Кодування інформації в управляючій програмі

Структура управляючої програми. Технологічний процес обробки на верстаті, деталізований до елементарних переміщень і технологічних команд, служить вихідною інформацією для кодування і запису управляючої програми верстата з ЧПУ.

Сукупність команд на мові програмування, що відповідає заданому алгоритму функціонування верстата по обробці деталі, складає управляючу програму.

УП на програмоносії містить інформацію про різальний інструмент і швидкості його переміщення відносно оброблюваної заготовки, частоту обертання шпинделя, зміну інструмента, введення корекції, подачу охолодження, інші команди виконавчим механізмам верстата, записаних у послідовності технологічного процесу обробки на верстаті з ЧПУ.

Міжнародним стандартом ISO 1056-75, 1113-73, 2539-74 регламентовані єдині для всіх видів верстатів правила кодування інформації УП на носії даних (перфострічку, магнітну стрічку тощо). УП записується на програмоносій у вигляді послідовності кадрів, що представляють собою закінчені за змістом фрази мовою кодування геометричної, технологічної та допоміжної інформації. Отже, складовою частиною УП, що вводиться і відпрацьовується як єдине ціле є кадр.

Окремі послідовності кадрів для обробки ділянок заготовки об’єднуються в глави УП, кожна з яких починається з головного кадру.

Головний кадр містить інформацію про умови обробки, з нього можна починати чи відновлювати роботу верстата за програмою. Інші кадри глави УП несуть тільки змінену відносно попередніх кадрів частину інформації і називаються додатковими. В УП головні кадри характеризують початковий стан наступної за ним ділянки програми, а додаткові містять всі дані, необхідні для поновлення процесу обробки заготовки після перерви.

Структурно кадр складається зі слів, розташованих у визначеному порядку, а слова – із символів. Першим символом слова є буква, що позначає адресу, а інші символи утворюють число зі знаком або цілочисельний код без знаку. Адреса слова встановлює призначення наступних за ним даних. В цілому кадр містить послідовність слів, що утворюють інформацію для однієї робочої операції, а слово – дані про параметр процесу обробки або інші дані про виконання управління операцією.

Для верстатів з ЧПУ основним кодом управляючих програм є семирозрядний буквено-цифровий код ISO-7bit. Цей код був призначений для запису інформації на восьмидорожковій перфострічці. Код ISO-7bit дозволяє кодувати 128 символів. Першим чотирьом доріжкам перфострічки приписані ваги двійково-десяткового коду 1-2-4-8 (двійкова комбінація в рядку може мати різну десяткову вагу). Таким чином, у будь-якому рядку можуть бути закодовані числа від 0 до 15. Ці числа є власне числами, буквами, знаками в залежності від коду ознаки на п’ятій–сьомий доріжках.

Перешкодозахищеність у коді ISO-7bit забезпечена порядковим контролем на парність. Для цього пробивається отвір на восьмій доріжці, якщо на сімох попередніх доріжках комбінація отворів непарна. На кожному рядку перфострічки повинно знаходитися і зчитуватися тільки чітке число отворів.

Для кодування управляючої інформації використаний адресний спосіб, відповідно до якого інформаційне слово (функція) складається з буквеної адреси і числа зі знаком або без нього. Звичайно в словах можна опускати незначущі нулі і знак “плюс”, що мається на увазі по замовчуванню. Для кодування адреси слова у кадрі використовують буквені, графічні та цифрові символи, призначення яких наведені в табл. 7.1 та 7.2.

Таблиця 7.1

Символи адрес інформаційних слів у кадрі

Кожна УП повинна починатися символом “Початок програми”, після якого може ставитись номер програми і обов’язково символ “Кінець кадру”. Перед символом “Початок програми” може бути записана будь-яка інформація, що немає символу “Початок програми”. Ця інформація сприймається як коментар, у якому наведені номер креслення, найменування деталі, модель верстата, прізвище технолога-програміста, дата розробки, різні ідентифікатори програми тощо.

При розміщенні на носії даних декількох УП перед символом “Початок програми” першої УП допускається записувати ще один символ “Початок програми”. Після символу “Початок програми” вся інформація сприймається як управляюча, якщо не застосовані символи початку і кінця коментаря. Коментарі відображаються у круглих дужках і розміщаються після номера програми між кадрами. Текст програми складається з кадрів, серед яких можуть бути: головний (позначений символом “: ”), додаткові (починається з символа “Номер кадру”), пропущені за наявності підтвердження, з панелі оператора (номер кадру додатково позначається символом “/”), а також звернення до підпрограм (за допомогою слова L з номером підпрограми).

За необхідності працювати в режимі “Пропуск кадру” (наприклад, для здійснення налагоджувальних переходів при налагодженні верстата і виключення цих переходів після закінчення налагодження) перед символами “Номер кадру” і “Головний кадр” треба записувати символ “Пропуск кадру”.

Програма повинна закінчуватися словом “Кінець програми” – М 02. Перед фізичним кінцем перфострічки рекомендується розміщати слово “Кінець інформації” – М 30. Інформація, поміщена після М 30, не сприймається і не обробляється пристроєм ЧПУ. Перед символом “Початок програми” і після слів “Кінець програми” і “Кінець інформації” на перфострічці рекомендується залишати ділянки із символом “Пусто”.

Таблиця 7.2

Символи у інформаційних словах кадру

Отже, структуру програми можна умовно подати послідовністю записів, наведених у табл. 7.3.

Таблиця 7.3

Структура управляючої програми верстата з ЧПУ

Формат управляючої програми. Переходячи до формату управляючої програми ЧПУ, відмітимо, що її основним інформаційним блоком є кадр. Структуру кадру для верстата з ЧПУ визначає формат УП.

Формат УП – це умовний запис кадру з максимальним обсягом інформації, що визначає набір застосовуваних слів, порядок їх розташування та обсяг інформації кожного слова.

Існує зручний формалізм, який дозволяє описати формат кадру управляючої програми, прийнятий для конкретного пристрою ЧПУ. Цей формалізм, по-перше, вводить перелік використовуваних символів, а по-друге, вказує, як повинна бути побудована числова частина кожного слова.

Правила побудови формального запису УП такі:

– слова позначають символами їх адрес і описом їх числової частини; позначення випливають у прийнятій для кадру послідовності;

– якщо за адресою безрозмірного слова можна опустити нулі, що знаходяться перед першою значущою цифрою, то числову частину безрозмірного слова описують нулем і цифрою, що вказує на найбільше число десяткових розрядів числової частини;

– якщо за адресою безрозмірного слова не можна опускати незначущі нулі, то числову частину безрозмірного слова описують цифрою, що вказує на фіксований формат розрядів числової частини;

– один варіант опису числової частини кожного слова “Розмірних переміщень” полягає в тому, що за адресою слова записують дві цифри, перша з який показує число розрядів перед десятковою крапкою, що відокремлює цілу частину від дробової, а друга – число розрядів після крапки;

– інший варіант опису числової частини кожного слова “Розмірних переміщень” полягає в тому, що за адресою кожного слова записують три цифри, перша чи остання з яких нуль – в залежності від того, чи можна опустити нулі перед першою чи останньою значущою цифрою, а інші дві цифри мають той же зміст, що й у попередньому варіанті;

– якщо абсолютні розміри завжди додатні, то між адресою та наступним за ним числом не ставлять ніякого знака;

– якщо розміри можуть бути додатними і від’ємними, то між адресою та наступним за ним числом ставлять знак “плюс”; при цьому покладається, що знак плюс може бути опущений і буде матися на увазі за замовчуванням;

– якщо розміри можуть бути додатними і від’ємними, причому знак “плюс” опускати не можна, то між адресою та наступним за ним числом ставлять знаки “плюс” і “мінус”.

Для пояснення правил розглянемо такий формальний запис, що розкриває структуру і формат деякої управляючої програми:

%: / N 3 G 2 X + 053 Y + 053 Z + 053 F 031 S 04 T 04 M 2.

З наведеного прикладу витікає, що пристрій ЧПУ сприймає десяткову крапку, символ початку програми, головного кадру і пропуску кадру, а також має таке кодування інформації:

N 3 – тризначний номер кадру з ведучими нулями у слові;

G 2 – двозначна підготовча функція з ведучими нулями у слові;

X +053 – восьмирозрядне переміщення по осі X зі знаком, п’ять цифр до десяткової крапки і три після, ведучі нулі дозволено опускати;

F 031 – швидкість подачі з трьома цифрами до десяткової крапки, одна після і ведучі нулі дозволено опускати;

T 04 – чотиризначна функція інструмента, ведучі нулі дозволено опускати;

M 2 – двозначна допоміжна функція.

У посібнику до конкретного пристою ЧПУ, прикладеного до верстата, завжди описуються формат кадру та УП. Умовний запис формату УП показує, як необхідно формувати його при конкретному програмуванні для даного верстата.

У посібнику до верстата наводяться також наступні дані: перелік і призначення всіх реалізованих підготовчих і допоміжних функцій; таблиці кодів швидкостей подач і головного руху; таблиці кодових номерів позицій інструмента; перелік номерів коректорів із вказанням їх призначення та особливостей застосування; межі розмірних переміщень по всіх осях координат; перелік усіх сприйманих і реалізованих символів кодового набору; перелік і кодові номери всіх підпрограм, що зберігаються в пам’яті пристрою ЧПУ.

Зміст кадру УП також регламентований. Кожен кадр повинен містити: слово “Номер кадру”, інформаційні слова, символ “Кінець кадру”. В залежності від виконання верстата зміст кадру може розрізнятися, але послідовність запису символів повинна відповідати стандарту на формат кадру. При використанні символів табуляції вони проставляються перед кожним інформаційним словом (за винятком слова “Номер кадру”) у кадрі УП.

Інформаційні слова в кадрі рекомендується записувати в такій послідовності: “Підготовча функція” (G); “Розмірні переміщення” (X, Y, Z, U, V, W, Р, Q, R, A, B, C); “Параметр інтерполяції або крок різі” (I, J, K); “Функція подачі” (якщо відноситься тільки до визначеної осі, то повинно випливати безпосередньо за словом “Розмірне переміщення” по цій осі, якщо відноситься до двох і більше осей – за останнім словом “Розмірне переміщення”, до якого воно відноситься); “Функція головного руху” (S); “Функція інструмента” (Т); “Допоміжна функція” (М). Слова “Розмірні переміщення” і “Параметр інтерполяції чи крок різі” не повинні повторюватися в одному кадрі УП.

Слово “ Номер кадру ” служить для позначення елементарної ділянки УП і є допоміжною інформацією, задається адресою N і цілим десятковим числом. У головному кадрі управляючої програми замість імені використовують символ “: ”. Послідовна нумерація кадрів раціональна, але допускає будь-які переходи номерів, і обумовлюється тільки їх неповторюваність у межах однієї УП. Наприклад, якщо при редагуванні після кадру з номером 107 необхідно вставити кілька нових кадрів, їх можна нумерувати 10701, 10702, 10703 і т.д.

Підготовчі функції визначають режим роботи присторою ЧПУ. Слово “Підготовча функція” містить адресу G і умовний дворозрядний десятковий код, тобто передбачено 100 підготовчих функцій G 00– G 99.

В пристроях ЧПУ нового покоління десятковий код функції – тризначний. Підготовчі функції розбиті на групи. У кадрі можна задавати тільки одну функцію з кожної групи. Підготовчі функції записуються в кадрі одна за одною у порядку зростання їх кодових номерів.

Значення підготовчих функцій зазначені в табл. 7.4. Ці значення відповідають рекомендаціям ISO, однак у конкретних пристроях ЧПУ можуть бути відхилення, що обумовлюється методикою програмування.

Звичайно підготовчі функції поєднують у групи взаємовиключаючих, тобто ортогональних, функцій. У групі ортогональних підготовчих функцій діючою є одна до її скасування чи заміни іншою підготовчою функцією з тієї ж групи. Дія підготовчої функції, як правило, виходить за рамки одного кадру. Одночасно діяти можуть по одній підготовчій функції з кожної групи ортогональних функцій.

Таблиця 7.4

Значення підготовчих функцій

Слово “ Розмірні переміщення ” призначене для задання геометричної інформації. Розмірні переміщення визначають або координати опорних точок траєкторії інструмента – абсолютні розміри, або розміри в приростах – відносні розміри. У слові “Розмірні переміщення” можуть бути використані такі адреси: X, Y, Z, U, V, W, Р, Q, R, I, J, K, A, B, C, D, E.

Числові частини слів у складі “Розмірних переміщень” можуть бути побудовані одним із способів в залежності від внутрішньої організації обробки інформації в пристрої ЧПУ:

1) розміри записуються цілими числами зі знаками із врахуванням дискретності задання розмірів для конкретних пристроїв ЧПУ. Знак “+” можна не вказувати, наприклад, Х 288400.

2) лінійні переміщення задають в міліметрах та їх десяткових частках, кутові розміри – у радіанах. Якщо фактичне положення десяткової крапки зафіксоване і визначене в характеристиці формату конкретного пристрою ЧПУ, то в записі значення розмірного переміщення десяткова крапка не передбачена, інакше положення десяткової крапки вказується явно. Наприклад, Х 0288400 при форматі Х +43, Х 288.4 в явному вигляді.

Слово “ Функція подачі ” може визначати як результуючу (контурну) швидкість подачі, так і складові цієї швидкості, що розкладені по координатних осях. Результуючу швидкість подачі записують під адресою F після всіх слів “Розмірних переміщень”. Складову швидкості подачі, що відноситься до визначеної координатної осі, записують під адресою F відразу ж після слова, що задає розмірне переміщення по цій осі. Одиниця вимірювання швидкості подачі кодується підготовчими функціями G 94 (мм/хв) або G 95 (мм/об).

Слово “Швидкість головного руху” записується з адресою S і числовим значенням, яке визначає лінійну швидкість (мм/хв) точки контакту інструмента з деталлю або частоту обертання шпинделя (об/хв). Одиниця вимірювання швидкості головного руху кодується підготовчими функціями G 96 (мм/хв) або G 97 (об/хв).

Для кодування значень швидкостей подачі і руху головного приводу застосовуються методи прямого позначення, геометричної, арифметичної прогресії та символічний. Формат значень встановлюється методом кодування швидкості, призначення яких наведено в описі логічної задачі ЧПУ.

В пристроях ЧПУ більш рекомендований до застосування метод прямого позначення.

При кодуванні швидкості подачі потрібно враховувати, що при заданні подач більших 300 мм/хв, необхідно віддавати перевагу режиму встановлення швидкості з гальмуванням або розгоном до фіксованої швидкості. Тим самим виключаються миттєві перепади швидкості. Для цього застосовують підготовчі функції G 08 і G 09. Крім того, в пристроях ЧПУ нового покоління такий режим встановлення швидкості програмують в слові “Функція подачі” з використанням методу арифметичної прогресії, додавши спереду до кода значення швидкості один розряд, який задає режим зміни швидкості: 0-нормальний режим, 4 – гальмування або 1 – розгін, 2 –гальмування, 7 – швидкий хід.

Слово “Функція інструмента” використовується для вказівки інструмента і коректора. У цьому слові з адресою Т записується кодове число з однією чи двома групами цифр. У першому випадку слово задає тільки номер інструмента або його позицію, а коректор для цього інструмента визначається іншим словом з адресою D. В другому випадку, друга група цифр визначає номер коректора довжини або діаметра інструмента. Наприклад, у слові Т 1218: Т – адреса, 12 – номер інструмента, 18 – номер коректора. Якщо програмується номер інструмента без вказівки коректора, то друга група цифр містить нулі (Т 1200), а якщо програмується коректор для заданого в одному з попередніх кадрів інструмента, то нулі містить перша група цифр (Т 0018). Застосування у кадрі цього слова вказує пристрою ЧПУ на виконання підготовчих дій, пов’язаних з пошуком і вибором нового інструмента, що буде використаний для обробки у наступних кадрах програми. Процедура заміни інструмента на робочій позиції верстата виконується іншою функцією – допоміжною М 06, яка викликає стандартний цикл заміни інструмента.

Слово “Допоміжна функція” містить адресу М і двозначний числовий код функції. Допоміжні функції визначають команду електроавтоматики або пристрою ЧПУ і призначені для організації дискретного управління: об’єктом (М 00– М 02), головним приводом (М 03– М 05, М 13– М 14, M 19, М 38– М 39), приводом подачі (М 36– М 37, М 40– М 45), системою охолодження (М 07– М 09, М 50– М 51), інструментом (М 06, М 55– М 56), деталлю (М 10– M 11, М 60– М 62, М 71– М 72). Перелік основних допоміжних функцій та їх значення наведені в табл. 7.5.

Більшість допоміжних функцій виконується до початку переміщень, запрограмованих у тому ж кадрі, і діє до скасування або заміни їх командами аналогічного призначення. В одному кадрі в порядку зростання кодових номерів може бути записано кілька команд різним виконавчим органам верстата з ЧПУ.

Таблиця 7.5

Загальноприйняті значення допоміжних функцій