Применение ЭВМ для автоматиза­ции программирования обработки на станках с ЧПУ требует разработки специального программно-математиче­ского обеспечения (ПМО), реализующе­го комплекс алгоритмов для решения геометрических и технологических задач подготовки УП и проблемно-ориенти­рованный язык для записи и ввода в ЭВМ исходной информации. Это ПМО принято называть системой автоматиза­ции программирования (САП) для стан­ков с ЧПУ. Схема построения САП по­казана на рис. 10.1.

Классификация САП. Системы авто­матизации программирования различны по назначению, области применения, уровню автоматизации, форме записи исходной информации, параметрам ис­пользуемых ЭВМ и режимов их работы
при подготовке УП. Изс можно класси­фицировать по разным признакам.

По наличию в системе средств и воз­можностей автоматизации подготовки ТП: с автоматизацией технологии; без автоматизации технологии.

По назначению: специализированные; универсальные, комплексные. Специали­зированные САП разрабатывают для отдельных классов-деталей, уникальных станков или автоматизированных участ­ков. Универсальные САП предназначены для различных деталей, изготовляемых на станках с ЧПУ отдельных технологи­ческих групп. Комплексные САП объеди­няют ряд специализированных и универ­сальных систем для различных техноло­гических групп станков с ЧПУ на базе единого входного языка и общих блоков САП для решения идентичных задач.

По области применения: для обработ­ки плоскостей, параллельных координат­ным плоскостям; 2,5-координатные для фрезерной обработки; для обработки на электроэрозионных станках и газореза­тельных машинах; для обработки конту­ров и поверхностей на многокоординат­ных фрезерных станках; для обработки тел вращения со ступенчатым и криво­линейным профилями на токарных стан­ках; для обработки отверстий на свер­лильных станках с позиционным управ­лением; для комплексной обработки кор­пусных деталей на сверлильно-расточных станках и многоцелевых станках.

Рис. 10.1. Типовая структурная схема САП

По уровню автоматизации: САП низ­кого, среднего и высокого уровней. Уровень автоматизации САП характери­зуется решаемыми на ЭВМ задачами подготовки УП (рис. 10.2). САП низкого

Да /Переходная технология Нет ПзрабатыНаетсянаЭВМ?/

Уровня решают на ЭВМ в основном геометрические задачи (определение ко­ординат опорных точек траектории ин­струмента по заданным в исходной ин­формации построительным геометриче­ским характеристикам ее участков) и реализуют подробные указания о соста­ве УП. САП среднего уровня позволяют решать на ЭВМ технологические задачи ; выбора последовательности проходов по заданным обобщенным технологическим * схемам обработки отдельных участков заготовки. В САП высокого уровня пред­усматривается проектирование на ЭВМ ; плана операции, инструментальной на - ] ладки и последовательности переходов по описанию детали и условий ее изго­товления.

По форме записи исходной информа­ции: с табличным входом; языковые. > Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки, при оценке которых необ­ходимо учитывать трудоемкость подго­товки исходной информации, назначение и область применения САП, а также сложность разработки транслятора — блока вычислительных программ для пре­образования записанной на входном язы­ке САП исходной информации в канони­ческий вид, удобный для переработки информации в ЭВМ.

Табличная запись данных весьма лаконична и при использовании специ­альных бланков довольно наглядна. Эта форма записи принята в основном в специализированных САП, узкая ориен­тация которых позволяет использовать при задании исходной информации ха­рактерные особенности конфигурации де­талей конкретных классов.

Словарная запись данных свободным текстом служит для задания групп па­раметров обработки и указаний ЭВМ в виде произвольной последовательности фраз, структура которых подчиняется синтаксису принятого проблемно-ориен­тированного входного языка. Эта форма записи исходной информации позволяет оперировать широким набором понятий, используемых в универсальных САП. Недостатками записи свободным тек­стом являются большое число правил, которые необходимо усвоить технологу - программисту для записи различных

По структуре фраз, громоздкость записи и сложность транслятора для переработ­ки текста исходной информации. Для уменьшения объема записи применяют аббревиатуры и сокращенные обозначе­ния, которые часто превращают текст исходной информации в трудно воспри­нимаемую зрительно последовательность букв, знаков и чисел, что усложняет ее контроль. Для сокращения объема записи в ряде случаев гораздо эффек­тивнее применять специальные бланки, графы которых отображают структуру фраз данного входного языка. Приме­нение таких бланков позволяет исклю­чить в тексте названия наиболее часто используемых параметров и упорядочить запись. Упорядоченная словарная запись короче и нагляднее свободного текста и уменьшает вероятность пропуска не­обходимых данных в процессе подготовки исходной информации.

Краткая характеристика ЭВМ, ис­пользуемых для САП. Параметры ЭВМ (быстродействие, объем оперативной па­мяти и состав внешних устройств) су­щественно влияют на технико-экономи­ческие показатели разработки и промыш­ленного применения САП. Разработка САП велась применительно ко всем поко­лениям ЭВМ, различающимся как ука­занными параметрами, так и элемент­ной базой. Широкие технические возмож­ности и развитое ПМО современных вычислительных комплексов обеспечили дальнейшее совершенствование САП.

Для целей программирования особен­но удобны автоматизированные рабочие места (АРМ), построенные на базе СМ ЭВМ (см. гл. 11). Снабженные определенным набором периферийных устройств (таких, как дисплей, графи­ческий интеллектуальный терминал, планшетный графопостроитель, планшет­ное устройство ввода графической ин­формации, печатающее устройство, пер­форатор, фотосчитыватель для перфо­лент, накопители на магнитных дисках), АРМ позволяют решать сложные задачи подготовки УП на базе САП высокого уровня. В ряде случаев эти задачи могут быть четко согласованы с комплексом задач, решаемых в единой автоматизи­рованной системе ТПП предприятия.

Наряду с большими универсальными ЭВМ, на которых ведется промышлен­ная эксплуатация САП, получают рас­пространение малые ЭВМ с редакциями САП для подготовки и редактирования УП непосредственно на участках станков с ЧПУ. Оснащение станка индивидуаль­ной ЭВМ позволяет усложнить функции УЧПУ, обеспечив диагностику станка, редактирование УП и программирова­ние циклов обработки непосредственно на рабочем месте. Подобные УЧПУ, ЭВМ которых снабжены накопителями на маг­нитных дисках и другими внешними устройствами, обеспечивают все возмож­ности специализированной САП, приспо­собленной для ведения обработки дета­лей на данном конкретном станке. В па­мяти ЭВМ УЧПУ создается определен­ная база технологических данных, поз­воляющих учитывать в наибольшем объеме как технологические возможно­сти, так и особенности применения каж­дого станка, использовать введенные в память ЭВМ параметры инструментов и крепежных приспособлений, библиоте­ку типовых схем обработки и постоянные характеристики станка, необходимые для расчета оптимальных траекторий инстру­ментов и режимов резания, корректиров­ки процесса и т. д.

Автоматизированное программирова­ние непосредственно на станке изменяет и содержание УП. Программой будет служить набор (с клавиатуры дисплея УЧПУ) обобщенных инструкций по обра­ботке участков заготовки или синтези­рованный на экране дисплея УЧПУ операционный чертеж изготовляемой де­тали.

Режимы подготовки УП. Автомати­зированную подготовку УП можно прово­дить в различных режимах в зависимости от организации работы ЭВМ, состава внешних устройств и возможностей кон­кретной САП.

Организация работы ЭВМ с помощью операционной системы сводится к двум основным режимам: групповому и диало­говому. Групповой режим предусматри­вает последовательное выполнение на ЭВМ группы заданий по мере того, как высвобождаются ее ресурсы. Диалого­вый режим обеспечивает непрерывную эффективную связь с ЭВМ одного или нескольких пользователей, каждый за­прос которых немедленно вызывает ее ответное действие.

Этапы процесса подготовки УП на ЭВМ в групповом режиме показаны на рис. 10.3, а. На первых трех этапах этого процесса уточняют условия обработки, на чертеже детали обозначают геомет­рические элементы (I), исходную инфор­мацию записывают в бланки на входном языке САП (II) и переносят на перфолен­ту, перфокарту (III) или вводят непо­средственно с экрана дисплея. Из исход­ной информации, подготовленной для программирования изготовления несколь­ких деталей, комплектуют задание ЭВМ. В процессе расчета управляющей про­граммы на ЭВМ (IV) работает диагно­стическая программа САП, которая при обнаружении ошибок печатает сообще­ние о характере и месте нахождения их в тексте исходной информации. Если ошибок нет, то текущая УП рассчитыва­ется до конца и выдается на перфоленте с сопроводительной документацией. По­сле этого, как и после распечатки оши­бок, начинается расчет следующей УП по исходной информации из комплекта задания ЭВМ. При наличии подключен­ного к ЭВМ графопостроителя в состав сопроводительной документации входит график траектории вершины инструмен­та в системе координат детали. Этот график более удобен для контроля траек­тории (V), чем график, воспроизводя­щий на автономном графопостроителе закодированные в УП движения рабо­чих органов станка. Для исправления ошибок, обнаруженных на этапах расче­та УП и контроля траектории, технолог - программист корректирует исходную ин­формацию (VI) с помощью программы системного редактора и организует по­вторный расчет УП на ЭВМ. Последую­щий контроль УП на станке (VII) также может привести к необходимости коррек­тировки исходной информации и повтор­ному расчету УП на ЭВМ, если редак­тирование УП на станке с ЧПУ невоз­можно или менее эффективно, чем с помощью САП.

Подготовка УП на ЭВМ в диалоговом режиме может происходить по различ­
ным схемам, что во многом определяется возможностями САП и составом внеш­них устройств ЭВМ.

Рис. 10.3. Схемы подготовки УП на ЭВМ: а — в групповом режиме; б — в диалоговом режиме с использованием диалоговых прерываний видов «оценка» и «корректировка»

Удобно применять в диалоговом ре­жиме дисплеи, позволяющие вводить графическую и текстовую информацию с помощью клавиатуры и светового пера. При этом отсутствует четкое разграни­чение между рассмотренными этапами процесса подготовки УП, отпадает необ­ходимость в записи исходной информа­ции на бланки и ее перфорации. Для того чтобы запрограммировать изготов­ление детали, технолог-программист, пользуясь функциональной клавиатурой графического дисплея (и его световым пером) строит на экране контур детали, оперативно исправляя все допущенные ошибки. Далее, задавая технологические инструкции, он получает на экране гра­фик рассчитанной на ЭВМ траектории инструмента, что дает возможность ви­зуально проконтролировать расчет и при необходимости внести в ранее заданные инструкции соответствующие коррек­тивы.

Удобен и успешно применяется ва­риант диалогового режима с использо­ванием алфавитно-цифровых дисплеев и внешних графопостроителей и графиче­ских дисплеев, а также дисплеев в совме­щенной алфавитно-цифровой и графиче­ской индикацией. В таком режиме техно­лог-программист по запросам ЭВМ набирает на клавиатуре дисплея или электрической пишущей машинке (ЭПМ) текст исходной информации на языке САП и параллельно с вводом инфор­мации визуально контролирует высвечен­ные на экране или вычерченные графо­построителем контур детали и траекто­рии инструмента, оперативно исправляя ошибочные участки текста. Схема отра­ботки информации может быть осуще­ствлена в режиме диалоговых прерыва­ний видов «оценка» и «корректировка» (рис. 10.3,6).

Структура и основные блоки САП. С определенной точки зрения форми­рование УП системой автоматизации программирования можно рассматривать как процесс переработки информации.

При этом исходная программа обработки детали является для САП входной, а УП — выходной информацией.

Обычно УП в САП формируется в два этапа. На первом этапе процессор ЭВМ перерабатывает введенную инфор­мацию с помощью программного блока САП, представляющего собой элемент ПМО. Этот программный блок, так же как и вычислительный блок ЭВМ, назы­вается процессором. Он позволяет выполнять на ЭВМ комплекс геометри­ческих, а в некоторых системах и техно­логических расчетов, решая задачу без­относительно к конкретному сочетанию система управления — станок.

Результатом работы процессора явля­ется полностью рассчитанная траекто­рия движения инструмента. Эти данные вместе со сведениями о технологических режимах обработки процессор выводит на внешний носитель ЭВМ — диск или магнитную ленту.

Логическая и физическая структура таких данных, называемых промежуточ­ными, может быть различна для разных САП и ЭВМ. Существуют, однако, реко­мендации ИСО по логической структуре представления промежуточных данных. Эта форма представления данных носит название CLDATA (от английского вы­ражения CATTER Location Data—дан­ные о положении инструмента) и пред­ставляет собой определенный вид проме­жуточной информации «процессор — постпроцессор» на определенном проме­жуточном языке.

В общем случае процессор САП со­стоит из трех последовательно работаю­щих частей: блока трансляции, геомет­рического блока и блока формирования

CLDATA.

Процессор системы, в функции ко­торой входит автоматизация построе­ния технологического процесса обработ­ки детали, содержит также технологи­ческий блок.

Блок трансляции, называемый часто также препроцессором или блоком ввода и декодирования, выполняет следующие функции:

1) считывание исходной программы обработки детали с внешнего носителя: перфоленты или перфокарты; возможен ввод информации и с клавиатуры дис­плея;

2) вывод введенной программы обра­ботки детали на печать или на экран дисплея;

3) синтаксический анализ операторов входного языка исходной программы и вывод (печать) сообщений об ошибках (при их наличии);

4) преобразование информации, за­писанной в исходной программе, из символьной формы во внутримашинное представление. Числа переводятся из символьной в действительную или целую форму, ключевые слова заменяются соот­ветствующими кодами, данные о геомет­рических элементах контура и о направ­лении движения инструмента организу­ются в специальные массивы. Целью этих действий является подготовка дан­ных для работы других блоков процес­сора.

Геометрический блок процессора ре­шает разнообразный круг задач, связан­ных с построением траектории движения инструмента:

1) приведение описания всех задан­ных геометрических элементов к кано­нической форме;

2) нахождение точек и линий пере­сечения различных геометрических эле­ментов;

3) аппроксимация различных кривых с заданным допуском;

4) аппроксимация таблично задан­ных функций;

5) диагностика геометрических оши­бок (пример такой ошибки — попытка определить точку, являющуюся результа­том касания прямой и окружности, кото­рые не имеют общих точек);

6) построение эквидистантного кон­тура с учетом заданного направления и радиуса инструмента.

Технологический блок (при его нали­чии) наиболее зависим от области при­менения САП, так как различные клас­сы деталей и разные виды обработки требуют своей технологии. В общем слу­чае технологический блок автоматиче­ски разделяет область, которая должна быть обработана, на ряд последователь­ных проходов, определяет последова­тельность отдельных переходов, рас­считывает оптимальные режимы резания. При этом учитывается ряд ограниче­ний, связанных со стойкостью инструмен­та, характеристиками обрабатываемого материала, мощностью привода шпинде­ля станка, процессом образования струж­ки и т. д. Результатом оптимизации обычно являются вычисленные значения подач и скоростей резания, глубина обра­ботки, а в ряде случаев и оптимальные углы заточки инструмента.

Блок формирования CLDATA исполь­зует информацию, подготовленную к мо­менту начала его работы другими бло­ками процессора, и формирует данные для работы постпроцессора. Данные CLDATA, выведенные на внешний носи­тель ЭВМ, оттуда впоследствии считы - ваются постпроцессором. При наличии специального запроса в тексте исходной программы данные CLDATA выводятся или на печать, или на экран дисплея.

Результаты работы процессора обра­батываются другим программным бло­ком САП— постпроцессором, ко­торый непосредственно формирует УП. Постпроцессор реализует второй этап переработки информации и ориентиро­ван, в отличие от процессора, на конкрет­ное сочетание система управления — станок. Вызов того или иного постпро­цессора осуществляется автоматически по указанию, данному технологом-про - граммистом в тексте исходной програм­мы. Обычно САП содержат набор пост­процессоров, которые обеспечивают фор­мирование УП для определенного парка оборудования с ЧПУ.

Преимущества двухэтапного построе­ния работы САП очевидны. Технолог - программист на базе одной и той же исходной информации на одном конкрет­ном языке САП, имея данные CLDATA и используя различные постпроцессоры, может получить УП для различных стан­ков и моделей УЧПУ. Кроме того, для включения в состав оборудования, обслу­живаемого на базе САП, нового сочета­ния система управления — станок не требуется исправлять какие-либо блоки САП. Достаточно разработать постпро­цессор и подключить его к САП.

Функции, выполняемые постпроцес­сором, весьма многообразны и выхо­дят далеко за рамки простого кодирова­ния информации. К типовым функциям постпроцессора можно отнести следую­щие:

1) считывание данных, подготовлен­ных процессором;

2) перевод их в систему координат станка;

3) проверка по ограничениям станка;

4) формирование команд на переме­щение с учетом цены импульса СЧПУ;

5) формирование команд, обеспечи­вающих цикл смены инструмента;

6) кодирование и выдача в кадр зна­чений подач и скоростей шпинделя;

7) выдача команд на включение ох­лаждения, команд зажимов-разжимов и др.;

8) назначение подач с учетом огра­ничений, связанных с характером дви­жения, допустимым диапазоном подач станка, особенностями реализации ре­жимов разгона-торможения в УЧПУ;

9) формирование команд, обеспечи­вающих коррекцию с помощью коррек­торов системы ЧПУ;

10) развертывание операторов ЦИКЛ;

11) выдача управляющей перфолен­ты и листинга (распечатки) управляю­щей программы;

12) диагностика ошибок;

13) выполнение ряда сервисных фун­кций: вывод траектории движения ин­струмента на графопостроитель или гра­фический дисплей; подсчет времени об­работки детали на станке, длины перфо­ленты, продолжительности работы от­дельных инструментов и другие сведения, необходимые для нормирования и орга­низации работы станка с ЧПУ.

В некоторых случаях совместно с постпроцессором организуется работа с программным блоком «редактор», по­зволяющим редактировать УП, выведен­ную на экран дисплея.

Типовая структурная схема САП по­казана на рис. 10.1. Наряду с препро­цессорами, процессором и постпроцес­сорами она содержит блок «сервис», перерабатывающий постоянную инфор­мацию о станках, инструментах и мате­риалах. Постоянная информация под­готовляется в анкетных формах и вводит­ся в ЭВМ. Блок «сервис» систематизи­рует и записывает эту информацию в долговременную память ЭВМ в виде таблиц параметров, обращение к кото­рым ведется по указываемым в исходной информации названиям станков, инстру­ментов и материалов заготовки.