Разработка методов оптимизации управляющих программ для 5-ти координатных фрезерных обрабатывающих центров

  • Вид работы:
    Магистерская работа
  • Предмет:
    Другое
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    3,55 Мб
  • Опубликовано:
    2016-11-09
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Разработка методов оптимизации управляющих программ для 5-ти координатных фрезерных обрабатывающих центров

ВВЕДЕНИЕ

Достижения последних лет в области механической обработки деталей - комплексная автоматизация производства. Огромная роль в этом принадлежит развитию металлорежущего оборудования с числовым программным управлением. Конкурентоспособность любого современного предприятия обусловлена его производственной мощностью, и без парка станков различных групп от токарных до многоосевых, практически невозможно занять свою нишу на рынке. Всё больше на производстве универсальное оборудование вытесняется обрабатывающими центрами, поэтому на главенствующее место в процессе изготовления детали выходит технолог- программист. Если при работе на универсальном оборудовании всё зависит от квалификации рабочего стоящего за станком, то сейчас грамотно написанная управляющая программа (УП) позволяет одному наладчику обслуживать до 4 станков одновременно.

Основными задачами современного производства являются:

. Достижение доли инновационной продукции в объеме реализации не менее 50%;

. Обеспечение рентабельности по чистой прибыли не менее 10%;

. Повышение производительности.

Для осуществления выше обозначенных целей есть всего 2 пути:

Сокращение сроков;

Снижение затрат.

Мировые тенденции станкостроения направлены на выпуск металлообрабатывающего оборудования с все более высоким уровнем автоматизации, с возможностью его быстрой переналадки на изготовление новых изделий, способного эффективно работать в составе современных гибких автоматизированных производств.

В настоящее время станки с числовым программным управлением получили широкое применение в машиностроительном производстве. Оборудование с ЧПУ позволяет обеспечить производительную обработку с высокой точностью, благодаря выполнению большого количества технологических операций и переходов за одну установку детали, на одном конкретном оборудовании. Одним из основных представителей данной группы оборудования являются станки типа многофункциональный фрезерный обрабатывающий центр.

С применением многофункциональных обрабатывающих центров, в совокупности с расширением количества технических возможностей, требования предъявляемые к квалификации специалистов, разрабатывающих управляющие программы, возрастает. На сегодняшний день трудно представить себе рабочее место технолога-программиста, которое не оснащено специальным техническим оборудованием и программным обеспечением для разработки управляющих программ. В связи с необходимостью создания эффективных программ управления станков ЧПУ, для оборудования со сложной кинематикой движения появилось потребность в пересмотре подходов к созданию и оптимизации УП.

В диссертационной работе рассмотрены методы оптимизации управляющих программ, позволяющие сократить время обработки деталей на оборудовании с ЧПУ, повысить качество изготавливаемых деталей, снизить износ инструмента и самого станка.

1. ОБЗОР ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ ИСТОЧНИКАМ

.1 Автоматизация фрезерной обработки

фрезерный обработка программирование станок

В наше время к продукции выпускаемой машиностроительными предприятиями предъявляют высокие требования. Данные требования касаются качества продукции, ее надежности и долговечности. Достижение данных требований в первую очередь зависит от качества обработки деталей, их сборки и совершенства конструкции изделия. Опыт в создании сложных конструкций позволяет создавать более совершенную продукцию, обеспечивая экономическую целесообразность их изготовления. Наиболее распространенным методом является механическая обработка. В рамках данного диссертационного исследования механическая обработка будет рассматриваться как обработка резанием.

1.1.1 Механическая обработка

Под механической обработкой резанием понимается процесс удаления режущим инструментом с поверхности заготовки слоя материала в виде стружки, для получения необходимой геометрии, соблюдением точности размеров, взаимного расположения поверхностей и шероховатости поверхностей детали. Механическую обработку резанием, по способу формообразования поверхности, можно классифицировать по видам механической обработки.

Точение - основной способ обработки поверхностей тел вращения. Главным движением резания является вращательное движение заготовки, а поступательное движение режущего инструмента - движением подачи. Токарное оборудование предназначено для черновой, получистовой и чистовой обработки поверхности деталей и заготовок, нарезки резьбы различных видов (наружной и внутренней).

Сверление - вид механической обработки материалов резанием, при котором с помощью специального вращающегося режущего инструмента (сверла) получают отверстия различного диаметра и глубины, или многогранные отверстия различного сечения и глубины. Вращательное движение сверла называется главным (рабочим) движением, или движением резания. Поступательное движение вдоль оси сверла называется движением подачи.

Растачивание - это процесс механической обработки внутренних поверхностей отверстия расточными резцами в заданный размер. В большинстве случаев данный вид обработки осуществляется на токарных и расточных станках. Операция расточки может быть применена также, когда требуется обработка отверстий с непрямолинейными образующими. Главным движением является вращение инструмента. Движение подачи может совершать заготовка или инструмент.

Фрезерование - это процесс резания металлов и др. твёрдых материалов фрезой. Для фрезерования главным движением является движение непрерывное инструмента, а движением подачи поступательное движение заготовки. В частных случаях заготовка совершает круговое или винтовое движение подачи.

Шлифование - процесс обработки заготовок резанием с помощью инструментов (кругов), состоящих из абразивного материала. Обработку можно производить для заготовок различных материалов, для обработки закаленных сталей процесс шлифования один из самых распространенных способов получения чистовых поверхностей.

В данной работе рассматривается фрезерная обработка деталей, поскольку именно этот вид имеет один из наибольших объемов в производстве деталей.

1.1.2 Фрезерная обработка

Фрезерная обработка - это один из способов механической обработки. Данный способ обработки осуществляет обработку детали металлорежущим инструментом - фрезой, которая совершает вращательное движение. В процессе фрезерной обработки обрабатываемая деталь совершает поступательное движение относительно инструмента, в одном из трёх направлений: продольном, вертикальном или поперечном.

Фрезерование осуществляется режущим инструментом - фрезой. Расположение режущих зубьев может быть различным. Они могут располагаться как на торцевой поверхности, так и на цилиндрической. Любой зуб фрезы можно представить, как простейший инструмент - резец. В большинстве своем, фреза - это многозубый инструмент, в редких случаях применяют фрезы с одним зубом.

В современном производстве встречается большое разнообразие фрез.

Цилиндрические фрезы. Такой вид инструмента применяется на горизонтально-фрезерных станках при обработке различных плоскостей. Данные фрезы могут быть с прямой и винтовой геометрией зуба. Эти фрезы используются для обработки деталей имеющих ступенчатые поверхности и различного вида пластмасс. Цилиндрические фрезы изготовляются из быстрорежущей стали, а также оснащаются твердосплавными пластинками.

Торцевые фрезы. Предназначаются для обработки наружних поверхностей заготовок. Ось вращения устанавливается по нормали к плоскости обрабатываемой детали. По сравнению цилиндрическими фрезами, у которых все точки режущих кромок являются профилирующими, у торцовых фрез только вершины режущих кромок зубьев образуют профиль. Вспомогательными являются режущие кромки расположенные с торца. Преимуществами данных фрез является плавная работа даже при небольшой величине припуска, обеспечение большей производительность, чем цилиндрические.

Концевая фреза. Концевые фрезы получили большое техническое применение. Они применяются для обработки глубоких пазов, уступов, взаимно перпендикулярных плоскостей, для осуществления обработки контуров наружных и внутренних поверхностей сложного профиля. Являются самым распространенным типом инструмента фрезерной обработки.

Дисковые фрезы получили применение для обработки пазов, канавок и раскроя материала. Принимая во внимание конструктивные особенности, их можно классифицировать на три вида: для обработки пазов, двух- и трехсторонние.

Угловые фрезы применяются для обработки пазов (ласточкин хвост), плоскостей расположенных под различным углом. Одно угловые фрезы имеют режущие кромки, расположенные на конической поверхности и торце. Двух угловые фрезы имеют режущие кромки, расположенные на двух смежных конических поверхностях. Использование данного инструмента получило широкое применение при производстве инструмента, для получения стружечных канавок на различном вида инструменте.

Фрезы для обработки Т-образных пазов. Для данного вида обработки, широкое распространение в станкостроение получили Т-образные фрезы. Данный инструмент работает при больших нагрузках и часто подвергается поломкам, это процесс объясняется сложным отводом образуемой стружки. Каждый зуб совершает работу два раза за один оборот инструмента. С целью повышения стойкости инструмента и облегчения условий расположения стружки производят заточку фасок на зубьях с одного или с другого торца под углом 30°.

Фасонные фрезы получили применение в работе с различными канавками сложного профиля. Фасонные фрезы отличаются от других видов фрез, из-за того, что проектируются конкретно под определенные условия работы и обрабатываемые поверхности.

1.1.3 Применение систем с ЧПУ в условиях механообрабатывающем производстве

В современном промышленном производстве при производстве технологически сложной продукции, большинство деталей и сборочных единиц проходят процесс механической обработки на высокопроизводительном оборудовании, обладающее повышенной точностью. В условиях современного промышленного предприятия машиностроения создаются поточные линии из механообрабатывающих станков, комплексов, обрабатывающих центров, с числовым программным управлением. В настоящее время разработан целый комплекс систем автоматизации проектирования (САПР) разработок.

Система автоматизированного проектирования (САПР) - автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.

Для работы оборудования с ЧПУ технологи-программисты создают управляющие программы, от которых зависит качество и надежность, не только деталей и сборок, но и в целом всей выпускаемых изделий машиностроения.

Для современных предприятий вопросы качества продукции занимают лидирующие позиции, а с учетом того, что почти все изделия включают в себя механообрабатываемые детали, то и вопросам качества самих деталей уделяется большое внимание. Именно по этому на предприятиях с каждым годом растет количество деталей изготовленных на оборудовании с числовым программным управлением, и на данный момент достигает значения до 70-75% от общего количества деталей (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Соотношение деталей полученных с помощью механической обработки

Данные показатели говорят о высоком показателе эффективности станков с ЧПУ применяемых в механообрабатывающем производстве. Но, непосредственно использование станков числовым программным управлением устанавливает некоторые условия при подготовке и организации производства, в особенности, необходимость качественной подготовки производства на предприятии, т.е. в разработки управляющей программы и подборе металлорежущего инструмента для данного оборудования.

Числовое программное управление (ЧПУ) станка - это процесс управления механической обработки заготовки на конкретном оборудовании по, заранее написанной программе, в которой информация об обработке задана в виде цифрового кода.

Система числового программного управления (СЧПУ) - это совокупность функционально взаимосвязанных технических и программных средств и методов, обеспечивающих числовое программное управление станком.

Устройство числового программного управления (УЧПУ) станками - это часть системы ЧПУ, выполненная как единое целое с ней и выдающая управляющие воздействия на исполнительные органы станка, в соответствии с УП, и информацией о состоянии управляемого объекта.

Управляющая программа (УП) - это записанная на программоноситель в закодированном цифровом виде маршрутно-операционная технология на конкретную деталь с указанием траекторий движения инструмента. Процесс разработки управляющих программ весьма трудоемкий, поскольку программисту-технологу необходимо учесть огромное количество факторов от обрабатываемого материала, конфигурации заготовки, требований к поверхностям детали до подбора инструмента, подбор инструмента, выбор режимов, создание, непосредственно, самой стратегии и траектории обработки. Немаловажным фактором при создании управляющей программы является машинное время, т.е. время работы программы на станке, от этого параметра напрямую зависит стоимость изготавливаемой детали. Чем больше это время, тем больше стоимость этой детали, и тем меньшее количество этих деталей может быть изготовлено на этом оборудовании за определенный временной промежуток. Именно поэтому при подготовке производства уделяется большое внимание качественной разработке и оптимизации управляющих программ.

1.2 Обзор разработки управляющих программ

Для корректного использования оборудования с ЧПУ и полной реализации заложенных в них функциональных возможностей, требуется создание специальных управляющих программ. При их создании используется язык программирования, более известный среди программистов, как язык ISO 7 бит или язык G и М кодов.

1.2.1 Структура управляющей программы

Управляющая программа состоит из определенной последовательности кадров и в большинстве случаев в начале программы стоит символ «%» -начало программы, а оканчивается специальными командами М02 или М30.

Каждый кадр управляющей программы представляет собой один шаг обработки(в зависимости от УЧПУ) и может начинаться с номера кадра (N001, N002 и т.д.), а заканчиваться символом конец кадра «;». В общем виде формат кадра представлен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Формат кадра в общем виде

Каждый кадр управляющей программы состоит из специальных команд в форме слов (М03, Z8., A90.). Слово состоит из символа (адреса) и цифры, которые представлены в виде числовых значений.

Адреса X, Y, Z, A, B, C, D, E U, V, W, P, Q, R, являются размерными перемещениям. Они используются для обозначения координатных осей, вдоль которых осуществляются перемещения. Данные адреса, описывающие перемещения, могут иметь перед численным значением знаки "+" или "-", указывающие на направление перемещения. При отсутствии знака перемещение принято считать положительным.

Адреса I, J, K означают параметры интерполяции.- подготовительная функция.

М - вспомогательная функция.- функция главного движения.- функция подачи., D, H - функции инструмента.

Данные символы, в зависимости от условий, принимают различные значения, в зависимости от конкретного установленного на станок УЧПУ.

