для чего в начале программы находятся код начала программы и номер программы
Автоматическое управление
На сегодняшний день практически каждое предприятие, занимающееся механической обработкой, имеет в своем распоряжении станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Станки с ЧПУ выполняют все те же функции, что и обычные станки с ручным управлением, однако перемещения исполнительных органов этих станков управляются электроникой. В чем же основное преимущество станков с ЧПУ и почему все большее число заводов предпочитает вкладывать деньги именно в современное оборудование с автоматическим управлением, а не покупать относительно дешевые универсальные станки?
 Рис. 1.1. Универсальный сверлильно-фрезерный станок |
Первым, очевидным плюсом от использования станков с ЧПУ является более высокий уровень автоматизации производства. Случаи вмешательства оператора станка в процесс изготовления детали сведены к минимуму. Станки с ЧПУ могут работать практически автономно, день за днем, неделю за неделей, выпуская продукцию с неизменно высоким качеством. При этом главной заботой станочника-оператора являются в основном подготовительно-заключительные операции: установка и снятие детали, наладка инструмента и т. д. В результате один работник может обслуживать одновременно несколько станков.
Вторым преимуществом является производственная гибкость. Это значит, что для обработки разных деталей нужно всего лишь заменить программу. А уже проверенная и отработанная программа может быть использована в любой момент и любое число раз.
Третьим плюсом являются высокая точность и повторяемость обработки. По одной и той же программе вы сможете изготовить с требуемым качеством тысячи практически идентичных деталей. Ну и, наконец, числовое программное управление позволяет обрабатывать такие детали, которые невозможно изготовить на обычном оборудовании. Это детали со сложной пространственной формой, например штампы и пресс-формы.
Рис. 1.2. Фрезерный станок с ЧПУ фирмы Doosan
Стоит отметить, что сама методика работы по программе позволяет более точно предсказывать время обработки некоторой партии деталей и соответственно более полно загружать оборудование.
Станки с ЧПУ стоят достаточно дорого и требуют больших затрат на установку и обслуживание, чем обычные станки. Тем не менее их высокая производительность легко может перекрыть все затраты при грамотном использовании и соответствующих объемах производства.
Давайте разберемся, что же такое ЧПУ. Числовое программное управление – это автоматическое управление станком при помощи компьютера (который находится внутри станка) и программы обработки (управляющей программы). До изобретения ЧПУ управление станком осуществлялось вручную или механически.
Осевыми перемещениями станка с ЧПУ руководит компьютер, который читает управляющую программу (УП) и выдает команды соответствующим двигателям. Двигатели заставляют перемещаться исполнительные органы станка – рабочий стол или колонну со шпинделем. В результате производится механическая обработка детали. Датчики, установленные на направляющих, посылают информацию о фактической позиции исполнительного органа обратно в компьютер. Это называется обратной связью. Как только компьютер узнает о том, что исполнительный орган станка находится в требуемой позиции, он выполняет следующее перемещение. Такой процесс продолжается, пока чтение управляющей программы не подойдет к концу.
По своей конструкции и внешнему виду станки с ЧПУ похожи на обычные универсальные станки. Единственное внешнее отличие этих двух типов станков заключается в наличии у станка с ЧПУ устройства числового программного управления (УЧПУ), которое часто называют стойкой ЧПУ.
