h1 Программирование обработки на станках с ЧПУ

В очередном выпуске публикаций материалов из книги Ловыгина А.А., Васильева А.В. и Кривцова С.Ю. освещаем основы программирования обработки деталей на станках с ЧПУ.

Методы программирования

Существует три метода программирования обработки для станков с ЧПУ:

• ручное программирование

• программирование на пульте УЧПУ

• программирование при помощи CAD/CAM системы.

Прочитав предыдущие главы, вы, наверное, заметили, что ручное программирование является довольно утомительным занятием. Однако все технологи-программисты должны иметь хорошее представление о технике ручного программирования независимо от того, как на самом деле они работают. Это как начальные классы в школе, обучение в которых дает нам базу для последующего образования. В нашей стране существует еще немало предприятий. на которых используется метод ручного программирования. Действительно. если завод имеет несколько станков с ЧПУ, а изготавливаемые детали просты, то грамотный программист способен довольно успешно работать и без средств автоматизации собственного труда.

Метод программирования на пульте УЧПУ приобрел особую популярность лишь в последние годы. Это связано с техническим развитием систем ЧПУ, улучшением их интерфейса и возможностей. В этом случае, программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ, используя клавиатуру и дисплей. Современные системы ЧПУ действительно позволяют работать очень эффективно. Например, оператор станка может произвести верификацию УП или выбрать требуемый постоянный цикл при помощи специальных пиктограмм и вставить его в код УП. Некоторые системы ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования, который значительно упрощает процесс создания УП, делает “общение” с ЧПУ удобным для оператора

Третий метод - программирование при помощи CAD/CAM системы позволяет “поднять” процесс написания программ обработки на более высокий уровень. Работая с CAD/CAM системой, технолог-программист избавляет себя от трудоемких математических расчетов и получает инструменты, значительно повышающие скорость написания УП.

Несмотря на то, что сегодня существует не один десяток САМ систем, и все они отличаются интерфейсом и возможностями, порядок работы с ними примерно одинаков.

Выбор геометрии

Самым первым действием технолога-программиста является выбор геометрических элементов, подлежащих обработке. Такие геометрические элементы называются рабочими или обрабатываемыми. Это могут быть линии, поверхности, грани и ребра 3D моделей и т.д.

Современные САМ системы позволяют контролировать перемещение инструмента не только относительно рабочих элементов, но и относительно других геометрических элементов. Можно выбрать контролируемые элементы, которых инструмент не должен касаться ни при каких условиях.

Некоторые САМ системы требуют определения геометрии заготовки уже на начальном этапе проектирования обработки. Это означает, что система “видит” заготовку и рассчитывает траектории исходя из действительного припуска. Заготовка может быть определена несколькими способа¬ми:

• в виде цилиндра

• в виде параллелепипеда

• произвольной формы

Рис. 12.11. Цилиндрическая заготовка.

Рис. 12.12. Заготовка в форме параллелепипеда.

Рис. 12.13. Для построения заготовок сложных форм, имитирующих отливки и поковки САМ система может создавать модели заготовок, смещая внешние границы 3D модели детали на указанное расстояние. Большинство современных CAD/CAM систем позволяет импортировать 3D модель заготовки, которая была создана в другой или в этой же системе.

Существуют системы, которые не требуют определения геометрии заготовки на этом этапе. Заготовка назначается и используется только на этапе верификации и не участвует в процессе расчета траекторий. Такое решение является недостаточно эффективным, так как при расчетах система всегда исходит из заготовки правильной формы - параллелепипеда или цилиндра. Если же на самом деле заготовка имеет неправильную форму, то система может сформировать довольно много холостых ходов.

Выбирая геометрические элементы, подлежащие обработке технолог- программист должен учитывать положение детали и заготовки относительно нулевой точки. Здесь есть два пути. Во-первых, можно сместить 3D модель детали относительно нулевой точки, таким образом, чтобы выбранный элемент совпал с ней. Во-вторых, можно смещать нулевую точку относительно модели, “привязывая” ее к определенному геометрическому элементу. Однако это не означает, что первоначальный выбор нулевой точки является окончательным. Система позволяет изменять любые параметры, в том числе и положение нулевой точки детали, в любой момент и на любом этапе проектирования обработки.

Выбор стратегии и инструмента обработки

На втором этапе работы с САМ системой технолог-программист выбирает стратегию и параметры обработки, назначает инструмент и режимы резания. Современная система обычно имеет солидный набор стратегий и позволяет выполнить обработку одной и той же детали разными способами.

Условно все стратегии можно разделить на черновые и чистовые, стратегии плоской и объемной обработки. Рассмотрим стратегии, характерные для большинства современных САМ систем.

Плоская обработка

Стратегии плоской обработки применяются при работе с 2D геометрией. В этом случае не требуется большого разнообразия - вся обработка сводится к фрезерованию контура или плоскости, выборке кармана и обработке отверстий (рис. 12.14-12.17).

Рис. 12.14. Контурная стратегия (Contour). Для чернового фрезерования указывается количество проходов и шаг между ними (перекрытие).

Рис. 12.15. Обработка кармана (Pocket). Эта стратегия предназначена для выборки замкнутых областей. Основными параметрами являются: шаг между проходами фрезы и тип траектории (параллельная, спиральная, зигзаг и др).

Рис. 12.16. Обработка плоскости (Face). Основными параметрами для этой стратегии являются: шаг между проходами фрезы и угол обработки (45 градусов в данном примере).

Рис. 12.17. Обработка отверстий - сверление (Drill), нарезание резьбы (Threading), растачивание (Boring). Основные параметры - тип операции и глубина обработки.

Объемная обработка

Стратегии объемной обработки предназначены для работы с 3D моделями. Эти стратегии отличаются большим разнообразием, однако все они условно могут быть разделены на черновые и чистовые.

