4.8. Методы подготовки, доставки к оборудованию и отладки управляющих программ

Проектирование системы технологической подготовки (ТП) производства в ГПС включает системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) и автоматизированной подготовки управляющих программ (САП УП).

Эффективность функционирования ГПС в значительной степени зависит от качества проектирования технологических процессов обработки резанием и подготовки УП для программно-управляемого оборудования.

В России и за рубежом разработаны САП, ориентированные на определенные типы оборудования, например сверлильные (СПС-С, ЕХАРТ-1) и токарные (СПС-Т, ЕХАРТ-11) станки. С помощью этих САП решается специфическая задача технологического проектирования — на основе геометрической и технологической информации о процессе изготовления детали на заданном станке разрабатывается управляющая программа, т.е. последовательность команд на управление рабочими органами станка.

Вследствие использования в ГПС оборудования различных видов необходимо использовать и различные САП, а кроме того, квалифицированный технолог-программист должен многократно записывать информацию о детали и структурных элементах технологического процесса ее обработки. Поэтому одной из актуальных проблем функционирования ГПС является создание комплексной САПР ТП, обеспечивающей проектирование технологических процессов для деталей всех классов в условиях единичного и серийного производства с одновременной разработкой УП для программно-управляемого оборудования при одноразовом вводе исходных данных. При этом используются следующие принципы: системный подход и возможность совершенствования системы; блочность построения структуры; мо­дульный принцип программирования; стандартизация элементов системы; стандартизация методов решения задач проектирования.

Это достигается: разработкой структуры и функциональных связей между блоками исходя из конечного результата проектирования; синтезом возможных решений и выбором оптимального варианта решения на отдельных этапах проектирования; единством информационной базы; этапностью внедрения; возможностью системного развития.

В САПР ТП стандартизуются: состав и структура задач проектирования; состав информационных массивов; формы входных и выходных документов; алгоритмы и процедуры решения отдельных задач.

Входные документы при автоматизированном проектировании следующие: описание чертежа детали на формализованном технологическом языке; задание на проектирование.

Выходные документы следующие: маршрутные карты, управляющая программа, карта наладки и листинг по каждой технологической операции, выполняемой на программно-управляемом оборудовании.

Технологическое проектирование включает шесть этапов.

Этап 1 — описание деталей на формальном технологическом языке (ФТЯ), подготовка данных на машинных носителях, ввод, контроль и накопление описаний в архиве. Описание деталей произ­водится на ФТЯ со свободным форматом записи.

Для описания информации используются записи, структура кото­рых имеет следующий вид:

запись: = //...

В качестве идентификатора языка используются мнемонические обозначения:

ДЕТ — деталь, ДОК — документ, МАТ — материал; ГАБ — габаритные размеры; ХТО — химико-техническая обработка й т.д. Записи указываются только в случае данного вида информации на чертеже и могут следовать в произвольном порядке. Такая структура обеспечивает гибкость языка и простоту корректировки данных.

Следует также отметить, что ФТЯ является открытым языком, т.е. возможна его модернизация путем добавления в случае необходимости новых видов записей.

В качестве машинных носителей могут использоваться магнитные ленты и дискеты. При вводе записей осуществляется их контроль по формату, структуре и составу параметров. Описания деталей накапливаются в архиве, построенном на основе использования устройств прямого доступа (магнитных дисков).

Этап 2 — проектирование технологического процесса. На этом этапе осуществляются: подготовка исходной информации для проектирования; назначение возможных видов заготовок; назначение маршрутов обработки поверхностей детали; расчет межпереходных припусков; расчет режимов резания и укрупненное нормирование; выбор вида и расчет габаритных размеров заготовки; определение порядка следования технологических переходов; расчет межпереходных размеров; выбор оборудования; назначение режущего и измерительного инструмента.

В результате на этом этапе формируется кодированный массив элементарных технологических переходов, для каждого из которых указываются параметры поверхности, размерные, точностные и режимные параметры, модель станка, коды режущего и измеритель­ных инструментов.

Этап 3 — формирование технологического документа. При выборе универсального оборудования в графе "Содержание операции" технологической карты синтезируются записи по отдельным технологическим переходам. При выборе программно-управляемого оборудования в этой графе должна быть сформулирована запись "обработка в соответствии с управляющей программой номер...", а не информация по технологическим переходам.

Этап 4 — подготовка информации с учетом особенностей изготовления детали на станках с ЧПУ. На этом этапе осуществляются: определение порядка следования технологических переходов применительно к конструктивно-технологическим особенностям станков с ЧПУ; расчет координат расположения элементарных обрабатываемых поверхностей (ЭОП); определение позиций режущего инструмента в инструментальном магазине (головке) станков с ЧПУ; определение соотношения между системой координат станка и системой координат заготовки.

