Съвременни възможности на ЦПУ
Начало > Автоматизация > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 9, 2009
Диалогово програмиране на основни операции, осъществявани на машини с цифрово-програмно управление
Факторът време е един от определящите за успеха на един бизнес, независимо от конкретната му специализация. А всяко производство, свързано с металообработката, което има претенции за съвременност, разчита на машини с цифрово-програмно управление (ЦПУ).
Машините с ЦПУ са познати от десетилетия, но развивайки се в съответствие с постоянно променящите се изисквания на производителите, са преминали през няколко различни етапа в своята еволюция, за да достигнат съвременното си ниво. Всеки етап притежава собствена философия на развитие, определяща се от времето, което обхваща и четири основни цели, които остават непроменени и до днес, а именно: свеждане до минимум на субективното влияние на човешкия фактор, намаляване на времето за изработка, повишаване на качеството на изработка и не на последно място, намаление на цената на крайния продукт.
Етапи в развитието на ЦПУ
В началния етап на развитие на ЦПУ, акцентът е поставян върху намаляване на времето за изработка. В последващия етап се залага на цифровизация на машините, но нейните възможности са изключително ограничени, както по отношение на бързина, така и спрямо обема на обработваната информация. Въпреки това, ЦПУ от този етап са значително по-гъвкави и с по-големи възможности в сравнение със своите предшественици.
В средата на 80 г. на миналия век стартира нов етап в развитието на ЦПУ, а именно, за първи път в историята технологиите за изработка на металорежещи инструменти изпреварват възможностите на металообработващите машини. Ударението се поставя не само върху бързината на изработка, но и в посока повишаване на качеството и намаляване на цената на крайния продукт.
Докато в по-ранните си етапи на развитие цифрово-програмните управления се специфицират в зависимост от типа производство, а именно: масово, средносерийно, дребносерийно и единично производство, то в съвременните условия тази специализация започва да губи границите си. Това се дължи на обстоятелството, че поради желанието на производителите да отговорят на индивидуалните потребности на потенциалните клиенти, дори в организираните за масово производство цехове се произвеждат уникални продукти. Затова и в съвременните ЦПУ се обръща все по-голямо внимание на оптимизацията - не само на отделните времена за обработка на даден детайл, но паралелно с това и на между операционните времена, например на времето за програмиране, за пренастройка, подготвителните времена, времето за смяна на инструмента и времето за контрол. Благодарение на тази тенденция в развитието на ЦПУ, се постигат и четирите основни цели заложени като изисквания. Наред с тях се добавя и един нов приоритет, а именно възможност за изработка на уникален продукт.
Диалогово програмиране
На така зададените базови изисквания към съвременните ЦПУ, водещите фирми-производители отговарят чрез няколко нови подхода при изграждането им. Основно нововъведение, целящо повишаване на бързината на пренастройка и програмиране на машината, е модерният софтуер за програмиране и комуникация, базиран и изграден на диалогов принцип. Разликата между т.нар. диалогово програмиране и традиционното ISO програмиране или програмиране с G-кодове е, че не е нужно операторът да познава в детайли какъвто и да е програмен машинен език. При диалоговото програмиране всеки етап от технологичния цикъл на изработка на даден детайл се появява като отделен прозорец, таблица или екран, в зависимост от фирмата-производител. Софтуерът е разработен с оглед съобразяването му с принципната схема на обработка, която следва логиката на технологията. Например, при струговите центри първоначално се задава видът на заготовката. Реализира се чрез избор между предварително заложени форми в самия софтуер (фиг. 1). Както е видно, от лявата страна на екрана е показана принципната графична схема на обработваната заготовка, а от дясната страна се намира таблицата с параметри. Те се отнасят както за избраната заготовка, така и за началните параметри на програмата. Първоначално се посочва координатната система, в която ще се работи. Вместо с изписване на едно изречение, както е при конвенционалното машинно програмиране, при диалоговото се въвежда номерът на желаната координатна система. Обикновено, след това се избира метрична или инчова измервателна система.
От специално поле се прави изборът на предварително заложени форми на заготовката
След това се задават координатите на габаритите на избраната заготовка, съответно чрез посочване на координатите на захващащото заготовката устройство и началните координати на заготовката, спрямо избраната вече нулева точка на координатната система. Следва избор на начина на подаване на обработващия инструмент и задаване на предпазните разстояния. Важно е да се зададе и спрямо коя координатна система, както и кои са координатите в работното пространство, в които се извършва смяна на инструментите. Възможностите на софтуера обикновено позволяват да се зададе и предпазното разстояние, до което инструментът отива на „бърз” ход преди да започне обработката.
Сред параметрите, които се задават, са и максималните обороти. Ако се обработва детайл с голям диаметър и трябва да се стругова челно, управлението на машината следи поддържането на зададената скорост на рязане. В този случай, с наближаване на центъра на детайла, оборотите на въртенето му ще се увеличават, за да се спази зададената скорост на рязане. Ако детайлът е голямо габаритен би могло да се стигне до нестабилност на цялата машина, водеща от своя страна до вибрации. Чрез задаване на лимит на максималните обороти, независимо че управлението на машината мониторира скоростта на рязане, не се допуска създаване на условия за нестабилност на машината.
Следваща стъпка е избор на вида на струговането,а именно: челно струговане, външно престъргване, вътрешно разстъргване, пробиване, рязане, струговане по външен надлъжен контур, струговане по вътрешен надлъжен контур, струговане по външен челен контур, струговане по вътрешен челен контур, нарязване на резба, струговане на вътрешна резба, струговане на външна резба, струговане на вътрешни канали, струговане на външни канали и т.н. Реализира се чрез преминаване към съответния диалогов прозорец.
След като се направи избор на типа струговане, се преминава към избора на параметрите му. Например, нека разгледаме една от най-елементарните операции, а именно челно струговане (фиг. 2). Избира се инструмент, с който ще се обработва детайлът при избраната операция. На инструмента се присвоява име и позиция, т.е. той се идентифицира еднозначно, като името носи информация за тип и дължина на инструмента, износването и корекцията му. От друга страна, позицията дефинира еднозначно местоположението на дадения инструмент на револверната глава. При стартиране изпълнението на програмата, управлението на машината вече знае кой е необходимият инструмент за изпълнение на дадената операция и какви са неговите параметри. След това се задават режимите на рязане на избрания инструмент. Работното подаване на инструмента може да се зададе, както в подаване за оборот, така и в подаване за минута, а работната скорост на рязане - в метри за минута или като обороти на въртене.
Описването на разглежданата операция продължава с уточняване на типа на обработката - груба или фина. След това се дефинира от коя страна ще се обработва заготовката и пътят на движение на инструмента – в конкретния случай е надлъжно или напречно.
Друг вид обработка, а именно операция пробиване е изобразена на фиг. 3. Обикновено софтуерът предлага графична схема на самата обработка и полета за параметри. Аналогично - в съответни полета се дефинира инструментът с име и номер, както и режимите му на работа. Например се определя дали ще се вади стружката при пробиване или ще се пробива без вадене на стружка, т.е. дали ще се използва цикъл за пробиване. Посредством друго поле се определя дали в процеса на пробиването при изчисляване на дълбочината му, да се вземе дължината на свредлото от неговия връх или само дължината на цилиндричната част на свредлото. След това се въвеждат началната и крайната точка при пробиването. Обикновено следват полета, в които се посочва съответно стъпката, през която пробива инструментът и процентът от дължината на инструмента, който се използва. Също така е възможно да се посочи време за задържане на инструмента в зоната на рязане, за да има време да се отведат всички стружки от нея. Често съществува опцията да се зададе изместването на инструмента по ос Х спрямо осевата линия на детайла. По този начин, свредлата с твърдосплавни пластини могат да се използват не само за пробиване, но и за разстъргване на вече пробитите отвори.
Друг случай, който е показателен е струговане на контур
На фиг. 4 може да се види дефинирането на самия контур, а на фиг. 5 е изобразено задаването на обработката на контура. Дефинирането на контура се реализира много елементарно, като се задава положението на всяка характерна точка от него. Улеснението, което предлагат съвременните софтуерни пакети, е отпадане на необходимостта от изписване на цели изречения, а единствено задаване на посоката на изменение на контура. След описанието му се преминава към дефиниране на неговата обработка (фиг. 5), което се осъществява аналогично на вече описаните операции челно струговане и пробиване. Подобно на тях, софтуерът предлага графична схема на обработката, както и възможност за избор на стойностите на параметрите на обработка. Обикновено се работи със стандартни полета за име на инструмента, подаване и скорост на рязане. След това се прави избор на вида на обработката, а именно груба, фина или комбинирана - груба и фина. Посочва се посоката на обработката, т.е. дали е по дължината на контура или перпендикулярно на него, както и дали тя е външна или вътрешна. В зависимост от този избор се сменя и графиката на схемата на обработка. Определя се и големината на всеки преход до постигане на желания размер. След това се дефинират видът на навлизане и на изтегляне на инструмента от материала. Може да се посочи дали инструментът да стругова само по дължината на контура или и да изправя челото на перпендикулярната му повърхнина. Избира се и дали да се стругова стъпаловидно при всеки преход и контурът да се изправи с последния преход или не. Следват дефиниране на стойностите на прибавките при груба обработка на контура по двете оси. Става въпрос за прибавките, които се оставят за фина обработка.
След това се задава видът на заготовката и размерите й. Освен това е възможно да се посочат ограничения за зоните, в които да се движи инструментът, така че при сложен контур да не се получи удар между инструмента и заготовката. Обикновено софтуерните пакети предлагат възможности за задаване на освобождавания. Например, за канали за резби, като в тези случаи може да се зададе различна скорост на рязане на инструмента, поради по-голямата му натовареност при този вид обработка.
Следващият екран (фиг. 6) илюстрира друг основен тип стругова операция, а именно струговане на канали
Аналогично на предходните операции, операторът разполага с графична схема и таблица с параметрите на обработка. Отново, параметризацията започва с дефиниране на инструмента посредством име и режими на рязане, а именно подаване и скорост на рязане. Следва типът на обработката, която би могла да бъде груба, фина и комбинирана. След това се дефинира каналът, т.е. дали той ще бъде външен или вътрешен, както и дали е едностранен. Следва посочване на начална точка на навлизане на инструмента, чрез нейните координати по две оси. Задават се и ширината, и дълбочината на канала. В следващите полета се посочва ъгълът на наклона на канала, съответно в предната и в задната му част. Възможно е задаване на фаски или закръгления на канала. Следва задаването на дълбочината на всяка стъпка при изработването на канала, което определя и броя на преходите. В съответни полета се задава големината на прехода преди фината стружка, както и броя на преходите на последната стружка.
Друга важна операция е нарязването на резба
фиг. 7 . Дефинирането на операцията отново започва с въвеждане на име на инструмента и режими на рязане, като в случая се задават оборотите и стъпката на резбата, а машината на тази база самостоятелно изчислява подаването. Следва посочване на вида на резбата, а именно: метрична, конусна, цолова, тръбна и т.н. След това се посочва видът на обработката, както и дали резбата е вътрешна или външна. Въвеждат се координатите на началната точка на резбата, както и полето за дължината й. След това се въвежда предпазното разстояние по ос Z и разстоянието, което е предназначено за излизане на инструмента от материала след нарязване на резбата. Самите параметри на резбата, а именно дълбочина и ъгъл, се посочват отделно. Сред параметрите, които се въвеждат са дълбочина на всеки преход, припуск за финия преход, брой на ходовете на резбата и предпазното разстояние по ос Х. Посочва се и големината на наклона, от който започва резбата.
Операцията отрязване
Друга операция (фиг. 8), свидетелстваща за елементарността на програмирането чрез диалогов софтуер, е отрязването. Експлоатационният персонал разполага с графика на операцията и с характеризиращите я параметри. Дефинирането стартира с вече многократно споменатите име на инструмента и режими на рязане. Следват специфичните за операция отрязване полета, а именно за максималните обороти, които се развиват при отрязването, координатите на точката за начало на рязането, както и големината на фаската или закръглението при рязане. След това се задава дълбочината на рязане с първоначално зададените режими, което е последвано от полета с нови режими за оставащото разстояние на отрязване. Прави се с цел намаляване на оборотите на шпиндела, за да не изхвърчи готовият детайл вследствие на центробежните сили след окончателното отрязване. Ако машината разполага с устройство за улавяне на детайли, то в специално поле се задава разстоянието, на което то следва да се премести, за да може отрязаният детайл да падне в него.
С изброените примери бе илюстрирана елементарността на програмиране с диалогов софтуер, инсталиран на машина с ЦПУ. Съществуват всички основания да се твърди, че не само програмирането е значително улеснено, но и процесът на обучение на оператора е сериозно съкратен. ЦПУ, разполагащо със софтуер, базиран на диалогов принцип се отличава и с добри възможности за настройка и съхранение на цялото количество данни, необходими за обработка на даден детайл.
Статията продължава в следващ брой на сп. Инженеринг ревю. Очакваме коментарите и допълненията ви по темата.
Вижте още от Автоматизация
Новият брой 8/2024