Рис. 1.3. Стойка ЧПУ Heidenhain TNC
Формат программы
Одна и та же управляющая программа может выглядеть по-разному. В качестве примера этого явления приведем фрагмент все той же программы обработки паза:
…
N70 G01 Z-1 F25
N80 G01 X3 Y3
N90 G01 X7 Y3
N100 G01 X7 Y8
N110 G01 Z0.5
…
Так как G01 является модальным кодом, то совсем не обязательно указывать этот код в каждом кадре линейных перемещений. Поэтому данный фрагмент УП может выглядеть следующим образом:
…
N70 G01 Z-1 F25
N80 X3 Y3
N90 X7 Y3
N100 X7 Y8
N110 Z0.5
…
СЧПУ читает первый кадр, в котором задается линейное перемещение по оси Z на глубину 1 мм (Z-1). Затем считывается второй кадр, в котором присутствуют координаты, но нет другого G-кода. Так как G01 является модальным кодом, то он сохраняется в памяти и используется СЧПУ для работы с новыми координатами. Можно сказать, что адреса X и Y также являются модальными. То есть значения координат сохраняются в памяти, пока СЧПУ не заменит (обновит) их другими значениями координат. Таким образом, данный фрагмент УП можно переписать еще раз:
…
N70 G01 Z-1 F25
N80 X3 Y3
N90 X7
N100 Y8
N110 Z0.5
…
Система ЧПУ читает программу обработки кадр за кадром. При этом в буфер памяти системы попадает один или несколько кадров целиком. Для современных систем ЧПУ не принципиально, в каком месте кадра находится тот или иной код (слово данных). Однако некоторые станки, имеющие старые системы ЧПУ, могут быть очень придирчивы к порядку слов данных в кадре и к пробелам между ними. Для современной стойки три приведенных ниже кадра будут иметь совершенно одинаковый эффект:
N01 G55 G01 X30.45 Y2.35 M08
N02 M08 Y2.35 G55 X30.45 G01
N03 G01 X30.45 Y2.35 G55 M08
Для того чтобы программисту было легче создавать и читать УП, рекомендуется следующий порядок расположения слов данных и знаков программирования в кадре:
После номера кадра N обычно следует G-код. Это как глагол в предложении – G-коды говорят нам, какую функцию несет каждый кадр. Далее следуют адреса и координаты позиций осевых перемещений. М-коды обычно ставятся в конец кадра. Это правило действует, когда в кадре присутствует G-код. Тем не менее если в кадре нет G-кода, то многие программисты предпочитают ставить М-код в начало:
…
N40 M03 S1000
N50 G00 X3 Y8
…
В УП не допускаются пробелы между адресом (буквой) и числом или внутри G- и М-кодов. В приведенном кадре есть несколько ошибок, и СЧПУ станка обязательно будет на них «ругаться»:
Большинство современных стоек прекрасно работает и без пробелов между словами данных. Удаление пробелов позволяет сократить размер управляющей программы. Однако человеку, в отличие от компьютера, будет непривычно читать УП в таком варианте. Сравните два варианта одного и того же кадра:
Первый вариант явно читается легче, что означает меньшую вероятность ошибки при написании или проверке программы обработки.
Номера кадров для большинства современных СЧПУ не обязательны. Они используются для облегчения поиска требуемой информации в УП и для создания переходов к определенному кадру в некоторых особых случаях. Поэтому фрагмент программы, с которым мы работаем:
…
N70 G01 Z-1 F25
N80 X3 Y3
N90 X7
N100 Y8
N110 Z0.5
…
перепишем следующим образом:
Необходимо уделить особое внимание числовому формату, с которым ваша стойка ЧПУ сможет работать. Обычно система ЧПУ работает с десятичным форматом и позволяет использовать несколько знаков до десятичной точки и несколько знаков после нее (например, 999.999). Возможны различные варианты употребления ведущих (перед десятичной точкой) и последующих (после десятичной точки) нулей. Сравните:
В некоторых случаях наличие десятичной точки в определенных словах данных обязательно, а в других случаях недопустимо. Поэтому внимательно ознакомьтесь с разделом документации станка с ЧПУ, в котором говорится о формате программирования.
При работе с положительными числами не требуется вводить знак «+», так как СЧПУ исходит из положительного значения числа, если не введен никакой знак. Но при необходимости ввода отрицательного числового значения знак «–» должен быть запрограммирован обязательно.
Теперь мы можем сравнить первоначальный вариант программы обработки паза и новый вариант, созданный в этой главе (табл. 5.3). Несмотря на то что второй вариант УП имеет меньший размер (экономия программной памяти системы ЧПУ), его гораздо труднее читать.
