Методические рекомендации к практическим занятиям по дисциплине «Программирование для автоматизированного оборудования»

1. 
   Выбор схемы установки
   

2. 
   Выбор технологического оборудования
   

3. 
   Состав технологических переходов.
   

Программируются две подачи. На обрабатываемом контуре выделяются опорные точки, которые представляют собой те точки контура, в которых он изменяет свой характер (точки 4, 5, 6, 7).

ЭВМ, встроенная в систему ЧПУ производит аппроксимацию перемещений рабочих органов оборудования. В частности аппроксимирует окружность ломаной линией (между точками 6 и 7). Поэтому существует погрешность .

Оборудование с ЧПУ снабжено либо шаговыми двигателями, либо двигателями постоянного тока (тиристорными).

Пусть N_x и N_y – количество импульсов по осям X и Y соответственно, тогда

,, (1)

где _х и _у – цены импульсов (дискреты), лежащие обычно в пределах 0,0050,01 мм.

Шаговые двигатели являются низкомоментными и в станках не используются. В станках используются двигатели постоянного тока, для которых необходимо вычислить скорость перемещения вдоль осей координат:

, , (2)

где – время перемещения по прямой в данной точке аппроксимации, [с], S – скорость подачи, [мм/мин], l – длина участка аппроксимации в данной точке, причем

. (3)

Система координат станка, детали, инструмента

Работа станка с ЧПУ тесно связана с системами координат. Различают системы координат станка, детали, приспособления и инструмента.

Система координат станка. Оси координат у станков располагают обычно параллельно направляющим станка, что позволяет при программировании обработки указывать направления и величины перемещения рабочих органов. В качестве единой системы координат для всех станков с ЧПУ принята стандартная прямоугольная (правая) система, при которой оси X Y, Z (рис. 2) указывают положительные перемещения инструментов относительно подвижных частей станка. Положительные направления движения заготовки относительно неподвижных частей станка указывают оси X, У, Z', направленные противоположно осям X, Y, Z. Таким образом, положительными всегда являются такие движения, при которых инструмент и заготовка удаляются друг от друга. Круговые перемещения инструмента (например, угловое смещение оси шпинделя фрезерного станка) обозначают буквами А (вокруг оси X), В (вокруг оси У), С (вокруг оси Z), а круговые перемещения заготовки (например, управляемый по программе поворот стола на расточном станке) — соответственно буквами А', В', С. В понятие «круговые перемещения» не входит вращение шпинделя, несущего инструмент, или шпинделя токарного станка. Для обозначения вторичных угловых движений вокруг специальных осей используют буквы D и Е. Для обозначения направления перемещения двух рабочих органов вдоль одной прямой используют так называемые вторичные оси: U (параллельно X), V (параллельно У), W (параллельно Z). При трех перемещениях в одном направлении применяют еще и так называемые третичные оси: Р, g, R (рис. 3). У станков различных типов и моделей системы координат размещают по-разному, определяя при этом положительные направления осей и размещение начала координат (нуль станка А/). Система координат станка является главной расчетной системой, в которой определяются предельные перемещения, начальные и текущие положения рабочих органов станка При этом положения рабочих станка характеризуют их базовые точки, выбираемые с учетом конструктивных особенностей отдельных управляемых по программе узлов станка.



Рис. 2 Стандартная система координат станков с ЧПУ.
Ориентация осей стандартной системы координат станка связывается с направлением движения при сверлении на сверлильных, расточных, фрезерных и токарных станках. Направление вывода сверла из заготовки принято в качестве положительного для оси Z, т. е. ось Z всегда связывается с вращающимся элементом станка шпинделем. Ось X перпендикулярна оси Z H параллельна плоскости установки заготовки. Если такому определению соответствуют две оси, то за ось X принимают ту, вдоль которой возможно большее перемещение узла станка. При известных осях X и Z ось Y однозначно определяется из условия расположения осей в правой прямоугольной системе координат.



Рис.3 Система координат вертикально-сверлильного станка с ЧПУ

Правило правой руки:

В стандартной системе координат станка положительные направления осей координат определяются по правилу правой руки. Большой палец (рис. 4) указывает положительное направление оси абсцисс (X), указательный — оси ординат (У), средний — оси аппликат (Z). Положительные направления вращении вокруг этих осей определяются другим правилом правой руки. Согласно этому правилу, если расположить большой палец по направлению оси, то остальные согнутые пальцы укажут положительное направление вращения (рис. 4).



Рис.4 Правило правой руки:

а - положительные направления осей координат;

б - положительные направления вращений.

Для того чтобы не было путаницы с положительными направлениями рабочих органов, связанных с заготовкой (обозначение осей со штрихом) и с инструментом (обозначение осей без штриха), при подготовке УП всегда исходят из того, что инструмент движется относительно неподвижной заготовки. В соответствии с этим и указывают положительные направления осей координат на расчетных схемах, эскизах и другой документации, используемой при программировании. Другими словами, за основную при программировании принимают стандартную систему координат, в которой определены положения и размеры обрабатываемой детали относительно которой перемещается инструмент. Принятое допущение корректируется системой УЧПУ таким образом, что если для реализации запрограммированного движения инструмента относительно заготовки необходимо переместить рабочий орган с инструментом, то это движение выполняется с заданным в УП знаком, а если требуется переместить рабочий орган с заготовкой, то знак направления движения изменяется на противоположный.



Рис.5 Система координат станка (XMY) и детали (Хд, W, Yд)

Система координат детали.

Система координат детали является главной системой при программировании обработки. Система координат детали — это система, в которой определены все размеры данной детали и даны координаты всех опорных точек контура детали. Система координат детали переходит в систему координат программы — в систему, в которой даны координаты всех точек и определены все элементы, в том числе и размещение вспомогательных траекторий, которые необходимы для составления УП по обработке данной детали. Системы координат детали и программы обычно совмещены и представляются единой системой, в которой и производится программирование и выполняется обработка детали. Система назначается технологом-программистом в соответствии с координатной системой выбранного станка.

В этой системе, которая определяет положение детали в приспособлении, и размещение опорных элементов приспособления, траектории движения инструмента и др., указывается так называемая точка начала обработки — исходная точка (О). Она является первой точкой для обработки детали по программе. Часто точку О называют «нуль программы». Перед началом обработки центр Р инструмента должен быть совмещен с этой точкой. Ее положение выбирает технолог-программист перед составлением программы исходя из удобства отсчета размеров, размещения инструмента и заготовок, стремясь во избежание излишних холостых ходов приблизить инструменты к обрабатываемой детали. При многоинструментальной обработке исходных точек может быть несколько — по числу используемых инструментов, поскольку каждому инструменту задается своя траектория движения.

Система координат инструмента.

Система координат инструмента предназначена для задания положения его режущей части относительно державки. Инструмент описывается в рабочем положении в сборе с державкой (рис.6). При описании всего разнообразия инструментов для станков с ЧПУ удобно использовать единую систему координат инструмента ХИ Z„, оси которой параллельны соответствующим осям стандартной системы координат станка и направлены в ту же сторону. Начало системы координат инструмента располагают в базовой точке Т инструментального блока, выбираемой с учетом особенностей его установки на станке. При установке блока на станке точка Т часто совмещается с базовой точкой элемента станка, несущего инструмент, например с точкой N (рис. 6, в). Режущая часть инструмента характеризуется положением его вершины и режущих кромок. Вершина инструмента задается радиусом закругления г и координатами хИТР и zH ТР ее настроечной точки Р.


Рис.6 Система координат инструмента:

а - резец; б - сверло; в - схема базирования инструмента

Связь систем координат

При обработке детали на станке с ЧПУ, например на токарном (рис. 7,а) можно выделить три координатные системы. Первая — система координат станка X М Z, имеющая начало отсчета в точке М— нуль станка (рис. 7, б). В этой системе определяются положения базовых точек отдельных узлов станка, причем числовые значения координат тех или иных точек (например, точки F на суппорте станка) выводятся на табло цифровой индикации станка. Вторая координатная система — это система координат детали или программы обработки детали XjJVZa (рис.7, в). И третья система — система координат инструмента XTZ (рис. 7, г), в которой определено положение центра Р инструмента относительно базовой точки F(K, T) элемента станка, несущего инструмент. Положение всех точек и элементов всех систем могут переводиться из одной в другую. Положение исходной точки О, как и любой другой точки траектории инструмента, переводится в систему координат станка из системы координат программы (детали) через базовую точку С приспособления (О—W—C—M). Центр инструмента Р, заданный координатой в системе координат инструмента XyJZ (см. рис. 7, г), переводится в систему координат станка через базовую точку К суппорта (рис. 7, в), которая задана относительно базовой точки F(P—K—F—M).



Рис.7 Система координат при обработке на токарном станке

Такая связь систем координат детали, станка и инструмента позволяет выдерживать заданную точность при переустановках заготовки и учитывать диапазон перемещений рабочих органов станка при расчете траектории инструмента в процессе подготовки программы управления.


Варианты заданий

Вариант 1

Технологический процесс:

1. 
   обработка отверстий на сверлильном станке.
   
2. 
   обработка наружного контура на фрезерном станке.
   

Радиус инструмента R_u =10мм
Соотношение систем координат станка и детали:

X_с=X_д +40мм

Y_с =Y_д +90мм

Z_с= Z_д +60мм



Вариант 2

Технологический процесс:

1. 
   обработка отверстий на сверлильном станке.
   
