Структура программы управления

Программа управления включает набор последовательных кадров, состоящих  из определенного числа программных слов, которые записаны в фиксированном порядке. При этом каждое слово включает адрес (символ), определяющий  код команды управления станком и следующей группы цифр.

В ходе построения программы управления ведется запись только той геометрической, технологической и вспомогательной информации, которая подлежит изменению относительно предыдущего кадра, т.е. имеющаяся в  кадре команда в последующих кадрах не повторяется, отмена происходит лишь с помощью другой команды.

Общий случай подразумевает, что каждая из УП начинается символом %, означающим «начало  программы» (см. рисунок 1 — поз. 1), затем можно указать номер программы управления (поз. 2). Далее прописывается символ ПС (в некоторых УЧПУ проставляется символ LF) – «конец кадра» (на рисунке 1 — поз. 3). К примеру, %012ПС, т.е. программа управления идет под условным номером 12. Кадр, имеющий  символ %, не нумеруется.

Начиная со следующего кадра, ведется нумерация программных кадров, а также их запись (см. рисунок 1 — поз.4, 5, 6). Каждый из кадров оканчивается символом ПС (LF)  — «конец кадра» (на рисунке  — поз. 8).

После того, как все кадры УП записаны, должен следовать кадр, содержащий  символ «конец программы» («конец информации»). Символом М02 (поз. 9) определяется вспомогательная функция — «конец программы», а символом М30 – «конец информации».

Рекомендовано на перфоленте перед символом, означающим «начало программы», и после «конца программы» или «конца информации» оставлять зоны, содержащие символ ПУС («пусто»).

Символы, которыми обозначают операции, и которые не подлежат  обработке на станке, записывают в круглых скобках  — поз. 7 на рисунке 1. УЧПУ не отрабатывают такие символы. Информация, содержащаяся в скобках, нужна при распечатке программы, ее возможно вывести на дисплей. Данная информация содержит название инструмента, инструкции наладчику и пр. Внутри скобок не применяют символы %, указывающие «начало программы», и  : — «главный кадр».

При обозначении физического начала перфоленты, когда выполняется размещение на ней ряда УП, перед знаком «начало программы» в первой программе допускается запись еще одного символа «начало программы», к примеру, %%ПС (%%001ПС).

В инструкции на УЧПУ отдельно взятого станка структура программы управления конкретизируется, исходя из ее специфики.

Рис. 1.  Структура управляющей программы

Виды кадров

При составлении УП в общем случае (на УЧПУ нового поколения) применяют 3 вида кадров: главный кадр, очередной кадр и выпадающий кадр.

Обозначение главного кадра  — :. Он характеризует начальное состояние УЧПУ  перед стартом обработки либо возобновлением определенной обработки; устанавливает начальное состояние подготовительных и вспомогательных функций (G и М).

Обозначение очередного кадра — символ N с номером. Указывает  только на ввод новой или отмену заданной ранее информации.

Обозначение выпадающего кадра — символ /. Он может представлять собой как главный (/:), так и очередной (/N), и предназначаться для обозначения информации, возможно пропущенной или указанной. Наличие выпадающего кадра дает  возможность программистам-технологам посредством одной программы описывать обработку деталей, различных по каким-либо элементам (к примеру, наличием бобышки). Символ «/»  можно применять также при пропуске кадра (с подтверждением).

Рис. 2. Виды кадров

Формат кадра УП

Управляющая программа содержит набор кадров, каждый из которых включает геометрические и технологические данные, требуемые при  обработке одной элементарной зоны детали. Кадры включают слова — информацию, определяющую программу функционирования определенных исполнительных органов станка. Слово включает адрес (символ) и соответствующую числовую  информацию.

Формат кадра программы управления представляет собой условную запись кадра, имеющую максимально возможный объем информации. В формате содержится набор используемых в этом УЧПУ слов, а также их порядок и  объем информации определенного слова. Разные УЧПУ имеют разный формат кадра, однако в общем виде его схематично можно изобразить, как показано на рисунке 3. Согласно данной схеме, формат кадра для основной массы УЧПУ имеет, к примеру, такой вид:

  где  — слова, а  — их адреса.

Цифры, которые стоят после адресов кодов, отвечают за число значащих разрядов. К примеру, запись G2 показывает, что подготовительная функция была задана адресом G, а также двумя десятичными.

Рис. 3. Формат кадра в общем виде

Построение слов в кадре

  —  «Номер кадра» включает адрес N и три цифры: от 001 до 999

  —  «Подготовительная  функция» включает адрес G и двузначное число (G00…G99).

Данные функции описывают режим   работы  УЧПУ. Далее приводятся значения основных подготовительных функций (таблица 1).

Таблица 1.

— Задание «перемещений по X,Y,Z-осям» производится в абсолютных значениях (при G90), а также в приращениях  (при G91). Знак «+» или «-» определяет направление перемещения. Определение величины перемещения по X,Y –координатам в мм выполняется посредством шестизначного числа 000.000, в котором первые 3 цифры являются целыми, а вторые —  дробными, к примеру, X+154125. Для Z-координаты значение координаты после занятой определяет двумя цифрами.