Следовательно, при работе с «экономичной» версией УП появляется вероятность сделать ошибку или ее не заметить. Так как современные СЧПУ и компьютеры обладают достаточно большим объемом памяти, то нет смысла «экономить байты», убирая пробелы между словами данных, не ставя номеров кадров и забывая про комментарии.
Таблица 5.3. Два варианта одной программы
Управляющая программа чпу: основы построения
Рис. 1. Эскиз выполнения паза в поверхности детали
В табл. 1 приведена карта кодирования информации, включающая в себя последовательную запись программы, а также соответствующие каждому кадру управляющей программы опорные точки адреса перемещений инструмента. Расчет траектории фрезы выполнен с применением коррекции ее диаметра непосредственно по технологическим размерам детали. Точки включения и отключения корректора диаметра обозначены в карте символом (*).
* – точки включения и отключения корректора диаметра инструмента
Как видно из циклограммы (рис. 1), движение инструментов от исходной точки перемещения 0 к детали осуществляется через исходную точку управляющей программы чпу 1, которая располагается на плоскости безопасности. Перемещение из точки 0 в точку 1 осуществляется отрезком позиционирования (на ускоренной подаче) одновременно по трем координатным осям на ускоренной подаче. Плоскость безопасности обычно располагается на расстоянии от наивысшей точки детали (вдоль оси Z), равном: Z п = мм. Приближение к детали через плоскость безопасности осуществляется всеми без исключения инструментами, участвующими в обработке. При прохождении инструментами плоскости безопасности обычно производится запуск вращения шпинделя и его останов, а также включение и отключение подачи охлаждающей жидкости.
Перемещение инструментов от плоскости безопасности непосредственно к зоне обработки осуществляется на ускоренной подаче в направлении Z-. После окончания перехода отвод инструментов к плоскости безопасности осуществляется аналогичным образом на ускоренной подаче в направлении Z+. Все перемещения инструментов в зоне обработки, включая холостые ходы, осуществляются на рабочей подаче с заданной скоростью.
Начало управляющей программы чпу на языке FANUC обозначается %; в следующем кадре управляющей программы записывается ее имя, включающее букву о, и цифровое обозначение, например о4318 (табл. 1).
Кадры управляющей программы обычно нумеруются с заданным интервалом порядковых номеров, например: N105, N110, N115. В первых кадрах управляющей программы указывается план обработки детали: функцией G17 для плана X-Y; функцией G18 для плана X-Z (рис. 2). Отметим, что во многих современных обрабатывающих центрах план X-Y вводится по умолчанию; вводить его функцией G17 в начале каждой управляющей программы необязательно.
Рис. 2. Планы обработки обрабатывающих центров: а) основной план обработки горизонтального обрабатывающего центра (Положение 1); б) вспомогательный план обработки горизонтального обрабатывающего центра (Положение 2); в) план обработки вертикального фрезерного станка штатным инструментом
В кадре вызова очередного инструмента желательно давать его краткое описание, например: (фреза Ø16). Данная информация, записанная в скобках, предназначена только для оператора (см. табл. 1) и не считывается системой ЧПУ станка. Для вызова инструмента шпиндель приходит в исходную точку перемещения 0, часто совпадающую с нулевой точкой системы координат станка. Движение в точку 0 осуществляется командой: G91_G28_X0_Y0_Z0. Затем по функции G54 осуществляется вход в систему координат детали X-Y-Z, с которой увязаны все дальнейшие перемещения инструмента. Вызов инструмента Т2 управляющей программой чпу производится по функции М6: М6 Т2.
После вызова инструмента производится включение в действие абсолютной системы отсчета (функция G90) и движение фрезы на ускоренной подаче (функция G0) в исходную точку управляющей программы 1. Одновременно с этим командой G43 H2 (табл. 1) включается корректор длины инструмента. Исходная точка расположена: в направлении оси Z на расстоянии 50 мм над деталью; в направлении оси X напротив центра симметрии прорези; в направлении Y в стороне от детали.
