Техтран - система программирования оборудования с ЧПУ

Внедрение оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), средств вычислительной техники, а также создаваемых на их основе гибких производственных систем (ГПС) определяется современным развитием промышленного производства, которое характеризуют частая смена продукции, короткий жизненный цикл изделий, а также возрастающие сложность и точность обработки. В этих условиях одной из важнейших задач технологической подготовки производства является разработка управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ.
Разработка УП − сложный и трудоемкий процесс, во многом определяющий эффективность использования оборудования с ЧПУ и качество обрабатываемых деталей, поэтому сейчас большое внимание обращается на разработку и совершенствование систем и методов автоматизированной подготовки УП. Особое внимание проблеме автоматизированной подготовки управляющих программ уделяется в составе комплексной системы САПР−АСТПП−ГПС. Управляющая программа при этом является результатом сквозного цикла обработки информации от чертежа детали до программы ее изготовления на станках с ЧПУ. Система автоматизированного программирования (САП) оборудования с ЧПУ − составная часть такой комплексной системы. Несмотря на большое число работ в области автоматизации программирования оборудования с ЧПУ в нашей стране и за рубежом, они не получили полного и систематизированного изложения в литературе. Предлагаемая книга содержит изложение основных вопросов, связанных с автоматизированной подготовкой УП для станков с ЧПУ на базе САП Техтран.
В гл. 1 дана классификация САП по различным критериям, позволяющая получить представление о направлениях развития автоматизации программирования, и приведена функциональная структура САП Техтран. Гл. 2 посвящена описанию проблемно-ориентированного языка программирования оборудования с ЧПУ Техтран. Описание приведено в полном объеме и может быть использовано на практике при разработке УП. Гл. 3 посвящена операторам постпроцессора, задающим необходимые технологические данные для выполнения УП на станке. В гл. 4 изложены особенности технологической подготовки производства в условиях использования САП, приведены примеры различных видов обработки и описание способов контроля УП.
В качестве основной задачи авторы ставили перед собой полное и систематизированное описание языка программирования оборудования с ЧПУ Техтран, изложенного в гл. 2. Гл. 1, 3, 4, включены для более глубокого восприятия основного материала.
Все замечания и пожелания авторы просят направлять по адресу: 191065, Ленин-град, ул. Дзержинского, 10, ЛО издательства «Машиностроение».
Глава 1 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ С ЧПУ
1.1 Системы автоматизации программирования
Роль систем автоматизации программирования в процессе подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ можно сейчас сравнить с той ролью, которую сыграли компиляторы языков высокого уровня в процессе разработки программ на ЭВМ. Появление САП является логическим следствием развития вычислительной техники, программирования, станкостроения, а также обусловлено возрастающей сложностью деталей, и, следовательно, высокой трудоемкостью «ручного» программирования их обработки. За более чем двадцатилетний период, прошедший с тех пор, как начали эксплуатироваться САП, сменилось четыре поколения ЭВМ, появились микропроцессоры, разработаны и широко используются многооперационные станки типа «обрабатывающий центр» и роботы. Это естественным образом повлияло на методы подготовки управляющих программ и эволюцию развития САП.
Программирование оборудования с ЧПУ появилось совсем недавно. Результатом программирования является управляющая программа, которая представляет собой совокупность команд на языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки (см. ГОСТ 20523−80).
В книге будет идти речь об автоматизированном программировании, хотя последние достижения вычислительной техники и станкостроения в некоторой степени стирают грань между «ручным» и автоматизированным программированием. Рассмотрим программирование как составную часть процесса технологической подготовки производства.
«Ручное» программирование в традиционном понимании состоит в следующем. По заданному операционному технологическому процессу технолог рассчитывает траекторию движения инструмента, назначает необходимые технологические команды в соответствии с режимом обработки (например, подачу, охлаждение, смену инструмента и т. д.) и преобразует эти данные во внутреннее представление системы ЧПУ [4, 15, 17].
При автоматизированном программировании в идеальном случае все задачи ручного программирования должны решаться на ЭВМ, включая расчет режимов обработки. САП являются эффективным и надежным инструментом для их решения.
САП − это комплекс технических, программных, языковых, информационных средств, осуществляющих преобразование данных чертежа детали в коды устройства управления оборудованием с ЧПУ. Как правило, САП организованы по классической структуре: входной язык, процессор, промежуточный язык, постпроцессор. В зависимости от реализации возможны отклонения от этой структуры.
