Підвищення мовного рівня управляючих програм

Могутнім засобом збільшення функціональності пристроїв ЧПУ є підвищення мовного рівня управляючих програм у порівнянні зі звичайним стандартом ISO-7bit. Таке підвищення здійснюється на основі макровизначень (стандартних циклів, готових форм), звичайних підпрограм і підпрограм макромови користувача, спрощених описів контуру, безеквідистантного програмування, автоматизованої діалогової підготовки управляючих програм, у тому числі й у процесі відпрацьовування попередньої управляючої програми, тобто в рамках так званого “рівнобіжного програмування пристрою ЧПУ”.

Стандартний цикл встановлює строго визначену послідовність рухів, параметри яких дані поза циклом у тексті управляючої програми. Фіксація деяких параметрів може бути виконана розробником системи чи управління верстатобудівником при стикуванні системи управління з об’єктом. Іноді цикли трактують як звичайні підпрограми, але постійно збережені в пам’яті пристрою ЧПУ, на відміну від підпрограм користувачів, що вільно вводяться та вільно знищуються.

Деякі типові стандартні цикли показані на рис. 7.11. Цикл “схема свердління” (рис. 7.11, а) задають набором параметрів R, наприклад, таким: R 22, R 23 – координати центра схеми свердління; R 24 – радіус кола, на якому розташовані отвори; R 25 – початковий кут розташування першого отвору; R 26 – кутовий крок отворів; R 27 – число отворів; R28 – номер іншого стандартного циклу обробки отвору. Усі ці параметри повинні бути визначені в конкретних значеннях у тому кадрі управляючої програми, що передує безпосередньому виклику циклу по його імені.

а) б)

Рис. 7.11. Стандартні цикли і схеми їх обробки

Цикл “схема свердління” забезпечує послідовне позиціонування, при якому вісь шпинделя збігається з віссю чергового отвору, перехід до стандартного циклу обробки отвору після кожного чергового позиціонування, повернення до переходів схеми свердління по завершенні циклу обробки отвору. Таким чином, атрибути циклу “схема свердління” разом з атрибутами деякого циклу обробки отвору дозволяють надзвичайно лаконічно описати закінчений складний технологічний процес обробки групи отворів.

Згаданий цикл обробки отвору представляє собою могутню групу стандартних свердлильних циклів, що викликаються звичайно підготовчою G- функцією (наприклад, G 81,..., G 89). Викликаний стандартний цикл діє аж до скасування спеціальною командою також на основі G- функції (наприклад, G 80). Іноді свердлильним циклам виділяють й іншу адресу (наприклад, L) або допускають виклик циклу під адресою G чи під додатково виділеною адресою. Різниця в цьому випадку в тому, що виклик під додатковою адресою буде однократним і не буде вимагати скасування.

Приклад найпростішого стандартного свердлильного циклу наведений на рис. 7.11, б. В рамках циклу, виходячи із заданої величини однократного заглиблення та загальної глибини свердління, необхідне число послідовних заглиблень визначається автоматично.

Ось як, наприклад, може виглядати перелік стандартних свердлильних циклів пристрою ЧПУ: високошвидкісний цикл свердління з багаторазовим відведенням інструмента; цикл нарізання правої різі мітчиком; цикл чистового розточування з виведенням інструмента при орієнтованій зупинці шпинделя; скасування оголошеного циклу, що виконується після кожного чергового переміщення (G 80); цикл простого свердління (G 81); цикл свердління з витримкою часу наприкінці робочого ходу (G 82); цикл глибокого свердління (G 83); цикл нарізання лівої різі мітчиком (G 84); цикл розточування (G 85); цикл розточування із зупинкою шпинделя наприкінці робочого ходу (G 86); цикл розточування із зупинкою шпинделя для ручних переміщень і наступним запуском для автоматичного завершення (G 87); цикл розточування із зупинкою шпинделя після витримки часу наприкінці робочого ходу ручних переміщень і наступним запуском для автоматичного завершення (G 88); цикл розточування із витримкою часу наприкінці робочого ходу (G 89). Додатковими вказівками для перерахованих свердлильних циклів можуть бути: G 98 – завершення стандартного циклу у вихідній точці інструмента; G 99 – завершення стандартного циклу в точці початку робочого ходу інструмента.

Цикли нарізання різей є неодмінною належністю пристрою ЧПУ, орієнтованого на токарну обробку. У рамках цих циклів можливість автоматичного багатопрохідного різенарізання поширюється на циліндричну зовнішню та внутрішню різь на конічній поверхні. За циклами закріплюють групу параметрів, задаючи які, визначають цикли конкретних розмірів.