Есть три способа, получивших наибольшее применение, для создания управляющих программ обработки для станков с ЧПУ: метод ручного программирования, метод программирования непосредственно на стойке ЧПУ и метод программирования с использованием САМ-систем (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Способы программирования оборудования с ЧПУ

1.2.2 Ручное программирование

При ручном написании УП для станка с ЧПУ чаще всего используют персональный компьютер с установленным на нем любым текстовым редактором. Метод ручного программирования заключается в создании управляющей программы в текстовом редакторе в виде G и М кодов и координат перемещения обрабатывающего инструмента технологом. Координаты обрабатывающей траектории берутся с чертежа или эскиза

Ручное написание управляющей программы является очень сложным и трудоёмким процессом, однако, любой из разработчиков управляющих программ должен хорошо понимать принципы и владеть техникой ручного программирования независимо от того каким методом он пользуется [1-5].

Применением ручного метода программирования может послужить обработка несложной детали или отсутствие необходимых средств разработки. В реальном производстве, когда в производственном процессе задействовано небольшое количество оборудования с числовым программным управлением, а обрабатываемые детали отличаются простотой, то производительность труда разработчика, с достаточным опытом ручного программирования, может оказаться соизмеримой с производительностью труда программиста использующего САМ-систему. Так же, при небольшой номенклатуре изготавливаемых деталей на предприятии, применение ручного программирования может оказаться оправданным, поскольку один раз разработанные программы без дополнительной доработки могут использоваться долгое время.

Важно отметить, что даже при использования САМ-системы как основного инструмента программирования весьма часто возникает потребность в ручной коррекции управляющей программы из-за обнаружения ошибок на стадии верификации. Необходимость ручной коррекции УП может возникать при отработке непосредственно на станке.

1.2.3 Способ программирования на стойке станка ЧПУ

Современные оборудование с числовым программным управлением, за редким исключением, предоставляют возможность создавать УП непосредственно на стойке станка, при помощи предустановленной дисплея и клавиатуры. При создании управляющей программы на стойке может применяться режим диалогового программирования и прямой ввод G и М кодов. В тоже время существует возможность контроля и тестирования ранее разработанной УП, с применением верификации, непосредственно, на экране стойки станка ЧПУ, при поддержке данной функции.

Данный способ применяется, в основном, при обработке деталей средней сложности-обработки различных плоскостей, отверстий, платиков и т.д.

К основным преимуществам этого метода относятся:

− визуализация параметров с возможностью проверки;

− более простой процесс создания программы для начинающего.

К недостаткам следует отнести:

− разработка управляющей программы производится с использованием специальных кодов с различными параметрами;

− возможности программы ограниченны из-за набора функций;

− Использует рабочее время оборудования.

1.2.4 Способ программирования с применением САМ-системы

САМ-Система - это система, которая обеспечивает интегрированное решение задач разработки конструкторского проекта изделия и формирования управляющих программ для обработки деталей изделия на оборудовании с ЧПУ [7]. Совокупность способов решения различных типов одной системы обусловлено тем, что их решение основано на использовании единой параметрической 3D модели изделия. Единство модели дает возможность обойти почти все проблемы, связанные с трансляцией данных между собой в различных системах, обеспечивая объединенное решение поставленных задач.

Создание УП с использованием САМ-систем значительно облегчает и сокращает время на процесс программирования. При использовании в работе САМ-системы технолог-программист избавлен от необходимости производить трудоемкие математические расчеты, и получает набор инструментов, существенно ускоряющий процесс разработки управляющей программы[7].

Использование именно этого метода проектирования получило наибольшее применение в промышленности и большая часть работ, в области создания УП, сопряжена непосредственно с использованием САМ-систем.

При данном способе проектирования, возникает проблема качественной разработки векторных моделей управляющих траекторий, проблема стандартизации элементов конструкции и создания на их основе подсоединяемых библиотек, потребность в верификации и корректировке УП, а также вопрос создания и внедрения данной системы в реальное машиностроительное производство [8-10].

Расширение возможностей САМ-систем с позиции проектирования управляющей программы, в большинстве случаев ведется по средствам решения отдельных задач проектирования. Например, за счет решения задач автоматизированного расчета расположения заготовки, решение которой, зачастую не под силу стандартному функционалу[8].

Большое количество работ направлены на решение задач определенного типа, конкретный программный продукт или описание разработки для определенного вида оборудования[8-10], данная узкая направленность ограничивает возможность общего применения предлагаемых решений.

В рамках технологической подготовки производственных систем важным аспектом являются вопросы качества разрабатываемых управляющих программ.

Существуют способы повышения качества работы станков с числовым программным управлением, благодаря оптимизации УП:

увеличение показателей механической обработки, благодаря более точным расчетам режимов резания;

контроль за износом инструмента и внесение корректировок в код управляющей программы;

Использование динамического программирования при создании УП.

Подводя итог вышесказанного, следует выделить, что в описанных способах, в силу их типизации и узкоориентированности, отсутствует необходимая гибкость в решении проблемы качества разработки УП, для большой номенклатуры изделий, в условиях серийного производства, включающих в себя детали подвергающиеся механической обработке.

Исходя из рассмотренных положений, была поставлена задача поиска методов оптимизации управляющих программ для станков с числовым программным управлением, которые несли бы универсальный характер, были бы доступны для технологов и позволяли достичь максимального эффекта от данного процесса.

2. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ПЯТИКООРДИНАТНОЙ ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

.1 Многокоординатная обработка и ее особенности

Рост требований к увеличению производительности, качества и точности обработки деталей со сложным профилем приводит к необходимости автоматизации процессов их изготовления. В связи с возросшей конкуренцией возникает необходимость в современной и оперативной подготовке производства для выпуска нового изделия, в том числе техническом перевооружении производства, за счет приобретения современного и высокопроизводительного оборудования. Детали, имеющие сложную геометрическую форму, могут быть обработаны на оборудовании с многокоординатной кинематикой. При этом возникает задача разработки корректной управляющей программы, позволяющей многокоординатной станочной системе произвести обработку детали, с соблюдением всех предъявленных к ней технических требований, что является актуальным.

Впервые технология пятикоординатной обработки получила свое применение в авиационной и космической промышленности, где возникла потребность в изготовлении и механической обработки деталей со сложной формой. Пятикоординатные металлообрабатывающие центры получили свое применение в изготовлении таких сложных деталей как турбинные лопатки, лопасти и т.д.

Влияние на точность механической обработки деталей на станках с числовым программным управлением оказывает комплекс погрешностей на всем жизненном цикле детали в системе «эскиз - готовая деталь». Небольшая доля погрешностей при разработке и записи управляющей программы приходится на программоноситель. Большая же часть погрешностей возникает в системе СПИД при непосредственной обработке детали, в выполнении которой участвуют такие элементы как: заготовка, оборудование с числовым программным управлением, режущий инструмент, приспособление. Получение необходимого качества обработки детали, производительность, а так же себестоимость обработки, в комплексе зависит от всех элементов технологической системы. В процессе обработки на технологическую систему оказывают воздействие различные внешние и внутренние факторы. Данные факторы вызывают отклонение от требуемой последовательности действий технологического процесса обработки, следовательно, его выходные показатели ухудшаются. В результате действия этих факторов возникают упругие деформации элементов системы СПИД, их износ, тепловые деформации, вибрации, что ведет к ухудшению, в первую очередь, качества механической обработки, а также оказывает влияние на такие важные показатели как: себестоимость и эффективность обработки[11].

Пятикоординатная, в частности фрезерная, обработка, на сегодняшний день является одним из перспективных методов получения деталей сложной формы. На рисунке 2.1 и рисунке 2.2 показаны примеры деталей со сложными криволинейными поверхностями. Профили поверхностей таких деталей описываются на основе сплайн метода, что делает возможным применение CAD/CAМ-моделирования для корректного управления системой станка с ЧПУ.

Рисунок 2.1 - Турбинные лопатки

Рисунок 2.2 - Крыльчатка турбины

Детали, имеющие сложную форму, могут быть обработаны на оборудовании, имеющем многокоординатную кинематику и элементы, расширяющие их формообразующие способности, за счет изменения углов расположения инструмента и заготовки. Для этого пятикоординатные станки оснащаются изменяемыми специализированными элементами - высокотехнологичной оснасткой в виде поворотных инструментальных головок или глобусных столов. Для управления формообразованием и точностью оборудования данного типа необходима разработка методов аналитического описания криволинейных поверхностей сложных деталей. Для автоматизации процесса программирования обработки деталей, имеющих сложную форму, на оборудовании с числовым программным управлением существует необходимость развития и совершенствования методов описания геометрической информации на основе аналитических сплайн-функций [12].

Представленные выше детали(рисунок 2.1 и рисунок 2.2) обрабатываются при помощи контурного фрезерования. В настоящее время оно является наиболее точным и производительным методом изготовления деталей с криволинейным профилем. Особенностью данного процесса фрезерования является прерывистость резания каждым зубом фрезы. В момент контакта с заготовкой, только на некоторой части оборота, зуб фрезы совершает работу резания. Затем он продолжает движение, не входя в контакт с заготовкой, до момент следующего врезания, в следствии чего возникают дополнительные вибрации. Технологические операции с применением контурного фрезерования, в большинстве, являются чистовыми, и их реализация должна создавать условия для получения необходимых требований предъявленных к конкретной детали (точность и качество обработанных поверхностей).

Отличительной чертой процесса контурной фрезерной обработки является криволинейная траектория движения геометрического центра режущего инструмента. Соблюдение данной траектории перемещения осуществимо лишь при непрерывном изменении скоростей подач по координатным осям, сопровождаемым динамическим воздействием со стороны сил инерции, представляющих собой противодействие материальной точки изменению ее скорости [11]. На основании этого, следует вывод, что контурное фрезерование всегда сопровождается действием сил инерции. Оценку воздействия можно дать, только рассматривая динамику самого процесса. Процесс контурного фрезерования предусматривает относительные движения заготовки и инструмента, которые предопределяют изменение величин координатных скоростей, вызывающее дополнительные динамические возмущения, которые оказывают влияние на окончательную точность обработки.

Таким образом, для более точного описания процесса формообразования определяющего точность обработки сплайн поверхности, на фрезерном оборудовании с числовым программным управлением, необходимо с дополнение рассмотреть контурную обработку, как динамический процесс и определить зависимость точности обработки от текущей кривизны поверхности.

Контур, как правило, используемый при фрезеровании сложных поверхностей на заготовках, редко имеет ту же форму, что и контур готовой детали. Данное отличие может быть довольно большим. Этот параметр одним из основных факторов оказывающих влияние на определение значения припуска на обработку по контуру в больших границах. Это является причиной постоянного изменения значения величины силы резания, и как тог, возникающим погрешностям обработки.

Выбор режимов резания для контурной обработки, в наше время, осуществляются без учета возможного динамического воздействия, вызванного кривизной контура. Данный факт может стать причиной к существенных погрешностей обработки (в особенности на чистовых проходах), из-за изменения(смещения) заданной траектории движения инструмента. Влияние этого фактора может быть исключено только благодаря исследованию динамики процесса и его управлением, обнаружению всех факторов, указывающих на состояние системы, в определенную единицу времени, созданием такой траектории движения инструмента, которая исключает резкое изменение координатных скоростей.

Управление технологической системой станка за счет оптимизированных управляющих программ и разработка технологического процесса, на базе трехмерного моделирования изделия, в наше время, становится одной из актуальных задач. Под этим понимается полная автоматизация процесса технологического проектирования, основным элементом которого является трехмерная математическая модель изделия, созданная одним из конструкторских подразделений. Основная особенность трехмерной модели -это то, что внутри математически описанной формы модели находится информация о изделии в целом, его структуре и конкретных деталях, таких как поверхности или элементы форм.

Большое количество систем автоматизированного проектирования обеспечивает возможность инженеру создавать трехмерные модели деталей и сборок, как параметрически связанные модели. К такому ПО относятся одни из самых известных на рынке мировых CAD-систем программные продукты SolidWorks, Catia, Unigraphics, Компас-3D,Pro/Engineer .

2.2 Виды пятикоординатной обработки

Различают два вида пятикоординатной обработки: непрерывная и позиционная обработка (обработка с индексированием). При непрерывной обработке рабочие органы станка действительно одновременно совершают перемещения по всем степеням свободы.

2.2.1 Непрерывная пятикоординатная обработка

При непрерывной пятиосевой обработке может происходить одновременное движение по всем пяти осям станка. Основной особенностью пятиосевой непрерывной обработки является то, что помимо стратегий управления перемещением фрезы по поверхности детали, используются стратегии управления ориентации оси инструмента. Стратегии перемещения инструмента по поверхности обрабатываемой детали общеизвестны, это, например, послойные черновые выборки материала, чистовые перемещения с обеспечением постоянства высоты гребешка, перемещения вдоль заданных кривых на поверхности, между кривыми на поверхности, между контрольными поверхностями и т.д. А вот стратегии управления ориентацией оси это способы, которые позволяют изменять наклон оси инструмента во время обработки по определенным правилам [13].

