Аблязов В.И. Программное управление станками и комплексами

Подождите немного. Документ загружается.

14.10.09

8 Контроль на четность

7 1 1 1

6 1 1 1

Р а

зр

я д (номер дорожки) 5 1 1 1

8 7 6 5 4

СД

3 2 1 С и м в о л

0 P

1 1 A Q

1 2 B R

1 1 3 C S

1 4 D T

1 1 % 5 E U

1 1 6 F V

1 1 1 7 G W

1 ( 8 H X

1 1 ) 9 I Y

1 1 LF

J Z

1 1 1 + K

1 1 L

1 1 1 – M

1 1 1 N

1 1 1 1 / O Del

Наличие перфораций в соответствующих разрядах (дорожках) символа обо-

значено единицами. Перфорация отверстий в синхродорожке (СД) и в восьмом

(контрольном) разряде на рисунке не отражено. Для удобства представления кода

содержимое старших разрядов 5, 6 и 7 перенесено из левых столбцов в верхние

строки."1" – соответствует отверстию на перфоленте.

Из таблицы видно, что, например, символу N соответствует двоичный код

1001110.

Семь младших двоичных разрядов кода ISO-7 bit являются информацион-

ными. Восьмой является контрольным. Он дополняет количество перфораций

(отверстий) в строке до четного числа и служит для обнаружения одиночных

ошибок при считывании информации.

Смысловые значения отдельных символов, используемых в УП в соответст-

вии с рекомендациями кода ISO-7 bit, приведены в таблице.

Адрес Смысловое значение Размерность (форма задания)

А, В, С

Углы поворота вокруг осей, соответ-

ственно X, Y, Z

Градусы или радианы (и их

десятичные доли)

F Скорость подачи

мм/мин, мм/оборот (или код)

- для линейных координат;

град (рад)/мин (или код) -

для угловых координат

G Подготовительная функция

Двухразрядное десятичное

число (2РДес)

14.10.09

I, J, K

Начальные координаты дуги окружно-

сти по осям соответственно X, Y, Z

Аналогично заданию пере-

мещений (линейных)

L Коррекция 2РДес

M Вспомогательная функция 2РДес

N Номер кадра 3РДес

Скорость главного движения (частота

вращения шпинделя)

рад/с, об/мин или код

T Номер инструмента 2РДес

U, V,

Вторичные перемещения параллельно

соответственно осям X, Y, Z

Аналогично заданию пере-

мещений

X, Y, Z

Размерные перемещения по коорди-

натным осям X, Y, Z (в абсолютных

значениях или в приращениях)

мм (и их десятичные доли)

Плюс, минус (направление перемеще-

ний)

Главный кадр (кадр, с которого можно

начать обработку, вместо символа N)

Произвольный пропуск кадра (кадр

может быть пропущен путем установки

в соответствующее положение пере-

ключателя на пульте оператора УЧПУ)

% Начало программы

(

)

Отключение (включе-

ние)информации(информация переста-

ет восприниматься УЧПУ до появле-

ния закрывающейся скобки)

Del Забой

14. Задание траектории движения и рекомендации по выбору осей

При управлении станком, промышленным роботом (ПР), измерительной

машиной необходимо обеспечить относительное перемещение рабочего инстру-

мента (РИ) или схвата ПР по заданной траектории. Заданная траектория аппрок-

симируется типовыми геометрическими элементами (отрезками прямых, дугами

окружностей, параболами и т.п.), набор которых определяется функциональными

возможностями УЧПУ.

А п п р о к с и м а ц и я – выделение на ис-

ходной траектории минимального количест-

ва о п о р н ы х ( и л и у з л о в ы х ) точек та-

ким образом, чтобы при проведении через них

кривых заданной формы (прямых, дуг окруж-

ности, парабол и т.п.), отклонение вновь по-

лученной траектории от исходной не превы-

шало заданную величину



. Отклонение вновь

полученной траектории от исходной называ-



аппроксимируемая

кривая

аппроксимирующая

кривая

14.10.09

ют ошибкой аппроксимации. Если аппроксимация осуществляется только отрез-

ками прямых, то она называется линейной, если отрезками дуг окружности - кру-

говой и т.д.