Следующим кадром программы осуществляется запуск вращения шпинделя по часовой стрелке (функция М3) с заданной частотой S=600 об/мин (табл. 1), а также включение подачи охлаждающей жидкости (функция М8). Далее инструмент приближается к зоне обработки до высоты равной 2 мм над деталью (точка 2). Затем управляющая программа чпу включает рабочую подачу (функции G1), на которой со скоростью F=1000 мм/мин следует выход фрезы на заданную глубину обработки (точка 3).
Последующие рабочие перемещения фрезы связаны непосредственно с изготовлением прорези. Вначале фреза подходит к одной из стенок прорези (точка 4) с одновременным включением корректора диаметра инструмента (функция G41). Далее на рабочей подаче F=80 мм/мин происходит непосредственно съем металла (точки 5,6,7). Выйдя из тела заготовки, фреза перемещается к центру симметрии прорези (точка 8) с одновременным отключением корректора диаметра инструмента (функция G40).
Отвод инструмента от детали к плоскости безопасности (точка 9) производится на ускоренной подаче. Одновременно с этим осуществляется останов шпинделя (функция М5) и отключение подачи охлаждающей жидкости (функция М9). Затем командой: G91_G28_X0_Y0_Z0 шпиндель возвращается в исходную точку перемещений (0). Далее следует вызов очередного инструмента (M6_Тi) для продолжения обработки детали. Если переход, осуществляемый данным инструментом, является последним в процессе проведения операции, то вместо вызова следующего инструмента следует команда на окончание управляющей программы чпу и остановку станка: М2 или М30.
Кодирование управляющих программ
Структура управляющих программ Исходными данными при подготовке УП являются рабочий чертеж детали и технологическая карта.
Текст готовой УП либо записывается на программоноситель, либо вводится в устройство ЧПУ с помощью клавиатуры и переключателей на пульте управления. От способа ввода УП в систему ЧПУ зависит только вид документа, на котором фиксируются результаты программирования. Запись программы обработки осуществляется кадрами перемен- ной длины, которые содержат информацию о технологических условиях обработки, длине перемещения и вспомогательных функциях.
Порядок кадров определяется последовательностью обработки. Кадр состоит из информационных слов (команд), которые включают числовую информацию и символ, определяющий вид информации.
При адресном способе задания символ предшествует числовой информации и выражает определенную операцию обработки информации по изготовлению детали. Для представления информации используются коды ISO или EIA. Значения символов адрес
Управляющую программу рекомендуется составлять таким образом, чтобы в кадре записывалась только изменяющаяся по отношению к предыдущему кадру информация.
Каждая УП должна начинаться символом начала программы (% – для ISO или STOP – для EIA), после которого следует символ конца кадра, а затем кадр с соответствующим номером. Информация, расположенная до символа начала программы, а также в круглых скобках, устройством ЧПУ не воспринимается. Внутри скобок не должны применяться символ начала программы и символ главного кадра.
После символа начала программы обязательно указывается числовая информация – номер УП, затем символ конца кадра. Номер управляющей программы чаще всего находится в пределах от 1 до 999. В состав управляющей программы могут входить основная УП и подпрограммы.
Управляющая программа должна заканчиваться символом конца программы или символом конца информации.
Состав кадра
Кадр включает номер кадра, одно или несколько информационных слов и знак конца кадра (ПС). Последовательность расположения информации в кадре программы называется форматом кадра. Формат определяет структуру кадра для конкретного станка с ЧПУ.
Слово «Номер кадра» служит для обозначения элементарного участка УП, является вспомогательной информацией и должно всегда стоять в начале кадра. Последовательность остальных слов, содержащихся в кадре, может быть произвольной. Однако для удобства написания и отладки УП информационные слова в кадре рекомендуется записывать в приведенной последовательности: слово (слова) «Подготовительная функция»; слова «Размерные перемещения», которые рекомендуется записывать в последовательности символов: X, Y, Z, U, V, W, P, Q, R, A, B, C; слова «Параметр интерполяции или шаг резьбы» I, J, K; слово (слова) «Функция подачи»; слово «Функция главного движения»; слово (слова) «Функция инструмента»; слово (слова).
