Системы автоматизированной подготовки программ для оборудования с числовым программным управлением

Управляющая программа для оборудования с ЧПУ (станка, робота и др.) – это совокупность команд, созданных на специальном языке программирования, обеспечивающих заданный алгоритм функционирования рабочих органов оборудования.

Подготовка программ - трудоемкий процесс, требующий переработки большого объема геометрической и технологической информации. Поэтому с целью повышения производительности и уменьшения трудоемкости этого процесса разработаны системы автоматизированной подготовки программ САПП (в английской аббревиатуре – CAM).

Процесс подготовки программ обработки деталей на станке с ЧПУ включает следующие основные действия:

- выбор рациональной для обработки на станке с ЧПУ номенклатуры деталей;

- анализ технологичности обрабатываемой на станке с ЧПУ детали;

- разработка технологической трехмерной модели детали;

- выбор заготовки;

- разработка плана обработки детали на станке с ЧПУ;

- выбор методов обработки поверхностей;

- выбор технологических баз;

- выбор средств технологического оснащения;

- разработка программы обработки на станке с ЧПУ.

Основные требования по выбору рациональной номенклатуры деталей для обработки на станках с ЧПУ:

- детали должны иметь сложную форму (криволинейные поверхности), для изготовления которых на универсальных станках требуется специальная технологическая оснастка, фасонный режущий инструмент и затрачивается значительное вспомогательное время;

- конфигурация деталей должна позволять концентрировать как можно большее количество операций, что обеспечивает выполнение их за малое количество установок;

- возможность установки и закрепления заготовки на станке посредством простейших приспособлений;

- обрабатываемые детали не должны иметь длинных отверстий, требующих применения борштанг;

- обработка не должна содержать операций, требующих настройки инструментов в процессе работы станка.

Конструкция детали является технологичной при наименьших затратах материала, времени и средств на ее обработку.

Для универсальных станков нетехнологичными являются сложные контуры деталей и криволинейные поверхности, описываемые математическими зависимостями, тогда как для станков с ЧПУ такие детали, в большинстве своем, технологичны.

Для деталей, обрабатываемых на многооперационных станках с ЧПУ, предъявляются следующие основные требования к технологичности:

- обеспечение достаточной жесткости конструкции обрабатываемой детали;

- наличие (или возможность создания) надежных технологических баз;

- наличие элементов, удобных для закрепления заготовки в приспособлении;

- возможность обработки максимального числа поверхностей с одного установа с использованием консольно закрепленного инструмента;

- отсутствие или сведение к минимуму глухих отверстий;

- максимально возможная унификация формы и размеров обрабатываемых элементов с учетом технологических возможностей станка с ЧПУ;

- форма детали должна обеспечивать возможность автоматического контроля детали и удаления стружки.

Для разработки программы в САПП создается так называемая технологическая трехмерная модель детали, особенность которой заключается в том, что она является моделью промежуточного состояния детали в процессе ее изготовления на станке с ЧПУ вместе с упрощенной моделью оснастки, используемой для изготовления детали, и создаётся в середине полей допусков, установленных для каждой обрабатываемой на станке с ЧПУ поверхности.

Заготовка выбирается в соответствии с общими рекомендациями технологии машиностроения.

Разработка плана обработки детали заключается в определении последовательности обработки каждой поверхности. Последовательность выполнения переходов должна основываться на следующих принципах:

- обеспечения максимально возможной и целесообразной концентрации переходов в одной операции;

- работа с оптимальными припусками, что позволяет сократить номенклатуру режущего инструмента, повысить точность и производительность обработки, упростить удаление стружки;

- обеспечение минимального вспомогательного времени с учетом затрат времени на позиционирование, вспомогательные движения и др.;

- максимальный учет технологических возможностей станка.

При обработке корпусных деталей необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

- в первую очередь фрезеруются наружные плоские поверхности торцовой или концевой фрезой, затем уступы, пазы, выступы, после чего обрабатываются внутренние плоские поверхности и пазы;

- необходимо стремиться к уменьшению числа изменений положения инструмента и детали, влияющих на точность обработки;

- перед выполнением чистовых переходов рекомендуется удалить из внутренних полостей заготовки стружку.

При проектировании вспомогательных перемещений инструмента следует учитывать:

- подвод инструмента к обрабатываемой поверхности и отвод осуществляются по специальным траекториям, обеспечивающим врезание по касательным со своевременным переходом с вспомогательного хода на рабочий;

- остановка или резкое изменение подачи фрезы при резании недопустимы, так как это приводит к повреждениям поверхности или инструмента;

- длина вспомогательных ходов должна быть минимальной;

- для устранения влияния на точность обработки зазоров станка предусматривать дополнительные петлеобразные переходы при реверсе;

- траектория инструмента не должна пересекаться с элементами приспособления.

Выбор методов обработки поверхностей заключается в определении рациональных стратегий обработки, которые обеспечиваются подпрограммами систем управления станков с ЧПУ. На рис.14.1-14.4 показаны некоторые примеры стратегий обработки, имеющиеся в любой системе автоматизированной подготовки программ для станков с ЧПУ.

Рис.14.1. Обработка плоскостей

Рис.14.2. Обработка контуров

Рис.14.3. Расфрезеровка отверстий

Зигзаг Спираль

Рис.14.4. Обработка карманов

В процессе выбора технологических баз необходимо учитывать, что при обработке деталей на станках с ЧПУ точность размеров обеспечивается относительно начала отсчета координатной системы станка. При выборе системы координат детали следует:

- принимать направления осей такими же, как направления осей системы координат станка;

- нуль детали располагать так, чтобы все или большая часть координат опорных точек имели положительное значение;

- координатные плоскости совмещать или располагать параллельно технологическим базам детали;

Конструкции приспособлений, используемых при обработке на станках с ЧПУ должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- иметь повышенную точность и жесткость для обеспечения высокой точности обработки при максимальном использовании мощности станка;

- обеспечивать свободный подход инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям при обработке заготовок с нескольких сторон;

- допускать смену заготовок во время работы станка;

- должны быть быстросменными и переналаживаемыми.

При обработке на многооперационных станках с ЧПУ (обрабатывающих центрах) для различных инструментов, используются инструментальные оправки модульных инструментальных систем (рис.14.5).

Рис.14.5. Оправки модульных инструментальных систем

На современных обрабатывающих центрах используются инструменты со съемными твердосплавными пластинами, цельный твердосплавный инструмент, инструмент из быстрорежущей стали (в основном сверла, мелкие концевые фрезы и т. д.) ведущих мировых производителей.

Режущие инструменты для станков с ЧПУ должны отвечать следующим требованиям:

- высокая режущая способность;

- благоприятные условия стружкоотвода;

- высокая стойкость;

- возможность настройки на размер вне станка;

- технологичность в изготовлении;

- повышенная точность и жесткость;

- быстросменность,

- надежность.

Наиболее известные производителиинструмента для станков с ЧПУ:

- «Sandvik Coromant» (Швеция)

- «PFERD» и «Titex Plus» (Германия)

- «PRAMET». (Чехия)

- «SGS Tool Company». (США)

- «MITSUBISHI CARBIDE», «Mitutoyo»,(Япония)

- «ISCAR», «Hanita» и «Vargus» (Израиль)

- «НИР», Московский комбинат твердых сплавов, Кировоградский завод твердых сплавов (Россия)

Разработка управляющей программы в системе автоматизированной подготовки программ, структурная схема которой представлена на рис.14.6, выполняется на основании исходной информации, введенной в систему технологом (разработчиком программы) с учетом рассмотренных выше рекомендаций.

Рис.14.6. Структурная схема САПП

Исходная информация, используемая при подготовке программы для станка с ЧПУ, создается на основании чертежа детали и технологического процесса ее изготовления. Для ввода исходной информации на естественном и удобном для разработчика языке используются специализированные языки, в которых информация представляется в упорядоченной словарной, табличной или графической форме.

Препроцессор - это программа, которая служит для преобразования исходной информации, записанной на специализированном (удобном для разработчика программы) языке, в данные на универсальном входном языке, пригодные для обработки в САПП с помощью программы «процессор».

Процессор - это программа, которая непосредственно осуществляет разработку программы для станка с ЧПУ на промежуточном языке CLDATA (специальный унифицированный международный язык для обмена информацией в САПП). В процессоре определяются проходы, выполняется вычисление траектории перемещения инструментов, расчет режимов резания. В процессоре формируются расчетно-технологические карты (карты наладки станка и инструмента). Результаты работы процессора – последовательность и условия движения инструментов относительно детали – передаются в постпроцессор на промежуточном языке CLDATA (catter logation data – данные о перемещении инструмента). Процессоры разрабатываются на отдельные группы технологического оборудования, например, для токарных, фрезерных и др. станков с ЧПУ.

В постпроцессоре осуществляется преобразование программы в коды команд заданной системы ЧПУ, то есть для каждой системы команд ЧПУ должна быть своя конкретная программа-постпроцессор. Основные функции постпроцессора: преобразование системы координат детали, в которой рассчитаны процессором или заданы в исходной информации движения инструментов, в систему координат данного станка, формирование элементарных перемещений с учетом динамики станка, перевод скоростей движения и подач в частоты вращения и подачи данного станка, кодирование и запись управляющей программы на программоноситель.

Сопроводительная документация, выдаваемая постпроцессором, содержит распечатку УП и расчетно-технологическую карту, в которой приводятся траектории движения инструментов и сведения, необходимые для организации и нормирования работы станка с ЧПУ (время работы инструментов, время работы станка и др.)

Автоматизированная подготовка программ с помощью САПП осуществляется в следующей последовательности (рис.14.7):

- подготовка исходных данных из рабочего чертежа детали и технологического процесса ее изготовления;

- ввод информации на входном языке;

- разработка управляющей программы с помощью САПП;

- контроль траектории на экране дисплея (или на графопостроителе);

- если есть ошибки – коррекция программы и повторная разработка;

- если ошибок нет – контроль на оборудовании с ЧПУ;

- вывод необходимой документации.

14.7. Последовательность автоматизированной подготовки программ

Основные системы и разработчики САПП (CAM-систем):

- Mastercam (фирма CNC Software);

- PowerMILL (фирма Delcam);

- Unigraphics NX (фирма Siemens USG PLM Solutions);

- SolidCAM (фирма Solid Works).