Процесс расчета устройством ЧПУ текущих координат и необходимых

управляющих воздействий при движении по аппроксимируемым кривым называ-

ется интерполяцией. Соответственно интерполяция (движение по этим траектори-

ям) бывает линейной, круговой, винтовой и т.п.

В процессе движения инструмент последовательно проходит через опорные

точки. Каждая из опорных точек в выбранной системе координат может быть оп-

ределена рядом значений (чисел). Сочетание таких чисел, определяющих после-

довательное положение РИ, составляет основу УП при числовом программном

управлении.

Положение опорных точек задается в определенной системе координат с

заданной нулевой точкой. Нулевой точкой может быть нуль станка Ос, называе-

мый также абсолютным нулем, или нуль детали Од. Соответственно, первую на-

зывают системой координат станка или абсолютной, а вторую - системой коор-

динат детали или относительной

Ноль станка (абсолютный) определяется обычно после установки всех ко-

ординат станка в свои крайние положения (наезд на концевые выключатели). Сис-

тема координат станка является главной расчетной системой, поскольку относи-

тельно нее определяются предельные перемещения и формируемые управляющие

воздействия (на приводыстанка).

Координаты нуля детали относительно нуля станка Ход, Yод, Zод измеряют-

ся перед обработкой и заносятся в УЧПУ с пульта оператора. Программирование

обработки обычно ведется в системе координат детали. Координаты нуля детали

иногда называют смещением нуля. В ряде УЧПУ допускается задание нескольких

различных нулевых точек детали.

Некоторые УЧПУ позволяют производить задание в декартовых координа-

тах станка полярных координат детали (рис. 4.2 б).

Правила назначения осей технологического оборудова-

ния:

1. ось Z всегда совпадает с осью инструмента;

2. за положительное направление оси Z принимается на-

правление при движении инструмента от заготовки;

3. направление остальных осей определяется по

правилу правой руки: средний палец – ось Z, указатель-

ный палец – ось Y, большой палец – ось X.

4. ось X направлена горизонтально, если стоять

перед оборудованием;

5. если в станке движется инструмент, то оси оп-

ределяются, как сказано выше, если же по какой-либо из

осей движется деталь (стол), а не инструмент, то направ-

ления осей координат меняется на противоположное и им

присваивается "штрих" ( ' ).

14.10.09

Рис. 4.3. Расположение осей координат

В стандартной для станков с ЧПУ системе (рис. 4.3) координатные оси X, Y,

Z, A, B, C указывают положительные перемещения инструмента относительно

неподвижных частей станка. Положительное направление движения заготовки

относительно неподвижных частей станка противоположно осям X, Y, Z, A, B, C

и обозначается осями X', Y', Z', A', B', C'. Поэтому, если в станке по оси Z движет-

ся инструмент, а по осям X и Y - деталь, то в координатной схеме станка указы-

ваются оси X', Y' и Z.

15. Подготовительные и вспомогательные функции

15.1. Подготовка технологической информации

Типовыми операциями при подготовке технологической информации (на

примере фрезерной обработки) являются следующие:

1) определение величины припуска Lпр путем нанесения на чертеже детали

контура заготовки;

2) выбор инструмента;

3) определение скорости подачи F и скорости вращения шпинделя S исходя

из требуемого качества обработки и допустимого усилия резания. Последнее, в

свою очередь, определяется с учетом пути обработки, приходящегося на оборот

фрезы и глубины резания Lр;

4) определение числа проходов резанием Пр = Lпр/Lр, которое округляется

до меньшего целого числа, а по остатку припуска определяют глубину резания на

чистовом проходе;

5) определение координат эквидистантно (равноудаленно) смещенных на

величину радиуса фрезы опорных точек или выделение отдельных кадров для

входа на эквидистантную траекторию , если в УЧПУ осуществляется учет кор-

рекции на радиус и длину инструмента;

6) определение места задания определенных технологических команд (по-

дача охлаждающей жидкости , автоматический контроль размеров и др.).

14.10.09

15.2. Подготовительные функции

Функции (команды) с адресом G называются подготовительными. Они оп-

ределяют режим работы УЧПУ. В соответствии с рекомендациями ISO преду-

сматривается несколько групп подготовительных функций и при программирова-

нии в одном кадре возможно задание одной функции G каждой группы.

К первой группе (нумерация групп условна и рекомендациями ISO не ого-

варивается) относятся функции, определяющие вид перемещения:

G00 - позиционирование, т.е. движение c максимальной скоростью с сохра-

нением в памяти УЧПУ заданной до этого скорости подачи;

G01 - линейная интерполяция;

G02,G03 - круговая интерполяция, соответственно по- или против часовой

стрелки;

G04 - пауза, задаваемая в кадре, например, для остывания детали после чер-

новой обработки. В УЧПУ "Размер-4", "2С-42", "Fanuc-6M" время паузы задается

по адресу Е;

G09 - торможение до минимальной скорости, при которой не происходит

искажения контура при изменении направления обработки.

Ко второй группе относятся команды, определяющие плоскость обработки

и способы выхода на эквидистантный контур:

G17, 18, 19 - определяют плоскость обработки, соответственно XY, ZX, YZ.

Выбор способа выхода на эквидистантный контур и возврата с него зависит

от типа конкретного УЧПУ. Цифровой код выбирается обычно от G11 до G39.

Третья группа охватывает команды, связанные с коррекцией инструмента

на радиус и длину инструмента. В большинстве случаев траектория центра фрезы

представляет собой линию, эквидистантную (равноудаленную) обрабатываемому

контуру. Величина отклонения (коррекция) определяется радиусом инструмента и

расположением фрезы относительно обрабатываемой поверхности. Длина инст-

румента учитывается коррекцией перемещений по оси Z на длину инструмента.

Величины коррекций на длину и радиус инструментов набираются

на корректорах пульта оператора УЧПУ или вводятся в оперативную па-

мять.

Рекомендуемым применением команд в третьей группе является следую-

щее:

G41 - коррекция на радиус левая (фреза находится слева от обрабатываемой

поверхности, если смотреть от фрезы в направлении ее движения относительно

заготовки);

G42 - коррекция на радиус правая;

G43 - коррекция на длину инструмента положительная;

G44 - коррекция на длину инструмента отрицательная;

G40 - отмена коррекции.

К этой же группе относятся команды G, определяющие смещение коорди-

натных осей в нуль станка или нуль детали.

Например, для УЧПУ "Бош КК100М" смещение нуля задается командами

G54...G59 (шесть независимых смещений), каждая из которых задает произволь-

14.10.09

ное смещение по четырем координатам. Отмена смещения осуществляется G53.

Применяются и другие способы задания смещений.

Команды четвертой группы от G60 до G79 определяют точность подхода к

заданной точке при позиционировании.

Следующую группу от G80 до G89 составляют автоматизированные фикси-

рованные технологические циклы (ФТЦ). Они предназначены для управления

движением механизмов станка по оси Z по жесткой (фиксированной) программе,

сопровождаемой выполнением требуемых технологических команд. Заданный

ФТЦ запоминается и действует в каждом последующем кадре УП, причем его

выполнение происходит после заданных в кадре перемещений. Отмена ФТЦ осу-

ществляется другой командой этой группы или G80.

Перемещение инструмента от нулевой плоскости до поверхности обработки

производится на ускоренном ходу и обозначается адресом R, который програм-

мируется в кадре ФТЦ и помнится до его отмены. Перемещение, связанное с дви-

жением на рабочей подаче, рассчитывается с учетом врезания и перебега инстру-

мента при обработке и программируется адресом Z. При отладке УП выполнение

ФТЦ можно производить по тактам (подциклам), что позволяет провести кон-

троль правильности выхода инструмента в расчетные точки. В УЧПУ "Размер-

2М" фиксированные циклы задаются также командами G91...G99.

Последняя группа включает команды с G90 по G99. Наиболее часто упот-

ребляемыми, в том числе в зарубежных УЧПУ, здесь являются команды G90 и

G91. Задание G90 определяет работу в абсолютных размерах, то есть отсчет пере-

мещений относительно выбранной нулевой точки; G91 - определяет отсчет пере-

мещений в приращениях.

15.3. Вспомогательные функции

Вспомогательные функции (команды), программируемые адресом М, осу-

ществляют управление вспомогательными операциями программируемого про-

цесса. Некоторые вспомогательные функции получили однозначное применение в

различных УЧПУ, другие заложены как резервные и используются по мере необ-

ходимости.

Команда М00 применяется для остановки программы по окончании кадра.

Команда производит остановку шпинделя и выключение охлаждения. Команда

применяется при необходимости переналадки. Продолжение программы обработ-

ки осуществляется кнопкой "Пуск программы".

Действие команды М01 аналогично М00, но она выполняется только в том

случае, если на пульте оператора в данный момент установлен соответствующим

образом переключатель.

Команда М02 программируется в последнем кадре программы, приводит в

исходное состояние УЧПУ, выключает шпиндель и подачу охлаждения на станке.

Команды М03...М05 определяют порядок включения и выключения шпин-

деля.

14.10.09

В кадре с М06 (или перед этим кадром) должен быть задан номер инстру-

мента по адресу Т. По команде М06 происходит замена инструмента, находяще-

гося в шпинделе. Циклограмма смены инструмента зависит от конструкции меха-

низма смены. В ряде станков по команде М06 происходит ориентация шпинделя.

Выполнение команды М06 должно происходить при нахождении шпинделя в по-

зиции смены, то есть на достаточном удалении от обрабатываемой детали.

16. Кодирование управляющей программы, структура и формат кадра

После того как сформирована траектория движения РИ, состоящая из эле-

ментарных участков (от одной опорной точки к другой), и определена технологи-

ческая информация, можно приступать к составлению управляющей программы

по обработке детали.

Управляющая программа (УП) состоит из отдельных кадров. В кадре (кад-

рах) содержится вся геометрическая и технологическая информация, необходимая

для задания движения с заданной скоростью от одной опорной точки до другой.

Информация, определяющая траекторию, контурную скорость движения инстру-

мента, необходимые коррекции, режимы и технологические команды.

Последовательность кадров в УП (а не их номер) определяет последова-

тельность обработки отдельных участков траектории. Перед первым кадром УП

указывается символ %. В кадрах УП записывается только та геометрическая, тех-

нологическая и вспомогательная информация, которая изменяется по отношению

к предыдущему кадру. В ряде УЧПУ допускается в круглых скобках записывать

любую информацию, которая не воспринимается УЧПУ.

В УЧПУ применяется "2-10 адресное кодирование", при котором следую-

щая за адресом информация относится к данному адресу, а каждая десятичная

цифра кодируется двоичным 8-разрядным кодом. Отсутствие цифровой информа-

ции после какого-либо адреса воспринимается УЧПУ как нулевое значение дан-

ного адреса. Этот адрес обозначается буквой латинского алфавита. Например, X-

1260. Здесь буква X указывает на адрес регистра, в который должно быть записа-

но отрицательное десятичное число - 1260, определяющее величину и направле-

ние перемещения по координате Х.

Совокупность символов, включающая в себя адрес (букву) с последующей

цифровой информацией образует "Cлово" УП. В частном случае, слово может со-

стоять из одного символа. Кадр N3X-1260 LF состоит из трех слов: "N3" ,"X-1260"

и "LF".

Каждый кадр УП начинается символом (адресом) N - номер кадра и закан-

чиваться символом LF - конец кадра.

Запись информации в кадрах УП зависит от типа УЧПУ и объекта (станка).

Каждое УЧПУ характеризуется форматом кадра. Формат (сертификат, структура)

кадра - это условная запись, которая определяет:

а) полный набор используемых символов;

б) рекомендуемый порядок их следования кв кадре;

14.10.09

в) допустимое число заданных различных значений подготовительной

функции в одном кадре;

г) дискретность и максимальные размеры задаваемых перемещений по ли-

нейным и угловым координатам;

д) число цифр, задаваемых по каждому адресу;

е) возможность умолчания впереди или сзади стоящих нулей.

Порядок следования адресов (букв) в формате кадра определяет порядок их

записи в кадре. В некоторых УЧПУ допускается произвольный порядок следова-

ния адресов.

В формате кадра сначала записывается адрес слова, затем следуют цифры.

Знак + или , следующий в формате кадра за адресом "размерные перемещения"

указывает на то, что перемещения могут быть как положительные, так и отрица-

тельные. Если указывается только знак +, то это означает, что знак + в кадрах

можно опускать. Знак  в формате указывает на обязательность задания также и

знака +.

Если абсолютные размеры всегда положительны, то в формате кадра между

адресом и следующим за ним числом не ставят никакой знак.

Адрес "размерные перемещения" имеет две цифры (отличные от нуля).

Первая из них указывает число разрядов слева от подразумеваемой десятичной

запятой величины перемещения в мм (дюймах) для линейных координат, и в гра-

дусах или радианах для угловых координат. Вторая цифра - число разрядов спра-

ва от запятой. Например, X43.

Адреса не "размерных перемещений" имеют одну цифру, которая определя-

ет максимальное (или фиксированное) число цифр для задания данного адреса.

Например, F2.

Если в значении адреса можно опустить впереди стоящие нули, то после

адреса (или после знака) указывается нуль. Например, X043 или F02.

Повторение какого-либо адреса в формате указывает на возможность его

повторения в кадре УП. Например, фрагмент формата G2G2G2 дает возможность

задать в одном кадре УП три значения функции G из трех различных групп. При-

чем впереди стоящие нули опускать нельзя.

Пример формата кадра для трехкоординатного УЧПУ с дискретностью за-

дания 0,001 мм, знак +в координатах в кадрах можно опускать:

N03 G02 X+043 Y+043 Z+043 I+043 J+043 K+043 D02 F04 S03 T02 M02 R02 LF

17. Основные виды интерполяции

Одной из наиболее сложных задач в СЧПУ является контурное управление,

то есть управление инструментом (схватом робота, измерительным щупом, мани-

пулятором) по заданной траектории. Это достигается за счет согласованного

управления одновременно по нескольким (до 5 и более) независимым координа-

там. Фактически задача управления при этом сводится к необходимости вычисле-

ния системой ЧПУ текущих значений всех координат S

(иногда и скоростей по

координатам) через очень короткие промежутки времени, обычно от 1 до 5 мс.

Подобное вычисление текущих коорд инат, а также формирование

14.10.09

соо тветс твующ их управляющих воздейс твий на приводы подач,

называется ин те р п ол я ц ие й. Интерполяция выполняется в реальном мас-

штабе времени (РМВ).

В технологическом производстве под работой в реальном времени понимают

принятие решения в сроки, не нарушающие технологического процесса (для системы

ЧПУ это миллисекунды). Исходя из этого, система управления технологическим

процессом должна работать в “жестком” реальном времени и обрабатывать ответы

системы в течение заданного лимита времени. Интерполяция является приоритет-

ной задачей процессора, поскольку задержка интерполяционных вычислений

приводит к нарушению работы привода подач и к браку детали.

Алгоритмы интерполяции делятся на две группы:

 к пер в о й от н ос я тс я а л г о р и тм ы , на основе которых осуществ-

ляется определение последовательности (порядка) выдачи е д и н ич н ы х, посто-

янных во времени, шагов по координатам. Величина шага по координатам при

этом остается постоянной и называется дискретностью или шагом перемещений:

= h

= const = h.

Частота выдачи шагов по координате f зависит от скорости Fзад по этой координате, т.е.

от проекции контурной скорости F

конт

на эту координату:

= Fзад

/ h

= ( S

/ S

конт

)



конт

/ h ;

= Fзад

/ h

= ( S

/ S

конт

)



конт

/ h ;

= Fзад

/ h

= ( S

/ S

конт

)



конт

. / h .

К алгоритмам первой группы относятся метод оценочной функции (ОФ) и

цифрового дифференциального анализатора (ЦДА).

 в алгоритмах второй группы неизменной остается дискретность пе-

риода вычисления текущих значений координат. Этот период называют циклом

интерполяции



, он и определяет период обновления значений текущих коор-

динат в выходных регистрах СЧПУ. Величины приращений по координатам на j-

ом промежутке времени



определяются скоростью на этом участке:



= F





;



= F





;



= F





К алгоритмам второй группы относятся– метод цифрового интегрирования (МЦИ), ин-

терполяция методом сплайнов и др.

18. Линейная интерполяция методом оценочной функции

Алгоритм линейной интерполяции (ЛИ) должен

обеспечить движение из исходной (с нулевыми коорди-

натами) точки Для обеспечения универсальности алго-

ритма ОФ (независимости от номера квадранта и знака

приращений) используют следующие приемы:

 реальные координаты x, y, z, … заменяются ус-

ловными координатами







, … таким образом, чтобы

–X





–Y  

–Z





–X  

14.10.09

вычисления с условными координатами проходили только в первом квадранте;

 вводят главную координату - координату мак-

симального приращения. Для определенности ее обо-

значают



. При этом



всегда < 45



В основе алгоритма ОФ лежат два правила.

1. При оценочной функции единичные шаги по координатам выдаются в

соответствии с генератором шагов, частота которого зависит от контурной скоро-

сти.

2. Последовательность шагов по координатам выбирается таким образом,

чтобы каждый единичный шаг был оптимальным по критерию максимального

приближения к заданной прямой (минимального удаления).

Для того, чтобы определить, по какой координате надо сделать очередной

шаг, чтобы реализовать данный алгоритм вводят "оценочную функцию" для каж-

дой . ОФ вычисляется после каждого шага интерполяции. Оценочная функция за-

дается таким образом, чтобы оценив только ее знак можно было однозначно оп-

ределить, по какой координате делать очередной шаг.

Чтобы задать ОФ для линейной интерполяции определим величину откло-

нения по координате



расчетной (по алгоритму интерполяции) траектории от ис-

ходной на очередном i–ом шаге интерполяции.





–





(





) =(







–









. (1)

где -





координаты конечной точки исходной прямой.

Очевидно, что анализируя знак отклонения



, можно однозначно опреде-

лить, по какой координате нужно делать очередной шаг. Если отклонение



< 0,

то нужно делать шаг по



, если





0, то шаг по



Поскольку знаменатель всегда положителен, знак отклонения



можно

определить только по знаку числителя выражения (1). Оно и принимается за зна-

чение оценочной функции.

Таким образом, з н а ч е н и е О Ф ( д л я к о о р д и н а т ы



) п р и л и н е й -

н о й и н т е р п о л я ц и и о п р е д е л я е т с я с л е д у ю щ и м о б р а з о м :







–





Рекуррентные формулы вычисления ОФ при выдаче шагов по координатам





: . «Рекуррентные» – означает, что вычисления функции на i+1 шаге вычис-

ляются на основе значений этой функции на предыдущем i-ом шаге.

Если шаг делается по



, то



i + 1



+1,













kiikikikikikii







,1,

Если по



, то



i + 1



+ 1.













kiikikikikikii







,1,

Шаг и по



, и по











kкiiii











