Составление программы на языке программирования gpss станок для обработки деталей

Обновлено: 07.07.2024

Для того чтобы обработать деталь на станке с ЧПУ, требуется составить программу, которая представляет собой группу команд, которые выражаются в цифровых параметрах, токарным и фрезерным машинам задается план работы.

Для того чтобы обработать деталь на станке с ЧПУ, требуется составить программу, которая представляет собой группу команд, которые выражаются в цифровых параметрах, фрезерным машинам задается план работы.

Разработка плана действий машин с ЧПУ начинается с построения координатных лучей, на которых с помощью числового кода распределяются точки, по ним будет проводиться действие рабочих элементов. Созданием управляющей программы для фрезерного станка занимается инженер-программист.

Система координат

Составление программы для токарной и фрезерной машины требует определенных знаний. Для станков с цифровым управлением программу нужно составлять на декартовой координатной системе, которая включает в себя три луча, исходящие из одного центра и расположенные в пространстве перпендикулярно друг другу. Направление координатных осей задает программу для движения режущего элемента. Оси X, Y, Z распределяют в пространстве согласно определенным правилам:

Z – совмещается с осью движения шпинделя, она направляется от крепежного элемента обрабатываемой детали к режущему элементу, она направляется как вертикально, так и горизонтально;
ось Х представляет собой горизонтальный луч, при горизонтальном положении оси Z, ось Х пролегает вправо от левого края передней части станка, где располагается пульт, если же она лежит вертикально, то Х направляется вправо относительно токарному станку, его передней плоскости, если повернуться к ней лицом;
чтобы определить положение оси Y, ось Х поворачивают на 90 градусов относительно оси Z.

Точка пересечения лучей является началом отсчета. Чтобы на координатной системе задать точку, следует отметить ее числовое выражение на каждом луче.

Рабочий процесс

нулевая точка (М), она задается производителем и не подлежит изменению;
нулевая точка (R), ее координаты постоянны, в момент включения машины инструмент должен располагаться в начальной точке;
нулевая точка закрепляющего элемента инструмента (N) также неизменна, ее задает производитель, в момент отладки машины, верхняя часть режущего элемента, зафиксированного в держателе, замеряется и выставляется в нулевой точке;
нулевая отметка заготовки (W) на станке имеет свободное расположение, оно зависит от того, какой вид обработки будет произведен, W может меняться, если деталь нужно будет обработать с обеих сторон;
точка замены (Т), в этой точке производится замена инструментов, параметры задает программист, если устройство смены инструмента имеет вид револьверной головки, также она может быть постоянной, если фрезерный станок оснащен системой для автоматической смены инструмента.

Центр координатной системы является начальным пунктом. Современные токарные и фрезерные обрабатывающие системы работают по специальной программе. Программное обеспечение создается программистами-инженерами, при их составлении следует учесть специфику предстоящей работы.

Пример программы

Ознакомление с программами для работы со станками позволить понять процесс точения, научиться обработке деталей на фрезерных машинах. В качестве примера можно использовать фрагмент программы для станков с ЧПУ, которая составлена для обработки детали, устанавливаемой на станок. Требуется на токарных станках получить деталь с радиусом в 50 и уступом – 20 мм. В левой колонке указание программного кода, а в правой его расшифровка. Обработка детали производится согласно следующему примеру:

Перед началом работы проводится подготовка: резец фиксируют в начальной точке заготовочного элемента, затем потребуется обнулить параметры. Примеры программ позволяют понять, как работает система, как они управляют машиной.

Ознакомление с примерами управляющих программ поможет начинающему программисту познать азы управления станком.

Токарный и фрезерный станки с софт управлением представляют собой программу, которая характеризуется технологической гибкостью. Это свойство позволяет по окончании обработки одной детали мгновенно перейти к обработке следующего изделия. Для того чтобы станок начал точение, программисты должны написать программу, где информация закодирована в числовом виде. На примере программы для токарного станка с ЧПУ, можно проследить, как работает система. Управляющие программы влияют на качество работы, к их составлению стоит подходить со всей ответственностью. Современная токарная и фрезерная машина функционирует только на основе программ. Лидером автоматизированного оборудования является японская компания Фанук.

