Разработка управляющих программ в стандарте STEP-NC

Программирование современных систем ЧПУ до сих пор подчиняется стандарту ISO 6983 (DIN 66025), который был разработан больше 50 лет назад. Стандарт поддерживает только простые команды для элементарных перемещений и логических операций. Управляющие программы в стандарте ISO 6983 содержат незначительное количество информации, полученной на уровне систем CAD-CAM. Этот стандарт не позволяет создавать двусторонний обмен информацией между CAM-NC-уровнями.

В отличие от существующего стандарта ISO 6983, стандарт STEP-NC (ISO 14649) позволяет создавать двусторонний обмен информацией. Онпредлагает модель того, что нужно сделать, а не детали того, как осуществлять траекторные перемещения и выполнять команды логических переключений.

Согласно новому стандарту ISO 14649 модель представляет процесс получения изделия из заготовки путем удаления типичных форм (features), а также условного или безусловного выполнения ассоциированных с типичными формами переходов (workingsteps). Удаления осуществляется в потоке управления, который задается исполняемыми блоками (executables). При этом используемый инструмент отвечает всем необходимым требованиям и обеспечивает необходимое качество обработки.

Эта модель использует информацию, представленную в форматах АР204 и АР213, вплоть до этапа интерпретации управляющей программы. Такая модель обеспечивает значительные преимущества перед существующей схемой программирования. Однако система управления должна быть способной интерпретировать подобную информацию и генерировать необходимые перемещения и циклы.

Стандарт ISO 14649 устанавливает ряд компонентов функциональности UOF (Units of Functionality):

• проект (project);

• изделие (workpiece);

• типовая форма (feature);

• исполняемый блок (executable);

• переход (operation);

• траектория инструмента (toolpath);

• измерение (measures).

Отношения между компонентами показаны на рисунке 1.16 в виде упрощенной графической версии объектно-ориентированного языка EXPRESS, который служит средством описания всех прикладных протоколов STEP.

Ядро модели STEP-NC представляет собой план операций (workplans), то есть последовательность исполняемых объектов (executables). Исполняемые объекты инициируют активность станка.

Существуют три типа исполняемых объектов: собственно план операции (workplan), функция ЧПУ (NCfunction) и шаг операции (workingstep).

Шаг операции workingstep описывает процессы, в которые привлечены интерполируемые координатные оси. В отличие от этого функции ЧПУ (NC function) сопоставлены единичным событиям и с интерполяцией не связаны. Шаг операции workingstep является важнейшим строительным блоком управляющей программы ЧПУ стандарта STEP-NC ІSO 14649. Блоки могут быть нейтральными действиями – ускоренными перемещениями rapid movement, измерительными циклами touch probing, а также технологическими шагами операции machining workingstep.

Рисунок 1.16 - Отношения между компонентами функциональности в стандарте ISO 14649

Реальное содержание шага операции workingstep специфицировано в объекте-переходе operation. Существует возможность повторного использования информации перехода operation (но не workingstep) для нескольких типичных форм обработки features.

Итак, переход operation может быть ассоциирован с многими типичными формами (features) и использован в разных местах. Он содержит технологический алгоритм (включая стратегию внедрения в материал и вывода инструмента) и указания по настройкам. Переходы имеют черновую и чистовую версии. Предполагается, что интеллектуальные системы ЧПУ будут самостоятельно рассчитывать траектории инструмента для стандартных типичных форм.

Обобщающим компонентом функциональности служит проект. Суть в том, что общая модель STEP-NC может включать описания нескольких изделий и множество планов операций. Проект устанавливает стартовую точку, идентифицируя главный план операций. Управляющая программа для станка с ЧПУ должна быть представлена в формате физического файла (рис. 1.17).

Первая секция программы служит заголовком (header). Здесь представлена информация общего характера и комментарии (имя файла, автор, дата и др.).

Рисунок 1.17 - Структура управляющей программы для станков с ЧПУ

Дальше следует секция данных, которая приоткрывается ключевым словом Data. Эта секция делится на три части: план операций (исполняемые блоки), технологические и геометрические описания. Один из исполняемых блоков содержит структуру программы. Для того чтобы изменить последовательность операций, довольно внести изменения лишь в этот блок.

Пример использования управляющей программы в подобном виде (стандарт ISO 10303-21) демонстрируется фирмой Siemens:

File:

Header

#1=Project (Workplan #10);

#10=Workplan(#20, #35, #71,...);

…

#20=Machining_Workingstep (#(Feature), #22(Operation));

#21=Round_hole ('Hole M6'.....);

#22=Drilling (#... (Tool),,,#... (Technology), #... (Machine_functions));

…

#35=Machining_Workingstep (...);

ISO-10303-21

Использование такого формата дает ясное представление о процессе обработки.

Нужно иметь в виду, что синтаксис ISO 10303-21 (STEP часть 21 - кодирование в текстовой форме) не допускает расширений и не предусматривает использования гипертекстовых механизмов. В связи с этим возникли предложения по использованию в управляющих программах ЧПУ языков EXPRESS и XML.

Язык XML имеет большую гибкость и возможности к расширению, что обеспечивает ему следующие преимущества:

· XML-документы могут быть обработаны Web-браузерами. При этом технология браузеров позволяет визуализировать сущности.

· XML-описания обычно используются в обмене нейтральными данными, но могут быть также использоваться в разделяемых специализированных базах данных и архивах.

Если модель содержит EXPRESS-схему, то ее можно конвертировать в XML DTD (Document Type Declaration) с использованием специальных правил отображения.

Использование EXPRESS-репозитория и XML DTD позволяет получить XML-файл для системы ЧПУ. Схема генерации управляющей XML-программы (NC-файла) с EXPRESS-модели данных CNC показана на рисунке 1.18.

Рисунок 1.18 - Схема генерации управляющей XML-программы ЧПУ

Преимущества новых языков описания информационных моделей можно видеть из сопоставления существующей модели (ISO 6983), представленной на рисунке 1.19, и перспективной модели (ISO 14649) управляющих программ ЧПУ, представленной на рисунке 1.20.

Из рисунка 1.19 видно, что в существующей модели (ISO 6983) управляющая программа, написанная на языке ISO-7bit, не дает формального определения процесса обработки. Здесь технологический процесс задан неявно, что неудобно для редактирования, архивирования и повторного использования.

Из рисунка 1.20 можно сделать вывод, что при применении стандарта ISO 14649 и языка EXPRESS технологический процесс имеет явное представление, которое создает удобства в редактировании, архивировании и повторном использовании программ.

Рисунок 1.19 - Существующая модель управляющей программы ЧПУ

Рисунок 1.20 - Перспективная модель управляющей программы ЧПУ

Итак, новые языки программирования работают с технологическими задачами, привязанными к типичным формам (features). Одной из таких задач может быть, например, обработка кармана.

Таким образом, использование STEP-синтаксиса позволяет осуществить прямой обмен информацией между CAD/CAM/CNC системами. Если к геометрическим данным, которые импортируются непосредственно в систему ЧПУ, прибавить технологическую информацию, то управляющая программа может быть сгенерирована системой ЧПУ. Но для этого необходимо, чтобы система ЧПУ имела соответствующий интерпретатор управляющей программы.