцессором над каждым кадром во время формирования управляющей программы. Этот метод был впервые примененный в системе PEPS. Макроязык коррекции кадров управляющей программы применяется теперь весьма широко и не только в обобщенных постпроцессорах.