Вспомогательная функция УП
Например: N20 G0 X100 Y200 M3 ПС Номер кадра Слова Конец кадра Номер кадра задается адресом N и целым десятичным числом.
Рациональна последовательная нумерация кадров. Однако допускаются любые переходы номеров и должна соблюдаться только их неповторяемость в пределах одной УП. При нумерации вставляемых в программу в процессе ее редактирования новых кадров во избежание ранее установленной последовательности их номеров практикуется запись новых кадров с использованием более высоких разрядов десятичных чисел.
Например, кадр со словами постоянной длины N0010 G00 X000500 T01 M03 и переменной длины N10 G0 X500 T1 M3. Знак «+» записывать не обязательно. Вся информация о длине пути без знака считается положительной. Место записи знака – между буквой адреса и первым числом. Знак «–» записывается всегда. При необходимости в программе могут быть обозначены кадры, которые при считывании пропускаются. Эти кадры помечаются специальным знаком «/».
В пределах кадра могут содержаться также специальные знаки «*», «,» и сочетания букв «ПС», «CR», «SR», «HT», которые означают для конкретной системы ЧПУ выполнение определенных команд: возврат каретки; интервал; начало программы; конец кадра и т. д. Подготовительные и вспомогательные функции
Подготовительные функции определяют режим работы устрой- ства ЧПУ (задаются адресом G и двухзначным десятичным числом). В общем случае все подготовительные функции делят на группы: команды, определяющие характер перемещения; команды задания единиц скорости резания и подачи; команды выбор плоскостей интерполяции; команды коррекции режущих инструментов; команды перемещения и положения заготовки в процессе обработки и др.
Неуказанные (резервные) коды предназначены для индивидуального использования по усмотрению разработчика устройства ЧПУ. Большинство подготовительных функций действуют до тех пор, пока они не заменяются или не отменяются другой функцией из той же группы. Однако некоторые из них (например, G4, G8, G9, G63, G92 и др.) действуют только в том кадре, в котором указаны. Подготовительные функции записываются в кадре в порядке возрастания их кодовых номеров. В одном кадре не может быть более одной подготовительной функции из каждой группы.
Дополнительные вспомогательные функции
Вспомогательные функции M предназначены для сообщения соответствующих команд исполнительному органу станка или устройству ЧПУ. Часть M-функций имеет предопределенное назначение. Свободные M-функции используются для управления вспомогательными устройствами (для управления цикловой электроавтоматикой). Диапазон значений этих функций от 0 до 9999 9999. Большинство вспомогательных функций являются приоритетны- ми при отработке конкретного кадра УП, т. е. выполняются до начала перемещений, запрограммированных в этом же кадре. Их действие заканчивается после отмены команды или замены на команду аналогичного назначения. Имеются, однако, вспомогательные функции, которые выполняются после отработки заданных в кадре перемещений (например, M0, M1, M2, M5, M9, M20, M30 и др.). В каждом кадре программы в порядке возрастания кодовых номеров может быть записано несколько команд различным исполнительным органам станка или устройству ЧПУ.
Функция подачи F определяет результирующую скорость подачи рабочего органа станка.
Единица измерения скорости подачи задается соответствующей подготовительной функцией. Команда под адресом S определяет значение либо скорости резания (если используется подготовительная функция G96), либо частоты вращения шпинделя (если используется G97). Функция инструмента T предназначена для выбора инструмента. Различные положения режущих кромок инструмента в системе ко- ординат станка задаются с помощью коррекции инструмента D.