Входной язык САП − проблемно-ориентированный язык, предназначенный для описания исходных данных о детали и технологическом процессе ее обработки на оборудовании с ЧПУ.
Процессор САП − программное изделие, предназначенное для решения общих геометрических и технологических задач, а также задач управления процессом обработки данных на ЭВМ, реализация которого возможна в виде специализированного программного устройства.
Постпроцессор САП − программное изделие, предназначенное для адаптации управляющей программы к конкретному оборудованию с ЧПУ, реализация которого возможна в виде специализированного программного устройства.
Промежуточный язык процессор − постпроцессор − внутренний проблемно-ориентированный язык системы САП, служащий для представления данных, передаваемых от процессора к постпроцессору. (Все определения даны по ГОСТ 23501.603−84).
В литературе промежуточный язык процессор-постпроцессор встречается под названием CLDATA (Cutter Location Data − данные о перемещении инструмента).
Структура САП приведена на рис. 1.1. Обычно в состав САП входит библиотека постпроцессоров, каждый из которой предназначен для определенной модели системы ЧПУ или модели станка. Разрабатываются также универсальные постпроцессоры, способные формировать УП для различных систем ЧПУ. Графические постпроцессоры предназначены для вывода траектории движения Инструмента на графические отображающие устройства.
Рассмотрим классификацию САП по различным критериям (рис. 1.2) [9]. Первый критерий классификации САП − по числу управляемых координат − определяет
функциональные возможности системы и класс обслуживаемого оборудования. Двух-координатные САП обеспечивают автоматизированную подготовку УП для двух-координатных станков (токарных, электроэрозионных, газорезательных и др.). Движение инструмента происходит в одной из координатных плоскостей. Движения по третьей координатной оси нет. 2,5-координатные САП обеспечивают подготовку УП для обработки произвольного плоского контура при условии, что поверхность детали является плоскостью, произвольно ориентированной в пространстве. Такие САП относятся к самому распространенному типу систем по двум причинам: во-первых, они охватывают подготовку УП для широкого класса станков (токарных, фрезерных, сверлильных и др.), во-вторых, трудоемкость разработки, сопровождения и эксплуатации такой САП не требует больших инженерных и технических ресурсов. К числу таких САП относятся ЕСПС-ТАУ, САПCM, Техтран, ADAPT (США), NELAPT (Великобритания), Autotech (ГДР), FAPT (Япония), IFAPT
(Франция). В трех координатных САП в отличие от 2,5-координатных поверхность обрабатываемой детали может быть произвольной поверхностью второго порядка, что позволяет расширить область их применения. Типичными представителями таких САП являются MODAPT (Италия), PROMO (Франция). Многокоординатные САП в дополнение к обычным трех координатным перемещениям обеспечивают угловые перемещения вокруг одной из координатных осей. Реализация угловых перемещений производится постпроцессором и зависит от того, каким органом станка производится поворот − шпиндельной головкой или столом. Наиболее значительной из семейства многокоординатных САП является разработанная в 1961 г. в США система APT (Automatically Programmed Tools).
Следующий критерий классификации − по уровню принятия решений − определяет уровень автоматизации решаемых в САП технологических задач. К технологическим задачам относятся реализация типовых технологических циклов точения, сверления, нарезания резьбы, фрезерования кругового и прямоугольного (внутреннего и наружного), фрезерования пазов и карманов, разбиения припуска на проходы, расчет режимов резания и др.
В настоящее время трудно назвать САП, в которой не решалась бы одна из названных задач. Поэтому основной принцип классификации по этому критерию
состоит в том, является автоматизация технологических задач свойством, заложенным в концепцию САП при ее разработке, или такая автоматизация реализована на основе библиотеки типовых технологических процедур. В большинстве САП (например, САП-CM, APT, FAPT, IFAPT, MODAPT) автоматизация технологических задач решается при помощи технологических процедур. Среди САП со встроенной автоматизацией технологических задач можно назвать ЕСПС-ТАУ, Техтран-Т, Autotech, ЕХАРТ (ФРГ), FANUC-3T и MAZATROL (Япония).