GPSS – General Purpose Simulating System – общецелевая моделирующая система, предназначенная для решения задач по моделированию работы всевозможных систем, в том числе - систем массового обслуживания.

Система массового обслуживания (СМО) – это система, в которой выполняется ряд операций (действий) по обслуживанию случайного потока заявок (требований на обслуживание). В GPSS заявку называют транзактом.

Пример: супермаркет, СТО (станция технического обслуживания), автоколонна, ВС (вычислительная система) и т.п.

Сущность машинного моделирования СМО состоит в проведении на ЭВМ эксперимента с моделью этой системы. Машинная модель СМО – это программа, составленная на языке GPSS, которая описывает поведение элементов системы в процессе ее работы. Результатом прогона этой программы на ПЭВМ является статистика – данные о модели, полученные в результате машинных расчетов по составленной и отлаженной программе. Анализ статистики позволяет уточнить исходную программу. Моделирование заканчивается, когда полученная машинная модель адекватна реальной системе массового обслуживания.

Этапы решения практической задачи по моделированию:

1. Создание Q-схемы или концептуальной модели СМО (вручную);

2. Построение блок-диаграммы модели (вручную);

3. Составление текста GPSS-программы;

4. Прогон программы на ЭВМ и сбор статистических данных;

5. Анализ статистических данных и уточнение модели.

Основные элементы Q-схемы

1. Прибор (канал, линия обслуживания) – элемент СМО, выполняющий реальные операции по обработке заявок (транзактов).

Изображается на Q-схемах так:

2. Источник заявок – элемент СМО, выполняющий фиктивную операцию ожидания заявки, которая завершается генерацией (созданием) заявки.

Изображается на Q-схемах так:

3. Накопитель – это очередь заявок (транзактов), ожидающих выполнения.

Изображается на Q-схемах так:

4. Многоканальное устройство (см. «Виды СМО»)

Изображается на Q-схемах так:

5. Движение заявок на Q-схеме изображается стрелками:

ЗАДАЧА № 1: (СМО – парикмахерская)

Интервал прихода клиентов в парикмахерскую с одним парикмахером имеет равномерное распределение 186 мин. Время обслуживания клиентов равномерно распределено в интервале 164 мин.

Провести моделирование работы парикмахерской в течение 8 часов.

Q-схема задачи № 1

где Т – средний интервал поступления заявки в систему;

е – емкость накопителя (максимальное число заявок, которые могут одновременно находиться в накопителе);

 – среднее время обслуживания заявки.

Блок-диаграмма задачи № 1 (блоки и карты описаны ниже)

Диаграмма состоит из двух сегментов (частей):

1-й сегмент отвечает за моделирование прихода и обслуживания клиентов; так что транзакты, перемещающиеся по модели, – это клиенты парикмахерской;

; Генерация транзактов через каждые 18  6 мин времени (т.е. приход клиентов);

; Клиент встает в очередь перед мастером (условное имя этой очереди - OCH);

; Транзакт занимает прибор PAR (т.е. клиент садится в свободное кресло);

; Клиент покидает очередь OCH;

; Задержка транзакта в приборе PAR на время обслуживания (стрижка клиента);

; Транзакт освобождает прибор PAR (т.е. клиент покидает кресло парикмахера);

;Транзакт удаляется из модели (т.е. клиент уходит из парикмахерской);

Состоит из двух блоков- GENERATE и TERMINATE.

; Этот транзакт будет удален и моделирование завершится по времени.

GPSS-программа задачи № 1 (позиционный текст, см. ниже)

* 1-й сегмент программы

GENERATE 18,6

ADVANCE 16,4

TERMINATE 0

* 2-й сегмент программы

GENERATE 480

TERMINATE 1

START 1

Результаты моделирования

Вся статистика, получаемая в результате прогона модели на ЭВМ, делится на две части:

Статистика по отдельным объектам GPSS-моделим.

Общесистемная статистика включает в себя:

текст модели с номерами всех блоков программы;

установку соответствия между числовым и символическим именем объекта или меткой блока;

статистику по модельному времени (относительному и абсолютному).

Статистика по объектам включает в себя характеристики всех элементов СМО, определенных в конкретной задаче. Для задачи № 1:

Статистика по прибору PAR (например, загрузка = 88 %);

Статистика по очереди OCH (например, макс. длина=2 чел.).

Практическое занятие №2

Объекты GPSS-модели

В ходе машинного моделирования СМО описывается в виде набора абстрактных элементов (объектов GPSS-модели). Все объекты можно разделить на несколько категорий:

Процессы функционирования различных систем и сетей связи могут быть представлены той или иной совокупностью систем массового обслуживания (СМО) - стохастических, динамических, дискретно-непрерывных математических моделей. Исследование характеристик таких моделей может проводиться либо аналитическими методами, либо путем имитационного моделирования.

Имитационная модель отображает стохастический процесс смены дискретных состояний СМО в непрерывном времени в форме моделирующего алгоритма. При его реализации на ЭВМ производится накопление статистических данных по тем атрибутам модели, характеристики которых являются предметом исследований. По окончании моделирования накопленная статистика обрабатывается, и результаты моделирования получаются в виде выборочных распределений исследуемых величин или их выборочных моментов. Таким образом, при имитационном моделировании систем массового обслуживания речь всегда идет о статистическом имитационном моделировании.

Сложные функции моделирующего алгоритма могут быть реализованы средствами универсальных языков программирования (Паскаль, Си), что предоставляет неограниченные возможности в разработке, отладке и использовании модели. Однако подобная гибкость приобретается ценой больших усилий, затрачиваемых на разработку и программирование весьма сложных моделирующих алгоритмов, оперирующих со списковыми структурами данных. Альтернативой этому является использование специализированных языков имитационного моделирования.

Специализированные языки имеют средства описания структуры и процесса функционирования моделируемой системы, что значительно облегчает и упрощает программирование имитационных моделей, поскольку основные функции моделирующего алгоритм, а при этом реализуются автоматически. Программы имитационных моделей на специализированных языках моделирования близки к описаниям моделируемых систем на естественном языке, что позволяет конструировать сложные имитационные модели пользователям, не являющимся профессиональными программистами.

Одним из наиболее эффективных и распространенных языков моделирования сложных дискретных систем является в настоящее время язык GPSS (General Purpose Simulation System). Он может быть с наибольшим успехом использован для моделирования систем, формализуемых в виде систем массового обслуживания. В качестве объектов языка используются аналоги таких стандартных компонентов СМО, как заявки, обслуживающие приборы, очереди и т.п. Достаточный набор подобных компонентов позволяет конструировать сложные имитационные модели, сохраняя привычную терминологию СМО.

Язык моделирования дискретных систем GPSS разработан фирмой IBM в начале 70-х годов XX века и является одним из самых распространенных в мире специализированных языков программирования. Система моделирования GPSS/PC (различных версий) является торговой маркой фирмы MINUTEMAN Software. Однако стоит отметить, что GPSS/PC предназначен для работы в операционной системе MS DOS. Поэтому имеются ограничения, которые в ряде случаев не позволяют осуществить разработку и эксплуатацию моделей сложных систем с требуемой степенью детализации. Отмеченных недостатков практически не имеет общецелевая система моделирования GPSS World, также разработанная компанией MINUTEMAN (США), но уже в 1993 году, которая позже так же претерпела некоторые изменения.

GPSS - интегрирующая языковая система, применяющаяся для описания пространственного движения объектов. Такие динамические объекты в языке GPSS называются транзактами и представляют собой элементы потока. Транзакты "создаются" и "уничтожаются". Функцию каждого из них можно представить как движение через модель М с поочерёдным воздействием на её блоки. Функциональный аппарат языка образуют блоки, описывающие логику модели, сообщая транзактам, куда двигаться и что делать дальше. Данные для ЭВМ подготавливаются в виде пакета управляющих и определяющих карт, которым составляется по схеме модели, набранной из стандартных символов. Созданная программа GPSS, работая в режиме интерпретации, генерирует и передаёт транзакты из блока в блок. Каждый переход транзакта приписывается к определенному моменту системного времени.