Дополнительная функция H в системах ЧПУ SINUMERIK используется для передачи информации на программируемый логический контроллер (PLC), чтобы обеспечить определенные переключения входов и выходов при реализации циклов электроавтоматики. Адреса G, M, H могут быть использованы в одном кадре не более 10 раз. Различают модальные и покадровые адреса. Модальными называются адреса, которые сохраняют свою значимость на протяжении программы до тех пор, пока по тому же адресу не будет запрограммировано новое значение. Адреса, которые сохраняют свое значение только в кадре, в котором они были запрограммированы, называют покадровыми. При программировании систем ЧПУ с большим количеством осей и шпинделей используют расширенные адреса. Такой адрес состоит из буквенного символа (S, M, T и т. д.), расширения (например, номер шпинделя) и цифрового значения, присвоенного с помощью символа “=”, например, S2=540 (для второго шпинделя частота вращения равна 540 об/мин).
Для адресов M, H, S, T, а также для команд SPOS и SPOSA, которые относятся к позиционированию мастершпинделя, расширение может быть в виде переменной. При этом идентификатор переменной записывается в квадратной скобке, например, T[SPIND]=5 (пред- варительный выбор инструмента для шпинделя, номер которого за- фиксирован в переменной SPIND). В качестве расширения используют также имя оси, которое заключают в квадратную скобку. Такие адреса называют адресами с осевым расширением, например, F[W]=500 (подача по оси W).
Структура программы
Для знакомства со структурой УП давайте взглянем более пристально на уже созданную ранее программу обработки паза (см. главу 3):
Управляющая программа является упорядоченным набором команд, при помощи которых определяются перемещения исполнительных органов станка и различные вспомогательные функции. Любая программа обработки состоит из некоторого количества строк, которые называются кадрами УП. 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. Очень часто программист назначает каждому кадру свой номер, который расположен в начале кадра и обозначен буквой N. В нашей программе вы можете увидеть номера кадров c N10 до N130. Большинство станков с ЧПУ позволяют спокойно работать без номеров кадров, которые используются исключительно для удобства зрительного восприятия программы и поиска в ней требуемой информации. Поэтому наша программа обработки может выглядеть и следующим образом:
Программисту рекомендуется располагать номера кадров с интервалом в 5 или 10 номеров, чтобы при необходимости можно было вставить в программу дополнительные кадры.
В самом начале УП обязательно должен находиться код начала программы % и номер программы (например, О0001). Два этих первых кадра не влияют на процесс обработки, тем не менее они необходимы для того, чтобы СЧПУ могла отделить в памяти одну программу от другой. Указание номеров для таких кадров не допускается.
Кадр №10 настраивает систему ЧПУ на определенный режим работы с последующими кадрами УП. Например, G21 означает, что станок будет работать в метрической системе, то есть перемещения исполнительных органов программируются и выполняются в миллиметрах, а не в дюймах. Иногда такие кадры называют строками безопасности, так как они позволяют перейти системе в некоторый стандартный режим работы или отменить ненужные функции.
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G90
Следующие кадры говорят станку о необходимости подготовки к обработке. Для этого нужно поставить инструмент из магазина в шпиндель (кадр N20), активировать компенсацию длины инструмента (кадр N30) и заставить шпиндель вращаться в нужном направлении на указанной скорости (кадр N40). Также вы можете использовать символы комментариев. СЧПУ игнорирует любой текст, заключенный в круглые скобки, что позволяет, например, указать в кадре диаметр или наименование применяемой фрезы.
N20 М06 Т01 (FREZA D1)
N30 G43 Н01
N40 M03 S1000
Кадры с номерами от N50 до N110 непосредственно отвечают за обработку детали. В этой части УП содержатся коды, предназначенные для перемещения инструмента в указанные координаты. Например, кадр N80 перемещает инструмент в точку с координатами Х3, Y3 со скоростью подачи, равной 25 миллиметров в минуту.
N50 G00 Х3 Y8
N60 G00 Z0.5
N70 G01 Z-l F25
N80 G01 Х3 Y3
N90 G01X7Y3
N100 G01 Х7 Y8
N110 G01 Z0.5
Заключительные кадры предназначены для останова шпинделя (кадр N120) и завершения программы (кадр N130):
Схематично любую УП можно представить в виде следующих областей: