Файл: Мясников, В. А. Программное управление оборудованием.pdf

ГЛАВА IV

Система

подготовки

информации для станков с программным управлением

Программное управление изменило процессы проектирования и разработки изделий. Использование программного управления позволяет сравнительно легко обрабатывать сложные контуры, которые могут быть описаны с помощью уравне­ ний. В связи с этим оказывается более экономичным изготовлять детали со сложным контуром из сплошной заготовки вместо использования сварных или кле­ паных поверхностей. В системах ком­ плексной автоматизации проектирования инженер-разработчик может быть непо­ средственно связан со станком в процессе проектирования.

Преимущества использования станков

спрограммным управлением заключаются

вследующем: короткие периоды освоения новых деталей, быстрое изготовление их, низкая стоимость оснастки и незначитель­ ная степень брака. Программное управ­ ление обеспечивает производство слож­ ных деталей на одном станке при одной или двух установках деталей. Программо­ носителем обычно служит перфолента или магнитная лента, которые одновременно являются архивными документами, что устраняет необходимость хранения другой документации по изделию.

14. ВХОДНЫЕ ЯЗЫКИ СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ДЛЯ СТАНКОВ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Известны два основных типа программного управления: по­ зиционное п непрерывное. В станках с позиционным управлением обычно используются несинхронные двигатели, а в станках с не­ прерывным управлением — синхронные двигатели, которые обе­ спечивают гарантированное позиционирование в любой точке пространства (рис. 29).

Способы перемещения инструмента к определенной точке в стан­ ках с позиционным и непрерывным управлением показывают основное различие между этими станками. Инструмент может пе-

Рис. 29. Два типа программного управления: о — пози­ ционное; б — непрерывное

ремещаться по различным траекториям (рис. 29) от точки А

(2, 0, 0) до точки!) (0, 1, 3). В станках с позиционным управлением вначале все три серводвигателя, работая одновременно, переме­ щают инструмент в точку В (1, 1, 1). После этого первый двига­

тель останавливается. Головка перемещается в точку С (0, 1, 2), после чего останавливается второй двигатель. И, наконец, при работающем третьем двигателе головка перемещается в точку D

(0, 1, 3). В станках с непрерывным управлением двигатели рабо­ тают одновременно со скоростями, обеспечивающими непрерыв­ ное движение по прямой от точки А к точке D.

Станки с позиционным управлением применяют для прямо­ линейного резания, сверления, расточки или других операций, при которых для перемещения или установки режущего инстру­ мента необходимы независимо действующие серводвигатели. Станки с непрерывным управлением используют при произволь-

. ных траекториях движения режущего инструмента.

Обработка с позиционным управлением, не давая существенно новых возможностей для проектирования деталей, способствует использованию цельных, хорошо обработанных деталей вместо сборок, что значительно сокращает расходы, а также ускоряет производство. Все это может осуществлять и человек-оператор,

84

Но значительно менее эффективно. Станки с непрерывным управле­ нием могут производить фасонную обработку, причем такую обра­ ботку, которую не могут выполнить ни оператор, ни станок с ко­

пириым устроиством.

Возможности станков с программным управлением (позицион­ ным пли непрерывным) зависят от количества осей, вдоль которых может двигаться инструмент. При определении перемещений используются декартовы координаты, и . перемещения рассма­ триваются вдоль и вокруг.каждой из трех координат. Станки, ра­ ботающие более чем по трем координатам, почти всегда имеют непрерывное управление, но иногда используются и при пози­ ционном управлении. Обычно используются перемещения вдоль двух, трех и пяти осей. При двухосевом перемещении инстру­ мент движется вдоль поверхности, при трехосевом — к любой точке пространства, но при постоянной ориентации оси инстру­ мента, при пятиосевом — к любой точке пространства, причем ось инструмента может менять свою ориентацию.

Двухкоординатные станки с позиционным управлением исполь­ зуются для обработки простых деталей, требующих ограниченной расточки, сверления или продольного фрезерования. Более слож­ ными станками с позиционным управлением являются трех-, четырех- и пятпкоординатные станки, используемые для фрезе­ рования и сверления. Следует отметить, что такие станки почти всегда обладают способностью непрерывной обработки.

Двухкоординатные станки с непрерывным управлением исполь­ зуются для изготовления кулачков, кронштейнов, двумерных конструкционных элементов. Трехкоординатные станки обеспе­ чивают трехмерную форму таких изделий. Пятикоординатные станки используются для изделий типа рабочих колес насосов, компрессорных лопаток, сложных конструкционных элементов и других подобных деталей, геометрия которых может быть урав­ нениями в системе координат X, У, Z.

Очевидно, что в процессе изготовления детали могут переме­ щаться от станка к станку. Так, например, корпус насоса может сперва обрабатываться на станке с позиционным управлением, где сверлятся многочисленные смещенные с оси отверстия, а за­ тем на станке с непрерывным управлением, на котором фрезе­ руются сложные фасонные поверхности.

На станках с программным управлением детали изготовляются

вдва этапа.

1.Предварительная подготовка информации и запись про­ граммы на программоноситель (перфолента, перфокарты, магнит­ ная лента). При этом программа должна содержать все данные, необходимые для изготовления деталей: траектории движения

инструмента, материал, тип инструмента, режимы обработки

ит. п.

2.Изготовление детали на станке с программным управлением

всоответствии с программой.

85

Предварительная подготовка информации может быть как ручной, так и автоматической. Правда, ручное программирование настолько сложно, что если его и применять, то только в простей­ ших случаях для операции с позиционным управлением.

Сложность ручного программирования и привела к разработке автоматических методов программирования. Применение этих методов целесообразно не только для производства сложных де­ талей, они значительно ускоряют подготовку данных и для сравни-

Рис. 30. Информационная структура подготовки информации для станков с про­ граммным управлением:

тельно простого позиционного управления. Автоматическое про­ граммирование с помощью ЭВМ дешевле, точнее и быстрее.

Блок-схема комплекса автоматизации программирования пред­ ставлена на рис. 30.

Программист на основе чертежа детали и технологической карты определяет траектории движения инструмента. Эти данные он пишет на бланках на проблемно-ориентированном языке. В ЭВМ эта программа транслируется с помощью программытранслятора.

Выполнение программы начинается с разложения сложных траекторий на элементарные участки, для каждого из которых имеется стандартная программа. Эти задачи выполняет про­ грамма-процессор. Результаты преобразования (промежуточная информация) выводятся из ЭВМ и могут быть проконтролированы.

86

н е т р е б у я о т н е г о з н а н и й х а р а к т е р и с т и к с т а н к а и и с п о л ь з у е м о й

с и с т е м ы у п р а в л е н и я .

Из постпроцессора программа выводится на перфоленты, пер­ фокарты или магнитную ленту.

В настоящее время известен ряд систем автоматического

ЕХАРТ 2, ЕХАРТ 3, группу языков 2CL.

Языки типа ЕХАРТ разработаны в ФРГ, различия между ними заключаются в области применения. ЕХАРТ 1 предназна­ чен для сверлильных и простых фрезерных работ на станках с цифровым линейным позиционным управлением, ЕХАРТ 2 — для токарных работ на станках с цифровым линейным и непре­ рывным управлением, ЕХАРТ 3 — для фрезерных работ на стан­ ках с прямоугольным и контурным управлением (по двум и пяти координатам, группа языков 2CL (разработанная в Англии) — для двухкоординатного фрезерования [47].

В данной главе мы не будем рассматривать языки, разработан­ ные в СССР, поскольку они опубликованы в отечественной пе­ чати [34, 35, 39].

15. СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ЕХАРТ

Исследования, проводившиеся с 1964 г., показали, что удовлет­ ворительного языка для программирования механической обра­ ботки деталей для станков с программным управлением не суще­ ствует. В ФРГ была образована исследовательская группа в со­ ставе профессоров Г. Опица, В. Симона, Г. Шпурра и Г. Штута, которой было поручено в сотрудничестве с промышленными пред­ приятиями разработать язык программирования, отвечающий ряду условий, к которым, в частности, относится требование программирования не только геометрии, но и технологии обра­ ботки деталей. Для решения геометрических задач был исполь­ зован известный язык APT, а программирование технологии было новой задачей. При разработке нового языка ставилось условие, чтобы он был совместим с APT. Оба языка должны были иметь одинаковый (за небольшим исключением) синтаксис, одинаковые слова, форму и кодировку перфокарт, для того чтобы обработка программ могла производиться на одних и тех же ЭВМ, а состав­ лять их мог один и тот же человек.

Язык APT в системе ЕХАРТ дополнен терминами, позволяю­ щими вводить больший объем технологической информации и упростить программирование систем позиционного и ступенчатого

87

управления. Словарный запас ЕХАРТ разделен на три группы, причем каждая последующая группа является дополнением пре­ дыдущей, что позволяет простые программы обрабатывать на малых ЭВМ.