Для обеспечения надежности АСУ ТП в ней используется две ЭВМ. Первая ЭВМ выполняет обработку данных о технологическом процессе и выработку управляющих сигналов, а вторая находится в «горячем резерве». Данные в ЭВМ поступают через 10 ± 2 с, обрабатываются в течении 3 с. Характеристики обоих ЭВМ одинаковы. Подключение резервной ЭВМ занимает 5 с, после чего она заменяет основную до восстановления, а процесс возвращается к нормальному темпу. Отказы ЭВМ происходят через 300 ± 30 с. Восстановление занимает 100 с. Резервная ЭВМ абсолютно надежна. Смоделировать 1 час работы системы. Определить среднее время нахождения технологического процесса в заторможенном состоянии и среднее число пропущенных из – за отказов данных.

В очередном выпуске публикаций материалов из книги Ловыгина А.А., Васильева А.В. и Кривцова С.Ю. освещаем основы программирования обработки деталей на станках с ЧПУ.

Методы программирования

Существует три метода программирования обработки для станков с ЧПУ:

• программирование на пульте УЧПУ

• программирование при помощи CAD/CAM системы.

Прочитав предыдущие главы, вы, наверное, заметили, что ручное программирование является довольно утомительным занятием. Однако все технологи-программисты должны иметь хорошее представление о технике ручного программирования независимо от того, как на самом деле они работают. Это как начальные классы в школе, обучение в которых дает нам базу для последующего образования. В нашей стране существует еще немало предприятий. на которых используется метод ручного программирования. Действительно. если завод имеет несколько станков с ЧПУ, а изготавливаемые детали просты, то грамотный программист способен довольно успешно работать и без средств автоматизации собственного труда.

Метод программирования на пульте УЧПУ приобрел особую популярность лишь в последние годы. Это связано с техническим развитием систем ЧПУ, улучшением их интерфейса и возможностей. В этом случае, программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ, используя клавиатуру и дисплей. Современные системы ЧПУ действительно позволяют работать очень эффективно. Например, оператор станка может произвести верификацию УП или выбрать требуемый постоянный цикл при помощи специальных пиктограмм и вставить его в код УП. Некоторые системы ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования, который значительно упрощает процесс создания УП, делает “общение” с ЧПУ удобным для оператора

Третий метод - программирование при помощи CAD/CAM системы позволяет “поднять” процесс написания программ обработки на более высокий уровень. Работая с CAD/CAM системой, технолог-программист избавляет себя от трудоемких математических расчетов и получает инструменты, значительно повышающие скорость написания УП.

Несмотря на то, что сегодня существует не один десяток САМ систем, и все они отличаются интерфейсом и возможностями, порядок работы с ними примерно одинаков.

Выбор геометрии

Самым первым действием технолога-программиста является выбор геометрических элементов, подлежащих обработке. Такие геометрические элементы называются рабочими или обрабатываемыми. Это могут быть линии, поверхности, грани и ребра 3D моделей и т.д.

Современные САМ системы позволяют контролировать перемещение инструмента не только относительно рабочих элементов, но и относительно других геометрических элементов. Можно выбрать контролируемые элементы, которых инструмент не должен касаться ни при каких условиях.

Некоторые САМ системы требуют определения геометрии заготовки уже на начальном этапе проектирования обработки. Это означает, что система “видит” заготовку и рассчитывает траектории исходя из действительного припуска. Заготовка может быть определена несколькими способа¬ми:

• в виде цилиндра

• в виде параллелепипеда

Рис. 12.11. Цилиндрическая заготовка.

Рис. 12.12. Заготовка в форме параллелепипеда.

Рис. 12.13. Для построения заготовок сложных форм, имитирующих отливки и поковки САМ система может создавать модели заготовок, смещая внешние границы 3D модели детали на указанное расстояние. Большинство современных CAD/CAM систем позволяет импортировать 3D модель заготовки, которая была создана в другой или в этой же системе.