Самый простой способ с точки зрения программирования - это ориентация оси фрезы по нормали к обрабатываемой поверхности (рисунок 2.3). Этот способ имеет множество недостатков, например, траектория часто "вываливается" за диапазоны перемещения по осям, так же невозможно обрабатывать внутренние полости детали, небольшой ресурс фрезы из-за того, что точка резания находится в небольшой зоне фрезы, и наконец скорость резания в осевой зоне фрезы намного меньше чем на наружной. Помимо этого при таком способе обработки сложно учитывать наличие крепежной оснастки, геометрию державки инструмента, обходить необрабатываемые формы детали.

Рисунок 2.3 - Ориентация оси инструмента

2.2.2 Позиционная пятикоординатная обработка

При позиционной обработке дополнительные оси используются только для изменения положения заготовки или инструмента относительно друг друга, а остальные операции производятся в режиме трех координатной обработки, аналогично обычному трех координатному станку с ЧПУ. Позиционная пятиосевая обработка дает возможность применения высокоскоростного фрезерования.

Высокоскоростная обработка (BCO) (Highspeedcutting (HSС)) - является одним из современных и важных направлений в машиностроении (рисунок 2.4). Для высокоскоростной обработки главным принципом является: небольшая величина снимаемого материала, удаляемое с большой скоростью резания и высоким значением подачи. Данные режимы в 4-8 раз больше, чем режимы при обычной обработке. Рекомендуется брать глубину резания не превышающую 15% от диаметра фрезы. Работа в условиях высокоскоростных режимов отличается своими характерными особенностями, выдвигая ряд особых требований к управляющим программам, режущему инструменту и оборудованию в целом [9].

Рисунок 2.4 - Высокоскоростная обработка металла

При разработке УП, для способа использующего высокоскоростную обработку, значение шага и глубина обработки задается в несколько раз меньшие, чем аналогичные показатели для режимов обычного фрезерования. Заданная траектория движения фрезы должна быть плавной. Резкие смены скоростей подач и направлений перемещений являются недопустимыми. Зачастую простые линейные перемещения заменяются петлеообразными, используя трохоидальную траекторию.

Врезание фрезы в металл, должно осуществляться под малым углом или по винтовой траектории, но ни не вертикально. Только в этот случай оставляет возможность сохранить показатели режимов резания без изменений, что производит оптимизацию нагрузки на фрезу и исключает ее поломку.

Так как в любая рабочая программа для метода BCO содержит в себе значительное количество переходов. Объем такой программы может быть больше объема обычной УП в несколько, а то и в десятки или даже сотни раз. Процессор устройства числового программного управления оборудования обязан успевать выполнять задачу по отработке кадров УП и быть оборудован достаточно большим объемом памяти, без которой невозможен процесс быстрой подготовки к следующим перемещениям. В ином случае, система не располагает большим программным буфером для хранения УП, следует применять альтернативный режим передачи данных - DNC.

Из практики видно, что заметно уменьшить объем УП, оптимизировав ее для режима BCO, можно благодаря использованию различных способов и методов оптимизации.

Применение способа BCO, на всех стадиях процесса обработки заготовки, экономически нецелесообразно. Черновая обработка, зачастую, может проводиться с использованием стандартных инструментов и обычных режимов резания.

Дополнительная возможность при фрезерной обработке с использованием пяти координат - обработка наклонных поверхностей торцевыми и боковыми частями фрезы. Для этого данного вида механической обработки используются концевые и сферические фрезы.

Число и последовательность технологических переходов при фрезеровании зависят от количества и конфигурации поверхностей и отдельных зон, обрабатываемых на данной операции, от требований к точности обработки и шероховатости поверхностей.

Наиболее сложной задачей при проектировании операционного процесса является определение рациональной траектории рабочих перемещений инструмента при фрезеровании каждой конкретной зоны поверхности.

2.3 Технология пятикоординатной обработки на фрезерных станках с ЧПУ

Большинство современных моделей фрезерных станков с ЧПУ осуществляют обработку заготовок по трём независимым координатам. При этом режущий инструмент совершает продольное (Х) и поперечное (Y) движение в горизонтальной плоскости (параллельно рабочему столу с закреплённой заготовкой), а также вертикальное (Z) перемещение (в плоскости, перпендикулярной плоскости стола станка). При наличии специального поворотного устройства (для обработки заготовок цилиндрической формы), одно из горизонтальных перемещений (чаще всего - поперечное, вдоль координаты Y) заменяется поворотом заготовки вокруг своей продольной оси. Однако в любом случае, при трех координатной обработке траектория движения инструмента определяется только независимыми координатами Х, Y и Z. Но даже при этом, технологических возможностей станка позволяют обеспечить перемещения инструмента по сложной траектории и одновременно обрабатывать нескольких поверхностей без изменения положения заготовки.

Преимущества пятикоординатной обработки не ограничиваются обработкой поверхностей со сложным профилем. В современном производстве достаточно часто встречаются детали не имеющее сложных криволинейных поверхностей (в частности, корпусные), но содержащие большое количество сложных конструктивных элементов: рёбра жёсткости, галтели и скругления, приливы, бобышки, а главное - большое количество отверстий, находящихся в различных плоскостях [14]. Данные детали являются сложной задачей для технолога-программиста, разрабатывающего технологию их обработки. В этом случае, возможность сложного взаимного перемещения режущего инструмента и заготовки относительно пяти координат дает возможность производить обработку большого количества различных элементов на детали за один технологический установ заготовки на станке. Это значительно экономит время затрачиваемое на производство детали, помимо того, обеспечивает высокое качество механической обработки, позволяя получать детали с высокими требованиями к допускам форм и взаимному расположению поверхностей.

Программы для управления процессом многоосевой обработки разрабатываются с помощью систем CAD/САМ. Разработка корректных программ требует высокой квалификации технолога-программиста и определенных затрат времени.

Исходя из выше сказанного, становится очевидно, что при расширении кинематики станка до пяти координат, его возможности возрастают многократно. Так образом, отличием пяти координатной обработки от обработки по трем координатам является, что к вышеописанным движениям по трём координатам добавляется поворот вокруг двух дополнительных осей (т.е. наклон инструмента). На практике изменение угла наклона инструмента относительно заготовки может осуществляться как поворотом рабочего стола (платформы), так и/или наклоном самого шпинделя. Соответствующее усложнение конструкции станка и его удорожание компенсируется существенным расширением технологических возможностей механической обработки, что влечет за собой увеличение номенклатуры изготавливаемых деталей.

На данный момент пяти координатная обработка получила широкое применение в авиакосмической отрасли, кораблестроении, градостроительстве, автомобильной отрасли, рекламе, мебельном производстве, производстве инструментов, медицинского оборудования и многих других. Многоосевая обработка находит применение в изготовлении деталей самых сложных форм для литья, пуансонов, матриц и других объемных элементов со сложными поверхностями.

Применение пяти осевой обработки значительно расширяет возможности производства, но достижение заданных конструктором параметров качества и точности изготовления деталей возможно только при тщательной разработке экономически обоснованного технологического процесса обработки и разработанной и оптимизированной управляющей программой, для оборудования с ЧПУ.

2.4 3D коррекция

Зачастую технологу-программисту, при создании управляющей программы, приходится осуществлять построения дополнительных направляющих поверхностей и производить ограничения угла наклона режущего инструмента. Для создания корректной УП необходима квалифицированная создание наладка постпроцессора, что может обернуться существенными затратами для предприятия.

Термин 3D-коррекция часто используется, когда темой является метод объемной обработки. В случае с обычным плоским фрезерованием есть возможность произвести корректировку инструмента на радиус слева (G41) или справа (G42) от заданного контура обработки, т.е. перпендикулярно к обрабатываемой поверхности в точке контакта с фрезой. При использовании 3D-коррекции ситуация аналогичная. Отличие заключается в том, что необходимо знать вектор расположения фрезы и вектор перпендикуляра поверхности в точке контакта с инструментом. Принимая во расчет взаимное расположение данных векторов и корректирующего значения, система станка с числовым программным управлением производит расчет смещения в пространстве режущего инструмента, без изменения его расположения и установленной точки контакта.

2.5 Практическое внедрение пяти координатной обработки в реальном производстве

За последнее десятилетие в современном производстве, все большую поддержку получают идеи по автоматизации процессов связанных с изготовлением продукции. Внедрение автоматизации на производстве позволяет существенно повысить качество выпускаемой продукции, уменьшить число сотрудников, вовлеченных в процесс производства, и ощутимо увеличить производительность. Нередко случаи такого внедрения являются инновационными для конкретного предприятия или, даже, длявсе отрасли в целом. С учетом темы, в данной работе рассматриваются процессы автоматизации связанные с механической обработкой.

Наглядным примером одного из локальных инновационных внедрений средств автоматизации, служит опыт АО "ВОМЗ". Имея в распоряжении участок механического цеха, оснащенный трех координатными фрезерными станками с ЧПУ, осуществлял обработку конструктивно сложных деталей, с пятью и более плоскостями обработки. Данный способ получения деталей долгое время оставался единственным приемлемым, несмотря на то, что процесс изготовления занимал значительное время, приводя к увеличению затрат на производство данных деталей и изделий в целом.

В результате экономического и производственного анализа, было принято решение, об оснащении данного участка фрезерными пяти координатными обрабатывающими центрами с ЧПУ. Данное решение позволило перевести сложнопрофильные детали с трех на пяти координатную обработку, расширить номенклатуру изготавливаемых деталей, снизить затраты на производство и заложить основу для последующей роботизации участка, с последующим созданием на его основе гибкой производственной системы.

В рамках данной работы был проведен перевод технологии изготовления детали "Основание" с имеющегося трех координатного фрезерного станка с ЧПУ на оборудование позволяющие вести обработку по пяти координатам.

2.5.1 Технология с использованием трех координат обработки

В качестве основного механообрабатывающего оборудования выступает трех координатный вертикально-фрезерный станок МillStarBМV-850 представленный на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 -МillStarBМV-850

Частичная планировка участка с данными станками представлена на рисунке 2.6.

Принимая во внимание конструктивные особенности и технические требования предъявленные к детали, при разработке технологии изготовления были приняты следующие решения:

Рисунок 2.6 - Фрагмент планировки участка трех координатной обработки

Количество ЧПУ операции - 4 (2 черновые и 2 чистовые операции);

две операции термической обработки;

Заказ и изготовление специальной технологической оснастки.

Как несложно заметить, каждый из пунктов несет за собой большие временные и финансовые затраты. Что неизбежно приводило к высокой стоимости изготовления данной детали.

Чертеж детали и маршрутная карта для данной технологии приведены в приложении 1.

Но, стоит отметить, что наряду со всеми недостатками, обработка на трех координатном оборудовании имеет отличительную особенность - жесткость системы СПИД, т.к. заготовка устанавливается на горизонтальный стол станка или станочное приспособление по максимальной площади контакта базовой плоскости детали и меньше подвержена деформациям.

2.5.2 Технология с использованием пятикоординатной обработки

Принимая во внимание весь опыт изготовления деталей по предыдущей технологии, учитывая сложность детали и наличие нового оборудования, был осуществлен перевод технологии изготовления на новое оборудование. В качестве многокоординатного оборудования был использован пяти координатный фрезерный обрабатывающий центр LeadwellV-40iT (более подробное описание в п.3.2).расположенный на том же участке, что и станки BМV-850 (рисунок 2.7).

В сравнении с технологией использующей трех координатную обработку, можно выделить отличительные положительные особенности нового процесса изготовления детали:

Все операции ЧПУ объединяются в одну, за счет обработки за один установ;

Сокращается количество слесарных операций и термической обработки до одной;

Значительное сокращение времени на ЧПУ операции;

Сокращение затрат на инструмент и изготовление уникальной технологической оснастки;

Отсутствие брака деталей, получавшегося в результате не стыковки промежуточных операций.

Как и любая другая, данная технология имеет и свои недостатки. Основными проблемными местами являются:

Затраты на приобретение оборудования;

Затраты на приобретение программного обеспечения и постпроцессора;

Рисунок 2.7 - Выкопировка планировки участка с новым оборудованием

Трудоемкий и затратный по времени процесс создания управляющей программы, требующий, так же, высокой квалификации технолога-программиста.

Маршрутная карта и карта эскизов для данной технологии приведены в приложении 2.

2.5.3 Перспективная технология

Многокоординатные станки являются хорошей базой для создания их основе гибких производственных участков и гибких производственных систем. Опыт данной конвертации обычного участка в ГПС/ГАУ широко применяется на отечественных и зарубежных предприятиях идущих по пути автоматизации производства.

Имея в своем распоряжении 4 пятикоординатных фрезерный станка с ЧПУ, при наличии номенклатуры деталей и большой партией выпуска, встает вопрос о частичной автоматизации участка.

Объединив имеющиеся станки с роботом-сменщиком паллет, установкой общего склада заготовок, можно получить небольших размеров автоматизированную гибкую производственную систему. Данное решение позволит вести обработку деталей в безлюдном режиме, под контролем одного оператора, что еще позволит снизить время на изготовление единицы продукции.

Вариант фрагмента планировки участка преобразованного в ГПС приведен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Выкопировка перспективной планировки

3. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ. ВНЕДРЕНИЕ УП В РЕАЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Изготовление детали на современном оборудовании с ЧПУ условно может быть разделено на два этапа - создание управляющей программы (УП) и её воплощение непосредственно механической обработкой заготовки на станке. И если физические возможности пяти координатной обработки определяются типом оборудования и, по большому счёту, не зависят от обслуживающего персонала, то разработка программы управления целиком во власти «человеческого фактора».

Процесс разработки технологии обработки, создания и внедрения управляющей программы для станка с ЧПУ можно представить в виде следующих этапов:

Анализ конструкции детали

Выбор обрабатывающего оборудования

Определение схемы базирования заготовки на столе станка

Порядок обработки

Выбор металлорежущего инструмента

Создание управляющей программы

Наладка станка

Отработка первой пробной детали

Проверка первой детали на соответствие техническим требованиям, заданным в техническом задании (конструкторская документация)

Корректировка и оптимизация (опционально) управляющей программы

Запуск второй и последующих деталей.

3.1 Разработка управляющих программ

Схема работы программистов-технологов, на оборудовании с ЧПУ, носит одинаковый: с использованием САМ-системы производится разработка состоящей из отдельных траекторий движения инструмента управляющей программы. Данная программ, в дальнейшем, преобразуется в программный код. Каждая система ЧПУ имеет свои особенности кодировки. Задача программиста, выбрать для каждой детали наиболее эффективные способы и стратегии обработки. К ним относятся, черновые переходы, обеспечивающее удаление большей части материала заготовки, стратегии получистовой обработки и, непосредственно, чистовые перехода. Для каждой стратегии определяются фиксированные параметры обработки, такие как: скорость подачи стола или инструмента, глубина обработки, величина шага обработки, минимальный радиус в углах, частота вращения шпинделя, точность описания криволинейной траектории прямыми перемещениями и различные другие параметры, которые в точности определяют режим работы станка.

.1.1 Основные положения при создании управляющих программ

Несколько упрощая и акцентируя внимание на создании управляющей программы, можно представить стандартную последовательность программирования станка с ЧПУ в виде следующих этапов:

разработка собственной (или импорт готовой - что в условиях современного производства встречается чаще) 3D-модели детали;

построение траектории движения фрезы (отдельно для каждого этапа обработки - чернового, чистового и пр.);

экспорт управляющей программы с использованием постпроцессора под конкретную модель фрезерного станка.

Как правило, современные CAD/CAМ-приложения для создания УП не привязаны к конкретному оборудованию, т.е. позволяют разрабатывать технологию обработки «в чистом виде». А конкретные особенности кинематики станка будут учтены специальным постпроцессором - при экспорте готовых файлов непосредственно перед загрузкой в ЧПУ.

Постпроцессор - это приложение к CAМ-программе (программный модуль), предназначенный для преобразования траектории обработки, в G-код (управляющую программу) для определенной системы управления (стойки) конкретного станка с ЧПУ. Разрабатывая постпроцессор, мы имеем дело с двумя фундаментальными объектами CAМ систем:

Траектория - кривая движения кромки центра инструмента, которую инженер-программист рассчитывает в CAМ системе. Траектория состоит из линейных участков и дуг. Набор данных о траектории называется СLDATA (CutterLocation DATA). Такая информация непонятна для станка.

Управляющая программа - набор данных в заданном формате (на языке конкретного УЧПУ) для управления перемещением рабочих органов станка, а также другими установленными на нем устройствами.

Среди постпроцессоров следует выделить настраиваемые и встроенные. Встроенные обычно создаются производителями контроллеров ЧПУ и обладают надежностью, главный их недостаток - они недостаточно гибки, из-за ограниченности набора параметров настройки. Когда необходима оптимизация УП или нестандартные функции контроллеров, наиболее привлекательны настраиваемые постпроцессоры [15].

Основное назначение постпроцессора - это перекодирование информации из формата CLDATA непосредственно в управляющую программу станка. Таким образом, постпроцессор - это промежуточное звено между CAМ системой и станком.

Однако, это не означает, что для создания «настоящей» УП под 5-ти координатный станок достаточно на финальном этапе воспользоваться нужным постпроцессором - и ограничиться этим. На сегодняшний момент далеко не все САМ-системы предоставляют средства для действительного программирования одновременной обработки по 5-ти координатам. Ведь эта технология довольно сложна и в обязательном порядке должна предполагать решение таких вопросов как:

фрезерование по контуру (в том числе сложной формы);

контроль и поддержание нормали к обрабатываемой поверхности (независимо от наклона фрезы/заготовки);

дробление и отвод стружки (одинаково эффективно для различного типа материала и вида фрезы - с одной или несколькими спиральными канавками и пр.);

полный контроль угла наклона инструмента.

Соответственно САМ-система должна в обязательном порядке решать эти и целый ряд других не менее сложных вопросов. Отдельно следует упомянуть обязательное требование компьютерной системы быть способной оптимизировать маршрут движения фрезы по 5-ти координатам, автоматически предлагать (назначать) параметры фрезерования (скорость, подачу) для конкретного материала и инструмента (в том числе нестандартного), быть совместимой/воспринимать различные форматы импортируемых данных и т.д.

Без соблюдения вышеописанных требований (прежде всего относящихся к САМ-системе), «честная» процедура 5-ти координатной обработки будет затруднительна. А работа дорогостоящего оборудования без использования всех технологических возможностей обернётся потерей времени и средств.

3.1.2 Программное обеспечение

Немаловажным этапом в разработке управляющей программы является создание и последующая интеграция технологической 3D-модели в САМ-систему, без которой процесс программирования окажется очень трудоёмким или же вообще неосуществимым. Большинством специалистов применяется CAD-система, если предварительно данная работа не была произведена конструкторским подразделением.

Одной из таких систем, и одной самых часто используемых, является продукт компании DassaultSysteМes - SolidWorks (рисунок 3.1).является конструкторской системой твердотельного параметрического моделирования машиностроительных конструкций специально разработанной для использования на персональных компьютерах. Стандартный графический пользовательский интерфейс Windows и средства твердотельного параметрического моделирования позволяют быстрее и легче, чем когда-либо создавать трехмерные модели деталей, сборочные единицы, генерировать чертежи.имеет значительный список преимуществ и достоинств по сравнению с аналогичными продуктами на рынке. Ниже приедены основные возможности данной системы использованные в диссертационной работе:

Создание 3D-моделей деталей;

Инженерный анализ (расчет напряженно-деформируемого состояния);

Анализ технологичности детали.

Рисунок 3.1- Интерфейс SolidWorks

Как было отмечено ранее п.2.3, процесс разработки управляющей программы ведется с использованием САМ-системы. В данной работе разработка происходила в системе Мastercam (рисунок 3.2), являющейся, на данный момент, лидером по спросу на мировым рынке ПО в данном сегменте.

Мastercam - CAD/САМ-система для программирования токарной, токарно-фрезерной, фрезерной и электроэрозионной обработки, а также обработки дерева, гравировки, раскроя и резки листового материала на соответствующем оборудовании с ЧПУ. Разработчик - известная американская компания CNC Software.

Мastercam позволяет разрабатывать в автоматизированном режиме управляющие программы по каркасной геометрии и по любым 3D-моделям - как созданным в Мastercam, так и переданным в него с помощью большого набора прямых и нейтральных трансляторов.

К ключевым преимуществам Мastercam относятся:

легкость изучения и удобство в эксплуатации;

D- и 3D-каркасное, поверхностное, твердотельное моделирование, оформление эскизов;

библиотека трансляторов из CAD-систем;

надежность системы, высокая скорость расчетов;

наглядная проверка созданных траекторий;

полная ассоциативность геометрии и траекторий;

настраиваемая конфигурация «станок-CЧПУ»

Рисунок 3.2 - Интерфейс Мastercam

Дальнейшим этапом, после получения управляющей программы в первоначальном виде (после преобразований постпроцессора), идет контроль и ручная доводка управляющей программы. Программным средством для этого служат различные редакторы, представленные в большом ассортименте на рынке, начиная от встроенных в САМ-систему, заканчивая полноценными программными продуктами. Одним из таких редакторов является CIМCO Edit - полнофункциональный редактор управляющих программ для станков с ЧПУ. Интерфейс программы представлен на рисунке 3.3.

На данный момент CIМCO Edit с более чем 75000 проданных лицензий во всем мире, стал стандартом для технологов-программистов, нуждающихся в удобном инструменте для редактирования УП и передачи данных на станки с ЧПУ.

Рисунок 3.3 - Интерфейс SIМCOEdit

Стоит отметить лишь небольшой список возможностей данного редактора, использованных в данной работе, чтоб дать оценку эффективности данного программного продукта и всего процесса контроля и ручного корректирования управляющей программы:

Отсутствие ограничений на размер УП;

Определение рабочего диапазона УП;

Использование базовых математических функций (вращение и зеркальное отображение УП);

Изменение компенсации инструмента;

Прорисовка 3D и 2D траекторий движения инструмента;

Поддержка твердотельной визуализации с проверкой на столкновения и зарезы;

Сравнение файлов двух управляющих программ, позволяющее найти различия в строках УП или постпроцессора.

.1.3 Структура управляющей программы

Программирование процесса обработки на современных станках с числовым программным управлением производится на языке, который часто называют языком ИСО (ISO) 7 бит, или языком G и М кодов. Коды с адресом G, являются подготовительными и определяют настройку СЧПУ на конкретный вид работы. Коды с адресом М, являются вспомогательными и предназначаются для управления режимами работы оборудования. Например, поставлена задача, чтобы фреза совершала движение по прямой линии. В этом случае используется команда G01. А если необходимо произвести смену инструмента, то в УП указывается команда М06.

Для управления большим количеством функций оборудования с ЧПУ применяется множество число различных кодов (подробный список G и М кодов приведен в таблице 1 приложения 3). Для создания управляющей программы, достаточно выучить основной набор G и М кодов.

Управляющая программа является упорядоченным набором команд и действий, с помощью которых, определяются перемещения исполнительных органов станка и другие второстепенные функции. Любая УП обработки включает в себя некоторое количество строк. Эти строки называются кадрами управляющей программы. Кадр управляющей программы - составная часть УП, вводимая и отрабатываемая как единое целое и содержащая не менее одной команды. Система ЧПУ считывает и выполняет программу кадр за кадром. На практике распространено присвоение каждому кадру УП своего номера, который располагается в самом начале кадра и обозначен буквой N. В примере, приведенном ниже, представлены номера кадров c N1 до N14. Большое количество станков с ЧПУ позволяют работать без нумерации кадров, которые применяются исключительно для простоты зрительного восприятия и удобства навигации по программе.

Неотъемлемым требованием УП является наличие в самом начале программы символа "%" и номера программы, который начинается с латинской буквы "O" и четырех цифр после (например, О0001). Данные кадры не оказывают влияния на процесс обработки, но тем не менее они необходимы для того, корректной работы СЧПУ и возможности отделения в памяти одной программ от другой. Номера у этих кадров не указываются.

О0001 (KANAVKA)

Кадр №1 задает системе ЧПУ определенный режим работы с учетом следующих кадров УП. Например, команда G21 означает, что станок за базовую возьмет метрическую систему, т.е. все совершаемые перемещения рабочих органов задаются и производятся в миллиметрах, а не в дюймах. Такие кадры носят названия "строки безопасности", так как они дают возможность перейти системе в определенный стандартный режим работы или отменить ненужные функции.G21G40G49G54G80G90

Последующие кадры управляющей программы указывают станку о необходимой подготовке к обработке. Для этого необходимо переместить инструмент из магазина в шпиндель (кадр N2), включить компенсацию длины инструмента (кадр N3) и задать шпинделю вращение в необходимом направлении с требуемой скоростью (кадр N4). Также, почти всеми, технологами используются комментарии. СЧПУ проигнорирует любой текст, находящийся в круглых скобках, что дает возможность, отметиь в кадре диаметр инструмента или его маркировку.М06Т02(D20_Freza_410120001)G43Н02М03S3550

Непосредственно обработка детали описана в кадрах с номерами от N5 до N13. Данная часть УП содержит в себе коды, служащие для осуществления перемещения инструмента в заданные координаты. Например, кадр N8 осуществляет перемещение инструмента в точку с координатами Х3, Y3 со значением скорости подачи, 250 миллиметров в минуту.

N5 G0Х3.Y8.Z0.5G01Z-l .F250

N8 Х3.Y3.X7.Y3.Х7.Y8.Z0.5

Заключительные кадры управляющей программы служат для остановки шпинделя (кадр N12) и завершения программы (кадр N13):М05М30

%

Любую управляющую программу можно представить схематично, в виде следующих областей (рисунок 3.4).

При создании управляющей программы одним из основных этапов является определение стратегии обработки. Выбор плана обработки поверхности производится на основании разделения обрабатываемых поверхностей детали на основные и неосновные поверхности.

Основными являются точные поверхности, формообразующие, габаритные. В состав неосновных поверхностей включаются малые отверстия, малые резьбовые отверстия, лыски, пазы, канавки, фаски, остальные подобные поверхности. Основные поверхности и планы их составляют базу для формирования последовательности обработки детали.

