Системи ЧПК. Програмування верстатів із ЧПК

Чому верстати з ЧПК необхідно програмувати

Програмування ЧПК - це процес створення інструкцій або коду, який використовується для керування верстатами з числовим програмним керуванням (ЧПК). Вони являють собою автоматизовані виробничі інструменти, що виконують з різними матеріалами точні та складні операції, такі як різання, фрезерування та свердління на підприємствах машинобудування та металообробки. Верстати з ЧПК дають змогу автоматизувати складні виробничі процеси та принести багато іншої користі:

• Підвищити точність і якість обробки. Виконуйте складні, багаторазово повторювані операції з високою точністю і максимальним рівнем автоматизації.

• Використовувати розширені можливості обробки. Програмування обробки на верстатах з ЧПК дає змогу звертатися до передових методів обробки: високошвидкісних, багатоосьових, виконувати адаптивну обробку і застосовувати складні інструментальні схеми.

• Підвищити ефективність роботи. Зменшуються обсяги ручної праці оператора і ймовірність появи помилок, викликаних людським фактором. Крім цього, скорочується час простою обладнання.

• Зробити виробництво більш гнучким. Один і той самий верстат можна неодноразово переналаштовувати і, відповідно, виготовляти на ньому різні деталі. Для цього не потрібно багато часу, тому верстат можна швидко адаптувати до нових виробничих потреб.

• Підвищити безпеку виробництва. Програмування на ЧПК мінімізує ризики, пов'язані з помилками в управлінні верстатом. А деякі сучасні системи з комп'ютерним керуванням підтримують роботу в режимі симуляції, щоб перевірити коректність параметрів без потенційних проблем для обладнання.

Щоб верстат зміг правильно зрозуміти команди оператора, використовують так званий G-код, він же Geometric Code. Так називається одна з мов програмування технологічного обладнання з підтримкою ЧПК. Крім токарних і фрезерних верстатів, G-код також затребуваний у 3D-друку.

У G-коду дуже багато варіантів, але їх об'єднує те, що всі написані з його допомогою програми мають жорстку структуру, яка складається з набору команд. Кожна команда якраз починається з літери G і може позначати позиціонування інструмента, переміщення його із заданою швидкістю, виконання типових послідовностей дій (наприклад, різьблення або свердління), перемикання системи координат тощо.

Методи програмування верстатів із ЧПК

Метод 1. Ручний

У цьому разі розробник пише код і переносить його на верстат із ЧПК, використовуючи зовнішній носій (наприклад, USB-флешку) або шляхом з'єднання комп'ютера і верстата спеціальним інтерфейсним кабелем. Програмування обробки деталей на верстатах з ЧПК у такий спосіб підходить для виконання нескладних операцій на токарному обладнанні, для свердління груп отворів і обробки за двома координатами на фрезерному обладнанні.

Ручне програмування вимагає високої кваліфікації оператора і займає більше часу порівняно з іншими методами, які будуть описані нижче. Крім того, помилки при ручному введенні коду можуть призвести до пошкодження інструменту або заготовки.

Метод 2. З пульта ЧПК

Тут команди набирає безпосередньо оператор, який працює за верстатом з ЧПК, - він вводить їх вручну з клавіатури. Цей метод добре зарекомендував себе там, де потрібно виконувати багато однотипних операцій поспіль або коригувати поточні операції. Деякі токарні ЧПК верстати можна програмувати саме таким способом.

Метод 3. Автоматичний

У цій ситуації використовуються інтегровані CAD/CAE/CAM-системи, які підтримуються найсучаснішими верстатами з ЧПК. Їхня особливість полягає в тому, що вони під'єднані до єдиної комп'ютеризованої системи на виробництві. Наприклад, популярне середовище CAM (Computer-aided manufacturing) дає змогу працювати з різними утилітами, використовуваними для створення керуючих програм.

Сучасні CAM-системи дають можливість не тільки генерувати керуючі програми, а й симулювати обробку. Це допомагає заздалегідь виявити можливі помилки в траєкторіях інструменту й уникнути дорогих збоїв у реальному виробництві.

Системи ЧПК

Універсальна модульна система ЧПК дозволяє модернізувати існуюче обладнання або створювати системи керування для нових машин, задовольняючи вимоги будь-якого замовника.

Можливості: Модульність системи дозволяє збирати ЧПК з необхідною кількістю цифрових та аналогових входів/виходів, підтримуючи зв’язок з зовнішніми пристроями через стандартні інтерфейси (RS232, RS485, RS422, CAN, Ethernet), обробляючи різні типи датчиків зворотного зв’язку та керуючи рухом координат як аналоговими сигналами, так і за допомогою зв’язку даних у мережі.

Програма керування технологічною машиною

Під програмним керуванням розуміють процес організації такої цілеспрямованої зміни станів ОК, у результаті дії якого останній виконує задану послідовність робіт. При такому підхо­ді до опису роботи машини програма керування задає послідов­ність зміни станів технологічної системи, тобто послідовність зміни технологічних дій, що формують технологічний цикл. Сис­теми, які керують поетапною зміною послідовних станів техно­логічної машини, називають системами програмного керуван­ня. Вони найбільш поширені в автоматичних машинах, що випускають дискретну продукцію.

Схема керування може бути розімкнутою, коли попередній стан не контролюється і перехід до наступного стану здійсню­ється покроково. Частіше використовують схеми керування, коли кожен стан технологічної машини контролюється і тіль­ки після його перевірки технологічна машина переходить до наступного стану. Кожен стан технологічної машини відпові­дає виконанню певної частини робочого циклу. Слід додати, що сучасні пакувальні машини мають розподілений на окремі контрольовані етапи робочий цикл, тому в деяких автоматах кількість датчиків сягає 120-150 штук.

Програмне керування полягає в забезпеченні виконання тех­нологічною машиною запланованої послідовності технологіч­них дій. Програма керування повинна передбачати можливі виробничі ситуації, тому більшість систем програмного керу­вання мають контури зі зворотними зв’язками, які дають змо­гу подавати інформацію про закінчення кожного кроку програ­ми раніше, ніж буде виконано наступний крок.

Під програмою керування слід розуміти сукупність правил подання керувальних команд для виконавчих механізмів ма­шини, що забезпечують її функціонування при розв’язанні за­даного технологічного завдання.

Таким чином, рухи виконавчих механізмів у машинах ви­значаються програмою керування. Для автоматичного виконан­ня програми керування вона має містити всю необхідну інфор­мацію, яка забезпечує узгоджені рухи всіх виконавчих механі­змів.

Особливості програмування ЧПК верстатів

Програмування для верстатів з ЧПК безпосередньо залежить від типу обладнання, тобто важливо, чи є воно токарним, фрезерним, свердлильним верстатом, чи універсальним обробним центром. Серед інших критеріїв - рівень складності оброблюваної деталі та програмне рішення, що використовується в роботі. Однак у програмування будь-яких ЧПК верстатів будь-якими методами є низка загальних особливостей, перерахованих нижче.

Використання G- і M-кодів

Про перший тип (G) ми вже писали вище. Другий же, який розшифровується як Miscellaneous Codes, являє собою набір кодів, що відповідають за деякі допоміжні функції верстатів: зміну інструменту, подачу охолоджувальної рідини, ввімкнення/вимкнення шпинделя та інші. При цьому слід пам'ятати, що використання некоректних кодів може мати негативні наслідки - збій у роботі обладнання, пошкодження ріжучого інструменту або майбутньої деталі.

Робота у двох системах координат

Йдеться про абсолютну і відносну системи координат. У першому випадку координати переміщення інструменту задаються щодо фіксованої нульової точки. У другому - щодо поточного положення інструменту, що спрощує виконання повторюваних операцій. Вибір системи координат залежить від специфіки оброблюваної деталі: абсолютна система зручна для складних деталей з великою кількістю операцій, а відносна - під час обробки серійних виробів, коли в пріоритеті висока швидкість роботи.

Циклічне виконання операцій

Це дає змогу автоматизувати типові операції, як-от свердління, розточування, нарізування різьблення, а також багаторазове виконання послідовностей команд. Крім того, це значно прискорює роботу і забезпечує необхідний рівень повторюваності там, де потрібно обробляти багато однакових елементів.

Можливість оптимізації технологічних процесів

Програмування верстатів з ЧПК з нуля дає змогу скоротити кількість холостих ходів (тобто рухів інструменту без безпосереднього оброблення), вибрати кращу послідовність дій для тих чи інших завдань, а також налаштувати параметри обладнання таким чином, щоб подовжити термін його служби, скоротити брак і знизити виробничі витрати.

Переглянути відеоролик.

https://www.youtube.com/watch?v=oL9IgHnFWk8

Контрольні запитання:

1. Для яких технологічних операцій та типів обладнання найкраще підходить ручний метод програмування згідно з текстом?

2. У чому полягає головна перевага та сфера застосування методу програмування безпосередньо з пульта ЧПК?

3. Яка унікальна можливість сучасних CAM-систем (при автоматичному методі) дозволяє заздалегідь уникнути аварій, пошкодження інструменту або заготовок у реальному виробництві?

4. Від яких трьох основних критеріїв безпосередньо залежить процес програмування для верстатів з ЧПК?

5. За які допоміжні функції відповідають M-коди (Miscellaneous Codes) і до яких наслідків може призвести їхнє некоректне використання?

6. У чому полягає принципова різниця між абсолютною та відносною системами координат і для яких типів виробів (деталей) доцільно використовувати кожну з них?

7. Які конкретні переваги дає оптимізація технологічних процесів під час програмування верстатів з ЧПК з нуля?

8. Чим принципово відрізняється розімкнута схема керування технологічною машиною від схеми із контролем кожного стану?

9. Яку роль відіграють контури зі зворотними зв’язками в програмі керування і чому в деяких сучасних автоматах (наприклад, пакувальних) кількість датчиків може сягати 120–150 штук?