Существуют системы, которые не требуют определения геометрии заготовки на этом этапе. Заготовка назначается и используется только на этапе верификации и не участвует в процессе расчета траекторий. Такое решение является недостаточно эффективным, так как при расчетах система всегда исходит из заготовки правильной формы - параллелепипеда или цилиндра. Если же на самом деле заготовка имеет неправильную форму, то система может сформировать довольно много холостых ходов.

Выбирая геометрические элементы, подлежащие обработке технолог- программист должен учитывать положение детали и заготовки относительно нулевой точки. Здесь есть два пути. Во-первых, можно сместить 3D модель детали относительно нулевой точки, таким образом, чтобы выбранный элемент совпал с ней. Во-вторых, можно смещать нулевую точку относительно модели, “привязывая” ее к определенному геометрическому элементу. Однако это не означает, что первоначальный выбор нулевой точки является окончательным. Система позволяет изменять любые параметры, в том числе и положение нулевой точки детали, в любой момент и на любом этапе проектирования обработки.

Выбор стратегии и инструмента обработки

На втором этапе работы с САМ системой технолог-программист выбирает стратегию и параметры обработки, назначает инструмент и режимы резания. Современная система обычно имеет солидный набор стратегий и позволяет выполнить обработку одной и той же детали разными способами.

Условно все стратегии можно разделить на черновые и чистовые, стратегии плоской и объемной обработки. Рассмотрим стратегии, характерные для большинства современных САМ систем.

Плоская обработка

Стратегии плоской обработки применяются при работе с 2D геометрией. В этом случае не требуется большого разнообразия - вся обработка сводится к фрезерованию контура или плоскости, выборке кармана и обработке отверстий (рис. 12.14-12.17).

Рис. 12.14. Контурная стратегия (Contour). Для чернового фрезерования указывается количество проходов и шаг между ними (перекрытие).

Рис. 12.15. Обработка кармана (Pocket). Эта стратегия предназначена для выборки замкнутых областей. Основными параметрами являются: шаг между проходами фрезы и тип траектории (параллельная, спиральная, зигзаг и др).

Рис. 12.16. Обработка плоскости (Face). Основными параметрами для этой стратегии являются: шаг между проходами фрезы и угол обработки (45 градусов в данном примере).

Рис. 12.17. Обработка отверстий - сверление (Drill), нарезание резьбы (Threading), растачивание (Boring). Основные параметры - тип операции и глубина обработки.

Объемная обработка

Стратегии объемной обработки предназначены для работы с 3D моделями. Эти стратегии отличаются большим разнообразием, однако все они условно могут быть разделены на черновые и чистовые.

Стратегии объемной черновой обработки предназначены для быстрой послойной выборки большого объема материала и подготовки детали к последующей чистовой обработке. Стратегии объемной чистовой обработки используются для окончательного фрезерования поверхностей с требуемым качеством. Зачастую при объемном чистовом фрезеровании управление перемещением режущего инструмента осуществляется одновременно минимум по трем координатам. Как правило, при объемной обработке используют сферические фрезы. В этом случае произвести расчет перемещения инструмента самостоятельно, без использования CAD/CAM системы чрезвычайно трудно.

В качестве примеров, рассмотрим некоторые стратегии объемной об¬работки более подробно.

Обработка кармана - стратегия, предназначенная для эффективного удаления материала из закрытых или открытых карманов. Существует множество схем карманной обработки: зигзаг, в одном направлении, параллельная и круговая спираль. Современная CAD/CAM система выбирает оптимальную схему фрезерования, обеспечивая максимальную производительность и минимальное число холостых ходов. Как правило, эта стратегия заключается в последовательной послойной выборке материала и выполнении заключительного чистового обхода контура на окончательной глубине. При зигзагообразной схеме обработки кармана происходит изменение вида фрезерования - с встречного на попутное или наоборот.

Стратегия радиальной обработки обычно применяется для черновой или чистовой обработки деталей круглой формы. Перемещение инструмента в этой стратегии производится от центра детали к ее внешним границам (или наоборот) с постепенным изменением угла в плоскости обработки.

Рис. 12.18. Послойная обработка кармана.

Рис. 12.19. Черновая радиальная обработка.