Обработка заготовок на станках с ЧПУ, особенно на многоцелевых, имеет свою специфику. Выполнение переходов при обработке отверстий осуществляется консольным инструментом, точность относительных размеров обусловливается точностью позиционирования рабочих органов станка. Поэтому в общем случае порядок следования переходов должен быть скорректирован на основе следующих правил: при обработке нескольких классных отверстий (число переходов больше трех) каждое отверстие обрабатывается при одном позиционировании рабочих органов станка;

при обработке резьбовых отверстий малого диаметра (менее 15 мм) применяется такая последовательность переходов: центрование с образованием фаски, сверление, нарезание резьбы метчиком (резцом). Естественно, что в этом случае должны быть пересчитаны и некоторые координирующие размеры.

В исходном массиве технологических переходов упорядоченные конструктивные объединения ЭОП (совокупности), например отверстия, расположенные по окружности, задаются основным размером ЭОП, диаметром и координатами центра окружности. При выполнении технологических переходов должны быть рассчитаны координаты каждой ЭОП. Эти расчеты проводятся по определенным правилам в зависимости от различных видов совокупностей.

В зависимости от конструктивных особенностей выбранной модели станка режущие инструменты распределяются по гнездам инструментального магазина с учетом специфики используемой системы ЧПУ. Так, концевые фрезы устанавливаются в те гнезда магазина, для которых предусматривается коррекция радиуса инструмента; при использовании торцовых фрез и расточных головок с диаметром, большим предельного, соседние гнезда оставляют свободными.

Каждая заготовка или группа заготовок обрабатывается с использованием конкретного приспособления, поэтому для установления соотношения между координатами станка и заготовки необходимо определить координаты базовых поверхностей приспособления относительно начала системы координат станка.

После решения указанных задач преобразованный и дополненный массив технологических переходов подготовлен для разработки УП.

На рассматриваемом этапе могут быть созданы и выданы два сопроводительных технологических документа:

1) карта наладки, в которой указаны координаты соотношения и для каждой позиции инструментального магазина задан режущий инструмент и его размерные параметры;

2) распечатка программы (листинг), в которой для каждого технологического перехода, выполняемого при обработке заготовки на рассматриваемой технологической операции, указываются ее размерные и режимные параметры.

Этап 5 — преобразование информации в записи языка CAII, например MODAPT. Для реализации программы MODAPT (процессор и преобразование данных на языке CL DATA) необходимо кодированную информацию по каждому технологическому переходу преобразовать в запись на исходном языке MODAPT.

Этап 6 — формирование программы в коде ISO—7bit. Управляющая программа формируется с помощью программы "постпроцессор", которая разрабатывается применительно к изготовлению детали на конкретном станке. В соответствии с этой программой запись на языке CL DATA преобразуется в команды, реализующие технологические переходы в кодах ISO—7bit. В результате выдается управляющая программа детали на станке с ЧПУ.

Хотя выше рассмотрено использование в качестве САП системы MODAPT, подробно проанализируем методы подготовки У П.

Система автоматизированного проектирования УП для оборудования с ЧПУ входит в состав системы технологической подготовки — составной автоматизированной части ГПС. Оперативность разработки УП для оборудования с ЧПУ требует соответствующих методов создания технологической информации для оборудования с программным управлением в ГПС.

Существуют следующие методы разработки УП: ручная подготовка управляющей информации, соответствующая международному стандарту ISO-1056, непосредственно по чертежу; она недостаточно удобна для пользователя, трудоемка и связана с большим числом ошибок, поэтому применять ее не рекомендуется;

разработка УП по схеме процессор-постпроцессор с описанием детали на технологически ориентированном входном языке САП, например, ЕХАРТ, COMPACT, APT и т.д. Языковый процессор САП позволяет преобразовать управляющую информацию на языке CL DATA. С помощью последующей переработки информации на CL DATA постпроцессор выдает УП для станков с ЧПУ;

получение CL DATA исходя непосредственно из конструкторских расчетов и формирование УП в постпроцессоре;

получение УП на основе конструкторских расчетов без использования процессора или постпроцессора.

Важен правильный выбор средств и соответствующих методов составления программ.

Диалоговые системы позволяют составлять программы и приводить их отладку непосредственно на станке. Эффективная работа в режиме ручного ввода программ возможйа при следующих условиях:

составлении и отладке программ в режиме диалога оператора с ЭВМ на естественном языке; уменьшении времени программирования; наличии стандартных программ;

пошаговом описании форм в режиме диалога; корректировании программ непосредственно на станке; наличии программ обработок на семейства деталей; автоматической оценке времени установки, резания и перестройки; графическом выводе информации о траектории движения инструмента.

Программа обработки составляется в режиме диалога, порядок которого определяется оператором. Данные могут вводиться в абсолютной, относительной и полярной системах координат. Контур детали описывается в порядке протекания технологического процесса обработки. Подготовка программ непосредственно на станке широко применяется для позиционных систем ЧПУ и токарного оборудования, обрабатывающего заготовку несложных форм, когда движения формообразования параллельны оси. Программирование контурных систем токарных станков затруднено. Большинство систем ручного ввода программ работает эффективно только в условиях, на которые они первоначально ориентировались. При выборе устройства следует оценить временные затраты на программирование, сложность языка, объем исходной информации, возможность вводить данные непосредственно с чертежа.

В условиях применения ГПС разработка программ с ручным вводом возможна на предприятиях со следующими условиями: номенклатура деталей, изготовляемых в ГПС, небольшая; обновление номенклатуры деталей редкое; мощность производства и, следовательно, наличие производственных служб незначительны.

Метод расчета программ на станке с ручным вводом способствует наличию большой памяти устройства ЧПУ (вместимость отдельных систем с ЧПУ составляет 15—100 УП), а также возможности программирования во время обработки, что снижает время простоя оборудования.

Большое значение для выбора метода подготовки управляющей информации в условии ГПС имеет прежде всего экономическая оценка. Однако метод программирования можно выбрать, считая ГПС трехуровневым автоматизированным комплексом. Система организации управления с тремя уровнями предопределяет разработку УП для оборудования с ЧПУ на втором уровне управления, т.е. в технологи­ческом бюро, что является традиционным методом разработки УП. Он заключается в том, что на входном языке одной из систем программирования (ART, ЕХАРТ, MODAPT, TEXTRAH, САПСМ4 и т.д.) описываются технологический процесс и геометрические образы обрабатываемых элементов детали. Далее программа рассчитывается в процессоре системы с формированием промежуточных данных в виде CL DATA. Затем трансляция идет в постпроцессоре с формированием УП в кодах устройства управления конкретным станком с ЧПУ.

При использовании рассматриваемого метода проводить расчет положения опорных точек и переводить в конкретные коды станка в формате ISO не требуется. Некоторые САП позволяют автоматизировать формирование траекторий движения инструмента, расчет режимов резания и выбор инструмента.

Каждой конкретной системе соответствуют методы контроля полученных результатов работы САП; визуальный графический контроль на уровне CL DATA, при котором возможно редактирование траектории движения инструмента; графический контроль на уровне УП; выдача диагностических сообщений о прохождении расчета на ЭВМ и его результатах.

Трудоемкость разработки управляющей информации высока. Данные, полученные при расчете УП, многократно используются в подсистеме планирования работы ГПС. Следовательно, УП надо иметь на втором уровне управления ГПС, а не только в устройстве управления программным оборудованием. Синтез технологического процесса обработки является достаточно трудоемким процессом и поэтому необходимо реализовать его с возможно большим применением ЭВМ. Однако не вся номенклатура деталей, изготовляемых на оборудовании технического комплекса ГАП, формализуется при разработке технологии. Поэтому необходимо разработать технологи­ческий процесс обработки в режиме диалога технолога с ЭВМ. Причем способ установки (базирования) заготовки и последовательность обработки выбирает обычно технолог. Если указана последовательность зон обработки, то построение траектории движения инструмента осуществляется автоматически.

Варианты решения данной проблемы могут быть различными. Расчет траектории осуществляется в процессоре САП при правильном вводе исходной программы на входном языке. Если имеется возмож­ность автоматически сформировать исходную программу на входном языке, то расчет CL DATA осуществляется автоматически и далее формируется УП в кодах конкретного устройства управления станков с ЧПУ в составе ГПС.

В настоящее время разработка технологии обработки сопровождается предварительным кодированием исходной информации о детали с описанием параметров, что является весьма трудоемким делом. Возникает задача разработки сложных, объемных языков кодирования входных данных.

Альтернативой рассматриваемому варианту является разработка и ввод исходных данных при автоматизированном проектировании и конструировании. Сформированные геометрические данные, дополненные необходимой информацией в технологической части САПР, поступают в постпроцессор. Далее расчет проводится по установленной схеме.

В настоящее время имеется около 150 различных систем автоматизированного программирования с ЧПУ. Наиболее применяемые из них: АРТ-4, ЕХАРТ1, ЕХАРТ2, ЕХАРТЗ, М1-11-АРТ, MODAPT, БЕРТ-34, СПД, TEXTRAN, APT-CM, АРТ-ЕС, САП-СМ4.

САП различаются входными языками. В них используются табличные языки, языки, близкие к разговорным, естественные и смешанные языки. Наибольшее применение нашли аптоподобные языки. Они были созданы на основе словаря входного языка APT.

В технологических службах уже сейчас можно организовать локальные сети с постановкой САП, языково-совместных с САП на ЭВМ верхнего уровня, и решать необходимые задачи на своем уровне с формированием УП в зависимости от сложности, размещая базы данных на верхнем ровне системы.