   — B32 – «поворот вокруг оси» или поворот стола и заготовки вокруг Y-оси. Размер поворота определяется посредством пятизначного числа, где 3 первые цифры показывают градусы, а следующие 2  — его десятые, сотые доли.

   — Адрес Т обозначает «инструмент» и выражает нумерацию инструмента в  кодированном виде, согласно которому УЧПУ ведет в магазине либо револьверной головке его выбор. Количество инструментов определяется только видом станка; оно может варьироваться в диапазоне 00-99.

   — Кодировка F2 – «скорости подачи» — выполняется посредством двузначного числа, к примеру, F28.

   — Кодировка S2 – «частоты вращения шпинделя» — выполняется посредством двузначного  числа, к примеру, S54.

Кодировка F (скорости подачи) и S (частоты вращения шпинделя) в общем случае может  быть выполнена методом прямого обозначения, а также методом геометрической прогрессии.

 — Адрес М обозначает «вспомогательную функцию» и определяет изменение условий обработки программы станком. Кодировка выполняется двузначным числом в диапазоне М00-М99.

К наиболее часто используемым относят следующие:

М00  —  кодировка программируемого останова;

М02 – кодировка конца программы;

М03, М04 – кодировка вращения шпинделя по/против  часовой стрелки;

М05   — кодировка останова шпинделя;

М06 – кодировка замены  инструмента;

М08, М09  — кодировка включения/выключения охлаждения;

М10, М11 —  кодировка зажима инструмента, снятия зажима;

М60 – кодировка замены заготовки;

М68 — кодировка зажима заготовки;

М78 – кодировка зажима стола;

М79 – кодировка отжима стола;

   —  ПС или LF  — означает «конец кадра» — окончание кадра, перевод строки в случае распечатки.

Для определенных адресов конкретной ЧПУ-системы форматы могут иметь отличия от приведенных выше.

 Программирование: системы координат

При подготовке программы управления применяют 3 координатные системы.

Для ЧПУ станка токарного типа данные системы изображены на рисунках 4, 5.

  — XMZ — система  координат   станка с  началом отсчета в т.М – нулевой точке станка. Относительно т.М при функционировании станка в абсолютной координатной системе производится отсчет перемещений т. F – базовой точки суппорта. При этом должно быть известно нахождение базовой т. С приспособления.

  — XдWZд — система координат детали/программы. В данном случае происходит задание опорных точек программируемой траектории передвижения центра инструмента в ходе обработки. Опорными точками являются точки начала, конца, а также пересечения геометрических частей контура детали. В данной системе координат указывается  точка начала обработки или исходная точка О, которая является начальной или первой для обработки детали согласно программе.

Зачастую т.О называется нулем программы, а положение этой точки выбирается технологом-программистом. При мультиинструментной обработке может быть несколько исходных — по количеству инструментов, поскольку каждому инструменту будет задана определенная траектория движения.

-XиTYи – координатная система инструмента с началом в т.Т – базовой точке инструментального блока. Инструмент вылетает согласно наладке (координаты центра инструмента в системе ХиТZи – т.Р). Расположение т.Т — базовой точки – по отношению к центру К резцедержателя определяется техническими характеристиками станка. Производится также задание положения т.К по отношению к базовой точке F суппорта. Итак, в координатной системе ХиТZи определяется положение т.Р — центра инструмента – по отношению к базовой точке F (K,T) станочного  суппорта.

Перед тем, как начать обработку, центр инструмента – т.Р – необходимо совместить с исходной (нулевой) т.О. От нее для каждого инструмента задается определенная траектория движения.

Расположение исходной т.О, как и прочих точек траектории инструмента, необходимо перевести в координатную систему станка из координатной системы детали/программы посредством  базовой точки С  приспособления. Точка Р — центр инструмента, который задан  в координатной системе инструмента, необходимо перевести в станочную систему координат посредством базовой точки F станочного суппорта.

На рисунке слева изображен 1-ый установ детали, на рисунке справа – 2-ой, где удален припуск ZдWB».

Технологическая база на первом установе совмещена с опорной поверхностью приспособления (производится совмещение точек С и В’), что дает возможность увязки между собой координатных систем программы и станка. Поскольку оси вращения станочного шпинделя и детали совпадают, следует только для увязки найти аппликату точки W  — начала координатной системы программы в координатной системе станка. Для 1-го установа где zMC, zдWB’ являются аппликатами базовых точек в координатных системах станка и программы. Для 2-го установа где zдWB» является аппликатой базовой т.B» детали в ходе ее обработки на 2-м установе. Производится также определение значений координат (zMP, xMP) т.Р —  центра инструмента — в системе координат станка XMZ. Вылет инструмента xиТР, zиТР определяется его наладкой, а нахождение т.Т относительно т.К — характеристикой станка. Задано должно быть также нахождение т.К относительно т.F – базовой точки.