С помощью черновой вертикальной выборки можно быстро обработать деталь, используя движения аналогичные сверлению. Производства использующие такую стратегию, приобретают специальные плунжерные фрезы, позволяющие быстро выбрать материал и имеющие подвод охлаждающей жидкости через ось инструмента. Стратегия черновой вертикальной выборки отлично подходит для обработки глубоких впадин и карманов.

Рис. 12.20. Результат применения стратегии черновой вертикальной выборки.

Стратегия фрезерования остатков (дообработка) позволяет автоматически удалить материал, оставшийся от предыдущей операции. Для увеличения производительности обработки принято выбирать материал сначала инструментом большого диаметра, а уже затем производить фрезерование в труднодоступных местах инструментом меньшего диаметра Система, анализируя объем снятого и оставшегося материала, автоматически генерирует траекторию для выборки материала, который не был удален в предыдущей операции обработки.

Стратегия контурной обработки используется для черновой или чистовой контурной обработки деталей произвольной формы. Суть стратегии заключается в удалении припуска за счет проходов фрезы по контурам, созданным путем “смещения ” границ текущего слоя по Z.

Стратегию обработки по потоковым линиям применяют для чистовой обработки любых поверхностей. Система создает траектории с учетом формы и направления поверхностей.

Карандашная стратегия предназначена для окончательной обработки углов и стыков между поверхностями.

Рис. 12.21. Стратегия дообработки меньшим инструментом.

Рис. 12.22. Объемная контурная обработка.

Рис. 12.23. Обработка по потоковым линиям

Рис. 12.24. Карандашная обработка.

Стратегия проекционной обработки позволяет наложить на любой участок обрабатываемой поверхности своеобразный шаблон траектории движения инструмента или спроецировать плоскую траекторию на 3D модель.

Рис. 12.25. Сначала была создана траектория для обработки плоского эскиза “Волк”. А уже затем траектория была спроецирована на сферическую поверхность.

После выбора стратегии и определения основных параметров обработки необходимо назначить режущий инструмент, либо выбрать его из библиотеки инструментов. На этом же этапе определяются режимы резания: скорость рабочей подачи, обороты шпинделя и программируется включение или выключение СОЖ. Результатом второго этапа является сформированная траектория. В дереве операций САМ системы должна появиться новая техно¬логическая операция.

Языки для программирования обработки на ЧПУ

С момента появления первых станков с ЧПУ до внедрения новейших обрабатывающих центров появились различные языки для программирования обработки. Сегодня программирование в G и М кодах является наиболее популярным. Язык G и М кодов основывается на положениях Международной организации по стандартизации (ISO) и Ассоциации электронной промышленности (EIA). Официально этот язык считается стандартом для американских и европейских производителей оборудования с ЧПУ, и иногда его называют “ИСО 7 бит”. Однако производители систем ЧПУ хоть и придерживаются этих стандартов для описания основных функций, но допускают вольности и отступления от правил, когда речь заходит о каких-либо специальных возможностях своих систем.

Системы ЧПУ Fanuc (Япония) были одними из первых, адаптированных под работу с G и М кодами ISO и использующими этот стандарт наиболее полно. В настоящее время стойки Fanuc являются очень популярными и наиболее распространенными как за рубежом, так и в России. Поэтому в этой книге основой для описания программирования в G и М кодах будет именно стиль СЧПУ Fanuc.

Стойки ЧПУ других известных производителей, например Heidenhain и Sinumerik (Siemens), также имеют возможности по работе с G и М кодами, однако некоторые коды все же могут отличаться. Но не стоит этого пугаться. Нет никакой необходимости знать все коды всех систем ЧПУ. Достаточно знать набор основных G и М кодов, а о возникшей разнице в программировании специфических функций можно узнать из документации к конкретной системе. Освоив стиль программирования Fanuc, скорее всего, вы сможете работать на любом другом оборудовании с ЧПУ.

Некоторые производители систем ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования Этот язык упрощает общение с системой, особенно для новых операторов, так как основой для него служат англоязычные предложения, сокращения, вопросы и графические элементы, которые вводятся опера¬тором станка в интерактивном режиме.

Читайте также: