Програмиране на CNC машини

• Съществуват три стила на програмиране за разработването на инструкции за машината – ръчно, в диалогов режим и с CAM система
  
  
• Въпреки че мнозина, които изготвят програми на компютър, смятат ръчното програмиране за остарял метод, то все още е силно жизнеспособно в областта на механичната обработка на детайли
  
  
• Перфектни за начинаещи оператори, CNC машините с възможност за диалогово програмиране предлагат режим тип помощник, който или скрива G-кода, или напълно заобикаля употребата му

В най-общ смисъл функцията на цифровото програмно управление (ЦПУ, CNC) е да осигури на една машина възможността за автоматичен, прецизен и последователен контрол на движението. За да се постигне тази цел, ЦПУ изисква набор от програмни инструкции, които казват на машината как да изработи желания детайл.

Съществуват три стила на програмиране за разработването на тези инструкции – ръчно, в диалогов режим и с CAM система. Всеки от вариантите има своята собствена специална ниша и уникален набор от предимства и недостатъци, поради което може да се каже, че нито един от тези стилове не е универсален и подходящ за абсолютно всяка компания. Затова е важно да се добие обща представа за всяка една от опциите, преди да се пристъпи към вземането на решение.

Ръчно програмиране

Ръчното програмиране включва множество изчисления и верификации, като за целта не се използва компютър. Програмистът трябва да програмира на същия език, на който централното програмно управление ще изпълни програмата, създавайки поетапна последователност от команди, която ще накара машината да работи по съответния начин. Това изисква от програмиста да визуализира операциите по механична обработка, които ще бъдат изпълнени по програмата.

Въпреки че мнозина, които изготвят програми на компютър, смятат ръчното програмиране за остарял метод, то все още е силно жизнеспособно в областта на механичната обработка на детайли. Все пак то се прилага директно в CAD/CAM програмирането. И макар да не е тайна, че автоматизираното CAM програмиране е много по лесно в сравнение с ръчните техники, съвременните цифрови програмни управления улесняват този ръчен подход чрез използване на фиксирани или повтарящи се машинни цикли, променлив тип програмиране и графична симулация на движението на инструмента.

CNC програмирането на практика е вид изкуство, което никога не може да бъде автоматизирано напълно. Само ръчното програмиране осигурява пълен контрол над програмата за един детайл, тъй като не съществува компютър, който да разполага с присъщия за хората инстинкт. Една добре формулирана ръчно написана програма може да оптимизира експлоатационните параметри на машината по-добре, отколкото който и да е компютъризиран метод.

Чрез ръчно програмиране машините могат да постигнат изключително точни ходове на инструмента, както и ефективно да прилагат техники за параметрично програмиране. В допълнение, операторите, вещи в ръчното програмиране могат да отстраняват проблеми, свързани с ходовете на инструмента, създадени от CAM система. В някои цехове ръчното програмиране се радва на особена почит, защото се смята, че учи на дисциплина (например продължително концентриране и постоянно оценяване) – качество, което всеки добър CNC програмист трябва да притежава.

В общи линии, в една силно конкурентна индустрия, в която всяка минута е от значение, е най-добре ръчното програмиране да остане за прости задачи и да се заложи на CAM система за ускоряване на по-сложните операции. Ръчното програмиране обаче е най-добрият вариант за работа в ултраголеми обеми и е абсолютно задължително за приложения, изискващи CNC програмата да бъде възможно най-оптимизирана и точна.

Сред недостатъците на метода са нуждата от тежки и времеемки изчисления и верификации, повишеният риск от човешка грешка заради многобройните изчисления, необходимостта от пълното внимание на CNC програмиста и недостигът на работници, умеещи да програмират на това ниво.

Програмиране в диалогов режим

Перфектни за начинаещи оператори, CNC машините с възможност за диалогово програмиране предлагат режим тип помощник, който или скрива G-кода, или напълно заобикаля употребата му. С помощта на диалоговото програмиране операторите могат лесно да генерират програми на машината в рамките на броени минути.

Операторът просто застава до модула за управление с проекта на детайла в ръка и отговаря на серия от подкани за въвеждане на данни, включително за геометрията на частта, конструкционния материал, инструменталната екипировка и др. След това управлението до голяма степен поема контрол и задвижва машината. Трябва да се има предвид обаче, че диалоговото програмиране е най-подходящо за детайли с прости геометрии – такива, програмирането за които отнема 30 минути или по-малко.

Освен това е най-добре диалоговото програмиране да се използва, когато машината е в режим на настройка. Например, ако цехът извършва много дейности, свързани с много кратки цикли или малки размери на партидите, е почти невъзможно да се изготвят програми за последващи операции, докато машината работи.
Повечето управления с диалогово програмиране позволяват на операторите графично да проверят и верифицират хода на инструмента преди производството да е започнало. Редактирането също е лесно, като единственото, което операторът трябва да направи, е да се върне към цикъла и да коригира променливата с цел да се модифицира или поправи програмата.

Плюсовете на диалоговото програмиране включват лесно обучение и опростена експлоатация, липса на необходимост от дешифриране на G-код, съкратено време за настройка и програмиране, по-малко на брой грешки в програмирането и редуциране на скрапа, както и по-висока разходна ефективност в сравнение с CAM система. Като недостатъци могат да бъдат посочени ограничението до по-прости геометрии на детайлите, невъзможността за поддържане на сложни ходове на инструмента и по-ниското ниво на гъвкавост спрямо една CAM система.

Програмиране с CAM система

Предвид по-разумните цени на CAM системите днес, цеховете с недостиг на квалифицирани машинни оператори не могат да си позволят да не разполагат с такава система. В крайна сметка, една CAM система автоматично генерира G-код езика, отговарящ за управлението на машината с ЦПУ.
Макар всички CAM системи да са различни, за всички е характерно изискването операторът да въвежда една и съща основна информация, като име и номер на детайла, геометрия и тип на прилаганата механична обработка.

Програмирането с CAM система е удобно в ситуации, където операторът трябва да програмира разнообразие от машини и се затруднява да не обърка езиците на всяка една от тях. То е доказано ефективно и за сложни задачи, които са трудни за ръчно програмиране.

В повечето случаи е възможно да се дефинира геометрията на детайла в CAD, след което да се експортира в CAM системата. Това спестява много време при обработката на сложни детайли, защото операторът не се налага да мултиплицира усилието за създаване на геометрията.

Една CAM система обаче не може да свърши всичко. Обикновено тя може само да генерира програма, която е много близо до желания резултат, а “много близо” невинаги е приемливо. Освен това има ситуации, в които успешното използване на този стил програмиране изисква операторът да разбира методите за ръчно програмиране. Например, ако операторът трябва да редактира програмите на машината по време на процес на верификация, той трябва да е наясно с техниките за ръчно програмиране, за да може да го направи.

Като цяло, оператор, който е запознат само с програмирането с CAM система, е аналогично на използването на калкулатор без основни математически познания. Има оператори обаче, които съумяват успешно да създават програми и качествени детайли, разчитайки изцяло на CAM система.

Предимствата на CAM системите включват липса не необходимост от извършване на изчисления от страна на оператора, автоматизиране на процеса на програмиране за цялостно подобряване на общата производителност и намален брой откази на машината, причинени от грешки в програмирането, благодарение на виртуалната симулация. Сред минусите е фактът, че ефективното управление на програмирането все пак изисква основни познания по ръчно програмиране. В допълнение, операторът няма краен контрол върху процеса на механична обработка.

Подготовка за програмиране

Успеваемостта на една CNC програма е пряк резултат от подготовката преди създаването й. Макар че един недобре подготвен програмист би могъл да генерира работещи програми, те често са неефективни и податливи към грешки, както и трудни за използване и верифициране. Времето, спестено чрез пропускане на подготвителните етапи, може лесно да бъде загубено, когато задачата стигне до машината с ЦПУ.

Определянето на необходимите операции по механична обработка на прости детайли може да е лесно, но с нарастване на нивото на сложност се увеличава и трудността в изолирането на всичко, което трябва да бъде извършено в рамките на дадена операция. Списъците с общи инструкции са безполезни и програмистът трябва сам да открие всички повърхности, които трябва да се обработят. Това не е лесна задача при сложни чертежи с множество изгледи, представени на няколко страници. Улеснение тук би било изготвянето на списък на повърхностите за обработка и съответстващите им режещи инструменти.

Последователността на операциите е от най-голямо значение. Експертите препоръчват да се попълни формуляр с планираните операции, който представлява един вид писмена версия на програмата Всеки, който види този формуляр, в бъдеще ще знае какво точно прави дадената програма.

Следващата стъпка е да се направят изчисленията, за да се избегне прекъсването на процеса на програмиране. При ръчно програмиране трябва да се изчислят координатите, необходими за програмата. Следва да се изчислят и условията на рязане (скорости и подавания), дори ако се използва CAM система.

Процесът на подготовка включва също отчитане на захващащото устройство и обмисляне на режещите инструменти. Въпреки че тези стъпки отнемат време, пропускането им може да се окаже неразумно и разточително, особено с оглед на престоя на машината, в случай че трябва да се коригират проблеми, които следва да бъдат отстранени в подготвителния етап.