При выборе САП для включения в состав АС ТПП необходимо учитывать следующее:

ЭВМ, на которой реализованы данные системы; пригодность систем для программирования обрабатываемых деталей;тип входного языка;

число способов задания геометрических примитивов; число одновременно обрабатываемых координат; возможность создания и сохранения типовых подпрограмм; операционную среду, в которой функционирует прикладное про­граммное обеспечение;

возможность графического контроля CL DATA и УП; возможность объемной обработки; возможность задания геометрических примитивов в канонической форме;наличие типовых циклов обработки; возможность создания библиотеки станков, инструментов и режимов обработки.

Следует отметить, что САП имеют различные способы задания движения инструментов. Такие САП, как ТЕХТРАН, MODAPT, APT, позволяют осуществить обработку по направляющим и образующим поверхностям, что дает возможность менять режимы обработки в любом месте траектории движения инструмента. Контурная обработка в системе СПД, БЕРТ-34, М1-11-АРТ позволяет задавать режимы обработки только перед описанием и включением контура движения.

Сравнительные характеристики различных систем, эксплуатируемых в промышленности, приведены в табл. 4.1. САП, объединенная с САПР ТП, должна удовлетворять ряду требований:

должна иметь развитой геометрический процессор, т.е. достаточное число геометрических элементов, способов заданий движения инструмента, библиотек инструментов, макропроцедур, циклов обработки, библиотек параметров обработки;

должна обеспечивать возможность организации режима многотерминальной работы в рамках операционной среды, в которой она функционирует;

при использовании в ГПС оборудования различного вида должна обеспечивать возможность быстрой разработки постпроцессоров;

при усложнении конструкции выпускаемых изделий должна обеспечивать возможность объемной обработки;

должна иметь возможность выполнять графический контроль как УП, так и CL DATA, и осуществлять интерактивное графическое взаимодействие при развитии соответствующей вычислительной техники.

Из рассмотренных САП наиболее полно указанным требованиям удовлетворяет MODAPT. Он функционирует в наиболее развитой операционной среде RSX 11-3,2 (4), обеспечивающей режим многотерминальной работы.

Примечание. Знак + означает наличие, знак - отсутствие.

Рассмотрим возможную модель стыковки системы, проектирующей технологию, с САП. Известно, что технологический процесс изготовления деталей на станках с ЧПУ отличается от технологического процесса изготовления деталей на универсальном оборудовании. Для осуществления стыковки с САПР ТП для универсального оборудования с САП необходимо добавить в нее компоненты, отражающие специфику программно-управляемого оборудования:

упорядочение технологических переводов для станков с ЧПУ; назначение номеров гнезд в инструментальном магазине для соответствующих инструментов;

перерасчет размеров для обработки на станках с ЧПУ, отражающий положение координат заготовки на станке с ЧПУ, а также требования для расчета точной траектории движения инструмента.

Первые две задачи должны решаться в САПР ТП, третья — реализуется средствами модуля формирования исходной программы (ИП) на языке программирования САП и непосредственно в САП. Входом в САП служит технологическая последовательность обработки заготовки, которая представляет собой массив записей длиной до 70 символов. Этот массив подобен массиву на промежуточном языке CL DATA и содержит все конструкторско-технологические данные об обработке заготовки. Получаемой конструкторско-техноло- гической информации о детали достаточно для построения ИП на языке САП (MODAPT) и расчета УП.

Формирование ИП на языке САП осуществляется по принципу фрагментной типизации: ИП синтезируется из отдельных фрагментов, отражающих выполнение типовых технологических переходов; далее они объединяются в группы; эти группы связываются между собой. Синтез ИП на языке САП, отражающий последовательность технологических переходов, смену инструментов, перерасчет геометрических размеров, изменение режимов резания и др., осуществляют согласно алгоритму автоматического формирования ИП на языке САП.

Фрагмент ИП представляет собой формализованное описание траектории движения инструмента при обработке элементарной поверхности или комплекса элементарных поверхностей в условиях осуществления соответствующего технологического перехода. Кон- структорско-технологическая информация об обработке детали (вид технологического перехода, размерные характеристики, номер инструментов и корректоров и т.д.) используется по мере необходимости при разработке ИП, при этом формальные параметры заменяются фактическими.

Библиотека фрагментов ИП содержит описание стандартных циклов обработки. САП, применяемая в интегрированной САПР технологических процессов — MODAPT, осуществляет программиро­вание сложных произвольных контуров, включая объемную обра­ботку.

Контрольные вопросы

1. Какие потоки информации существуют в автомат ическом производственном процессе''

2 Как реализуется автоматическое диагностирование режущего инструмента и оборудования?

3. Как выполняется идентификация объектов в ГПС 4 Каковы мстды нодтговки УП''