Статья: "Актуальные вопросы эксплуатации станков с ЧПУ - подготовка управляющих программ"

Статья была написана в 2018 году и опубликована в журнале "Главный механик". Статья посвящена одному из наиболее актуальных вопросов эксплуатации станков с ЧПУ – подготовке управляющих программ.

Настоящая статья посвящена одному из наиболее актуальных вопросов эксплуатации станков с ЧПУ – подготовке управляющих программ. К настоящему времени сложилась многовариантная система написания программ для станков с программным управлением:

использование систем автоматизированного проектирования;

использование встроенных редакторов управляющих программ;

использование универсальных вычислительных средств (персональных компьютеров, ноутбуков, планшетов);

интерактивное написание программы в режиме ручного управления;

использование шаблонов для специфических методов обработки;

использование конверторов, преобразующих управляющие программы, разработанные для других систем ЧПУ;

использование конверторов из файлов растровой либо векторной графики.

Естественно, наиболее эффективным и перспективным вариантом является использование систем автоматизированного проектирования. Единственным недостатком этого способа подготовки управляющих программ является необходимость определённых финансовых затрат, в первую очередь на приобретение специальных программных модулей и содержание штата программистов-технологов. Однако этот «недостаток» в полной мере компенсируется неоспоримыми достоинствами – скоростью и точностью подготовки, непрерывностью процесса разработка-производство, широчайшими возможностями редактирования, документирования, архивирования, систематизации. Не вдаваясь в тонкости автоматизированной подготовки управляющих программ, следует пояснить общий принцип, что потребуется для более точного понимания материала, изложенного ниже. Чаще всего любой участок общего контура механической обработки (прямая или наклонная линия, дуга, окружность и т.д.) разбивается на отдельные короткие отрезки линейной интерполяции (сплайны), что значительно упрощает алгоритм подготовки программы. Правда при этом значительно вырастает число кадров управляющей программы, но при современных вычислительных возможностях это не проблема.

На Рисунке 1 показан самый быстрый путь от разработчика к конечному продукту: система автоматизированного проектирования (а), управляющая программа (б), станок (в), деталь (г). Следует обратить внимание, что на Рисунке 1а показан фрагмент окна диалога одной из систем автоматизированного проектирования, на Рисунке 1б – два окна построцессора (исходное и итоговое), преобразующего формат системы проектирования в формат СЧПУ.

До широкого использования САПР основным вариантом подготовки управляющих программ было использование встроенных редакторов. Этот способ до сих пор используется на некоторых малых предприятиях и индивидуальными предпринимателями, когда применение автоматизированной подготовки экономически неоправданно или вообще невозможно. Характеристики редакторов различных систем ЧПУ отличаются как составом полей, так и наличием сервисных функций. На Рисунке 2 показана копия экрана встроенного редактора управляющих программ системы числового программного управления «ДиаНа-CNC-СМ» (сенсорный монитор), а на Рисунке 3 – фрагмент сервисной функции блочного редактирования.

С точки зрения общего алгоритма подготовки управляющих программ использование универсальных вычислительных средств является частным случаем использования встроенных редакторов, с той лишь разницей, что возможности универсальных редакторов зачастую намного превосходят возможности встроенных редакторов СЧПУ (блочное редактирование, поиск с заменой, отмена и повторное исполнение большого числа действий и т.д.). Для переноса управляющей программы в память СЧПУ используют, например, разъём USB (Рисунок 4а), к которому подключаются стандартные накопители Flash USB (Рисунок 4б) или адаптер Wi-Fi для реализации беспроводной технологии (Рисунок 4в).

Более эффективным, по сравнению с использованием встроенного или универсального редакторов (с точки зрения автора), является интерактивное написание управляющей программы в режиме ручного управления. Правда следует отметить, что не все системы ЧПУ поддерживают эту функцию. Этот способ подготовки управляющей программы предполагает хорошее знание технологии обработки металлов (или другого исходного материала) и умение читать чертежи.
На Рисунке 5 показано окно режима РУЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ системы ЧПУ «ДиаНа-CNC». Общий алгоритм подготовки управляющей программы при этом варианте следующий:

включить функцию запоминания кадров (1);

используя стандартные вспомогательные и подготовительные функции и размерные перемещения последовательно выполнить обработку заготовки;

при необходимости отменить один или несколько последних кадров (2);

после получения готовой детали записать все проверенные и неотменённые кадры как готовую управляющую программу (3).

Отдельно следует остановиться на использовании шаблонов при подготовке управляющих программ. При этом вопрос использования шаблонов имеет два самостоятельных аспекта. О втором аспекте будет сказано ниже, здесь же остановимся на первом аспекте.
Сам термин «шаблон» не является общепринятым, поэтому требуется небольшое пояснение. В ГОСТ 20999-83 существует понятие «постоянный цикл» (Таблица 4, Таблица 6). В принципе «шаблон» и «постоянный цикл» - понятия идентичные, однако шаблон имеет более широкую область применения. Шаблон может использоваться как для подготовки целой управляющей программы (например, расточка заданного числа отверстий фланца заданной формы), так и для вставки в неё постоянных циклов (например, глубокое сверление).
На Рисунке 6 показано диалоговое окно шаблона ГЛУБОКОЕ СВЕРЛЕНИЕ системы ЧПУ «ДиаНа-CNC» (нижний индекс А означает абсолютный размер, О - относительный).

