Сравнительный анализ особенностей проектирования управляющих программ для различных систем ЧПУ

Сравнительный анализ особенностей проектирования управляющих программ для различных систем ЧПУ

12 2 2 Кудриков Ю.Н. , Томилин С.А. , Подрезов Н.Н. , Ольховская Р.А.

1 Филиал АО «АЭМ-технологии» «Атоммаш» в г. Волгодонск

2Волгодонский инженерно-технический институт -

филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»

Аннотация: В работе рассмотрены возможности современной системы с числовым программным управлением FMS-3 000(3200) в сравнении с другими наиболее распространенными стойками управления. Приведены конкретные производственные примеры проектирования управляющих программ для случаев одноинструментального и многослойного фрезерования в энергетическом машиностроении. Выполнен анализ общей длины программ и сложности их корректировки при обработке однотипных элементов, имеющих разные геометрические размеры. Сделан вывод о том, что применение специализированных модальных циклов в устройствах ЧПУ FMS-3000(3200) существенно повышает эффективность программно-управляемой станочной обработки. Ключевые слова: система с числовым программным управлением, управляющая программа, механическая обработка, корректировка программы, технологическое оборудование, подпрограмма, параметризация, многослойное фрезерование.

Технологическое оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ) все шире применяется в производстве изделий энергетического машиностроения. Процесс подготовки управляющих программ (УП) является наиболее ответственным этапом технологической подготовки производства с применением программно-управляемых станков [1]. Ограниченность финансовых ресурсов на модернизацию производства предприятий машиностроительного комплекса часто заставляет последних более эффективно задействовать внутренние резервы при изготовлении деталей различной конфигурации [2,3]. Одним из направлений повышения эффективности технологической подготовки производства является сокращение времени на проектирование УП для станков с ЧПУ и обеспечения их гибкости и быстрой корректируемости без повышения риска возникновения брака.

Ранее в статье [4] были рассмотрены возможности системы FMS-3000(3200) по проектированию модальных и специализированных

параметрических циклов с помощью системных, глобальных и локальных параметров и переменных. Программное обеспечение системы БМБ, как известно, реализовано на базе ядра жесткого реального времени с использованием библиотеки КТ-Кете1 [5]. Открытая архитектура ядра дает возможность для постоянного обновления и развития математического обеспечения системы БМБ [4,6].

Далее указанные возможности проиллюстрированы конкретными примерами из производственной практики, проанализированы варианты УП в разных устройствах ЧПУ, обеспечивающие одинаковое качество обработки изделий. Сравнивались общее количество кадров программы (длина УП), сложность ее корректировки при обработке однотипных элементов с различными размерами.

В качестве первого примера рассмотрена одноинструментальная обработка 14 пазов в плите-основании (рис.1). Геометрия пазов однотипна, но размеры и пространственная конфигурация различаются.

Рисунок 1 - Плита-основание

Устройство ЧПУ 2С42-65. Для обработки на данной стойке потребуется относительно длинная программа (на один паз требуется четыре кадра) с четырьмя подпрограммами (с каждой из сторон используется своя подпрограмма), какая-либо параметризация в УП не предусмотрена [7]:

Фрагмент программы для обработки паза N20 G00 X500.0 Y-120.0 N21 G01 Z0 F2000 N22 L01 H25 N23 G0 G90 Z50.0

Подпрограмма L01 N1 G01 G91 Z-2.0 F500 N2 G41 D02 Y14.0 N3 X-40.0 F200 N4 G03 X0 Y-28.0 I0 J-14.0 N5 G01 X40.0 F300 N6 G40 Y14.0 F500

N7 M17

Длина УП для обработки 14 пазов составила 88 кадров.