В УЧПУ современного типа для связи координат применяют возможности «плавающего нуля», а также режима размерной инструментальной привязки.

Рисунок 4

Рисунок 5

 Представление траектории обработки

Назначение программы обработки  детали – описание перемещения инструмента по отношению к детали. Описание перемещений в целях более удобного программирования выполняется для центра симметрии режущего элемента инструмента. Для фрезы концевой, цилиндрического типа и торцевой, а также для сверла, зенкеры или развертки этим центром является центр основания; для резцов – центр дуги круга при вершине и т.п. Для того, чтобы образовалась необходимая конфигурация детали, инструменту  необходимо описать определенную траекторию. Приняв, что радиус инструмента в ходе обработки детали по контуру будет константным, траектория центра инструмента в случае контурной обработки будет эквидистантной к контуру детали. В данном случае эквидистанта представляет собой ГМТ, равноудаленных от определенной линии и находящихся от нее по одну сторону. Итак, с помощью эквидистанты определяется траектория рабочего перемещения режущей части инструмента.

Участки траектории перемещения центра инструмента, а также траекторию в целом в общем случае будет удобным представить графически.  При этом исходят из зафиксированного каким-либо образом положения контура детали обработки (см. рисунок 6).

Формирование отдельных участков контура заготовки, а также эквидистанты производится из геометрических элементов (прямых, отрезков, кривых, дуг и пр.). Точки пересечения данных элементов либо точки их сопряжений называются геометрическими опорными точками. При этом на траектории перемещения инструментального центра указывают технологические опорные точки, где происходит изменение технологических параметров  (скорости подачи, инструмента и пр.), а также точки временного останова. Также в целях контроля обработки сложнконтурных элементов указывают контрольные точки.

Каждая из геометрических, технологических или контрольных  опорных точек в выбранной координатной системе должна быть описана посредством ее координат. Также указывают исходную точку, где перед обработкой выполняется установка центра режущего инструмента. Также относительно начальной точки задаются координаты расположения базовых элементов, с учетом которых выполняется установка заготовки на станок.

Все указанное  оформляется как эскиз  в виде расчетно-технологической  карты (РТК) на обработку взятой заготовки (см. рисунок 6).

Рис. 6. Элементы траектории инструмента при программированной обработке

 Пример программирования обработки

Приведем пример, в котором описан процесс программирования обточки детали «вал» в случае условного УЧПУ (класс NC). В данном примере (см. рисунок 7) движение резца от т.О (ТкО) до т.5 (Тк5) программируется в абсолютной координатной системе.

В данном случае все значения по Х-координате задают диаметрами, но не радиусами. Пусть в Tk0 вывод центра инструмента осуществляется посредством четырех предыдущих кадров. Далее следует движение из Tk0 в Tk1, затем Tk1 — Tk2,  Tk2 —  Tk4. При этом программа обработки записывается следующим образом: (продолжение программы управления приведено ниже).

Кадр N5 программы отвечает за смещение (G92) т.М — нуля станка – в т.W нулевую точку детали. Затем все записанные в управляющей программе размеры относятся к нулю детали W.  Кадр N6: подготовительные функции отвечают за определение:

G00 – позиционирования на быстром  ходу;

G60 – точного подхода к указанной точке;

G90 — указания, что задание размеров ведется в абсолютной координатной системе. Определение положения Тk1 осуществляется посредством значений X=30 мм и Z=140 мм.

Кадр N7: G01 – это линейная интерполяция (перемещение с применением рабочей подачи) при подаче 85 мм/мин (адрес F) до Тк2, заданной координатой Z=95,5 мм. При этом частота вращения шпинделя составляет 800 об/мин.

Кадре N8: перемещение инструмента выполняется из Тк2 в Тк4. Посредством функции G96 определяется постоянная скорость резания в 75м/мин (но диаметр обработки меняется).

Далее представлено продолжение программы:

Кадр N9: функцией  G91 указано, что задание размеров выполнено в приращениях (Z= -11); функцией G97 — что выражение частоты вращения шпинделя ведется в об/мин.

Перемещение в программе управления от Тк5 до Тк8 лучше задать  и выполнить кодировку в полярных абсолютных координатах.

Кадр N10: подготовительные  функции отвечают за определение:

G90 – абсолютной системы координат;

G10 – линейной интерполяции быстрого хода;

координаты точки Тк3 (центр полярной системы координат)  — Z84, X0;

B 54.3 — радиус, соответствующий нахождению Тк6;

А+135 — угол с Z-осью.

Кадр N11: задается передвижение инструмента от Тк6 до Тк7; радиус В 75.3 (34.3 + 21). Не меняется угловое  положение.

Кадр N12: выполняется задание перемещения из Тк7 в Тк8, задание положения точки  — углом 148°, радиусом 79,3мм. Условия, которые заданы ранее,  сохраняются.

Кадр N13: перемещение инструмента в Тк9 (Z=15; X=120).

M05 (вспомогательная функция) – это останов шпинделя.

Рис. 7. Построение  траектории инструмента при обточке вала