В зависимости от области применения САП можно разделить на универсальные и специализированные. Универсальные САП − это системы широкого назначения, с развитым входным языком, позволяющим разрабатывать программы, имеющие сложную логическую структуру, описывать обработку произвольных контуров, производить математические вычисления, а также создавать типовые технологические процедуры для различных классов оборудования. APT является типичной САП этого класса. Она представляет собой обобщенную универсальную САП, предназначенную для программирования обработки сложных поверхностей, с управлением по трем и пяти осям [5]. APT является прототипом семейства САП, разработанных в различных странах, в том числе в СССР. В частности, за основу языка Техтран было взято подмножество языка APT. APT позволяет программировать обработку поверхностей типа конусов, цилиндров, поверхностей второго порядка (эллипсоид, эллиптический конус, гиперболический параболоид и др.), линейчатых и каркасных поверхностей, сфер. APT является многофункциональной системой, но основными областями ее эффективного применения являются авиа-, судо- и автомобилестроение, где наиболее часто встречается обработка сложных поверхностей (например, формообразующих элементов штампов, гребных винтов, элементов конструкций самолета и др.). Несмотря на высокую производительность и большие возможности, система APT не нашла широкого применения вследствие сложности в изучении и эксплуатации
[5].
Специализированные САП классифицируются по видам обработки (токарной, фрезерной, сверлильно-расточной и др.). Последние годы развитие САП идет по пути создания специализированных систем с высоким уровнем автоматизации решения технологических задач.
В ФРГ разработаны семейства САП ЕХАРТ, состоящие из технологически ориентированных подсистем, в основу которых были положены концепции APT [18].
Типичным представителем специализированных САП является ЕХАРТ (ФРГ). ЕХАРТ состоит из трех подсистем. ЕХАРТ-М01 (Basic - ЕХАРТ) - универсальная САП − ядро системы; ЕХАРТ-М02 − специализированная, технологически ориентированная САП для токарных станков, ЕХАРТ-МОЗ − для сверлильных, фрезерных и станков типа обрабатывающий центр. Программирование в ЕХАРТ-М02 состоит из следующих этапов: описания геометрии детали, описания технологических переходов, описания процесса обработки. При этом автоматизировано решение следующих задач: разбиение на проходы, расчет режимов резания, построение траектории движения инструмента при черновой и чистовой обработке, контроль на наличие столкновений.
В ЕХАРТ-МОЗ автоматизированы задачи выбора инструмента, расчета ходов инструмента при позиционной и контурной обработке, расчет режимов резания, контроль на наличие столкновений.
Система ЕХАРТ является наиболее типичным представителем семейства специализированных САП. Среди множества других САП можно назвать ориентированную на токарную обработку TAUPROG (Венгрия) и отечественные ЕСПС-ТАУ для сверлильных, токарных и фрезерных работ и Техтран-Т для токарных работ, в которых также решены перечисленные технологические задачи.
В настоящее время выпускаются системы ЧПУ типа CNC со встроенными САП − программаторы. Программаторы − это специализированные САП, предназначенные для оперативной подготовки УП непосредственно на станке. Это позволяет сократить простои станка за счет совмещения обработки детали с разработкой, отладкой и редактированием другой УП. Наибольший интерес представляют системы BOSCH-PEG (ФРГ) и FANUC-3T (Япония) − для токарных станков, FANUC 6M-MODEL Е и MAZATROL-M (Япония) − для обрабатывающих центров [14, 16].
По форме представления исходных данных можно выделить САП со свободной структурой представления, с табличной формой и представлением в форме «меню».
Большинство известных САП имеют свободную форму представления исходных данных. Программа на языке таких САП представляет собой множество операторов, состоящих из элементов языка (служебных слов, идентификаторов, специальных символов и т. д.) и строящихся по заданному синтаксису (например, входные языки многих из названных САП соответствуют синтаксису языка APT). В дальнейшем для удобства будем отождествлять названия САП и ее входного языка.
При табличной форме представления технолог заполняет специальные бланки в форме таблиц. Каждая графа таблицы соответствует определенному виду исходных данных, например, геометрии детали, технологическим командам, управляющей информации и т. д. Имеются также САП, сочетающие обе формы представления (САДКО, АППР-АРМ).
Представления в форме «меню» − это свойство интерактивных САП. С экрана дисплея в определенном формате запрашивается требуемая информация. Технологу остается только заполнить соответствующие графы, высвечиваемые на экране дисплея, или ответить на задаваемые системой вопросы. Наиболее перспективными являются САП, сочетающие представление исходных данных со свободной структурой и в форме «меню», например, в системе ТС-АРТ [20].