Устройство ЧПУ FANUC (HAAS) [8]. УП состоит из основной программы и трех локальных подпрограмм: одна корневая (для возможности использования зеркальной обработки), и две - обрабатывающие. Текст основной программы небольшой, но в корневой подпрограмме потребуется прописать обработку 7 пазов (половина от 14), и на каждый паз требуется 4

кадра:

Основная часть УП N1 G54 S2000 M3 N2 M97 P05 N3 G0 X0 Y0 N4 G51.1 X0 Y0 N5 M97 P05 N6 G50.1 X0 Y0 N7 G0 Z200 N8 M30

Корневая подпрограмма Р05 N10 G0 X500 Y-120 N11 G1 Z0 F2000 N12 M97 P06 L25 N13 G0 G90 Z100

N35 М99

Обрабатывающая P06 N50 G1 G91 Z-2 F500 N51 G41 D02 Y14 N52 X-40 F200 N53 G3 X0 Y-28 I0 J-14 N54 G1 X40 F300 N55 G40 Y14 F500 N56 M99

Общая длина УП для обработки 14 пазов равна 54 кадрам. Устройство ЧПУ Sinumeric-825. Структура УП такая же, как и на стойках FANUC или HAAS:

Обрабатывающая P06 N100 G1 G91 Z-2 F500

Основная программа Корневая N1 G54 S2000 M3 подпрограмма Р05 N2 P05

N10 G0 X500 Y-120 N101 G41 D02 Y14

N3 MIRROY (X0, Y0) N11 G1 Z0 F2000 N102 X-40 F200 N4 P05 N12 P06 N103 G3 X0 Y-28 I0 J-14

N5 AMIRROY N13 G0 G90 Z100 N104 G1 X40 F300

N6 G0 Z200 ... N105 G40 Y14 F500

N7 M30 N35 М17 Repeat begin P24

N106 M17

Общая длина программы для обработки 14 пазов составит 54 кадра. Заметим, что подпрограммы должны быть созданы как отдельные файлы, что значительно увеличивает количество файлов в архиве.

При составлении УП на трех вышеуказанных устройствах ЧПУ есть один общий существенный недостаток - при смене инструмента может потребоваться корректировка текста УП сразу в двух или более подпрограммах.

Устройство ЧПУ FMS-3000(3200). Вместо составления на каждое

изделие подпрограмм возможно применение модального цикла G71 для

обработки пазов с возможностью поворота оси обработки. Применение

данного обрабатывающего цикла приводит к параметризации программы и,

как следствие, к общему сокращению длины УП:

N1 G0 G54 X500 Y-120 Z160 N2 S2000 M3

N3 G71 E1 L54 S28 R12.5 U0 Z-50 V2 Q50 F200 (шапка цикла, E1 -вариант исполнения цикла, длина паза L = 54 мм, ширина паза S = 28 мм, угол поворота плоскости обработки А = 0о - по умолчанию, радиус инструмента R = 12,5 мм, начальный уровень обработки U = 0, глубина фрезерования Z = 50 мм, съем за один проход V = 2 мм, подъем на безопасную высоту для перехода на следующий паз Q = 50 мм, подача F = 200 мм/мин) N4 Y0 N5 Y120

N6 X320 Y300 G71 A90 L80 S40 (корректировка шапки цикла, для этой и всех последующих точек угол поворота плоскости обработки А = 90°, длина паза L = 80 мм, ширина паза S = 40 мм) N7 X160 N8 X-160 N9 X-320

N10 Х-500 У120 071 А180 Ь54 Б28 N11 У0 N12 У-160

N13 Х-320 У-300 071 А270 Ь80 Б40

N14 Х-160

N15 Х160

N16 Х320

N17 080

N18 00 7200

N19 М30

Таким образом, для обработки 14 пазов требуется 19 кадров - это самая короткая программа фрезерования пазов из всех рассмотренных выше устройств ЧПУ.

Еще один пример - многослойное фрезерование в трубной доске 192 отверстий, расположенных как показано на рис. 2.

Рисунок 2 - Расположение отверстий в трубной доске

Для краткости даны фрагменты УП только для чернового фрезерования, что не меняет принципиальной оценки по длине УП для разных вариантов обработки.

Устройство ЧПУ 2С42-65. Приведены фрагмент текста основной части программы обработки для одного отверстия и одной подпрограммы:

Фрагмент программы N20 G00 X180 Y-415.68 N21 G01 Z0 F2000 N22 L01 H3 N23 G00 G90 Z50

Подпрограмма L01 N1 G01 G91 Z-4.8 F500 N2 G01 G41 D02 Y13.5 F30 N3 G03 X0 Y0 I0 J-13.5 F70 N4 G01 G40 Y-13.5 F500

... N5 M17

Длина УП для обработки 192 отверстий составит 777 кадров.

В случае нехватки времени для завершения УП необходимо зафиксировать номер кадра, на котором прервана обработка. Но при аварийном прерывании УП сделать это удается далеко не всегда. В этом случае последующее возобновление обработки может потребовать внесения изменений в УП, что нежелательно.

Устройство ЧПУ FANUC (HAAS). УП состоит из основной программы с двумя локальными подпрограммами (корневой и обрабатывающей) и примерно в два раза короче, чем для УЧПУ 2С42-65:

Основная часть (отверстие №1) G0 X180 Y-415.68 M97 P101

Подпрограмма Р101(корневая) G0 Z0

G97 Р102 L3 M99

Подпрограмма Р102 (обрабатывающая) 01 091 г-4.8 Б500 01 041 Б02 У13.5 Б30

03 Х0 У0 10 1-13.5 Б70

01 У-13.5 Б500 М99

Длина полной программы в данном случае составит 396 кадров. Однако не каждая версия системы ЧПУ FANUC позволяет запустить УП с произвольно выбранного отверстия и начать обработку с требуемой глубины.

Устройство ЧПУ Sinumeric-825 [9]. Станочник получает два файла:

основную программу и подпрограмму геометрии расположения отверстий. В

результате длина основной части УП резко сокращается.

Основная программа Подпрограмма P100

N1 GO G54 N200 G0Z0

X180 Y-415.68 Z120 Begin:

N2 S120 M3 N201 G1 G91 Z-4.8 F500

N3 MCALL (P100) N202 G1 G41 D02 Y13.5 F30

далее следует перечисление N2°3 G3 X0 Y0 I0 J-13.5 Б7°

192 точек для выполнения N204 G1 Y-13.5 F500

подпрограммы Repeat begin P3

N118 MCALL N205 G0 G90 Z50

N119 G0 Z200 N206 M17

N120 М02

Длина УП составила 207 кадров. Здесь пуск программы с произвольно выбранного кадра не представляет труда, но:

- под каждое изделие требуется хранить в отдельных файлах все требуемые подпрограммы, что приводит к увеличению библиотеки;

- начать обработку с любой глубины в случае прерывания многослойной обработки сможет далеко не каждый оператор, т.к. найти требуемую информацию затруднительно [10].

Устройство ЧПУ FMS-3000(3200). Вместо подпрограмм под каждое

изделие возможно применение модальных циклов для обработки отверстий

G70 или G72 по стандартным алгоритмам:

N1 G0 G54 X 180 Y-415.68 Z120 N2 S120 M3

N3 G72 E1 D27 R10 B20 U0 Z-14.6 V5 Q50 F50 (шапка цикла, E1 -вариант исполнения цикла, диаметр дна отверстия D = 27 мм, радиус инструмента R = 10 мм, угол конусности отверстия B = 20о, начальный уровень обработки U = 0, глубина фрезерования Z = 14.6 мм, съем за один проход V = 5 мм, подъем на безопасную высоту для перехода на следующий паз Q = 50 мм, подача F = 50 мм/мин), далее следует перечисление 191 точки, где повторяется цикл N117 G80 N118 G0 Z200

N119 М30

Длина программы составит всего 198 кадров.

В системе ЧПУ FMS-3000(3200) предлагается использовать специализированный цикл для обработки трубных досок 0754, что многократно сокращает текст УП: 054 S120 М3

0754 Е1 В960 М90 Ь60 Н51.96 (шапка цикла, Е1 - вариант исполнения цикла, В960 - внешний диаметр поля для расположения отверстий, М90 - внутренний диаметр поля для расположения отверстий, Ь60 - межосевое расстояние для отверстий по горизонтали, Н51.96 -межосевое расстояние для отверстий по вертикали) 072 Е1 Б27 Ю0 В20 и0 7-14.6 У5 050 F50 00 7200 М5 М30

Для обработки 192 отверстий требуется всего 5 кадров программы, и при этом количество обрабатываемых отверстий не влияет на длину программы. Программа для сверления данной трубной доски, написанная в том же ключе, также будет очень компактной: 054 S120 М3

0750 Е1 В960 М90 Ь60 Н51.96 083 7-25 и0 У3 W0.5 150 F30 00 7200 М5 М30

Таким образом, из всех рассмотренных устройств ЧПУ усовершенствованная система FMS-3000 (3200) предоставляет наиболее широкие возможности для программирования станочных УП оптимальной длины без потери качества обработки изделий. Применение специализированных модальных циклов в устройства ЧПУ FMS-3000(3200) резко повышает эффективность программно управляемой станочной обработки.

Литература

1. Серебреницкий П.П., Схиртладзе А.Г. Программирование автоматизированного оборудования / Под ред. Ю.С. Соломенцева. - М.: Высшая школа, 2003. 592 с.

2. Варфоломеев А.А., Овдиенко М.В., Мецлер А.А., Томилин С.А. Оптимизация конструкции и технологии изготовления отбойника молотковой дробилки // Инженерный вестник Дона. 2016. № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2016/3493.

3. Овдиенко М.В., Мецлер А.А., Томилин С.А., Арсентьева Е.С. Оптимизация конструкции и технологии изготовления лопастного вала горизонтального смесителя СГ-2 // Инженерный вестник Дона. 2017. № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4021.

4. Кудриков Ю.Н., Казеннов Ю.Н., Томилин С.А., Ольховская Р.А. Расширение программного обеспечения станков с ЧПУ на операциях фрезерования при изготовлении изделий атомного машиностроения // Глобальная ядерная безопасность. 2014. № 3 (13). С. 45 - 52.

5. Устройство ЧПУ: FMS 3000: руководство оператора. - Нижний Новгород: ООО «Модмаш Софт», 2011. 64 с.

6. G-код. Основы CNC (ЧПУ) программирования. URL: cncexpert.ru/CNC-milling/CNC-programming.php.

7. Гжиров Р.И., Серебреницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1990. 588 с.

8. Mill Series Training Manual: Haas CNC Mill Programming. - USA, Minnesota, Minneapolis. Haas factory Qutlet, 2015. Rev2/2015. 113 p.

9. EMCO WinNC Sinumerik 810D/840D Milling: Software Description: Software version from 21.00. - F-5400 Hallein-Taxach. EMCO Maier Ges.m.b.H, 2007. Edition G2007-06. 283 p.

10. Ловыгин А.А., Васильев А.В., Кривцов С.Ю. Современные станки с ЧПУ и CAD/CAM системы. - М.: Эльф ИПР, 2006. 286 с.

References

1. Serebrenitskiy P.P., Skhirtladze A.G. Programmirovanie avtomatizirovannogo oborudovaniya [Programming of automated equipment]: Moscow. 2003. 592 p.

2. Varfolomeev A.A., Ovdienko M.V., Metsler A.A., Tomilin S.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016. №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2016/3493

3. Ovdienko M.V., Metsler A.A., Tomilin S.A., Arsenteva E.S. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017. № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4021.

4. Kudrikov Yu.N., Kazennov Yu.N., Tomilin S.A., Olkhovskaya R.A. Global'naya yadernaya bezopasnost', 2014. № 3 (13). pp. 45 - 52.

5. Ustroystvo ChPU: FMS 3000: rukovodstvo operatora [Device of CNC: FMS 3000: operator's manual]: Nizhny Novgorod, 2011. 64 p.

6. G-kod. Osnovy CNC (ChPU) programmirovaniya [The G-code. Fundamentals of CNC programming]. URL: cncexpert.ru/CNC-milling/CNC-programming.php.

7. Gzhirov R.I., Serebrenitskiy P.P. Programmirovanie obrabotki na stankakh s ChPU: Spravochnik [Programming of machining on CNC machines: a Handbook]: Leningrad, 1990. 588 p.

8. Mill Series Training Manual: Haas CNC Mill Programming. USA, Minnesota, Minneapolis. Haas factory Qutlet, 2015. Rev2/2015. 113 p.

9. EMCO WinNC Sinumerik 810D/840D Milling Software Description: Software version from 21.00. F-5400 Hallein-Taxach. EMCO Maier Ges.m.b.H, 2007. Edition G2007-06. 283 p.

10. Lovygin A.A., Vasil'ev A.V., Krivtsov S.Yu. Sovremennye stanki s ChPU i CAD/CAM sistemy [Modern CNC machines and CAD/CAM system]: Moscow, 2006. 286 p.