Использование конверторов, преобразующих управляющие программы, разработанные для других систем ЧПУ целесообразно в следующих случаях:

когда проведена модернизация системы управления и имеется большой задел управляющих программ, разработанных для «старой» системы управления (это особенно актуально тогда, когда отсутствует полная информация по детали, например, деталь делается давно, чертежи и связь с разработчиками потеряны);

когда на предприятии есть несколько одинаковых станков с различными системами управления (например, один из самых распространённых токарных станков 16А20 имеет как минимум пять модификаций, отличающихся системой ЧПУ);

когда эксплуатируемая на предприятии САПР не имеет постпроцессоры для некоторых станков (например, САПР куплена несколько лет назад и не поддерживает системы управления станков, купленных после неё).

В определённых случаях могут использоваться такие экзотические, на первый взгляд, способы подготовки управляющих программ, как конверторы из файлов растровой либо векторной графики. Особенно это актуально для областей применения, когда высокая точность обработки не имеет принципиального значения (например, деревообработка, гравировка).
Классическим примером файла растровой графики является файл с расширением .BMP (Bitmap Picture). Практически любой современный графический редактор может работать с этим типом файлов (либо имеет возможность экспортировать/импортировать такие файлы). Простой конвертор позволяет получить из файла *.BMP готовую управляющую программу. Например, необходимо изготовить деталь, представляющую собой металлическую пластину, на которой с помощью фрезы определённого радиуса следует сделать какую-либо надпись. С помощью стандартного графического редактора Paint семейства операционных систем Windows пользователь имеет возможность подготовить рисунок любой формы (например см. Рисунок 7а), после чего конвертор преобразует формат растровой графики в последовательность вспомогательных функций, подготовительных функций и размерных перемещений (например см. Рисунок 7б). Технологу остаётся только выбрать скорость вращения шпинделя (вместо Sxxx поставить, например, S500) и подачу (вместо Fxxx поставить, например, F70). Для удобства подготовлены соответствующие строки с заголовками комментариев (например ;Архивный номер).

Гораздо большими возможностями обладают файлы векторной графики, поскольку содержат не только собственно рисунок, но и порядок его формирования. Большинство современных графических редакторов поддерживает векторную графику. Более того существует специальный формат семейства операционных систем Windows .WMF (Windows meta file), который призван обеспечить, в том числе, переносимость файлов векторной графики между различными приложениями.
Порядок подготовки управляющей программы для файлов векторной графики не отличается от порядка для растровой графики. На Рисунке 8а показан исходный файл, на Рисунке 8б файл управляющей программы.

В заключении хотелось бы, пользуясь возможностями авторитетного периодического издания, обратиться к Агентству стратегических инициатив со следующим предложением.
В последние несколько лет многократно возросли закупки импортных станков. Вместе с тем отечественное станкостроение переживает далеко не самые лучшие времена. При этом производство станков (по терминологии советской школы «производство средств производства») в огромной степени обеспечивает экономическую (а в конечном счёте и политическую) независимость государства. Первым и очень существенным шагом на пути возрождения отечественного станкостроения могла бы стать разработка единого стандарта на системы числового программного управления (90% технологических возможностей станка определяется составом и возможностями СЧПУ). В настоящее время поддерживается большое число стандартов, имеющих то или иное отношение к СЧПУ, но они практически не работают, поскольку, с одной стороны, в значительной степени устарели и, с другой стороны, не имеют консолидирующего начала.
В этом едином документе следует прописать обязательные требования к:

формату управляющей программы;

входным/выходным характеристикам каналов электроавтоматики;

входным/выходным характеристикам каналов сервоуправления;

входным/выходным характеристикам каналов управления шаговыми двигателями;

уровням, скоростям, очерёдности и последовательности передачи и приёма, формату управляющих и информационных слов протоколов промышленных сетей;

алгоритму разработки и описания в эксплуатационной документации шаблонов;

техническим характеристикам и составу программного обеспечения промышленных компьютеров.

При выработке требований к управляющим программам целесообразно отказаться от постоянных циклов как таковых и ограничиться минимальным необходимым набором подготовительных функций. Дело в том, что переносимость управляющих программ в первую очередь ограничивается кодированием подготовительных функций (например, каждый производитель СЧПУ по своему использует как нумерацию постоянных циклов, так и адреса слов и алгоритмы их использования). Более того, даже кодирование круговой интерполяции в ГОСТ 20999-83 (основной ГОСТ по кодированию управляющих программ) однозначно не определено (несмотря на то, что круговой интерполяции посвящён отдельный раздел 4.3 и обязательное Приложение No 3). Речь здесь в первую очередь идёт о кодировании точки центра окружности.
Вместе с тем, как было сказано выше, системы автоматизированного проектирования при генерации управляющих программ не используют ни постоянные циклы, ни круговую интерполяцию. Специфические возможности станка могут быть учтены в шаблонах.
Целью разработки единого стандарта по СЧПУ должны стать полная переносимость управляющих программ и полная взаимозаменяемость блоков управления электроавтоматикой, блоков управления приводами, узлов и элементов промышленных сетей, промышленных компьютеров. Можно себе представить, насколько практическое внедрение такого стандарта облегчит работу программистам-технологам, операторам, наладчикам, ремонтникам. Например, в критической ситуации можно будет просто снять промышленный компьютер с одного станка и поставить его на другой (в настоящее время такое возможно только применительно к станкам одного типа и одной модификации, да и то не всегда).