Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. Проблемы автоматизации фрезерной и токарной обработки 12
1.1.Автоматизация фрезерной и токарной обработки в механообрабатывающем производстве 12
1.1.1. Механическая обработка 12
1.1.2. Токарная обработка 14
1.1.3. Фрезерная обработка 16
1.1.4. Применение станков с ЧПУ в механообрабатывающем производстве 17
1.2. Обзор решений разработки управляющих программ 20
1.3. Применение псевдокодового моделирования при разработки УП 30
1.4. Постановка задачи исследования и разработок 36
1.4.1. Обобщенная постановка задачи 36
1.4.2. Вопросно-ответный анализ 37
1.4.3. Диаграмма прецедентов 40
1.4.4. Мотивационно - целевые установки задачи исследований 45
Глава вторая. Формализация в задаче организации псевдокодового моделирования 51
2.1. Подход к формализации процессов и средств проектирования управляющих программ 51
2.2. Формальное описание процессов механической обработки 56
2.2.1. Формальное описание базовых примитивов 57
2.3. Язык псевдокодового представления управляющих программ 75
2.3.1 Операторы работы с геометрией 76
2.3.2. Операторы работы с элементами станка 84
2.4. Библиотека процедур 89
2.4.1. Процедуры 89
2.4.2. Библиотека 92
2.5. Обобщенное представление синтаксиса псевдокодового языка 93
Глава третья. Методическое обеспечение процесса разработки управляющих программ для станков с ЧПУ 104
3.1. Интеграция методического обеспечения в процессы разработки управляющих программ 104
3.2. Компонентный состав методического обеспечения в процессе разработки управляющих программ 111
3.3. Методическое обеспечение псевдокодового моделирования в процессе разработки управляющих программ 116
Глава четвертая. Комплекс средств разработки управляющих программ в системе производства токарной и фрезерной обработки изделий 126
4.1. Разработка рекомендаций по использованию комплекса средств разработки УП 126
4.2. Разработка рекомендаций по руководству системному программисту производства изделий в комплексе САПР УП 150
4.3. Разработка рекомендаций по диагностике ошибок в комплексе проектирования управляющих программ для станков с ЧПУ 152
4.4. Разработка рекомендаций по моделированию с псевдокодовым представлением в рамках процесса разработки УП 155
4.5. Анализ положительных эффектов комплекса средств разработки УП 162
Заключение 169
Список сокращений 173
Библиографический список 174
- Применение станков с ЧПУ в механообрабатывающем производстве
- Формальное описание базовых примитивов
- Компонентный состав методического обеспечения в процессе разработки управляющих программ
- Разработка рекомендаций по руководству системному программисту производства изделий в комплексе САПР УП
Применение станков с ЧПУ в механообрабатывающем производстве
Фрезерная обработка – это один из видов обработки металла. Этот вид обработки представляет собой обработку деталей специальным инструментом (фрезой), который совершает вращающиеся движения. При фрезерной обработке обрабатываемая деталь поступательно перемещается относительно режущего инструмента (фрезы) в одном из трёх направлений: продольном, вертикальном или поперечном. Главным движение здесь является вращательное движение фрезы, а движением подачи является поступательное движение заготовки.
Фрезерование осуществляется режущим инструментом, называемым фрезой. Режущие зубья могут быть расположены как на цилиндрической поверхности, так и на торце. Каждый зуб фрезы представляет собой простейший инструмент – резец. Фрезы, как правило, - многозубый инструмент, но иногда применяют однозубые фрезы.
Основные виды фрез: Цилиндрические фрезы используются для обработки открытых поверхностей. Зубцы располагаются на цилиндрической основе и наклонены к оси под углом 30-40%. Эти фрезы используются для комплексной обработки многоступенчатой поверхности и различных пластиков.
Торцевая фреза. Торцевые фрезы предназначены для обработки открытых поверхностей. Ось фрезы размещена под прямым углом к обрабатываемой поверхности. Зубцы расположены на цилиндрической и торцевой поверхностях фрезы. Преимуществом торцевых фрез перед цилиндрическими является большое число зубцов, что снижает вибрации и улучшает качество обработки.
Концевая фреза. Концевые фрезы имеют очень широкое техническое применение. Применяются для обработки глубоких пазов, уступов, взаимно перпендикулярных плоскостей, для осуществления контурной обработки наружных и внутренних поверхностей сложного профиля.
Дисковая фреза. Дисковые фрезы используются для резки пазов, канавок, раскроя металла. Исходя из конструктивных особенностей, их можно разделить на две категории цельные и сборные.
Угловая фреза. Угловые фрезы, по сути, это одна из разновидностей дисковых фрез. Они применяются для прорезки канавок с угловым профилем. Однако наиболее часто, угловые фрезы используют для прорезки стружечных канавок у фрез, разверток и зенкеров. Сейчас на рынке представлены четыре вида угловых фрез: правые и левые фрезы двухсторонние, симметричные и несимметричные двух угловые фрезы. Производятся они цельнометаллическими из быстрорежущей стали.
Фасонные фрезы используются для работы с канавками сложного профиля. Фасонные фрезы отличаются от всех остальных видов фрез, так как проектируются в зависимости от габаритных размеров и профиля обрабатываемой поверхности.
Следует заметить, что конфигурация получаемых данным методом деталей может быть произвольной.
В промышленном производстве при выпуске высокотехнологичной техники (электронные приборы и комплексы, самолеты, ракеты, реакторы и др.), более половины всех деталей и сборочных единиц подвергаются механической обработке на высокоточном оборудовании. На современных промышленных предприятиях машиностроения созданы целые поточные линии из механообрабатывающего оборудования (станков и комплексов, обрабатывающих центров и др.) с числовым программным управлением (ЧПУ). Учеными и конструкторами систем автоматизации проектирования разработаны целый комплекс систем автоматизации проектирования (САПР) разработок, а также используются покупные САПР западных разработчиков[59-61]. Для работы оборудования с ЧПУ целые коллективы создают и проектируют управляющие программы (УП), от качества которых целиком и полностью зависит качество и надежность комплектующих деталей и узлов, а также в целом качество и надежность выпускаемых изделий машиностроения[62,64]. К примеру, на авиастроительных предприятиях, таких как ЗАО «Авиастар-СП», механообрабатываемые детали входят в состав практически всех агрегатов производимой продукции и поэтому требования к их качеству очень высоки, именно поэтому также как и на других предприятиях машиностроения применяется большое количество оборудования с числовым программным управлением, более половины всех деталей устанавливаемых на самолет в процессе его изготовления в «металле» изготавливаются на станках с числовым программным управлением (рис.1.3.).
Формальное описание базовых примитивов
В общем случае при разработке управляющих программ оперирование геометрией начинается с исходной 3D-модели детали, в дальнейшем идет лишь движение от более сложных геометрических объектов в более простым (рис.2.5), при это разработчик получает данные необходимые для формирования управляющей программы. Модель детали
Схема, представленная на рисунке 2.5 показывает базовые примитивы, используемые в рамках процесса разработки УП. Оперирование подобными примитивами обусловлено собственно процессом обработки на станках с ЧПУ, поскольку при разработки УП разработчик работает с поверхностями и контурами модели которые подлежат обработки, которые в свою очередь раскладываются на менее сложные примитивы (линии, окружности и т.п.) и в конечном итоге все сводится к координатам точек, из которых состоит управляющая траектория, согласно которой движутся рабочие части станка во время обработки, к тому же логика станка оперирует непосредственно значениям координат. Формализацию процессов токарной и фрезерной обработки начнем с поверхностей и контуров: Далее необходимо рассмотреть элементы организации контура как одного из основных элементов геометрических объектов и фигур, на основе которых в основном построены детали механообрабатывающего.
Контур - это непрерывная направленная последовательность сегментов линий (отрезков прямых и дуг окружностей). В частном случае контур может состоять из одного сегмента и даже из одной точки. Непрерывность означает, что у пары смежных сегментов конец первого сегмента совпадает с началом второго. Направленность означает, что направление каждой линии должно совпадать с общим направлением контура.
Элемент контура - это сегмент линии. Сегмент (линии) - участок направленной линии, ограниченный двумя точками: начальной и конечной. Линейно-круговой контур 2D - контур, состоящий из отрезков прямых и дуг окружностей, лежащих в одной плоскости. Начальная точка контура - начальная точка первого сегмента. Конечная точка контура - конечная точка последнего сегмента.
Замкнутый контур, у которого совпадают начальная и конечные точки. Разомкнутый контур, у которого не совпадают начальная и конечная точки.
Геометрическая эквидистанта контура, у которого все сегменты являются эквидистантами соответствующих сегментов исходного контура. Исходный и эквидистантный контуры имеют одинаковое количество сегментов. Пусть параметрическая вектор-функция r=r(t), определенная в интервале [t1, t2], задает сегмент линии: r(t1) - начальная точка сегмента; r(t2) - конечная точка сегмента. Тогда сегмент, заданный функцией S=s(t), является эквидистантой сегмента r=r(t), если для любого t из интервала [t1, t2] выполняются два условия: вектор s(t)-r(t ) является нормалью линий s(t) и r(t) ; длина вектора s(t)-r(t) является константой.
Эквидистантой отрезка будет параллельный отрезок, смещенный по нормали от исходного на величину Е. Очевидно, что длины исходного и эквидистантного отрезков равны. Эквидистантой дуги будет концентрическая дуга. Очевидно, что угловые размеры исходной и эквидистантной дуг равны. Для любого сегмента прямой или окружности и, следовательно, для любого контура можно построить геометрическую эквидистанту заданной величины Е. В разомкнутом контуре движение начинается из положения касания к первому сегменту в начальной точке и заканчивается положением касания к последнему сегменту в конечной точке. В замкнутом контуре движение начинается и заканчивается положением касания к первому и последнему сегментам. Исходный контур может содержать сегменты, по которым окружность не может пройти без пересечения этих самых или соседних сегментов. Последовательность таких сегментов называются вырожденными участками.
Задача построения технологической эквидистанты, по сути, сводится к поиску вырождения участков, и расчету точки сопряжения соседних с участком сегментов. Очевидно, что технологическая эквидистанта — это часть геометрической эквидистанты, у которой удалены вырожденные участки. Под термином «эквидистанта», понимается технологическая эквидистанта. Каноническая форма контура - это формат объекта, записи которого представляют собой каноническую форму и атрибуты сегмента (рис. 2.6).
Компонентный состав методического обеспечения в процессе разработки управляющих программ
В ходе формулирования и формирования перечня процедур появляется еще одна задача, организации данных процедур в библиотеку. Основываясь на исследовании процессов токарной и фрезерной обработки наиболее целесообразной организацией, представляется организация библиотеки на основе выделения секций токарной и фрезерной обработки, а также ряда стандартных процедур.
При этом говоря о секциях токарной и фрезерной обработки в них будут, содержатся уникальные процедуры характерные только для конкретного вида обработки и не фигурирующих в других секциях. Что же касается стандартной секции то здесь речь идет о процедурах характерных для каждого из видов обработки, процедурах участвующих в организации конечного файла программы, процедурах отрисовки и т.п. Перечень секций библиотеки псевдокодового языка представлен в таблице 2.5. № п/п Название секции Краткая характеристика содержания 1. Токарная обработка содержит уникальные процедуры характерные только для токарной обработки 2. Фрезерная обработка содержит уникальные процедуры характерные только для фрезерной обработки 3. Геометрические объекты содержит процедуры позволяющие создавать геометрические объекты на основе примитивов, а также производить их отрисовку для визуализации управляющей траектории 4. Типовые элементы содержит процедуры позволяющие обрабатывать типовые элементы конструкций (канавки, проточки, фаски и т.п.) 5. Генерация постпроцессоров содержит процедуры участвующие в организации конечного файла управляющие программы. Поскольку предлагаемый в рамках данного диссертационного исследования псевдокодовый язык является открытым, то перечень секций библиотеки так же не является окончательным.
Обобщенное представление синтаксиса псевдокодового языка Подводя итоги формального описания синтаксиса пседокодового языка моделирования управляющих программ для фрезерной и токарной обработки его можно представить следующим образом:
Из данного формального представления видно что язык LWIQA состоит из собственных библиотек (LB) и расширения (R), в свою очередь расширение это совокупность отдельных расширений языка LWIQA одним из которых и является язык псевдокодового моделирования управляющих программ для станков с ЧПУ (LCNC) (рис.2.12). Рис. 2.12.Место расширения в рамках языка LWIQA Рассмотрим расширение LCNC более подробно:
Язык псевдокодового моделирования УП представляет собой совокупность операторов языка (SO) и набор библиотек (LIB); совокупность операторов языка состоит из двух подмножеств операторов, а именно это подмножество операторов специфицирующее действия разработчика по работе с геометрией (SG) и подмножество операторов работы со станком (SM). При этом следует отметить что, данные операторы комбинируются и организуются в процедуры (P) и библиотеки (LIB).
Организация библиотек (LIB) основывается на секциях (S), т.е. определенных совокупностях процедур (P). Процедура специфицируется стандартным образом, иными словами она имеет свой уникальный идентификатор и набор операторов (OG, OM) необходимых для ее реализации. Рассмотрим представление операторов более подробно.
Управляемая точка инструмента внутри такого безопасного контура на ускоренной подаче перемещаться не может.
Холостое перемещение инструмента к точке начала следующего рабочего прохода при точении осуществляется на заданном безопасном расстоянии от поверхности металла. Инструмент - это оператор описывает конфигурацию инструмента.
Таким образом, из представленного формального описания видно, есть некоторые отличия в синтаксическом представлении операторов разных подмножеств, хотя при этом их структура практически идентична, т.е. каждый оператор работы с геометрией и оператор работы со станком имеет уникальный идентификатор и набор параметров необходимых для его определения.
И так в заключении обобщенное формальное представления языка псевдокодового моделирования управляющий программ для станков с ЧПУ в рамках вопросно-ответной среды WIQA.NET выглядит следующим образом: Так же здесь следует отметить конечное выражение операторов и функций псевдокодовго языка разработки управляющих программ в кодах станка с ЧПУ представленное в таблице 2.6.
Разработка рекомендаций по руководству системному программисту производства изделий в комплексе САПР УП
Сформулируем основные рекомендации (алгоритм работы системного программиста) в последовательности эксплуатации САПР УП:
1. Требования к аппаратуре и системному обеспечению: процессор Intel Core и выше оперативной памяти от 4Гб видеокарта от 1Гб операционная система Windows XP и выше.
2. Среда разработки: Совместно с комплексом Unigraphics поставляется среда разработки на языке GRIP (рис.4.12.), а также совокупность открытых библиотек С/С++.
Рассмотрим более подробно оболочку GRADE, она представляет собой консольное приложение, основные пункты меню:
Edit - позволяет создавать новые файлы с исходным текстом GRIP-программы, произвести вызов на редактирование существующего файла. В соответствии принятыми обозначениями для типов файлов Unigraphics файлы с исходным кодом GRIP-программ имеют расширение .grs.
Compile - позволяет компилирование исходного текста программы или подпрограмм на языке GRIP и получение объектного кода. Файлы, получаемые в результате компиляции, имеют расширение .gri. В процессе компиляции на экран выводится содержимое исходного файла и сообщения о возможных ошибках в тексте программы.
Link - формирует исполняемый файл GRIP-программы, которая может состоять из одного модуля или включать несколько подпрограмм. Исполняемые файлы, готовые к запуску в сеансе Unigraphics, имеют расширение .grx;
Change directory - этот пункт меню изменяет имя текущей папки, в которой размещены файлы с исходными текстами и в которой будут сохраняться результаты компилирования программ и исполняемые файлы; List directory - позволяет просмотреть содержимое текущей папки с применением фильтра по типу файлов (.grs,.gri,.grx); send Output to - определяет устройство, на которое выводится информация -это может быть экран компьютера, принтер или текстовый файл; Compile listing - позволяет управлять количеством информации, выводимой на дисплей; Change editor - позволяет изменить используемый текстовый редактор; Grade batch - запуск пакетного режима обработки; Turn menu on/off - позволяет отметить вывод перечня пунктов меню на экран с сохранением только строки ввода команд.
Оболочка системы интегрируется в Unigraphics в виде набора инструментов по средствам встраиваемого меню [140-146] (рис.4.13). При установке на жесткий диск необходимо иметь в наличии достаточное количество свободной памяти. Для установки нужно выполнить следующие действия: Перейти в корневой каталог жесткого диска, в котором планируется храниться система; Скопировать все необходимые файлы системы, и в том числе конфигурационный файл панели инструментов;
Подгрузить оболочку в комплекс Unigraphics. Для этого необходимо щелкнуть в пустой части панели инструментов, в появившемся меню выбрать пункт "Настройки", после этого в появившемся окне настроек выбрать опцию "Загрузить", а за тем в диалоговом режиме выбрать конфигурационный файл имеющий расширение.tbr;
Файл конфигурации системы - это файл с расширение.tbr, содержащий основной функциональный набор системы и определяющий положение тех или иных опций. Файл конфигурации создается и модифицируется программой любым текстовый редактором. Этот файл используется для формирования удобного интегрируемого интерфейса системы.
Разработка рекомендаций по диагностике ошибок в комплексе проектирования управляющих программ для станков с ЧПУ
Проведем анализ ошибок, которые могут возникнуть в процессе работы комплекса САПР УП для оборудования с ЧПУ. Рассмотрим виды ошибок комплекса. Ошибки программиста можно разделить на два класса: синтаксические и семантические. Синтаксическая ошибка - нарушение формальных правил языка. Семантическая ошибка - оператор записан формально правильно, но не может быть выполнен для данных значений параметров. Синтаксические ошибки выявляет транслятор и выдает диагностику непосредственно после оператора, в котором обнаружена ошибка.
Семантические ошибки выявляются процессором и постпроцессором. Диагностика выдается после распечатки исходного текста.
Диагностическое сообщение имеет, представляет собой диалоговое окно (рис.4.14).
В диалоговом окне ошибки указывается код ошибки, строка программы и файл программы в котором произошла ошибка, а так же пользователю предоставляется выбор продолжить выполнения программы либо прервать ход ее выполнения [140-146].
После прогона того как псевдокодовая программа прошла успешную интерпретацию и компиляцию в интегрированной среде псевдокодового программирования, далее перед разработчиком встает задач проверки правильности выполняемых действий. Для решения этой задачи в вопрос ответной среде WIQA.NET существует средство визуализации – редактор диаграмм (рис. 4.15.), позволяющий пошагово визуализировать процесс обработки.