Рисунок 3.4 - Структура управляющей программы

3.2 Внедрение управляющей программы в реальном производстве

Процесс внедрения управляющей программы, с позиции технолога-программиста, начинается с переноса управляющей программы на УЧПУ. Для выполнения данной операции существует несколько способов, которые применяются в зависимости от того, каким набором интерфейсов оснащен станок с ЧПУ. Наибольшее распространение в современном оборудовании с ЧПУ получили такие интерфейсы как: USB 2.0, Ethernet, CF.

В данном исследовании было проведено внедрение управляющей программы на пяти координатный фрезерный обрабатывающий центр LeadwellV-40iT оснащенный системой числового управления Fanuc 0i-МD (рисунок 3.5), располагающийся на территории цеха механической обработки АО «ВОМЗ». Расположение рабочих органов и инструментального магазина станка представлено на рисунке 3.6.

Данный обрабатывающий центр поддерживает все, из перечисленных, интерфейсы передачи данных с персонального компьютера в стойку станка. Выбор способа загрузки управляющей программы в память станка остается за наладчиком или оператором. При отработке программы был использован способ передачи через интерфейс CF, посредством Flash-карты.

Рисунок 3.5 - LeadwellV-40iT + Fanuc 0i-МD

Дальнейший действия по внедрению управляющей программы, до получения первой детали, выполняет наладчик, используя функционал стойки станка с ЧПУ.

В данной главе были рассмотрены основные принципы и структура разработки управляющей программы, рассмотрен процесс внедрения разработанной УП в реальном производстве, с использованием пятикоординатного оборудования, на базе существующего предприятия.

Рисунок 3.6 - Рабочие органы станка

4. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛИ В МОМЕНТ ОБРАБОТКИ

.1 Результаты отработки первой детали

В большинстве случаев, при использовании пяти координатного оборудования, результатом обработки заготовки по новой управляющей программе, является деталь, максимально приближенная по своему внешнему виду к тому, который установлен инженером-конструктором в конструкторском чертеже. Отклонениям от данного правила являются случаи, когда технологический процесс содержит дальнейшие операции с механической обработкой или заготовка подверглась деформациям и повреждениям, которые нельзя учесть на стадии верификации и подготовки производства (некачественный материал в поставке, ограниченный математический функционал верификатора, поломка инструмента, перебои с электроснабжением и т.д.).

В результате обработки, на первой детали был выявлен ряд дефектов, которые не позволяют считать данную деталь годной и продолжать дальнейший технологический процесс с ее использованием. К таким дефектам относятся зарезы (рисунок 4.1 и рисунок 4.2) в тело детали и дробление материала (рисунок 4.3). Данный вид зарезов инструмента не относится к числу "стандартных" зарезов, возникающих при некорректном написании управляющей программы. В данном случае возникает, так называемое "затягивание" фрезы в материал, возникающее из-за упругих деформаций технологической системы под действием сил резания.

4.1.1 Силы резания при фрезерной обработке на станках с ЧПУ

Силы резания при контурном фрезеровании на станке с ЧПУ в местах резкого изменения траектории относительного движения изменяются вследствие разного изменения глубины резания. Стоит рассмотреть данный

Рисунок 4.1 - "Затягивание" фрезы

Рисунок 4.2 - "Затягивание" фрезы

Рисунок 4.3 - Дробление материала

процесс, для анализа его природы и последующего учета полученных сведений для корректировки и оптимизации управляющей программы.

На заготовку со стороны фрезы действуют составляющие силы резания: тангенциальная РZ и радиальная Рr, (рисунок 4.4). Значения этих сил зависят от параметров режима обработки и в значительной мере от текущей глубины резания, определяющей угол контакта фрезы с заготовкой Θ. При постоянных условиях обработки можно считать, что составляющие РH и РV

Рисунок 4.4 - Схема силового взаимодействия концевой фрезы и заготовки при плоском контурном встречном фрезеровании приложены в некоторой точке, определяемой значением центрального угла Θi

Значение Θi неизвестно. Сложением векторов РZ и Рr определяют результирующую силу резания R. Последнюю в свою очередь можно представить как сумму сил действующих в направлениях: параллельном подаче РH и перпендикулярном подаче РV.

Главное влияние на величину погрешности контура оказывает составляющая силы резания РV, лежащая в плоскости, перпендикулярной оси инструмента, и перпендикулярная направлению подачи. Сила РV, параллельная направлению подачи, по модулю в большинстве случаев силы РH. Она оказывает влияние на величины погрешности контура лишь в местах резкого изменения траектории относительного движения фрезы и обрабатываемой детали.

Из геометрических соотношений между силами резания, возникающими в процессе встречного фрезерования, можно записать:

(4.1)

где РZ - окружная сила резания, направленная касательно к фрезе в точке приложения силы, Н;

Рr - радиальная сила резания, направленная по нормали к фрезе в точке приложения силы, Н;

Θi - угловая координата (центральный угол) точки приложения силы резания, град.

Из анализа данных соотношений видно, что при встречном фрезеровании можно создать такие условия обработки, при которых сила РV равна нулю, а следовательно, погрешность контура отсутствует.

Очевидно, знак силы РV определяется знаком выражения .

При происходит затягивание фрезы в тело детали.

При происходит отжим фрезы.

При .

Данные выводы, о полученных зависимостях сил, будут учтены при последующей оптимизации существующей управляющей программы и, в дальнейшем, при разработке новых.

4.1.2 Вибрации при фрезерной обработке на станках с ЧПУ

Второй типа дефекта (рисунок 4.3) относится к категории вызванных возникновением вибраций в зоне резания, вследствие "отжима" заготовки. При встречном фрезеровании нагрузка на зуб фрезы возрастает от нуля до максимума, при этом сила, действующая на заготовку, стремится оторвать ее от стола, что приводит к вибрациям и увеличению шероховатости обработанной поверхности. Для дальнейшей оптимизации необходимо рассмотреть причины возникновения таких вибраций и выделить способы их уменьшения.

Вибрации всегда сопровождают любой процесс механической обработки и являются одним из негативных факторов.

Различают 3 основные группы вибраций в зависимости от источника:

Вибрации сочлененной технической системы. При механической обработке такой системой является система «Станок-инструмент-деталь», а вибрации связаны с наличием сочленений и соединений между элементами этой системы.

Термомеханические вибрации, возникающие в зоне резания и связанные с деформацией заготовки, стружки и режущей части инструмента.

Регенеративные вибрации. Если рассматривать процесс фрезерования (рисунок 4.5), то очевидно, что каждый зуб фрезы, совершая колебания, оставляет за собой волнистую поверхность заготовки, и в результате каждый последующий зуб срезает слой заготовки переменной толщины, что в свою очередь приводит к осцилляциям силы резания и появлению вибраций.

Влияние каждой группы вибраций в целом на устойчивость неодинаково. Автоколебания, возникающие из-за регенерации поверхности, оказывают наибольшее влияние в сравнении с остальными двумя группами.

Рисунок 4.5 - Регенеративные вибрации при фрезеровании

Все три группы колебаний взаимодействуют. При обработке с низкими скоростями появляются низкочастотные автоколебания. Частота таких вибраций близка к частоте собственных колебаний технической системы и узлов станка. При обработке с высокими скоростями частота возникающих вибраций приближается к частоте волновых процессов в зоне резания.

Регенеративные вибрации, как вид автоколебаний, существуют постоянно и не затухают из-за переменной силы резания. Осциллировать силу резания заставляют переменные параметры, такие как толщина реза, угол зацепления между фрезой и заготовкой, появление нароста на режущей кромке.

Развитие теории регенерации колебаний продолжается до настоящего времени, и соответствующие диаграммы устойчивости становятся все более популярными. Такие диаграммы отражают зависимость устойчивости процесса резания от параметров обработки, таких как скорость вращения шпинделя и радиальная глубина резания (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 - Диаграмма устойчивости

На рисунке 4.6 видно, что на высоких скоростях можно обеспечить устойчивость процесса обработки при сравнительно большой глубине резания. Использование такой диаграммы позволяет подобать оптимальные параметры обработки, которые позволят и сохранить устойчивость процесса резания, и повысить эффективность работы.

Существует различные пути уменьшения вибраций при обработке:

) Увеличение жесткости технологической системы (уменьшение вылета инструмента);

) Избегать прерывистого резания(уменьшение шага зубьев фрезы);

) Балансировка быстро вращающихся частей технологической системы;

) Устранение дефектов в передачах и кинематических цепях станка;

) Изоляция технологической системы от внешних источников вибрации (виброопоры, изолированные фундаменты и т.п.);

) Выбор оптимальных режимов резания;

) Применять оптимальные СОЖ (уменьшение трения в зоне резания).

) Использование инструмента с рациональной геометрией.

4.2 Расчет напряженно деформированного состояния

Напряженно деформированное состояние (НДС) конструкции - совокупность внутренних напряжений и деформаций, возникающих при действии на неё внешних нагрузок, температурных полей и других факторов.

Напряженно деформированное состояние определяется двумя методами. Расчётным и экспериментальным, в виде распределения напряжений, деформаций и перемещений в конструкции. НДС является главным критерием для оценки статической прочности и ресурса конструкций на всех этапах жизненного цикла изделия.

При расчёте напряженно деформированного состояния особым образом идеализируется расчётная схема. С внедрением современных универсальных численных методов расчёта сложная конструкция может рассматриваться как совокупность простых механических элементов (балок, пластин, стержней).

НДС классифицируется на местное и общее.

Общее НДС определяется в силовых элементах конструкции без учёта концентрации напряжений, вызванных местными конструктивно-технологическими особенностями (отверстиями, выточками и пр.).

Местное НДС определяется в районе концентратора напряжений и учитывает вид концентратора и приложенную нагрузку.

Фрезерование характеризуются наиболее сложной кинематикой и динамикой резания, связанной с переменностью срезаемого слоя, ударностью процесса врезания и их периодической повторяемостью. Для исследования аспектов фрезерования применяется анализ напряженно-деформированного состояния заготовки в момент механической обработки.

Напряженно-деформированное состояние при резании определяется геометрией режущего инструмента и физико-механическими свойствами обрабатываемого материала, и чаще всего описывается моделью ассиметричного остро заточенного клина, внедряемого в упругопластическое твердое тело и совершающего скольжение в направлении плоскости резания, при этом толщина срезаемого слоя является постоянной.

В данной работе расчет НДС произведен для определения процессов проходящих во время обработки заготовки, в тех зонах, где наблюдаются зарезы и дробление материала.

С развитием компьютерных технологий и средств математического анализа на мировом рынке появляется все больше программных продуктов позволяющих производить расчеты напряженно деформированного состояния с высокой точностью. Одним из таких продуктов является интегрированный, в SolidWorks, модуль инженерного анализа SolidWorks Simulation, который и будет использоваться в данной работе.

При фрезерной обработке для расчета НДС необходимо знать нагрузки, с которыми инструмент воздействует на заготовку. К таким нагрузкам относится окружная сила резания и крутящий момент при фрезеровании.

Окружная сила резания (тангенциальная) наиболее важная сила, так как она производит основную работу резания и по ней рассчитывают крутящий момент. Расчет данных нагрузок произведен по формулам:

(4.1)

где C - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и материала из которого изготовлен режущий инструмент;х - глубина фрезерования, мм;- подача, мм/зуб;- ширина фрезерования, мм;- число зубьев фрезы, шт;- диаметр режущего инструмента, мм;, y, q - показатели степеней зависящие от обрабатываемого материала и материала из которого изготовлен режущий инструмент.

(4.2)

где P - окружная сила, Н;- диаметр режущего инструмента, мм.

4.2.1 Расчет НДС в момент возникновения "затягивания"

Для предотвращения дальнейшего возникновения зарезов производится анализ напряженного деформированного состояния детали, в моменты, когда образовались данные дефекты. Информацию о моменте времени обработки, в который произошло затягивание инструмента, как правило, сообщает наладчик, производивший обработку первой детали.

Использую формулы (4.1) и (4.2) производится расчет нагрузок действующих в процессе обработки.

Принимая во внимание то, что случай повреждения детали (рисунок 4.1 и рисунок 4.2) произошли на чистовых проходах режущего инструмента, для расчета силы резания величина t принимается равной величине съема чистового прохода - 0,05 мм.

Подачу на зуб можно определить двумя способами. Первый способ - это стандартное значение из каталога режущего инструмента. Второй способ подразумевает под собой тот факт, что с учетом опыта внедрения большого количества управляющих программ на определенном типе оборудования и постоянством поставляемого материала, технолог-программист задает собственные значения подачи на зуб или скорости подачи стола станка. При использовании параметра скорости подачи стола станка, для получения необходимого значения S, производится перерасчет значения по формуле:

(4.3)

где S-подача на зуб, мм;- скорость подачи стола, мм/мин;- частота вращения шпинделя, об/мин;- количество зубьев фрезы, шт.

Имея значения Vc,=400 мм/мин, N=2000 об/мин и z=3, получаем значение S=0,027 мм.

Ширина фрезерования устанавливается равной 40% от диаметра фрезы 20 мм. и равняется 8 мм.

Число зубьев фрезы z - 3.

Используя эти данные в формуле (4.1) получаем значение силы резания Р:

Н.

Далее производится расчет крутящего момента по формуле (4.2):

Н*мм,

Применив полученные данные для расчета НДС, получаем эпюру напряжений по Мизесу (пластическая деформация наступает тогда, когда интенсивность напряжений достигает величины, равной пределу текучести при напряженном состоянии) (рисунок 4.7 и рисунок 4.8).

Рисунок 4.7 - Эпюра напряжений

Рисунок 4.8 - Эпюра напряжений

Как видно из полученных эпюр, в зонах отмеченных красным и желтым цветом, напряжения превосходят предел текучести, установленный для данного материала, образую в этом месте пластическую деформацию с последующим "затягиванием" фрезы в тело детали.

Для предотвращения зарезов и оптимизации управляющей программы можно рассмотреть два способа. Подробные данные способы описаны в пункте 5.2.

4.2.2 Расчет НДС в момент возникновения дробления

Так же как и в предыдущем случае, для выявления "слабых мест" управляющей программы в процессе обработки, в момент возникновения дробления материала

Принимая во внимание тот факт, что процесс дробления вызван вибрациями, возникающими в момент врезания режущего инструмента в заготовку, расчет НДС проводится на определение величины отклонения ("отжима") заготовки от инструмента.

Для последующего расчета используем те же формулы, что и в п.4.2.1, используя данные из таблицы 4.1.

Таблица 4.1 - Данные для расчета НДС

ПараметрЗначениеС25t0,05ммS0,04 ммB20 ммz2D20 мм

Н.

Н*мм,

Используя алгоритм аналогичный, использованному при предыдущих расчетах, получаем эпюру пространственных перемещений изображенную на рисунке 4.9.

Рисунок 4.9 - Эпюра перемещений

Как видно из эпюры, в точку захода фрезы в деталь, создаются максимальные отклонения от плоскости составляющие 35 микрон. Следует отметить, что величина перемещения резко снижается, при дальнейшем заходе режущего инструмента в материал, тем самым уменьшая вибрации, что хорошо видно на самой детали (рисунок 4.3) и на представленной эпюре (рисунок 4.9).

Подводя итог, можно сказать, что благодаря проведенному анализу и исследованиям НДС была определена природа дефектов обработки и выявлены "слабые" места управляющей программы. Так же, можно отметить, что возможности САМ-системы, использованной для создания УП, и ее верификатора не позволили выявить данные дефекты на стадии разработки управляющей программы, дав тем самым, возможность для корректировки и оптимизации.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ

Оптимизацией программы называют такие преобразования, которые позволяют сделать ее более эффективной, т.е. сделать ее более экономной по памяти и/или более быстрой по выполнению тех же функций, что и до оптимизационного преобразования.

На сегодняшний день на предприятиях приборо- и машиностроения замечено увеличение выпускаемой продукции повышенной сложности. В след за, изделиями, усложняется и металлообрабатывающее оборудование, станки приобретают все большую универсальность, стойки ЧПУ оснащаются новыми функциями, вследствие чего технология обработки на данном виде оборудования усложняется. В современном производстве значение ошибки может грозить серьезными последствиями для производства: порча заготовок, выход из строя узлов и всего оборудования в целом, поломка режущего инструмента, простоем оборудования на длительный период. Для предотвращения данных факторов, при программировании станков с ЧПУ необходимо использовать программные средства, основная задача которых - симулировать процессы, происходящие с технологической системой (оборудованием, инструментом, заготовкой). Вместе с этим, значимую роль в эффективности предприятия продолжает играть фактор времени, который отражается не только в сокращении времени затрачиваемого на разработку изделия, но и в постоянном сокращении его времени жизни. Необходимо иметь в виду, что, постоянный рост влияния информационных технологий в технической подготовке производства, постоянно растущее значение кооперации предприятий и тенденции в области развития виртуальных предприятий. Данный фактор вносит свои изменения в существующие методики разработки технологии производства изделий. В этой ситуации единственно возможным путем обеспечения высоких темпов, гибкости и качества производства, является использование "виртуальных производственных комплексов". С помощью этих программных систем можно осуществлять процессы верификации и оптимизации УП для различных видов оборудования с ЧПУ, производить контроль состояния обрабатывающего инструмента и заготовки, увеличить производительность парка используемых станков.

Предприятия, ставящие целью снизить затраты и поднять эффективность своего производства, часто вкладывают солидные средства на приобретение современных станков с числовым программным управлением. Но, как показывает практика, неэффективно развивать в одном направлении средства производства (станки), необходимость в постоянном развитии программного обеспечения, используемого в технологическом бюро, является такой же неотъемлемой частью достижения требуемого эффекта. Существует большое количество примеров, когда небольшое время, затраченное на проверку УП до ее запуска на оборудовании, позволяло сохранить дорогостоящее оборудование, оснастку и инструмент. Одним из таких программных инструментов, созданных непосредственно для этих целей, является ПО контроля NC-программ (верификаторы УП).

Большинство заводы теперь используют программное обеспечение для верификации для того, чтобы произвести проверку их NC-программ. Программное обеспечение может дать гарантии, что деталь, полученная сразу после первого прогона управляющей программы будет, правильной, и поэтому наладчик не должен находиться возле станка, чтобы наблюдать за процессом обработки первой детали. Таким образом, пробные прогоны NC-программ на деревяшках станут вещью прошлого.

Помимо этого, определенную пользу приносит возможность верификаторов NC-программ оптимизировать режимы обработки, а в частности скорости подачи. Время производственного цикла, ресурс инструмента и качество детали могут увеличиться в результате усовершенствованного контроля над скоростью подачи. Такая NC-программа с "оптимизированными" скоростями подачи становится проще с точки зрения ее последующего контроля станочником.

Современные стратегии обработки со сложными траекториями движения инструмента позволяют достичь высокой производительности, но они абсолютно не учитывают тот факт, как оборудование со сложной кинематикой отреагирует на сложную трехмерную траекторию перемещения инструмента. Например, каждый тип оборудования имеет свои собственные ограничения по скорости и ускорению перемещения рабочих органов, а также различные скорости выполнения команд и минимальное время реакции управляющей стойки станка с ЧПУ.

Ранее процесс тестирования и оптимизации УП применялся только при крупносерийном производстве, при котором стоимость и время, затраченные на доводку управляющих программ, окупались на выпуске многотысячной партии деталей. Но такой подход не подходит для опытного или мелкосерийного производства, так как затрачивает слишком большое количество производственных ресурсов. Из-за этого, часто, эти предприятия жертвовали производительностью станков и использовали особые, проверенные на практике параметры, обеспечивающие стабильное качество и относительно приемлемое качество обработки.

Подавляющее большинство технологов, участвующих в создании программ для станков с ЧПУ, испытывают постоянную нехватку времени и вынуждены разрабатывать УП в максимально сжатые сроки, не акцентируя должного внимания на их эффективности для конкретного оборудования путем ручного выборы оптимальных параметров. Такая доработка ЧПУ программ требует изготовления серии тестовых деталей.

При традиционном подходе на новых станках обычно используются такие же управляющие программы, которые уже работают на имеющихся станках с ЧПУ. УП редко переписываются, исходя из возможностей нового оборудования. Иногда причиной становится незнание технологами характеристик нового оборудования и отсутствии должных навыков при работ с ними. Обычно, новое оборудование дает возможность произвести увеличение скорости подачи, но это только один из путей повышения производительности.

Контроль траектории и её оптимизация - два пути существенного увеличения производительности и экономии средств, при относительно небольших усилиях.

Рассматривая оптимизацию на конкретном примере (оптимизация управляющей программы) выделим основные методы, по которым и будет производиться улучшение управляющей программы.

Ручная оптимизация;

Применение расчета НДС;

Оптимизация с использование ПО;

Создание "плагина" для САМ-системы или редакторов УП.

5.1 Метод ручной оптимизации

Из всего списка методов оптимизации, представленных выше, ручная доводка управляющей программы является самым трудоемким процессом. В свою основу данный принцип закладывает попереходную проверку управляющей программы технологом-программистом, на предмет выявления лишних траекторий движения инструмента, некорректно заданных режим обработки для определенных переходов, сокращения количество холостых перемещений и т.д. Данная работа требует опыта в ручном написании управляющих программ, знания основных G и М кодов, кинематики станка и определенного уровня внимательности от инженера.

Имея в своем распоряжении управляющую программу и первую деталь (рисунок 4.1 - рисунок 4.3), производится анализ обработки. По полученным результатам и данными предоставленными наладчиком/оператором станка с ЧПУ, определяются зоны (фрагменты) управляющей программы, которые можно оптимизировать. Данный анализ является необходимым элементом, в процессе ручной оптимизации, так как полная проверка (от начала до конца) управляющей программы может занять продолжительное время, которое и так затрачивается в достаточном количестве при использовании данного метода.

Можно выделить два способа ручной оптимизации. Оба способа используют общие принципы и алгоритмы, но отличаются средствами используемыми для достижения конечного результата.

Первый способ, он же самый сложный и один из первых появившихся в мировой практике, подразумевает использование простого текстового редактора, для изменения кода управляющей программы. Одним из таких текстовых редакторов, является стандартное приложения интегрированное в операционную систему Windows - "Блокнот".

Фрагмент управляющей программы в окне текстового редактора представлена на рисунке 5.1

Рисунок 5.1 - Фрагмент УП в "блокноте"

Очевидно, что при данном способе сложно быстро и эффективно производить действия по оптимизации. Это обусловлено тем, что на сегодняшний день, для станков со сложной кинематикой, в частности пяти координатных фрезерных центров, подбирается номенклатура деталей со сложной формой и управляющие программы для таких деталей имеют большое количество переходов, что приводит увеличению количества кадров УП. Но несмотря на то, что способ простого редактирования не предоставляет для программиста ничего кроме текста управляющей программы, данный метод и по сей день используется на небольших производствах, которые не имеют возможности приобрести специальное ПО в силу ограниченности бюджета.

Так же, стоит отметить, что при редактировании через текстовый редактор, технолог не имеет возможности увидеть результаты своих действий до повторного прогона управляющей программы на станке, полагаясь только на свое пространственное представление траектории.

Путем решения данной проблемы явился способ оптимизации по средствам использования программного обеспечения, имеющего расширенный функционал в сравнении с обычным "блокнотом".

Как было отмечено в п.3.1.2, в данной работе использован редактор управляющих программ CIМCO Edit (рисунок 5.2). Функционал данной программы позволяет вести ручную корректировку, с мгновенным отображением изменения траектории режущего инструмента. Так же в данном редакторе существует цветовое разделение для различных элементов управляющей программы, что улучшает восприятие кода программы (например: красным цветом отмечены перемещения на быстрых ходах, зеленым линейные перемещения, синим круговая интерполяция и т.д.)

Рисунок 5.2 - Фрагмент УП в редакторе SIМCOEdit

Оба выше описанных способа по своей методика не отличаются друг от друга и в силу удобства использования второго способа, действия по оптимизации будет производиться с использованием расширенного ПО.

Используя специальный модуль "Backplot" редактора УП и опираясь на данные, полученные от наладчика производившего обработку первой детали, находится фрагмент обработки в управляющей программе, который подлежит корректировке. Данная функция позволяют экономить солидное время на поиск нужных кадров, избегая ручного поиска.

Путем ручной корректировки значений координат и режимов обработки, производятся действия по оптимизации выбранного участка управляющей программы или всей программы в целом.

В процессе "доводки" УП могут быть скорректированы следующие параметры:

координаты перемещений инструмента по осям X,Y и Z;

координаты перемещения стола станка по осям А и С;

значения режимов обработки S (обороты шпинделя) иF(подача стола) для различных переходов;

значение G команд для циклов сверления и нарезания резьбы;

выполнение предварительной команды подготовки следующего инструмента.

Следует отметить, что не все изменения перемещения по координатам, которые будут произведены, могут оказаться удачными и не вызвать ошибок при отработке стойкой станка. Например, при корректировке перемещений с круговой интерполяцией G02 и G03, необходимо учитывать точность изменяемых значений X, Y, I и J, чтоб УЧПУ корректно произвело пересчет значений координат и применило значение коррекции на радиус инструмента (если таковое имеется) и не выдала ошибку "G41/G42 ошибка коррекции".

Данный метод позволяет провести лишь общую оптимизацию программы, не затрагивая моменты, касающиеся нестандартных воздействий между элементами системы СПИД.

Не смотря на все недостатки и трудность данного метода, он остается востребованным при оперативном внедрении, отработке и корректировке управляющей программы.

5.2 Метод оптимизации с применения расчета НДС

Метод оптимизации, с применением данных полученных при расчете напряженно деформированного состояния, является совокупностью инженерного анализа, разработки управляющей программы с использованием САМ-систем и метода ручной оптимизации.

Данный метод позволяет провести более углубленную оптимизацию по сравнению с предыдущим, производя корректировку траекторий движения режущего инструмента и режимов обработки с учетом расчета напряженно деформированного состояния детали, в момент образования зарезов и дробления.

Принцип работы данного метода рассмотрим на имеющейся детали "Основание". За исходные данные в данном методе берется первая готовая деталь, ее 3D-модель, данные о режущем инструменте и управляющая программа.

Опираясь на анализ дефектов первой детали (п.4.1) и расчеты НДС произведенные в п.4.2, имеем исходные данные для корректировки кода программы. В связи с тем, что природа между дефектами изображенными на рисунках 4.1 и 4.3 различна, то пути оптимизации будут различаться.

Наиболее заметным и более критичным повреждением является "затягивание" фрезы в тело детали. Данный процесс негативно влияет на все элементы технологической системы и должен быть устранен в первую очередь.

Установив природу и момент возникновения дефекта (обработка на чистовом проходе со съемом 0.05 мм.), производится корректировка значений параметров обработки (величина снимаемого материала, режимы обработки, изменение траектории обработки) и производится повторный расчет НДС.

Производя перерасчет НДС, используются формулы (4.1), (4.2) и (4.3). Для получения оптимальных значений напряжения, не превосходящих предел текучести для данного материала, необходимо произвести изменения величин подачи на зуб, оборотов шпинделя и величины снимаемого слоя.

Для первого перерасчет примем значения F=100 мм/мин, S=5500 об/мин и t=0.01 мм.

Используя данные значения получаем величину Р=21,5 Н и М=215 Н*мм. Применив эти данные для расчета напряженно деформированного состояния, получаем эпюру напряжений рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Эпюра напряжений для первого перерасчета

Как видно из данной эпюры, значения принятых исходных данных оказались слишком малы. В результате данного исследования можно выделить как сильные, так и слабые стороны. К положительной стороне относится то, что при данных режимах и величине съема материала, гарантированно исключена возможность повреждения детали и возникновения зареза в данном месте обработки. К недостаткам можно отнести то, что уменьшение значения подачи и величины снимаемого материала приводит к увеличению времени отработки кадра управляющей программы, что при общем использовании может значительно увеличить время всей программы в целом. Поэтому следует подобрать такие значения параметров обработки, которые будут обеспечивать одновременно и качество детали и относительно малое время программы.

Проведя серию расчетов НДС, были подобраны оптимальные значения величин режимов обработки и количество снимаемого материала. При значениях F=200 мм/мин, S=5000 об/мин и t=0.03 мм, была получена эпюра (рисунок 5.4) максимально удовлетворяющая требованиям оптимизации.

Рисунок 5.4 - Эпюра напряжений

Аналогично производится расчет НДС для второго участка детали, на котором произошло "затягивание" инструмента. Были установлены оптимальные значения подачи, оборотов и глубины резания. Эпюра напряжений представлена на рисунке 5.5.=280 мм/мин,=5200 об/мин;=0.04 мм.

Рисунок 5.5 - Эпюра напряжений

Методика расчета напряженного деформированного состояния для участка детали, в котором возникли вибрации, производится аналогично. Отличием является критерий оценки в связи с различной природой дефекта. Если в предыдущих расчетах производилась оценка по величине напряжения на детали, то в данных расчетах, оценка ведется по величине перемещения детали в момент обработки относительно своего статичного положения.

Использовав ранее полученные данные и проведя серию расчетов напряженного деформированного состояния, были получены следующие значения величин влияющих на качество получаемой поверхности: F=240 мм/мин.,S=5000 об/мин.,t=0,04 мм.. Данные отображенные на эпюре перемещений (рисунок 5.6) указывают на то, что величина отклонения не превышает допустимое значение, а следовательно, при использования полученных значений, возникновение вибраций приводящих к дефекту поверхности исключено.

Дальнейшим этапом по оптимизации является изменение управляющей программы. Данные действия могут производиться двумя различными способами. Первый способ аналогичен ручной оптимизации и подразумевает под собой ручное изменение управляющей программы по средствам редактора УП. Вторым способом является изменение, полученных в результате расчетов величин, непосредственно в среде САМ-системы, путем указания необходимых численных значений в параметрах перехода обработки.

Рисунок 5.6 - Эпюра перемещений

Выбор одного из способов корректировки управляющей программы, целиком и полностью, ложиться технолога-программиста, который учитывает все факторы, влияющие на разработку и оптимизацию.

5.3 Оптимизация с использованием программного обеспечения

Оптимизация с использованием программного обеспечения получает все большую популярность среди крупных предприятий, использующих дорогостоящее механообрабатывающее оборудование. Большинство производителей САМ-систем создают и программы для оптимизации траекторий, движений и режимов обработки. Данные программы могут поставляться как отдельные продукты, так и как встроенные модули непосредственно в саму САМ-систему. Часто встречающимися примерами таких программ являются: Vericut (CGTech), NX (SieМens), PTC CreoParaМetric (бывш.Pro/ENGINEER) (РТС), отечественная система Техтран (НИП-Информатика). Для рассмотрения вопроса оптимизации воспользуемся данными по программе Vericut и его модулю OptiPath.

Данное программное обеспечение позволяет производить корректировку управляющих программ по большому спектру показателей. К таким особенностям относится разделение оптимизация черной и чистовой обработки отдельно друг от друга.

Цель черновой обработки - удаление как можно большего количества материала за меньшее время. OptiPath обеспечивает поддержку максимально безопасных режимов работы инструмента при различных условиях резания. Например, при плоскостной черновой обработке детали из алюминиевого сплава, удаление материала можно осуществлять с постоянной глубиной резания, а ширину резания при этом, от прохода к проходу, варьировать в широком диапазоне значений. OptiPath производит изменение скоростей подачи, для поддержания постоянного объема снимаемого материала.

При чистовой обработке толщина стружки обычно зависит от геометрии, оставшейся после черновой обработки. OptiPath делает возможным произвести оптимизацию скорости подачи таким образом, чтобы обеспечить неизменное значение толщины стружки. Результатом этого является повышение стойкости режущего инструмента и улучшения качества поверхности при обработке. Эти моменты особенно важны при обработке сферическими фрезами или при контурной обработке с малым значением ширины резания. Например, при получистовой или чистовой обработке формообразующих. Неизменная величина толщины снимаемой стружки рекомендуется почти всеми производителями инструмента.

Преимуществом программной оптимизации является возможность работы с УП для обработки сложных сплайн-поверхностей. Данные продукты позволяют оптимизировать подачу режущего инструмента на протяжении всей траектории его движения. Более подробно данный процесс изображен на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7 - Сравнение УП

Так же к особенностям данного вида оптимизации стоит отнести то, что программа позволяет корректировать управляющую программу, созданную для высокопроизводительной высокоскоростной обработки. Модуль OptiPath отслеживает величину снимаемого материала и производит корректировку режимов обработки, сохраняя постоянную толщину стружки. Это дает возможность не только обеспечить более эффективный процесс механической обработки, но и защитить оборудование и режущий инструмент от поломки (рисунок 5.8).

Использование данного метода позволяет добиться максимального эффекта для производства, за счет следующих показателей:

улучшения качества обработки - фиксированное усилие резания способствует меньшему отжиму инструмента или полностью исключает данное явление. Благодаря этому обеспечивается качество обработки в углах, на ребрах и на участках сопряжения, при чистовом переходе;

Рисунок 5.8 - Высокоскоростная обработка

увеличивается жизненный ресурс металлорежущего инструмента;

уменьшается износа станка - фиксированное значение усилия резания снижает нагрузки на приводы и обеспечивает их плавную работу;

оптимальное использование времени.

Принимая во внимания все особенности данного метода оптимизации, хочется отметить, что на данный момент он является самым оптимальным и предоставляет максимальную эффективность оптимизации. Но также, нельзя не сказать о том, что подобный способ улучшения управляющей программы является дорогостоящим, лицензии на программное обеспечение исчисляются тысячами долларов, и не все предприятия могу позволить себе их использование, открывая тем самым возможности для поиска других путей по оптимизации.

5.4 Создание "плагина" для САМ-системы или редактора УП

Промежуточным звеном, на пути между ручной и программной оптимизацией, можно отметить метод создания программных модулей динамически подключаемых к САМ-системе или редактору и расширяющие ее возможности.

Одним из основных этапов данного метода, является постановка задачи(критерия) по которому будет производиться оптимизация (в расчет не берутся универсальные модули больших размеров выполняющие сразу несколько функций). На этом этапе программист выбирает ту характеристику (значение, элемент) управляющей программы, который будет редактироваться. Данный выбор сугубо индивидуален и подбирается для каждого конкретно случая. В данной работе рассматривается возможность изменения режимов обработки на чистовых проходах в процентном соотношении с величинами установленным для черновой обработки.

Последующим шагом при создании плагина, идет процесс создания алгоритма работы данного модуля. Наиболее наглядным способом для этого процесса является создание блок-схемы алгоритма (рисунок 5.9).

Одной из особенностей создания данного плагина, является владение навыками программирования. В рамках диссертационного исследования, при создания программного модуля были использованы такие языки программирования как Delphiи JavaScript.

Основной задачей программного модуля, была выбрана замена параметров в управляющей программе влияющих на получение чистовых

Рисунок 5.9 - Блок-схема алгоритма

поверхностей в процессе обработки детали. Такими параметрами являются режимы обработки, характеристики режущего инструмента и величина снимаемого слоя материала. Плагин (рисунок 5.10) взаимодействует, напрямую с редактором управляющей программы, производя корректировку кода УП.

Принцип работы данного модуля основан на том, что пользователь (технолог-программист), заранее зная параметры необходимые для замены, указывает диапазон величин снимаемого материала на чистовом проходе и указывает на номер инструмента в программе, по исходным значениям выбирает нужный переход. Далее путем ввода в пустые ячейки требуемых значений, производит замену значений данных параметров непосредственно в самой управляющей программе.

Использование данного плагина на практике показало его эффективность при работе с управляющими программами для пяти координатных фрезерных центров. В связи с большим объем УП, программный модуль производит действия по оптимизации в разы быстрее, чем, если б эти же действия выполнял человек.

Рисунок 5.10 - Плагин оптимизации УП

Как и любой другой, данный метод имеет свои сильные и слабые стороны. К преимуществам можно отнести относительную простоту и доступность данного метода, удобство использования и широкий диапазон возможностей данных плагинов, затраты времени и средств на которые значительно меньше, чем на разработку полноценных программных продуктов описанных в п.5.3. К минусам данного метода, в первую очередь, тот факт, что не в каждом технологическом бюро есть специалисты способные создать подобное средство оптимизации, из-за нехватки или отсутствия знания по языкам программирования. Так же к недостаткам относится то, что для полноценной оптимизации управляющей программы по большому количеству критериев потребуется создание не одного, не двух, а целого десятка простых плагинов, с последующей необходимостью объединения их в единое решение. Данный процесс влечет за собой значительные затраты времени, которое является дорогостоящим ресурсом на небольших производствах и предприятиях.

Проводя общее сравнение все методов оптимизации перечисленных выше, можно выделить, что каждый способ по-своему уникален и имеет своего конечного пользователя. Задачи, решаемые на производствах настолько различны, что с точностью утверждать, что данный метод является единственно верным и удовлетворяет всем критериям, не приходится.

С точностью можно утверждать, что после оптимизации управляющих программ увеличивает эффективность работы механообрабатывающего оборудования - в зависимости от метода время обработки сокращается от 10% до 50%, уменьшая тем самым машинное время, включающее в себя основное (время, непосредственно, механической обработки) и вспомогательное, например время, затрачиваемое на смену инструмента. Увеличивается стойкость режущего инструмента, за счет оптимальных режимов обработки для конкретных участков детали. Так же уменьшаются нагрузки, действующие на рабочие органа станков (например, ударные нагрузки, при резкой смене типа перемещения стола с рабочей подачи на холостой ход, при больших разницах в значениях этих подач). Это позволяет продлить срок службы механообрабатывающего оборудования и увеличить его рабочее время.

6. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результатом любого из методов оптимизации является откорректированная определенным образом управляющая программа. Реальный эффект проведенных изменений наблюдается при повторной отработке управляющей программы на станке с ЧПУ. Результатом этой обработки будет являться вторая деталь.

6.1 Оценка результатов детали полученной по оптимизированной программе

Как правило, после всех корректировок управляющей программы, последующие детали обработанные по ней являются 100% годными (в расчет не берутся факторы связанные с износом инструмента, некачественной поставкой материала и прочими воздействиями, не зависящими от технолога-программиста).

В процессе отработки оптимизированной управляющей программы, была получена деталь без дефектов на поверхности и удовлетворяющая всем техническим требованиям, установленным в конструкторской документации (рисунок 6.1, рисунок 6.2, рисунок 6.3).

Рисунок 6.1 - Деталь после оптимизации УП

Рисунок 6.2 - Деталь после оптимизации УП

Как видно на представленных изображениях, присутствовавшие дефекты, на первой обработанной детали, отсутствуют. Так же результатом оптимизации стало сокращение времени обработки, за счет уменьшения времени работы оборудования на холостых ходах (G00), более рационального подвода/отвода, сокращения количества «пустых» проходов (по воздуху) и движений режущего инструмента.

Рисунок 6.3 - Деталь после оптимизации УП

6.2 Сравнение методов оптимизации использованных в работе

При имеющейся возможности выбора метода, с помощью которого будет производиться оптимизация, необходимо определить нужную степень корректировки программы. В данной работе, в силу того, что первая деталь имела дефекты на поверхности, был использован метод с использованием расчета напряженно деформированного состояния. Результатом стали оптимальные значения режимов обработки и снимаемого материала.

Так же, помимо расчета НДС, был использован метод с использованием плагина для редактора УП. Обоснованностью выбора данного метода послужило большое количество кадров программы, корректировка которых в ручном режиме стала бы очень затратным, по времени, процессом.

Еще одним методом, использованным в диссертационной работе, стала ручная корректировка с использованием редактора УП. В пользу использования данного метода выступили большое количество смены режущего инструмента, использованного при обработке детали, и пустых проходов инструмента, вызванное несовершенством алгоритмов САМ-системы при создании траекторий обработки детали, и использованного постпроцессора.

Комплексное применение методов на практике дает возможность произвести более глубокую и детальную оптимизацию, по сравнению с их одиночным использованием. Так, к примеру, расчет НДС предоставляет оптимальные данные для конкретного момента процесса обработки, но в то же время обязывает технолога-программиста затратить значительное количество времени на корректировку управляющей программы в ручном режиме. Применение программного модуля позволяет произвести быструю замену значений параметров, без использования точного расчета, используя лишь приближенные (интуитивные) значения. Руной метод позволил произвести предварительную подготовку инструмента и исключить переходы, на которых отсутствует обработка.

Совокупность использования данных методов дает максимальный эффект и позволяет сократить время на процесс оптимизации и корректировки, позволяя получать на «выходе» абсолютно годную деталь.

В результате процесса оптимизации, на примере одного и того же фрагмента обработки, приведенного в приложении 4, по двум управляющим программам, стоит выделить основные изменения, указывающие на положительный эффект от проведенных изменений:

Сокращение времени обработки с 10 минут 38 секунд до 6 минут 55 секунд;

Количество строк блока сократилось с 252 до 138;

Размер занимаемый на стойке ЧПУ стал 1,98 КБ, при имевшихся изначально 6,55 КБ.

Подводя итог проведенному производственному эксперименту, можно сказать, что применение оптимизации позволило сократить машинное время при обработке детали «основание» на 35%, увеличить стойкость используемого инструмента на 15%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выпускной квалификационной работе был проведён анализ литературных источников, в которых рассматриваются технологии, оборудование, инструменты для создания и оптимизации управляющих программ. Рассмотрена общая структура УП. Была определена актуальность вопроса оптимизации, на примере разработанной и внедренной программы для изготовления детали «Основание». Проведен анализ полученных результатов. С использованием полученных данных разработаны следующие методы оптимизации управляющих программ:

Ручной метод;

Метод с использованием расчета напряженно деформированного состояния детали в процессе механической обработки на пятикоординатном фрезерном обрабатывающем центре;

Использование плагина для редактора управляющих программ.

Так же был рассмотрен метод оптимизации с использованием программного обеспечения. Дана оценка положительным и отрицательным сторонам каждого метода.

Данные методы были применены для оптимизации управляющей программы изготовления детали «Основание». Проведено сравнение полученных результатов, с результатами первоначальной обработки.

Разработанные методы были применены на практике в отделе главного технолога АО «ВОМЗ».

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Аверченков, В. В. САПР технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов: Учебное пособие для вузов / В. В. Аверченков, И. С. Кашталъян, А. Н. Пархутик. - Москва: Высшая школа,1993. - 288 с.

.Алексанкин, Я. Я. Автоматизированное проектирование систем автоматизированного управления / Я. Я. Алексанкин, А. Н. Бржозовский, В. С, Жданов. - Москва: Машиностроение, 1990. - 334 с.

.Балакшин, Б. С. Основы технологии машиностроения / Б. С. Балакшин. - Москва: Машиностроение. 2-е изд., испр. 2003. - 88 с.

.Барангукова, И. А. Проектирование технологии: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / И. А. Барангукова, А. Гусев.- Москва: Машиностроение, 2000. - 416 с.

.Переверзев, П. Моделирование и оптимизация программ в автоматизированном машиностроительном производстве /П. Переверзев // Вестник ЮУрГУ. - 2012. - №12. - С.150-157.

.Жмурин, В. Возможности подготовки управляющих программ в системе FEATURECAМ 2008 /В. Жмурин // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2009. - № 4. - С.239-243.

.Сидорчик, Е. Повышение качества управляющих программ для изготовления деталей и заготовок на станках ЧПУ. /Е. Сидорчик // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2013. -№ 6-1. - С.200-203.

.Харченко, А. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие для студентов вузов / А. Харченко. - Санкт-Петербург: Профессионал, 2004. - 304 с.

.Невлюдов, И. Использование CAD/CAМ/CAE/CAPP при формировании управляющих программ для станков с ЧПУ /И. Невлюдов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий.- 2010. -№ 44. - С.37- 44.

.Кряжев, Д. Ю. Фрезерная обработка на станках с ЧПУ / Д. Ю. Кряжев - Екатеринбург. - 2005. - 41 с.

.Серебряков, А. А. Библиотека технологических решений как инструмент автоматизации технологической подготовки производства /А. А. Серебряков // САПР и графика. - 2008. - №5. - С.70-75.

.Дерябин, А.Л. Программирование технологических процессов на станках с ЧПУ / А.Л. Дерябин - Москва: Машиностроение, 1984. - 224с.

.Берхеев, М.М. Основы систем автоматизированного проектирования / М.М. Берхеев, И.А. Заляев, Ю. В. Кожевников - Москва: Высшая школа, 2001. - 253 с.

.Харченко, А.О. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие для студентов вузов / А. О. Харченко - Санкт-Петербург: «Профессионал», 2004. - 304 с.

.Ловыгин, А.А. Современный станок с ЧПУ и CAD/САМ-система / А. В. Васильев, С. Ю. Кривцов - Москва: «Эльф ИПР»,2006. - 286с.

.Андриченко А.Н. "Вертикаль" - новое поколение технологически САПР /А. Н. Андриченко //САПР и графика. - 2005. - №6.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Чертеж и маршрутная карта технологического процесса изготовления детали с использованием трехкоординатного фрезерного оборудования







ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Маршрутный технологический процесс изготовления детали с использованием пятикоординатного фрезерного оборудования










ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Таблица основных G и М кодов

Таблица 1 - Основные G и M коды

КодОписаниеG00ПозиционированиеG01Линейная интерполяцияG02Круговая интерполяция/ винтовая интерполяция (по часовой стрелке)G03Круговая интерполяция/ винтовая интерполяция (против часовой стрелке)G04Остановка с выдержкой времени, точная остановкаG05Функция высокоскоростной обработкиG07.1 (G107)Цилиндрическая интерполяцияG08Функция Lookahead - упреждающее чтениеG09Точная остановкаG10Ввод программируемых данныхG11Отмена режима ввода программируемых величинG15Отмена режима программирования в полярных координатахG16Режим программирования в полярных координатахG17Выбор плоскости интерполяции XpYp. Xp-ось Х или // ей осьG18Выбор плоскости интерполяции XpYp. Xp-ось Х или // ей осьG19Выбор плоскости интерполяции XpYp. Xp-ось Х или // ей осьG20Ввод в дюймахG21Ввод в миллиметрахG22Включенная функция проверки ходаG23Выключенная функция проверки ходаG25Выключение распознавания колебаний скорости шпинделяG26Включение распознавания колебаний скорости шпинделяG27Проверка возврата в исходную точкуG28Возврат к исходной позицииG29Возврат из исходной позицииG30Второй, третий, четвертый возврат в исходную позициюG31Функция пропускаG33Нарезка резьбыG37Автоматическое измерение длины инструментаG40Отмена коррекции на радиусG41Левая коррекция на радиусG42Правая коррекция на радиусG43Коррекция на длину инструмента + направлениеG44Коррекция на длину инструмента - направлениеG45Увеличение коррекции на инструментG46Уменьшение коррекции на инструментG47Двойное увеличение коррекции на инструментG48Двойное уменьшение коррекции на инструментG49Отмена коррекции на длину инструментаG50Отмена изменения масштабаG51Изменение масштабаG52Установка локальной системы координатG53Выбор системы координат станкаG54Выбор системы координат детали 1G55Выбор системы координат детали 2G56Выбор системы координат детали 3G57Выбор системы координат детали 4G58Выбор системы координат детали 5G59Выбор системы координат детали 6G60Определение координат в одном направленииG61Режим точной остановкиG62Автоматическая коррекция угловой точкиG63Режим нарезки резьбы метчикомG64Режим обработки резаниемG65Вызов макрокомандыG66Модальный вызов макрокомандыG67Отмена модального вызова макрокомандыG68Поворот системы координатG69Отмена поворота системы координатG73Цикл сверления с периодическим выводом сверла из отверстияG74Цикл нарезки резьбы метчикомG76Цикл чистого растачиванияG80Отмена встроенного циклаG81Цикл сверления или чистового растачивания центра отверстияG82Цикл сверления или чистого растачиванияG83Цикл сверления с периодическим выводом сверла из отверстияG84Цикл нарезки резьбы метчикомG85Цикл растачиванияG86Цикл растачиванияG87Цикл обратного растачиванияG88Цикл растачиванияG89Цикл растачиванияG90Программирование в абсолютных величинахG91Программирование в приращенияхG92Сдвиг текущей системы координат или ограничение максимальной частоты вращения шпинделяG94Подача в мм/минутаG95Подача в мм/оборотG96Функция постоянной скорости резанияG97Функция постоянной частоты вращения шпинделяG98Возврат к начальной точке в постоянном циклеG99Возврат к точке R в постоянном циклеМ0Безусловный останов программыМ1Условный останов программыМ2Конец программыМ3Включение вращения шпинделя по часовой стрелкеМ4Включение вращения шпинделя против часовой стрелкиМ5Остановка шпинделяМ6Автоматическая смена инструментаМ7Включение обдувки воздухомМ8Включение охлаждения СОЖМ9Выключение охлажденияМ10Отключение обдувки воздухомМ11Зажим инструментаМ12Разжим инструментаМ13Включение вращения шпинделя по часовой стрелке совместно с включением СОЖМ14Включение вращения шпинделя против часовой стрелки совместно с включением СОЖМ15Включение СОЖ для смыва стружки в поддонМ19Ориентация шпинделяМ21Включение зеркального отображения программы вдоль оси ХМ22Включение зеркального отображения программы вдоль оси YМ23Отключение зеркального отображения программыМ29Включение режима жесткого нарезания резьбыМ30Конец программы с возможностью одновременного отключения питания станкаМ52Перемещение магазина на позицию вправоМ53Перемещение магазина на позицию влевоМ70Инициализация магазинаМ71Опускание активного карамана магазинаМ72Поворот манипулятора магазина на 60 град.М73Разжим инструментаМ74Поворот манипулятора магазина на 120 град.М75Зажим инструментаМ76Поворот манипулятора магазина на 180 град.М77Поднятие активного кармана магазинаМ98Вызов подпрограммыМ99Возврат в основную программу

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Сравнение фрагментов управляющих программ

Фрагмент УП до оптимизации:

T1

М06

G0G90C0.A-90.

G68.2X0Y0Z0.I0.J-90.K0.

G53.1

G0 G90 X-67.473 Y48.996 S5000 М03

G43 H1 Z50.

Z-12.66 М08Z-23.339 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.018 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.698 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.377 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.056 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.735 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.414 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.093 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.773 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.452 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.131 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.81 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.489 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.168 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.847 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.527 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.206 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.885 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.473 Y48.996.935 F2000.D1 X-76.395 Y53.512 F400..291 Y72.694.49.808 Y36.782X-112.809 Y36.724 I-.041 J-.029X-125.61 Y19.104.164 Y18.343.522 Y15.096X-130.541 Y7.29 I8.899 J-6.465G40 X-129.2 Y-3.628.45 Y49.041D1 X-76.372 Y53.557.279 Y72.744.585.849 Y36.753.651 Y19.133.204 Y18.372.562 Y15.126X-130.581 Y7.32 I8.899 J-6.466G40 X-129.241 Y-3.599Z50.

М09

М05G28Z0.Y0.X0

М01

Фрагмент УП после оптимизации:

T1

М06

T2G90C0.A-90..2X0Y0Z0.I0.J-90.K0..1G90 X-67.464 Y49.014 S5000 М03H1 Z50..66 М08Z-23.34 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.34Z-24.021 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.021Z-24.701 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.701Z-25.381 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.381Z-26.061 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.061Z-26.742 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.742Z-27.422 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.422Z-28.102 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.102Z-28.782 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.782Z-29.463 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.463Z-30.143 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.143Z-30.823 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.823Z-31.504 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.504Z-32.184 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.184Z-32.864 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.864Z-33.544 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.544Z-34.225 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.225Z-34.905 F2000.

М98 P2549G90 Z50..464 Y49.014.905Z-34.935 F2000.

М98 P2549G90 Z50..45 Y49.041.905Z-34.935 F2000.

М98 P2550G90 Z50. М09

М05G28Z0.Y0.X0

М01D1 X-76.386 Y53.53 F400..286 Y72.714.528.824 Y36.77X-112.825 Y36.736 I-.025 J-.017X-125.627 Y19.116.18 Y18.354.538 Y15.108X-130.557 Y7.302 I8.899 J-6.466G40 X-129.216 Y-3.616

М99D1 X-76.372 Y53.557 F200..279 Y72.744.585.849 Y36.753.651 Y19.133.204 Y18.372.562 Y15.126X-130.581 Y7.32 I8.899 J-6.466

G1 G40 X-129.241 Y-3.599

М99

%

а

Похожие работы на - Разработка методов оптимизации управляющих программ для 5-ти координатных фрезерных обрабатывающих центров

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!