Форма задання чисельного значення параметра зазвичай стандарта: номер параметра – чисельне значення параметра. Наприклад, у деякому пристрої ЧПУ за циклом різенарізання закріплена така група параметрів: R 20 – крок різі; R 21, R 22 – координати початкової точки; R 23 – число чистових робочих ходів; R 24 – глибина різі (“+” – для внутрішньої різі, “–” – для зовнішньої); R 25 – глибина останнього ходу; R 26 – ділянка врізання; R 27 – ділянка вильту; R 28 – число чорнових ходів; R 29 – кут нахилу профілю; R 31, R 32 – координати кінцевої точки.

З числа токарних циклів виділяється, як найбільш “могутній”, цикл багатопрохідний з автоматичним розподілом припуску обробки довільного контуру.

Формальний опис циклу за допомогою стандартних правил може бути складений як:

N { i }… < список параметрів>...

N { i + 1} L < виклик циклу>,

де < список параметрів> – R 20 (номер підпрограми, що описує оброблюваний профіль), R 21 (вихідна точка по координаті X), R 22 (вихідна точка по координаті Z), R 24 (припуск на чистову обробку по осі X), R 25 (припуск на чистову обробку по осі Z), R 26 (глибина чорнової обробки), R 27 (корекція радіуса інструмента), R 29 (технологічні вказівки);

< виклик циклу> – L 95.

Технологічні вказівки представлені дворозрядним кодом, перший розряд якого визначає умови отримання контуру, а другий розряд свідчить про розташування зони обробки і напрямку руху інструмента в середині цієї зони.

Готові форми, на відміну від стандартних циклів, повністю задані в конкретних розмірах і є стандартизованими компонентами контуру деталі. Вони входять до математичного забезпечення пристрою спеціалізованого ЧПУ верстата. Задання готової форми полягає лише у її прив’язці до контуру деталі, а виклик здійснюється шляхом звернення до підпрограми за допомогою G -функції або спеціально виділеної клавіші з відповідним символічним зображенням.

Підпрограми є зручним засобом скорочення обсягу основної управляючої програми. Особливо різкого скорочення вдається досягти у випадку багаторазового виклику однієї й тієї ж підпрограми, багаторазового повторення підпрограми, багаторазового вкладення підпрограм.

Приклад структурної організації програмування з використанням підпрограм показаний на рис. 7.12.

Виклик підпрограми тут здійснюють командою L (трирозрядний номер підпрограми) з дворозрядним числом, що вказує на число повторень підпрограми.

Звичайно підпрограми розробляють таким чином, що місце числових значень займають пронумеровані параметри. Наприклад, у пристрої ЧПУ передбачено сто параметрів R 00– R 99 і якщо вони використані в підпрограмі, то їх значення повинні бути задані в тексті основної програми.

У сучасних пристроях ЧПУ допустимі різні операції над параметрами, в тому числі параметри можуть бути використані для організації переходів. Розробка ефективних програм неможлива без широкого набору операцій над змінними підпрограми.

Рис. 7.12. Структурна організація програмування
з використанням підпрограм

Розвиток подібного набору призвів до виділення і відокремлення макромови користувача.

Макромова користувача має у своєму розпорядженні наступні можливості: маніпуляції з параметрами, організацію умовних і безумовних переходів; доступ до вхідних цифрових регістрів системи управління з будь-якою наступною обробкою прийнятих сигналів; доступ до вихідних регістрів систем управління, можливість формування будь-яких повідомлень користувача на екрані дисплея; автоматичний доступ до будь-яких таблиць корекцій з можливістю внесення будь-яких виправлень; вільне використання таймерів.

У числі багатьох додатків мовні макрозасоби можуть бути використані для вільного нарощування діагностичного фонду, організації координуючих зв’язків “по горизонталі” між окремими управляючими підсистемами ГВМ, організації прийому і передачі файлів на рівні зв’язку “по вертикалі”, програмування спеціальних складних технологічних циклів та циклів електроавтоматики тощо.

Розглянемо одну з версій макромови користувача.

З формальної точки зору мова представлена макрокомандами, включеними в основну управляючу програму ЧПУ. Кожній макрокоманді відповідає підпрограма, яка зберігається в пам’яті пристрою ЧПУ як звичайна підпрограма. Однак, відмінними рисами подібної підпрограми є: використання змінних і виконання над ними широкого класу операцій; використання умовних, безумовних переходів і циклів; задання значень вихідних змінних у вихідній макрокоманді.

Є декілька способів звернення до підпрограм за допомогою макрокоманд, що включаються в текст звичайної управляючої програми в коді ISO.

Простий однократний виклик здійснюється за допомогою послідовності адрес:

G 65 P < номер підпрограми> L< число повторень> < список значень аргументів>.

Модальний виклик підпрограми припускає багаторазове звертання до неї – після чергового руху у вихідному кадрі управляючої програми. Форма модального виклику така ж, як і простого, але за допомогою функції G 66, а скасування модального виклику виконується функцією G 67.

Мультиплексорний виклик застосовують тоді, коли в тілі підпрограми передбачене звертання до іншої підпрограми, що виконується багаторазово всякий раз по завершенні руху в першій підпрограмі.

Нарешті, існує можливість виклику підпрограми за допомогою G- функції, код якої не використаний за основним призначенням. У цьому випадку заздалегідь шляхом настроювання пристрою ЧПУ повинна бути зазначена відповідність коду G- функції номеру підпрограми. Форма виклику підпрограми стає найбільш простою:

G < зарезервований код> < список значень аргументів>.

Звернення до підпрограм у макромові здійснюються за допомогою адреси Р.

Структура окремої підпрограми підкоряється формулі:

Р < номер підпрограми> < послідовність команд> М 99.

Загальне число підпрограм може досягати 9999.

Список значень аргументів у тілі макрокоманди виглядає наступним чином:

А < значення> B < значення>... Z < значення>.

Як самі аргументи можуть бути використані будь-які адреси (крім G, L, M, N, O, Р), причому алфавітний порядок необов’язковий. Значення можуть бути від’ємними і з десятковою крапкою, однак формат значень жорстко визначений для кожної адреси так само, як і в основній управляючій програмі.

Черговим засобом підвищення мовного рівня є спрощення опису контуру. Таке спрощення дозволяє зосередити в одному кадрі опис двох-трьох і навіть більшого числа суміжних елементарних ділянок, розташованих звичайно в декількох кадрах управляючої програми. Найбільш важливим тут є те, що вдається уникнути розрахунків тих розмірів, що відносяться до точок спряження, що не проставлені на кресленні (тобто задані побічно). При цьому виникає можливість вводити опис контуру безпосередньо з креслення через клавіатуру панелі управління. Як правило, подібна процедура повністю доступна оператору верстата з ЧПУ. На рис. 7.13 показані деякі способи спрощеного задання фрагментів контуру.

Точки перетину прямолінійних ділянок контуру можуть бути задані координатами (в абсолютних або відносних розмірах) або кутом. Точки спряження прямої з колом, двох кіл можуть бути визначені самою системою управління. Розрахунки, що відносяться до ділянок спряження (фаски, заокругления), виконуються автоматично. Таким чином, пристрій ЧПУ замість одного блоку спрощеного задання фрагмента контуру повинен згенерувати кілька кадрів програми мовою ISO перш ніж почнеться відтворення управляючої інформації.

Додатковим засобом підвищення мовного рівня управляючих програм може бути так зване безеквідистантне програмування, що дозволяє описувати лише необхідний контур, а параметри інструмента вводити як коригувальні. Подібна проблема не така проста, як це може показатися на перший погляд.

На рис. 7.14 показано контур плоскої деталей і траєкторію центра фрези, причому контур і траєкторія нееквівалентні. При безеквідистантному програмуванні в деякі кадри вносяться серйозні корективи, а крім того, доводиться вставляти додаткові кадри на основі аналізу двох суміжних ділянок.

При безеквідистантному програмуванні необхідно передбачити наступні етапи: підхід до поверхні обробки, прохід робочої поверхні, переходи від одного типу руху до іншого по лініях продовження, перехід по зламу, перехід від робочої поверхні до вихідної точки (виведення інструмента). При цьому на початкових етапах формування траєкторії руху необхідно вказувати корекції на інструмент, активізувавши функції G 41 або G 42. Вектор компенсації радіуса фрези для початкової та всіх інших точок будується автоматично. Скасування компенсації здійснюється функцією G 40, причому всі траєкторні розрахунки, зв’язані з цим скасуванням, також виконуються автоматично.

Рис. 7.13. Способи спрощеного задання фрагментів контуру

Найбільш високим мовним рівнем є пристрої ЧПУ, орієнтовані на діалогову автоматизовану підготовку управляючих програм безпосередньо на робочому місці.

Як правило, діалог організований через графічний дисплей. Процедура підготовки управляючої програми використовує звичайно так звану техніку меню, коли оператору пропонується на вибір декілька варіантів. Зробивши визначений вибір, оператор отримує черговий набір запитів. В міру того, як інформація накопичується в системі управління, на екрані графічного дисплея виникають контури заготовки і деталі, розробляються технологічні переходи, проектуються траєкторії інструмента, а нерідко визначаються і режими різання. Після того, як інформація стає вичерпною, вона транслюється в код ISO-7bit і може бути скоригована чи відредагована.

Діалогова автоматизована підготовка управляючих програм вимагає потужного математичного забезпечення, при розробці якого може бути використаний досвід створення систем автоматизованої підготовки управляючих програм на великих машинах.

Рис. 7.14. Контур деталі та еквідистанта інструмента