Применение CSE-технологии для верификации управляющих программ в среде nx 8. 0

УДК 681.513.2

ПРИМЕНЕНИЕ CSE-ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВЕРИФИКАЦИИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ В СРЕДЕ NX 8.0

© 2013 А.В. Маданов, А.Р. Гисметулин

Ульяновский государственный университет

Поступила в редакции. 26.09.2013

Статья посвящена проблеме повышения качества управляющих программ для станков с ЧПУ путем использования программ-верификаторов. Разработана методика создания CSE-драйверов для кинематических моделей станков с ЧПУ с использованием программы Tecnomatix Machine Configurator. Ключевые слова: CSE технология, кинематическая модель станка, симуляция обработки, верификация управляющих программ, CAD/CAM система, станок с ЧПУ, система ЧПУ.

ВВЕДЕНИЕ

Авиастроительные предприятия характеризуются широкой номенклатурой деталей, а также большим количеством деталей со сложной геометрией. Для обработки авиационных деталей на производстве применяют различные станки с числовым программным управлением (ЧПУ).

Эффективность технологической подготовки производства на станках с ЧПУ определяется в основном качеством управляющих программ (У П).

Для обработки авиационных деталей зачастую используются 5-ти координатные станки, а управляющие программы для них характеризуются использованием большого числа функций стоек ЧПУ. Кроме того, стоимость заготовок для таких деталей очень высока. В связи с этим предъявляются высокие требования к качеству УП и квалификации технолога-программиста.

ЭТАП ВЕРИФИКАЦИИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ

Таким образом, технологическая подготовка механообработки нуждается в средствах верификации управляющих программ для станков с ЧПУ в целях исключения брака, проверки корректности траектории движения инструмента, контроля столкновений компонентов станка между собой и с заготовкой. Многие CAM-систе-мы позволяют выполнять симуляцию обработки детали на основе внутреннего представления траектории. При такой симуляции модель режущего инструмента перемещается относительно

Маданов Александр Владимирович, аспирант кафедры математического моделирования технических систем, младший научный сотрудник центра CALS-технологий. E-mail: madanov.alexandr@yandex.ru Гисметулин Альберт Растемович, кандидат технических наук, доцент кафедры математического моделирования технических систем. E-mail: gismetulinar@yandex.ru

3D-модели заготовки с целью проверки траектории обработки. Такая симуляция не учитывает ошибок постпроцессора, возможные соударения рабочих органов станка и требует дополнительной проверки на станке или с помощью специализированной верификационной программы.

Целесообразно использовать программные продукты, которые позволяют производить симуляцию обработки на основе кода УП (G-кода) с использованием кинематической модели станка, что гарантирует идентичность работы симу-лятора и реального станка. Этот факт требует изменения в существующей методике разработки технологии изготовления деталей, добавляя стадию верификации УП с использованием кинематической модели станка (см. рис. 1).

В настоящее время существуют специализированные программные продукты (внешние по отношению к CAM-системе верификаторы УП), предназначенные для визуализации процесса обработки деталей на станках с ЧПУ. Они позволяют выявить ошибки в УП, произвести контроль столкновений рабочих органов станка с заготовкой, оснасткой, выявить превышения пределов перемещения по осям и отследить непроизводительные движения до передачи УП в производство.

К таким программным продуктам относятся система симуляции VERICUT компании CGTech, редактор управляющих программ CIMCO Edit компании CIMCO Integration и др.

Однако, внедряя подобную программу, предприятие несет затраты на ее приобретение, наладку взаимодействия с действующей на предприятии CAD/CAM системой, обучение персонала, дублирование библиотек моделей инструментов и деталей[1]. Кроме того, программистам приходится постоянно переключаться между CAM-системой и верификатором, что ведёт к потерям времени и вызывает неудобства в работе.

Рис. 1. Схема подготовки производства

Данные недостатки отсутствуют у встроенных в CAM-систему верификаторов, но, на сегодняшний день, таких систем на рынке немного и вопрос использования встроенных верификаторов в таких системах часто не проработан на предприятиях в виду нехватки высококвалифицированных специалистов, которые способны правильно настроить и использовать такие верификаторы.

ВЕРИФИКАЦИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ СРЕДСТВАМИ СИСТЕМЫ NX 8.0

Одной из широко распространённых в мире CAD/CAM систем, используемых для разработки управляющих программ, является Siemens NX. Данная система имеет в своём составе, помимо CAM-модуля, подсистему симуляции и верификации (Integrated Simulation and Verification), которая позволяет производить симуляцию не только управляющей траектории, но и симуляцию процесса обработки с использованием кинематической модели станка в кодах управляющей программы (G-код).

Верификационная схема NX 8.0 требует наличия трёх компонентов: кинематической модели станка, виртуального контроллера системы управления (драйвер системы ЧПУ) и встроенного постпроцессора NX. Кинематическая модель станка представляет собой сборочную модель с наложенными кинематическими связями, ограничивающими перемещения по осям компонентов станка. Постпроцессор служит для трансляции внутреннего представления траектории инструмента в управляющую программу. Виртуальный контроллер системы управления используется в модуле NX ISV для управления

движениями кинематическом модели станка по кадрам управляющей программы.

NX CAM поставляется с ограниченным количеством примеров моделей кинематических схем станков с постпроцессорами и драйверами для различных производителей ЧПУ. Однако меха-нообрабатывающее производство предприятия обладает своим парком станков, и эти станки характеризуются различными кинематическими схемами (различной конструкцией) и системами управления (стойками ЧПУ). Эффективность процессов верификации во многом будет определяться использованием кинематических моделей станков точно описывающих реальное металлорежущее оборудование, поэтому часто возникает необходимость переделать стандартную верификационную схему или создать новую под конкретную комбинацию станок / система ЧПУ

Для разработки кинематических моделей станков в составе системы NX имеется специальный модуль - Machine Tool Builder. Он позволяет наложить кинематические ограничения на компоненты сборки станка в заранее подготовленном сборочном файле. К созданной модели станка следует добавить постпроцессор, который можно создать с помощью входящего в состав NX редактора постпроцессоров Post Builder.

Кроме самой кинематической модели и постпроцессора для симуляции на основе машинного кода (Machine Code Simulate) в NX необходим специальный виртуальный контроллер (или драйвер) системы управления станком, т.е. драйвер стойки ЧПУ, настроенный под конкретный станок. Процесс создания и настройки такого драйвера представляет определённую сложность и мало освещен в технической документации и других источниках.

Встроенная симуляция и верификация NX поддерживает две модели таких драйверов: стандартную модель драйвера станка - Machine Tool Driver (MTD) и модуль общего ядра симуляции -Common Simulation Engine (CSE). Кроме того, MTD - это дополнение к постпроцессору NX, которое представляет собой набор настроек для управления кинематической моделью на языке программирования TCL в файле вида «имя_постпроцессора_vnc.tcl». MTD необходимо создавать и настраивать с помощью редактора постпроцессоров NX Post Builder на специальной вкладке «Виртуальная система ЧПУ». Зачастую для симуляции работы станка в системе NX пользователи применяют технологию MTD, однако симуляция на основе такого драйвера имеет ряд существенных недостатков. Такой драйвер связан с постпроцессором, и верификация УП на его основе не сможет выявить возможные ошибки в постпроцессоре и обеспечить полную идентичность работы симулятора и реального станка. CSE не имеет указанного недостатка, так как не является дополнением к постпроцессору NX и позволяет производить симуляцию файла УП от любой другой CAM-системы.

CSE состоит из 4 основных компонентов[1]:

• контроллер DLL - представляет собой синтаксический анализатор, который воспринимает язык конкретного контроллера;

файл конфигурации контроллера Controller Configuration File (CCF) - это двоичный XML-файл, определяющий действия, которые будут выполнены моделью станка (распознает G-коды, задает скорость подачи и др.);

• файл конфигурации станка Machine Configuration Files (MCF) - это XML-файл для определения конфигурации осей станка и настроек многоканального станка. Позволяет использовать CCF-библиотеки и дополнять их функционал;

• модуль подпрограмм - позволяет обеспечить циклы смены инструмента, циклы сверления, подпрограммы определяемые пользователем и т.д.

• CSE-драйвер поставляется с примерами кинематических моделей станков NX для Siemens 840D, Heidenhain TNC и Fanuc. Файлы подпрограмм пользователь может настроить под свой станок (см. рис. 2), а файлы MCF и CCF закрыты от редактирования.

Однако стандартные CSE-драйверы не всегда позволяют задействовать все G-функции реализованные в современных стойках ЧПУ, поэтому возникает необходимость переделать существующий или даже создать новый MCF файл под конкретную комбинацию станок / система ЧПУ. Поэтому для создания полнофункциональных CSE-драйверов в линейке программного обеспечения фирмы Siemens есть приложение

¡J DOOR.SPF

1 FROC DOOR [IHT OFEN)

2

3 4 ##LANGUAGE AC

5 С // Define nsotion of the Door

О 7 1ST nDoorOpenFlag;

g g nDoorOpenFlag = getVariable("OFEN");

10 IF (nDoorOpenFlag);

11 // Open Door

12 move (AXIS, "DOORJUtlS", 700, 1.0);

13: ELSE;

Ii // Close Door

15 mftie (AXIS, "DOOR_AXI5'T, 0, 0.1};

Ifi ENDIF;

17

18 ##LANGUAGE NATIVE

19

20 ret

Рис. 2. Пример кода подпрограммы

Tecnomatix Machine Configurator (см. рис. 3), которое позволяет создавать и редактировать MCF и CCF файлы.

В результате изучения принципов работы CSE-драйвера станка и возможностей программного продукта Machine Configurator была разработана методика создания CSE-драйвера станка, которая включает несколько основных этапов:

а) сбор данных о конкретной комбинации станок / система ЧПУ;

б) настройка общих параметров MCF-фай-

ла;

в) подбор и подключение подходящего для данной системы ЧПУ CCF-файла (или создание своего CCF-файла при необходимости);

г) настройка рабочих осей станка, шпинделей и каналов;

д) программное описание необходимого для симуляции работы станка функционала стойки ЧПУ (G-кодов) с использованием CSE Documentation;

е) создание файлов подпрограмм и подключение к MCF-файлу;

ж) подключение CSE-драйвера к кинематической модели станка;

з) проверка и отладка функционала разработанного CSE-драйвера с использованием эталонной модели детали и управляющих программ, отработанных на реальном оборудовании.

Под эталонной моделью детали понимается файл CAM-системы, предназначенный для проверки кинематических моделей станков или постпроцессоров и содержащий деталь с определённым набором конструктивных элементов и операции

Рис. 3. Интерфейс программы Tecnomatix Machine Configurator

механообработки этих конструктивных элементов. Модель детали должна содержать конструктивные элементы для проверки как 3-х координатных операций, так и 3+2 и 5-ти координатных операций. В структуре обработки эталонной детали также должны быть предусмотрены группы операций для проверки межоперационных переходов, станочных циклов и т.п.

Была разработана верификационная схема (кинематическая модель станка, CSE-драйвер, постпроцессор) на примере 5-ти координатного

станка «DMU125P» с ЧПУ «Sinumerik 840D» (см. рис. 4).

С использованием программы Tecnomatix Machine Configurator была проведена работа по настройке корректной работы CSE-драйвера для данного станка. Отладка CSE-драйвера осуществлялась с помощью производственной эталонной модели детали и тестовых управляющих программ.

При сравнении MTD и CSE технологии было экспериментально подтверждено, что CSE тех-

Рис. 4. Кинематическая модель станка «DMU125P» с ЧПУ «Sinumerik 840D»

нология позволяет смоделировать максимально приближенные к реальности реакции на G-коды кинематические модели станка.

ВЫВОДЫ

Анализ возможностей системы NX показал, что входящая в состав системы NX 8.0 подсистема ISV может служить для верификации УП на основе G-кода. Однако верификационная схема NX требует наличия трёх компонентов: кинематической модели станка, встроенного постпроцессора NX и виртуального контроллера системы управления (драйвера станка). Для того чтобы создать или изменить эти компоненты необходимо использовать специальные программные продукты: NX Machine Tool Builder позволяет создавать кинематические модели станков, NX Post Builder позволяет создавать постпроцессоры. В NX возможно использование двух технологий драйверов станков - традиционной модели контроллера MTD и модуль общего ядра симуляции CSE. В работе выяснено, что технология CSE не дублирует ошибки постпроцессора и является более прогрессивной технологией, чем MTD. Так же в работе предложена методика создания CSE-драйвера

станка с использованием программы Tecnomatix Machine Configurator. Данная методика была успешно применена при создании CSE-драйвера для станка «DMU125P» с системой ЧПУ «Sinumerik 840D».

К основным итогам внедрения верификации управляющих программ можно отнести: повышение качества УП, обеспечение точности и доступности данных, сокращение времени на разработку УП за счет оптимизации, исключение аварийных случаев на производстве, ускорение процесса внедрения управляющих программ на 15-20%. Это возможно благодаря визуализации процесса обработки с использованием BD-модели детали, заготовки, оснастки, инструмента и станка.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сергеев О.С., Гисметулин А.Р., Маданов А.В. Автоматизация подготовки управляющих программ для станков с числовым программным управлением // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 4(2). С. 399 - 402.

THE USE OF CSE-TECHNOLOGY FOR NC PROGRAM VERIFICATION IN NX 8.0

© 2013 A.V. Madanov, A.R. Gismetulin

Ulyanovsk State University

This article is devoted to a problem of NC program quality improvement by using of the NC program verification software. The article suggests the CSE-drivers for kinematic models of CNC machines creation technology using Tecnomatix Machine Configurator.

Keywords: CSE technology, kinematic model, machining simulation, NC program verification, CAD/ CAM system, CNC machine, CNC system.

Aleksandr Madanov, Post-Graduate Student at the Mathematical Modeling of Technical Systems Department, Associate Research Fellow at the Scientific Research Centre of CALS-technologies. E-mail: madanov.alexandr@yandex.ru Albert Gismetulin, Candidate of Technics, Associate Professor at the Mathematical Modeling of Technical Systems Department, E-mail: gismetulinar@yandex.ru