Программист составляет программу на языке ЕХАРТ по дан­ ным, имеющимся в чертеже. При этом обычно для специальных видов обработки используются одни и те же понятия и правила во всех трех языках системы ЕХАРТ. Составленная программа пробивается на перфокартах п обрабатывается на ЭВМ в два этапа:

1)обрабатываются общие геометрические инструкции с по­ мощью карточек инструмента и материала для получения проме­ жуточной программы;

2)промежуточная программа с помощью программы-по­ стпроцессора приводится в соответствие с системой управления конкретного станка.

Первый этап состоит из двух частей ■— геометрического и тех­ нологического алгоритмов. Геометрический алгоритм анализи­ рует геометрические инструкции, производит их синтаксический

исемантический контроль и вырабатывает промежуточную гео­ метрическую программу. Технологический алгоритм вырабаты­ вает промежуточную технологическую программу. В результате первого этапа расчета получают универсальную информацию, достаточную для использования на многих станках, но недоста­

ствляется на следующем этапе.

На втором этапе первичная программа снова перерабатывается с помощью постпроцессора для получения программы, предназна­ ченной для конкретного станка. Задача постпроцессора — коди­ рование и перенос полученных данных на перфоленту, пригод­ ную для управления конкретным станком.

Первичная программа включает следующие части.

1.Общие данные. К ним относятся номер детали, шифр станка, на котором будет производиться обработка, и марка материала.

2.Геометрическое описание. Для описания используются гео­ метрические идентификаторы, которые состоят из главного слова

имодификатора. Для описания большинства производственных чертежей требуется 35 идентификаторов.

3.Рабочие команды. К рабочим командам относятся описа­ ние операций обработки, команды начала обработки и указатели траекторий движения инструмента. Описание операций осуще­ ствляется по следующей структуре: символ = главное слово/модификаторы. Главное слово обозначает операцию, а модификаторы вносят уточнение. Последовательность модификаторов произ­ вольна.

Во всех языках ЕХАРТ сначала описывается геометрия де­ тали. Например, в языке ЕХАРТ 1 задаются координаты мест

38

обработки, в языке ЕХАРТ 2 программируется геометрия всей

детали. Для этих целей предназначены идентификаторы видов обработки. Четкая идентификация, близость к естественному (английскому) языку повышают наглядность программы. Перед началом программирования выбирается система координат чер­ тежа детали, которая преобразуется ЭВМ в систему координат станка. Геометрическое описание первичной программы произ­ водится в системе координат чертежа.

Поскольку для каждого типа ЭВМ нужна своя интерпретирую­ щая система для интерпретации программ, написанных на языке ЕХАРТ, создание таких систем для множества различных типов ЭВМ было бы чрезвычайно трудоемко и дорого. Поэтому разра­ ботчики _пощли__по_ другому__.цути: интерпретирующие системы написаны в основном на универсальном алгоритмическом языке ФОРТРАНПУ. а компиляторы с этого языка имеются у боль- £ШТиства машин.

'Яаряду'сГдостаточно сложными языками типа ЕХАРТ разра­ ботан язык BASIC-EXAPT [41 ], представляющий собой неболь­ шой замкнутый программный комплекс, являющийся составной частью языка ЕХАРТ и удобный, в частности, для потребителей, впервые приступающих к подготовке программ для станков с про­ граммным управлением. В этом языке производятся преимуще­ ственно вычисления по геометрическим исходным данным.

16. ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ ЕХАРТ 1 [47]

Язык ЕХАРТ 1 содержит объем терминов, достаточный для программирования работы позиционных и несложных ступенча­ тых систем цифрового управления, т. е. для выполнения за одну установку сверлильных и простых фрезерных работ. Данный язык пригоден для управления станками с поворотными и качающи­ мися столами.

Основные особенности языка ЕХАРТ 1 заключаются в сле­ дующем.

1. Естественные бесформатные инструкции описывают гео­ метрию и производственный процесс.

2.Программирование может производиться без специального знания используемого станка.

3.Осп координат могут задаваться так же, как и на чер­ тежах.

4.Просто описываются геометрические элементы (например,

точка, лежащая на винтовой линии).

5.Технологические инструкции описывают конечные условия для каждой обрабатываемой точки. Инструменты, подача, ско­ рости вращения, точки обработки могут быть определены автома­ тически с помощью процессора.

6.Автоматически определенные характеристики могут быть использованы обычным образом.

89