Стратегии объемной черновой обработки предназначены для быстрой послойной выборки большого объема материала и подготовки детали к последующей чистовой обработке. Стратегии объемной чистовой обработки используются для окончательного фрезерования поверхностей с требуемым качеством. Зачастую при объемном чистовом фрезеровании управление перемещением режущего инструмента осуществляется одновременно минимум по трем координатам. Как правило, при объемной обработке используют сферические фрезы. В этом случае произвести расчет перемещения инструмента самостоятельно, без использования CAD/CAM системы чрезвычайно трудно.

В качестве примеров, рассмотрим некоторые стратегии объемной об¬работки более подробно.

Обработка кармана - стратегия, предназначенная для эффективного удаления материала из закрытых или открытых карманов. Существует множество схем карманной обработки: зигзаг, в одном направлении, параллельная и круговая спираль. Современная CAD/CAM система выбирает оптимальную схему фрезерования, обеспечивая максимальную производительность и минимальное число холостых ходов. Как правило, эта стратегия заключается в последовательной послойной выборке материала и выполнении заключительного чистового обхода контура на окончательной глубине. При зигзагообразной схеме обработки кармана происходит изменение вида фрезерования - с встречного на попутное или наоборот.

Стратегия радиальной обработки обычно применяется для черновой или чистовой обработки деталей круглой формы. Перемещение инструмента в этой стратегии производится от центра детали к ее внешним границам (или наоборот) с постепенным изменением угла в плоскости обработки.

Рис. 12.18. Послойная обработка кармана.

Рис. 12.19. Черновая радиальная обработка.

С помощью черновой вертикальной выборки можно быстро обработать деталь, используя движения аналогичные сверлению. Производства использующие такую стратегию, приобретают специальные плунжерные фрезы, позволяющие быстро выбрать материал и имеющие подвод охлаждающей жидкости через ось инструмента. Стратегия черновой вертикальной выборки отлично подходит для обработки глубоких впадин и карманов.

Рис. 12.20. Результат применения стратегии черновой вертикальной выборки.

Стратегия фрезерования остатков (дообработка) позволяет автоматически удалить материал, оставшийся от предыдущей операции. Для увеличения производительности обработки принято выбирать материал сначала инструментом большого диаметра, а уже затем производить фрезерование в труднодоступных местах инструментом меньшего диаметра Система, анализируя объем снятого и оставшегося материала, автоматически генерирует траекторию для выборки материала, который не был удален в предыдущей операции обработки.

Стратегия контурной обработки используется для черновой или чистовой контурной обработки деталей произвольной формы. Суть стратегии заключается в удалении припуска за счет проходов фрезы по контурам, созданным путем “смещения ” границ текущего слоя по Z.

Стратегию обработки по потоковым линиям применяют для чистовой обработки любых поверхностей. Система создает траектории с учетом формы и направления поверхностей.

Карандашная стратегия предназначена для окончательной обработки углов и стыков между поверхностями.

Рис. 12.21. Стратегия дообработки меньшим инструментом.

Рис. 12.22. Объемная контурная обработка.

Рис. 12.23. Обработка по потоковым линиям

Рис. 12.24. Карандашная обработка.

Стратегия проекционной обработки позволяет наложить на любой участок обрабатываемой поверхности своеобразный шаблон траектории движения инструмента или спроецировать плоскую траекторию на 3D модель.

Рис. 12.25. Сначала была создана траектория для обработки плоского эскиза “Волк”. А уже затем траектория была спроецирована на сферическую поверхность.

После выбора стратегии и определения основных параметров обработки необходимо назначить режущий инструмент, либо выбрать его из библиотеки инструментов. На этом же этапе определяются режимы резания: скорость рабочей подачи, обороты шпинделя и программируется включение или выключение СОЖ. Результатом второго этапа является сформированная траектория. В дереве операций САМ системы должна появиться новая техно¬логическая операция.

Языки для программирования обработки на ЧПУ

С момента появления первых станков с ЧПУ до внедрения новейших обрабатывающих центров появились различные языки для программирования обработки. Сегодня программирование в G и М кодах является наиболее популярным. Язык G и М кодов основывается на положениях Международной организации по стандартизации (ISO) и Ассоциации электронной промышленности (EIA). Официально этот язык считается стандартом для американских и европейских производителей оборудования с ЧПУ, и иногда его называют “ИСО 7 бит”. Однако производители систем ЧПУ хоть и придерживаются этих стандартов для описания основных функций, но допускают вольности и отступления от правил, когда речь заходит о каких-либо специальных возможностях своих систем.

Системы ЧПУ Fanuc (Япония) были одними из первых, адаптированных под работу с G и М кодами ISO и использующими этот стандарт наиболее полно. В настоящее время стойки Fanuc являются очень популярными и наиболее распространенными как за рубежом, так и в России. Поэтому в этой книге основой для описания программирования в G и М кодах будет именно стиль СЧПУ Fanuc.

Стойки ЧПУ других известных производителей, например Heidenhain и Sinumerik (Siemens), также имеют возможности по работе с G и М кодами, однако некоторые коды все же могут отличаться. Но не стоит этого пугаться. Нет никакой необходимости знать все коды всех систем ЧПУ. Достаточно знать набор основных G и М кодов, а о возникшей разнице в программировании специфических функций можно узнать из документации к конкретной системе. Освоив стиль программирования Fanuc, скорее всего, вы сможете работать на любом другом оборудовании с ЧПУ.

Некоторые производители систем ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования Этот язык упрощает общение с системой, особенно для новых операторов, так как основой для него служат англоязычные предложения, сокращения, вопросы и графические элементы, которые вводятся опера¬тором станка в интерактивном режиме.