- •Е.Л. Евсин, JI.X. Зубаирова
- •2-е издание стереотипное
- •Пермь 2005
- •ВВЕДЕНИЕ
- •ГЛАВА 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ
- •1.1. Становление науки о проектировании
- •13. Основные аспекты системного подхода к проектированию
- •1.4. Структура жизненного цикла технической системы
- •1.5. Разновидности проектирования
- •1.6. Принципы проектирования
- •1.7. Стадии и процедуры проектирования
- •1.8. Формализация проектирования и режимы работы САПР
- •ГЛАВА 2. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
- •2.1. Процедуры на стадии разработки технического задания
- •2.3. Процедуры на стадии разработки эскизного проекта
- •ГЛАВА 3. КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
- •3.1. Задачи конструкторского проектирования
- •3.2. Геометрическое моделирование
- •3.3. Автоматическое создание чертежей
- •ГЛАВА 4. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •4.1. Технологическая подготовка производства
- •4.2. Машиностроительное иронзводство и его характеристики
- •43. Основные понятия технологического проектирования
- •4.5. Методы обработки поверхностен
- •4.6. Припуски и допуски на обработку
- •4.7. Базирование и базы в машиностроении
- •4.8. Формирование структуры технологического процесса
- •4.9. Технологическая унификация
- •4.Н. Классификация и кодирование исходной информации
- •4.12. Структура технологического проектирования
- •4.13. Математические модели технологического проектирования
- •ГЛАВА 5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
- •5.1. Функции и средства автоматизация ТПП
- •53. Организационная структура АСТПП
- •5.4. Функциональная структура АСТПП
- •5.5. Подсистема проектирования технологических процессов
- •5.6. Методы автоматизированного проектирования ТП
- •5.7. Методы прямого документирования и параметрического проектирования
- •5.9. Проектирование ТП по методу синтеза
- •5.10. Экспертные системы
- •5.11. Моделн представления знаний
- •5.12. Язык таблиц решений
- •ГЛАВА 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПО МЕТОДУ СИНТЕЗА
- •6.1. Выбор исходной заготовки и метода ее изготовления
- •Т012. Выбор вида заготовки в серийном, крупносерийном и массовом производствах для трех групп материала
- •62. Установление маршрутов обработки отдельньи поверхностей
- •6.3. Разработка принципиальной схемы технологического процесса
- •6.5. Расчет технологических размеров
- •6.6. Проектирование операций
- •6Л. Расчет управляющих программ для ставков с ЧПУ
- •6.8. Проектирование технологических процессов сборки изделия
- •ГЛАВА 7. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •7.1. Состав и структура САПР
- •7.3. Классификация САПР
- •7.4. Интеграция САПР
- •7.6. Математическое обеспечение САПР
- •7.9. Лингвистическое обеспечение САПР
- •7.10. Методическое н организационное обеспечение САПР
- •7.12. Сравнительный анализ интегрированных CAD/CAM-систем
- •7.13. Проектирование надежных систем
- •Вопросы к главе 7
- •Библиографический список
6Л. Расчет управляющих программ для ставков с ЧПУ
6.7.1. Основные понятая в области систем ЧПУ
Главная особенность станков с ЧПУ заключается в задании программы обработки заготовки в числовой форме. Траектория движения инструмента относительно обрабатываемой заготовки задается в виде ряда последова тельных положений, каждое из которых определяется численными значе ниями координат в принятой системе.
Сочетание численных значений, определяющих ряд последовательных положений инструмента (или, иначе, ряд опорных точек траектории), пред ставляет собой управляющую программу (УП) работы станка. Наряду с ин формацией о перемещениях рабочих органов УП содержит сведения о часто те вращения шпинделя, подаче, применяемой СОЖ, смене и коррекции инструмента.
Устройство, выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с УП, называют устройством числового про граммного управления (УЧГТУ).
Система числового программного управления (СЧПУ) - совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и про граммных средств, обеспечивающих числовое программное управление (ЧПУ) станком.
Системы ЧПУ классифицируют в зависимости от формообразования при обработке на контурные, позиционные и универсальные, в зависимости от структуры системы управления - на замкнутые и разомкнутые.
Позиционные системы обеспечивают точную установку инструмента на рабочую позицию без задания траектории (применяют в основном для сверлильных и расточных станков).
Контурные (непрерывные) системы характеризуются формообразова нием обрабатываемой поверхности по заданному контуру на токарных, фре зерных, электроэрозионных станках.
Универсальные или комбинированные системы предназначены как для контурной, так и для позиционной обработки.
Замкнутые системы программного управления представляют собой следящие системы; они содержат элементы, позволяющие следить за поло
жением рабочих органов.
Разомкнутые системы характеризуются тем, что их рабочий орган пе ремещается под действием привода (например, тяговых двигателей) и его положение не контролируется.
По числу управляемых движений (координат) системы ЧПУ могут быть двух-, трех-, четырех-, пятикоординатными. Однако некоторые системы построены так, что согласованные перемещения возможны не по всем коор динатам одновременно, а только при отсутствии движения по одной из осей
координат. Такие системы обозначают дробным числом, добавляя к целому числу согласованно работающих координат еще половину координат.
Для обработки заготовки на токарном станке обычно достаточно двух координат по числу двух основных направлений подач - продольной и попе речной. Для токарного станка, оснащенного двумя суппортами (например, станок модели 1734ФЗ), становится необходимой четырехкоординатная сис тема управления. Сверлильные станки с ЧГГУ обычно являются даухкоординатными, поскольку основная задача состоит в совмещении инструмента с осью отверстия. Для расточных станков чаще применяют трехкоординатные системы. Фрезерные станки должны иметь не менее трех одновременно управляемых координат для обработки сложных криволинейных поверхно стей. Установлено, что наиболее рациональными являются пятикоординат ные фрезерные станки, у которых дополнительно программируются поворо ты заготовки и наклоны инструмента, что позволяет обработать труднодос тупные участки поверхности и улучшить в отдельных случаях условия реза ния.
В соответствии с международной классификацией системы ЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие классы:
NC (Numerical Control) - СЧПУ с покадровым чтением перфоленты на протяжении цикла обработки каждой заготовки;
SNC (Stored Numerical Control) - СЧПУ с однократным чтением пер фоленты перед обработкой партии одинаковых заготовок;
CNC (Computer Numerical Control) - СЧПУ со встроенной мини-ЭВМ (компьютером, микропроцессором);
DNC (Direct Numerical Control) - системы прямого числового управле ния группами станков от одной ЭВМ;
HNC (Handled Numerical Control) - оперативные СЧПУ с ручным на бором данных на пульте управления.
Устройства ЧГГУ различают по поколениям (табл. 6.9) в зависимости от использованной элементной базы.
Устройства первого поколения выполнены на реле и элементах с низ кими частотными параметрами, они характеризуются ограниченными функ циональными возможностями.
Устройства второго поколения выполнены на электронных элементах с более высокими частотными характеристиками и обладают сравнительно широкими возможностями.
Устройства третьего поколения выполнены на базе интегральных элементов, некоторые из них приспособлены для решения специальных за дач.
Типы устройств ЧПУ
Станочная |
Первое и второе |
|
Третье поко |
Четвертое по |
Третье по |
ление с рас |
коление (мик |
||
группа |
поколения |
коление |
ширенными |
ропро |
|
|
|
функциями |
цессорное) |
Токарная |
Контур 5П-69; Кон Н22-1 |
1Н22; Н22-1М; |
1Р22; «Элек |
|
|
тур 2ПТ-71; |
|
«Луч-2Т» |
троника НЦ- |
|
ЭМ-907А контур - |
|
|
31»; |
|
ЗП |
|
|
2У32; 2У22; |
|
|
|
|
2Р22 |
Фрезерная |
Контур 2ПТ-71/3; |
НЗЗ-1 |
НЗЗ-2; 1НЗЗ; |
2Р32; 2С42; |
|
ПРС-ЗК; |
|
НЗЗ-Н; |
2С42-61; |
|
Контур 4МИ; Кон |
|
Курс 332; |
2У32-61 |
|
тур ЗМИ; Контур |
|
Н55-1 ;Н55-2; |
|
|
ЗП-68; Кошур 5П |
|
УЗЗ-1;УЗЗ-2 |
|
Сверлильно- |
Координата |
2П32-8; |
2П52; |
|
расточная |
Р68(69); Координа |
2П32-ЗМ; |
2П62-ЗИ; |
|
|
та С-70/3; П32-3; |
П62-3 |
«(Размер 2М» |
|
|
П32-ЗА; |
|
|
|
|
П32-1 |
|
|
|
Шлифоваль |
П111;П216; П11М |
ПШ-13 |
|
|
ная |
|
|
|
|
Электрофи |
Контур 2П-67 |
|
|
2М-32 |
зическая |
|
|
|
(разряд-110); |
|
|
|
|
2М-43; |
|
|
|
|
2М43-22 |
Много |
|
|
У55-2; |
2С85 |
целевая |
|
|
«Размер 4>» |
|
Таблица 6.9
Пятое и шестое поколения (микропроцес сорные и мно гоцелевые)
«Электроника НЦ80-31»; 2Р32М; 2УЭ2-61; CNC-T(O), ИЦО-П; И1ДО-ПБ; ИЦО-ПЮ-Ю; «Размер 5»; 2С85-61; 2С85-62; 2С85-63; 2С42-65; ЗС150-16
Современные УЧПУ относятся к четвертому и пятому поколениям. Их выполняют по агрегатно-блочному принципу и оснащают узлами: блока ми технологических команд; устройствами коррекции радиуса, длины и по ложения инструмента; скорости подач, скорости резания, индикации пере мещений; устройствами для нарезания резьб; блоками контроля и останова. В настоящее время произошел переход к универсальным (контурнопозиционным) устройствам. Большое удобство при разработке УП дает при менение блоков для отработки стандартных программ (циклов), содержащих повторяющуюся информацию в программах. Практически в состав всех вновь создаваемых УЧПУ входит микроЭВМ.
Для обработки детали на станках с ЧПУ необходимо тщательно про работать технологический процесс. Такая проработка требует проектирова
ния не только отдельных рабочих ходов, но и расчленения каждого из них на шаги, представляющие собой перемещения инструмента вдоль определенно го геометрического элемента детали. Шагами являются отдельные переме щения инструмента вдоль прямой или окружности с постоянной подачей или отдельные участки поверхности детали, обрабатываемые с разными режима ми резания. Другой особенностью разработки является необходимость точ ного расчета траектории инструмента на всем его пути.
6.7.2. Системы автоматизации программирования
При использовании ЧПУ появляется новый элемент технологического процесса - управляющая программа, закодированная и нанесенная на про граммоноситель (перфоленту, магнитную ленту, гибкие магнитные диски). Поэтому технологическая подготовка для станков с ЧПУ включает в себя кроме традиционных расчетов такие дополнительные работы, как расчет тра ектории инструмента, кодирование управляющей программы, нанесение УП на программоноситель, контроль программы с помощью специальных средств. Имеются два варианта разработки УП - ручной и автоматизирован ный.
В связи с тем, что перечисленные этапы проектирования используют формализованные математические и логические методы решения, они и бы ли автоматизированы в первую очередь. Их используют в промышленности в качестве различных систем автопрограммирования траекторий движения ин струментов с помощью ЭВМ. Применение ЭВМ требует, во-первых, разра ботки специального программно-методического обеспечения (ПМО), реали зующего комплекс алгоритмов для решения геометрических и технологиче ских задач подготовки УП, а во-вторых, - разработки проблемноориентированного языка для записи и ввода в ЭВМ исходной информации (программы) о геометрии обрабатываемой детали, траектории движения ин струмента и технологической информации при обработке. Это ПМО принято
называть системой автоматизации программирования (САП) для станков с ЧПУ
САП различны по назначению, области применения, уровню автома тизации, форме записи исходной информации, параметров используемых ЭВМ и их работы при подготовке УП. Формирование УП можно рассматри вать как процесс переработки информации. При этом исходная программа
обработки детали является для САП входной информацией, а УП - выход ной.
Обычно УП формируется в два этапа. На первом этапе процессор (устройство для выполнения исходной программы) перерабатывает инфор мацию с помощью программного блока САП, представляющего собой эле мент ПМО. Этот программный блок так же, как и вычислительный блок ЭВМ, называется процессором. Он позволяет выполнять на ЭВМ комплекс
геометрических, а в некоторых системах и технологических расчетов, решать задачу безотносительно к конкретному сочетанию система управления - станок.
Результатом работы процессора является полностью рассчитанная траектория движения инструмента. Логическая и физическая структура таких данных, называемых промежуточными, может быть различна для разных САП и ЭВМ. Существуют, однако, рекомендации ИСО по структуре проме жуточных данных. Эта форма представления данных носит название CLDATA (от английского выражения Cattcr Location Data - данные о поло жении инструмента) и представляет собой вид промежуточной информации «процессор-постпроцессор». Постпроцессор - программа, которая произво дит некоторое конечное вычисление.
Постпроцессор реализует второй этап переработки информации и ориентирован, в отличие от процессора, на конкретное сочетание система управления - станок. Вызов того или иного постпроцессора осуществляется автоматически по указанию технолога-программиста. Обычно САП содер жит набор постпроцессоров, которые обеспечивают формирование УП для определенного парка оборудования с ЧПУ.
К настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработано бо лее ста САП, если учитывать их модификации и версии для различных ЭВМ. Рассмотрим некоторые отечественные САП.
САП ТЕХТРАН - 2.5- и 3-координатная система, система входного языка которой близка к структуре языка, рекомендованного ИСО. При про граммировании можно использовать макропроцедуры, которые могут вызы ваться из библиотеки.
САПР ЧПУ - универсальная система с автономным инвариантным постпроцессором, интерактивным графическим вводом и интерфейсом к сис темам Автокад, Евклид, СADDS, БПАПТ/ПК, САП УФА/ПК, ANVIL, DUCT,
MODAPT/PC.
К зарубежным САП относится САП APT (США), на базе которой бы ли сформированы ее модификации ADAPT для фрезерной обработки и AUTOSPOT - для сверлильных операций.
САП APT послужила также основой для создания за рубежом целой группы САП: ЕХАРТ (ФРГ), NELNC (Великобритания), IFAPT (Франция),
FAPT (Япония), MODAPT (Италия) и др.
Большинство современных конструкторских CAD-систем (САПР И) используют геометрическую модель детали для разработки УП. Это такие системы, как «Компас» (подсистема «Компас-ЧПУ»), Т-Flex CAD (Т-Flex ЧПУ), Adem (Adem CAM), Unigraphics, CAT1A, Гемма-ЗИ, Рго/Engineer и др. Краткая их характеристика приводится в главе 7.