2. 
   обработка наружного контура на фрезерном станке.
   

Радиус инструмента R_u =10мм
Соотношение систем координат станка и детали:

X_с=X_д +60мм

Y_с =Y_д +70мм

Z_с= Z_д +110мм


Вариант 3

Технологический процесс:

1. 
   обработка отверстий на сверлильном станке.
   
2. 
   обработка наружного контура на фрезерном станке.
   

Радиус инструмента R_u =8мм
Соотношение систем координат станка и детали:

X_с=X_д +90мм

Y_с =Y_д +75мм

Z_с= Z_д +110мм




Вариант 4

Технологический процесс:

1. 
   обработка отверстий на сверлильном станке.
   
2. 
   обработка наружного контура на фрезерном станке.
   

Радиус инструмента R_u =10мм
Соотношение систем координат станка и детали:

X_с=X_д +80мм

Y_с =Y_д +50мм

Z_с= Z_д +110мм

Вариант 5

Технологический процесс:

1. 
   обработка отверстий на сверлильном станке.
   
2. 
   обработка наружного контура на фрезерном станке.
   

Радиус инструмента R_u =10мм
Соотношение систем координат станка и детали:

X_с=X_д +150мм

Y_с =Y_д +170мм

Z_с= Z_д +200мм

Вариант 6

Технологический процесс:

1. 
   обработка отверстий на сверлильном станке.
   
2. 
   обработка наружного контура на фрезерном станке.
   

Радиус инструмента R_u =8мм
Соотношение систем координат станка и детали:

X_с=X_д +100мм

Y_с =Y_д +150мм

Z_с= Z_д +200мм



Вопросы для самоконтроля усвоенных знаний:

2. 
   Для чего служит система координат детали?
   
3. 
   Чем следует руководствоваться при выборе системы координат?
   
4. 
   Типовые случаи расчета координат опорных точек.
   
5. 
   Что такое эквидистанта?
   
6. 
   Что такое «траектория инструмента» и как она описывается?
   

Практическое занятие № 2

Тема: Анализ структуры и формата кадра управляющей программы

Задание: проанализировать структуру и формат кадра управляющей программы, закодировать предложенную информацию.

Формируемые умения:

• 
  Работать со справочной и исходной документацией при написании управляющей программы;
  
• 
  Заполнять формы сопроводительной документации;
  
• 
  Выводить управляющую программу на программоноситель;
  

Методические рекомендации

Формат программы или стиль - это важная часть обработки станков ЧПУ. Каждая отдельная программа формируется по-разному, и в большинстве случаев программист не смог бы идентифицировать программу, которую он сам написал. Желательно чтобы программист был постоянным, и, вводил коды таким образом, чтобы потом можно было их прочесть, и в таком порядке, как он видит это в программе.

Строение и содержание

Программа состоит из последовательности КАДРОВ (таблица 1). Каждый кадр представляет собой шаг обработки. В каждом кадре записаны команды в форме слов. Первые кадры несут информацию подготавливающие станок к выполнению программы. В предпоследних кадрах станок выводиться в начальную точку и шпиндель переводиться в нейтральное положение или выключается – М5 (М05). Последний кадр в последовательности выполнения содержит специальное слово для завершения программ: М2 (или М02) или М30

Таблица 1.

Строение программы

Кадр	Слово	Слово	Слово	;Комментарий
Кадр	N1	G00	X0	;Первый кадр
Кадр	N2	G1	X12.	;Второй кадр
Кадр	N3	G2	X0.5	;………..
Кадр	………..			;……….
Кадр	Nnn	M2		;Завершение

Символы «начало программы», «главный кадр», «пропуск кадра» обозначаются в соответствии с принятыми обозначениями. Явная десятичная запятая обозначается символом DS; символ «табуляция», если он используется, обозначается точкой (.). Если УЧПУ требует в УП обязательного после каждого кадра указания символа «конец кадра», то на это в формате указывается звездочкой (*) в конце формата. Слова в формате записываются также в определенной последовательности. За адресом каждого слова «размерное перемещение» следуют две цифры, первая из которых показывает количество разрядов перед подразумеваемой десятичной запятой, отделяющей целую часть числа от дробной, вторая — количество разрядов после запятой. Если можно опустить нули, стоящие перед первой и после последней значащих цифр в слове «размерное перемещение», то за адресом этого слова должны следовать три цифры. Если опускаются нули, стоящие перед первой значащей цифрой, то нулем должна быть первая цифра. Если опускаются нули, стоящие после значащей цифры, то нулем должна быть последняя цифра. Если абсолютные размеры всегда положительные, то между адресом и следующим за ним числом не ставят никакого знака, а если они или положительные, или отрицательные, то между адресом и следующим за ним числом ставят знак «плюс» (+) или «плюс—минус» (±). За адресом безразмерных слов следует записывать одну цифру, показывающую количество разрядов (цифр) в слове. Если можно опустить нули, стоящие перед первой значащей цифрой, то за адресом безразмерных слов должны следовать две цифры, первая из которых нуль.

Пример записи формата:

%: / DS N04 3G2 Х+053 Y+053 Z ± 042 F031 S04 Т05 М2*

Данный формат указывает, что УЧПУ, для которого выполняется запись УП, воспринимает символы начала программы (%), главного кадра (:), пропуска кадра (/ ) и явную десятичную запятую (DS). Ведущие нули при записи кадров УП во всех словах (кроме слов с адресами G и М) разрешается опускать. В приведенном формате N04 — четырехзначный номер кадра. Это означает, что всего в программе можно привести кадры с номерами от N1 до N9999. На перфоленте (в программе) номер кадра записывается символом N и цифрами (например, N985), которые могут быть размещены на перфоленте на одной, двух, трех, четырех строках. Цифры записываются за символом N в последовательности: — тысячи — сотни — десятки — единицы, т. е. сначала значащая десятичная цифра тысяч, потом сотен, десятков, единиц. Если бы в формате было указано N3 (без нуля перед цифрой 3) то во всех кадрах, где необходимо, обязательно было бы написание нулей как значащих цифр: например N001, N002,. ... N099.

Строение кадра и программы

Кадр должен содержать все данные для выполнения одной операции. Обычно кадр состоит из нескольких слов и всегда заканчивается символом конца кадра L_F (перевод строки). Он автоматически создается при переводе строки клавишей "ВВОД".

Последовательность слов

N…G…X…Y…Z…F…S…T…D…M…

Строение программы для стойки Н22-1М (станок 1К62)

• 
  программа должна начинаться со знака " % ",
  
• 
  номер кадра записывается Nххх с шагом 1,
  
• 
  заголовок программы должен начинаться:
  

%

N000G26M020 (движение в приращениях)

N001M008 (включение СОЖ)

N002G01M004 (включение линейной интерполяции и шпинделя)

• 
  перемещение программируется Х–/+ххххх, Z–/+ххххх, обязательно ставиться знак "–" или "+"(если его нет, то СЧПУ отреагирует "ошибка"),
  
  1. 
     перемещение по Х равное 1мм запишется: 1мм*200 импульсов = Х+00200(в этом примере и ниже знак выбран случайным образом)
     
  2. 
     по Z на то же расстояние 1мм*20= Z+00020
     
  3. 
     при расчете перемещений старайтесь не получать дробное количество импульсов: перемещение по Х – 1,251*200= 250,2, ЧПУ отработает только 250 импульсов, а погрешность будет набегать.
     

• 
  подача программируется F10ххх (ххх – мм/об*1000), в основном это 050- рабочая, и 150-200 – холостого хода, на мелкие ходы, переходы лучше не программировать большую подачу – станки старые могут не выдержать, да и погрешность больше будет.
  
• 
  корректора устанавливаются после F(подачи), главное корректора не ставить бестолково и не путать местами, иначе вместо цилиндра получиться все, но не цилиндр, записывается :
  

N018X-00640F10050L11

отключается:

N011G40X+00400Z-00040L31 (по двум осям)

Или

N011G40X+00400L11 (по одной оси)

для Ххх L1x (х- номер корректора выбирается по порядку от начала вала, для Х – это диаметр, для Z это длина ступени вала, смотри рисунок 5), для Zхх L2х, одновременно отключить L3x(х- номер корректора соответствующий номеру ступени вала, отсчет от начала вала).

Включая и отключая корректора, следует помнить при включении он (корректор) прибавляется со своим знаком к запрограммированной величине и при отключении вычитается – поэтому будьте внимательны корректоры не расставляйте бездумно.


Рис.13. Выбор номера корректора

• 
  оканчивается программа кадром Nххх и М002 и обязательно переводом строки (т.е + одна пустая строка, можно две).
  

Вариант 1

Формат записи УП для некоторого условного УЧПУ имеет вид:

% : / DS N03 G2 X±053 Y+42 Z±031 I±43 J±34 K+33 F4 S5 T4 L5 R3 M02ПС.

В соответствии с заданным форматом закодировать заданные функции:

Закодировать: номер кадра 10

Подготовительная функция: Линейная интерполяция

Абсолютный размер

Перемещение по X на +252мм

По Y на -54,3 мм

По Z на +62,36 мм

Скорость главного движения – 280 об/мин

Подача: 3 мм/оборот

Инструмент № 17

Подпрограмма 5