Последний критерий классификации САП − по режиму работы. В настоящее время существуют два основных режима работы САП: пакетный и интерактивный, которые находятся в прямой зависимости от типа ЭВМ и операционной системы, для которых реализована данная САП. Первые САП работали в пакетном режиме. Программа, подготовленная технологом на входном языке САП и записанная на магнитный носитель, перфоленту или перфокарты, полностью вводилась в ЭВМ и преобразовывалась в УП для станка. В случае ошибок в исходной программе эта процедура повторялась.
Разработка интерактивных САП является следствием развития вычислительной техники − появлением алфавитных и графических дисплеев, а также мини- и микро-ЭВМ. Исходные данные в интерактивных САП задаются в форме «меню» или в режиме «вопрос − ответ». Существуют интерактивные САП и со свободной формой представления (например, FAPT, где последовательно после ввода каждого оператора можно получить на экране дисплеев или печатающем устройстве результат его выполнения). Значительное преимущество таких САП перед пакетными состоит в сокращении сроков обучения технологов-программистов и технологов-операторов методам программирования за счет диалога и возможности повторения расчета УП с любой исходной позиции. Недостатком их является отсутствие универсальности в подходе к разработке УП вследствие того, что диалог ограничивает разработчика в выборе средств для решения задачи. Интерактивные САП эффективны при эксплуатации в производствах с невысокой сложностью и высоким уровнем унификации изготавливаемых деталей или их элементов.
Представленная классификация САП является попыткой систематизировать накопленный опыт и направления развития данной области инженерной деятельности за последние годы и носит условный характер. В последующие годы параллельно с развитием диалоговых, оперативных систем подготовки УП непосредственно у станка дальнейшее развитие получат системы программирования, работающие в комплексных системах автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM − Computer Aided. Design/Computer Aided Manufacturing). Комплексная система состоит из ряда подсистем, с помощью которых производится формирование цифровой модели детали, вычерчивание рабочих чертежей и эскизов на графопостроителях, проектирование технологического процесса и формирование управляющей программы [19]. Объединение этих процессов в единый непрерывный процесс переработки информации и управления технологическими процессами и оборудованием дает ряд преимуществ перед описанными ранее системами и методами. Преимущества эти следующие: сокращение затрат и времени на подготовку УП; повышение качества УП; повышение эффективности использования оборудования с ЧПУ за счет быстрой загрузки программ в память системы ЧПУ и отсутствие брака в УП; высвобождение технологов-программистов, занимающихся разработкой УП; сокращение сроков подготовки производства новых изделий.
В частности, имеется опыт создания комплексной системы проектирования технологических процессов и подготовки УП для номенклатуры деталей тел вращения, функционирующей в условиях гибкой производственной системы «Группроцесс-Техтран». Подробное описание перечисленных САП приведено в работах [1, 3, 5, 7, 10, 12, 13, 14, 16, 20, 22, 23].
1.2 Структура и функциональные возможности САП Техтран
В основу организации САП Техтран был положен традиционный подход. Система состоит из входного языка, процессора, промежуточного языка и постпроцессоров. При разработке системы преследовалось несколько целей. Во-первых, САП должна быть простой в обслуживании, т. е. вмешательство оператора должно быть сведено к минимуму. Во-вторых, САП должна быть мобильной (это позволяет минимизировать затраты при адаптации САП для различных классов ЭВМ и операционных систем). В-третьих, САП должна допускать расширение выполняемых функций.
Необходимую гибкость САП Техтран приобрела благодаря модульной структуре. Для уменьшения объема оперативной памяти процессор и постпроцессор выполняют обработку данных за несколько проходов: процессор построен по трехпроходной схеме, постпроцессоры − по двухпроходной схеме. Модульная структура дает возможность вводить новые функции без существенной корректировки ранее написанных программ. Кроме того, такая структура позволяет организовать перекрытия и уменьшить тем самым объем оперативной памяти.
Требование мобильности программного обеспечения предопределило выбор языка программирования. Поскольку ко времени начала разработки (1975 г.) и вплоть
до настоящего времени единственным языком программирования, компиляторы которого входят в состав всех операционных систем и обеспечивают необходимое качество объектного кода, был и остается Фортран, то именно ему и было отдано предпочтение. Около 95 % программ, составляющих САП Техтран, написано на Фортране, остальные − на Ассемблере. В настоящее время синхронные версии системы эксплуатируются на ЭВМ типа ЕС с операционной системой ОС ЕС и СМ с операционной системой ОС РВ.
Процессор осуществляет ввод и трансляцию исходной программы на входном языке системы, выполняет заданные геометрические построения и рассчитывает траекторию движения центра инструмента. Результаты расчета выводятся в файл CLDATA. Структура процессора системы Техтран приведена на рис. 1.3. Процессор организован в виде трех последовательно выполняемых модулей: компилятора, интерпретатора и интерполятора. Каждый модуль может рассматриваться как законченная программа. Обмен данными между модулями производится только через промежуточные файлы на диске.
Компилятор вводит программу на Техтране, предварительно записанную на диск, и выполняет ее синтаксический контроль. На этапе компиляции проверяется, правильно ли заданы имена и служебные слова в программе, соблюдены ли требуемые форматы. Если часть текста оформлена в виде отдельного файла, то компилятор вставляет этот текст в исходную программу. Макросредства дают программисту возможность описывать типовые элементы в параметрическом виде и хранить их на магнитном диске. В процессе макрогенерации компилятор выполняет вставку тела макроса в исходную программу и заменяет формальные параметры фактическими значениями. Если обнаружена ошибка, то компилятор отмечает ее место в строке и печатает диагностическое сообщение. Затем он переходит к следующему оператору, чтобы за один прогон выявить максимальное число ошибок. Файл синтаксических
таблиц содержит описание форматов операторов Техтрана и служит для управления работой компилятора. Тексты сообщений об ошибках также хранятся на магнитном диске. Компилятор формирует на диске рабочую программу интерпретатора, в которой арифметические выражения преобразованы в польскую инверсную запись, геометрические определения преобразованы во внутренний формат и заданные в них модификаторы упорядочены. В процессе макрогенерации используется рабочий файл на диске.
Интерпретатор производит расчет канонических форм геометрических объектов. Другой функцией интерпретатора является вычисление значений арифметических и логических выражений и стандартных функций. Если в программе были использованы операторы цикла и операторы передачи управления, то интерпретатор выполняет эти операторы и тем самым приводит исходную программу к линейной. Рабочая программа интерполятора, формируемая интерпретатором, будет содержать только таблицу геометрических объектов, операторы движения и операторы постпроцессора. Интерпретатор может выполнять трассировку, т. е. распечатывать значения переменных и переходов в программе. Если в исходной программе были определены контуры, то их описания во внутреннем формате выводятся в специальный файл. При обнаружении ошибки в программе интерпретатор печатает диагностическое сообщение и продолжает обработку до заданного числа ошибок.
Интерполятор обрабатывает операторы движения и рассчитывает эквидистантную траекторию с учетом диаметра рабочего инструмента. Если интерполятор обнаруживает ошибку, то он выдает диагностическое сообщение и продолжает обработку от следующего оператора поточечного движения до заданного числа ошибок. В процессе вычислений интерполятор использует рабочую программу и файл контуров, подготовленные интерпретатором, а также файл сообщений об ошибках. Операторы постпроцессора не обрабатываются и передаются в выходной файл. Выходные данные интерполятора формируются в стандартном формате CLDATA.
Процессор рассчитан на обработку группы исходных программ за один проход. Каждый модуль процессора за один вызов обрабатывает всю группу. Программы, в которых на стадии компиляции или интерпретации обнаружены ошибки, удаляются из соответствующего выходного файла и не поступают на дальнейшую обработку. Программы с ошибками в операторах движения выводятся в файл CLDATA, но место ошибки отмечается специальной записью.
Постпроцессоры выполняют следующие функции: чтение файла CLDATA, подготовленного процессором, и синтаксический контроль операторов постпроцессора; перевод геометрических данных в систему координат станка; проверку длины перемещений, допустимости подач и оборотов; расчет кодов подач, кодов оборотов шпинделя, коррекции; учет динамических характеристик оборудования; формирование и вывод на печать и перфоленту управляющей программы и другие функции. - САП Техтран оснащена рядом постпроцессоров, каждый из которых формирует управляющие программы для определенной системы управления. Настройка постпроцессора на конкретную модель станка производится с помощью паспорта. Структура постпроцессора приведена на рис К 4.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию