Основы разработки управляющих программ для станков с ЧПУ (ручное программирование, среда Siemens NX)

1. Основы разработки управляющих программ для станков с ЧПУ (ручное программирование, среда Siemens NX)

Преподаватель: к.т.н, доцент,
Аносов Максим Сергеевич
2020 г.

2. Содержание курса

Наименование темы
Количество часов
1 Основы программирования станков с ЧПУ
4
Обзор рынка CAM систем. Особенности и
2
2
преимущества системы NX
3 Интерфейс и возможности CAM модуля NX
2
Общий алгоритм создания управляющих программ
4
2
для станков с ЧПУ в системе NX
5 Создания обработки для токарно-фрезерной детали
6
6 Создания обработки для фрезерной детали
6
Вывод управляющей программы, проверка
7
2
программы
8 Оптимизация управляющей программы
6
9 Итоговая проверка знаний пройденного материала
4
Итого часов:
34
Аудиторная работа – 20 часов (4 занятия по 5 часов);
Самостоятельная работа – 10 часов;
Проверка знаний пройденного материала: 4 часа

3. Основы программирования станков с ЧПУ

Числовое программное управление (сокр. ЧПУ; англ. computer numerical
control, сокр. CNC) — область техники, связанная с применением цифровых
вычислительных устройств для управления производственными процессами.
Основоположником систем с ЧПУ считается Джон Т. Парсонс, профессор
Массачусетского технологического института. В конце 40-х годов он разработал
оборудование для кодирования управляющей программы на металлических
перфокартах.
Структура комплекса станок с ЧПУ

4. Основы программирования станков с ЧПУ

Таким образом в целом комплекс «Станок с ЧПУ» состоит из следующих
элементов:
1. Оператор станка (внешний источник контроля информации);
2. Управляющая программа содержит укрупненное кодированное
описание всех стадий геометрического и технологического
образования изделия;
3. Программоноситель;
4. Считывающее устройство;
5. Система ЧПУ;
6. Устройство управления ЧПУ. В УЧПУ управляющая информация в
соответствии с УП транслируется, а затем используется в вычислительном
цикле, результатом которого является формирование оперативных команд в
реальном масштабе машинного времени станка;
7. Станок, который является основным потребителем управляющей
информации, исполнительной частью, объектом управления, а в
конструктивном отношении - несущей конструкцией, на которой смонтированы
механизмы с автоматическим управлением, приспособленные к приему
оперативных команд от УЧПУ, которое является основным элементом в общей
системе управления оборудованием.
8. Измерительные системы с обратной связью (на схеме не показана).

5. Основы программирования станков с ЧПУ

Поколения СЧПУ
1. Системы ЧПУ первого поколения
Системы ЧПУ первого поколения имели элементную базу на
дискретных элементах - реле и транзисторах с низкими
частотными параметрами. Ввод программы в этих системах
осуществлялся на магнитной ленте в унитарном коде или в
фазовом виде.
Моделями устройств ЧПУ первого поколения являются ПРС1-58,
ПРС-ЗК, К-4МИ.
В то же время в устройствах ЧПУ первого поколения К2П-67,
КЗП-68, УМС-2 ввод программы осуществлялся уже на
пятидорожечной перфоленте (код БЦК-5).

6. Основы программирования станков с ЧПУ

Поколения СЧПУ
2. Системы ЧПУ второго поколения имели элементную базу
малой (серия 155) и средней (серия 176) степени интеграции с
более высокими частотными характеристиками, с помощью
которых осуществлялась схемная реализация алгоритмов
управления. К моделям устройств ЧПУ второго поколения можно
отнести Н22, НЗЗ, Н55, П-33, «Размер 2». В устройствах ЧПУ
второго поколения Н22, НЗЗ ввод программы осуществлялся на
восьмидорожечной перфоленте (код ISO 7).

7. Основы программирования станков с ЧПУ

Поколения СЧПУ
3. Системы ЧПУ третьего поколения создавались на базе микро
ЭВМ («Электроника-60», «Электроника НЦ-03» и др.), БИС
(серия 589 и др.). Эти системы ЧПУ имели расширенные
технологические возможности, осуществлялась программная
реализация алгоритмов управления. В устройствах ЧПУ третьего
поколения ввод программы осуществлялся как на перфоленте, так
и с помощью клавиатуры.
Системы ЧПУ начинают оснащаться дисплейно-диалоговыми
системами задания УП с графическим отображением детали на
экране. Появляются оперативные системы ЧПУ, на которых
программирование простых деталей может осуществляться
непосредственно на станке с использованием типовых циклов.

8. Основы программирования станков с ЧПУ

Поколения СЧПУ
4. Для систем ЧПУ четвертого поколения характерно блочное
мультипроцессорное исполнение. В качестве элементной базы
используются специальные БИС и микро ЭВМ. В устройствах
ЧПУ четвертого поколения ввод программы осуществлялся
электронной кассетой или кассетой на цифровых магнитных
доменах.
Строились эти системы, как правило, по агрегатно-блочному
принципу и оснащены различными дополнительными узлами:
блоками технологических команд.
5. Системы ЧПУ пятого поколения создаются на базе
промышленных ПК. В этих системах ЧПУ реализуются все
современные
достижения,
свойственные
персональным
компьютерам, включая языки программирования; программноматематическое обеспечение; системы ввода, хранения и обмена
информации; возможность структурного изменения; возможность
выполнения функций самонастройки и адаптации и др.

9. Методы написания управляющих программ для станков с ЧПУ

Три метода программирования обработки для станков с ЧПУ:
ручное программирование;
программирование на пульте УЧПУ;
программирование при помощи CAD/САМ-системы.

10. Методы написания управляющих программ для станков с ЧПУ

11. Методы написания управляющих программ для станков с ЧПУ

1. Ручное программирование является самым трудоемким, его
используют для подготовки УП для простых деталей.
Ручное программирование состоит из следующих этапов:
• подготовки технологической информации;
• расчетно-аналитического;
• кодирования;
• записи программы;
• отладки и ее внедрения.
Первый этап (подготовки технологической информации)
является неотъемлемым для любого метода программирования.
На этапе технологической подготовки УП ведется разработка
операционной технологии, осуществляется выбор инструмента,
выбор последовательности рабочих ходов и переходов, выбор
режимов резания и др. Таким образом, данная информация
служит в качестве исходной для написания управляющей
программы. Ответственный за данный этап – инженертехнолог.

12. Методы написания управляющих программ для станков с ЧПУ

2. Расчетно-аналитический этап состоит в определении координат опорных
точек траектории инструмента, таких, как точки пересечения прямых,
сопряжения прямых с дугами и др., в том числе технологические точки, в которых
необходимо изменить режимы обработки (подачу, частоту вращения и т.д.).
Ответственный – инженер-технолог

13. Методы написания управляющих программ для станков с ЧПУ

3. Кодирование информации в управляющей программе.
Программирование обработки на станках с ЧПУ осуществляется на
языке, который обычно называют языком ISO 7 бит или языком G и
M кодов. Язык G и М кодов основывается на положениях
Международной организации по стандартизации (ISO) и
Ассоциации электронной промышленности (EIA).
Производители систем ЧПУ придерживаются этих стандартов для
описания основных функций, но допускают вольности и
отступления от правил, когда речь заходит о специальных
возможностях своих систем.
Ответственный – инженер-программист; инженер-технологпрограммист; оператор станка с ЧПУ.

14. Методы написания управляющих программ для станков с ЧПУ

4. Запись УП. Программа обработки детали записывается на
бланке, который является основой для кодирования УП.
Применяемая система ЧПУ определяет вид программоносителя.
Так, в первых поколениях систем ЧПУ применялась запись УП на
магнитной ленте в фазомодулированном или унитарном коде.
Кодирование информации осуществляется в соответствии с ГОСТ
20999—83.
В настоящее время УП записывается, чаще всего, в текстовом виде
на электронном программоносителе в виде последовательных
кадров, представляющих собой законченные смысловые фразы на
входном языке системы ЧПУ для кодирования технологической,
геометрической и вспомогательной информации.
5. Этап отладки и внедрения УП является самым трудоемким и
занимает около 30% общего времени разработки и отладки.

15. Методы написания управляющих программ для станков с ЧПУ

2. Программирование на пульте УЧПУ
При этом программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ,
используя клавиатуру и дисплей.
Например, оператор станка может произвести верификацию УП или
выбрать требуемый постоянный цикл при помощи специальных
пиктограмм и вставить его в код управляющей программы или же
разработать всю управляющую программу для изготовления детали
непосредственно на стойке ЧПУ.

16. Методы написания управляющих программ для станков с ЧПУ

3. Программирование с использованием CAD-CAM систем
Первый этап – создание 3D модели детали (осуществляется
конструктором в CAD системе), а также заготовки (осуществляется,
технологом-программистом в CAD системе);
Второй этап – создание траектории обработки в CAM системе
технологом-программистом;
Третий этап – проверка управляющей программы (верификация).
Наиболее подробно процесс создания управляющих программ в
CAD/CAM –системе будет рассмотрен в следующих разделах.

17. Структура управляющей программы для станка с ЧПУ

Управляющая программа является упорядоченным набором команд,
при помощи которых определяются перемещения исполнительных
органов станка и различные вспомогательные функции.
Любая программа обработки состоит из некоторого количества
строк, которые называются кадрами УП (N), которые
воспринимаются СЧПУ как единое целое и содержат не менее
одной команды. Кадры часто нумеруются с опр. шагом (N10…Т15).
Большинство станков с ЧПУ позволяют работать без номеров
кадров, которые используются для удобства зрительного восприятия
программы и поиска в ней требуемой информации.
Буквенные обозначения в структуре УП:
Х, Y, Z – координаты точек по соответствующим осям;
G – подготовительные функции (выбирают режим работы станка);
M – вспомогательные функции;
Т – номер инструмента;
S – обороты шпинделя;
F – подача.

18. Основные G и M команды

Понятие интерполяции траектории
Линейная интерполяция
Круговая интерполяция
Все станочные коды можно условно разделить на два класса в зависимости от их
способности сохраняться в памяти СЧПУ. Немодальные коды действуют только
в том кадре, в котором они находятся. Модальные коды, напротив, могут
действовать бесконечно долго, пока их не отменят другим кодом.

19. Основные G и M команды

Функциональные группы G-кодов

20. Основные G и M команды

Базовые G-коды
В своей повседневной работе технолог-программист использует
лишь ограниченный, довольно узкий набор G- и М- кодов. Дело в
том, что основная задача УП заключается в перемещении
инструмента по заданным координатам. Для реализации таких
перемещений нужно воспользоваться всего несколькими кодами базовыми.
1. Ускоренное перемещение – G00. Является модальной
командой и используется для быстрого позиционирования в
безопасной зоне инструментов.
Для выполнения ускоренного перемещения
достаточно указать в кадре код G00
и координаты требуемой позиции.
G00 X__Y__Z__

21. Основные G и M команды

Базовые G-коды
2. Рабочее перемещение – G01. Является модальной командой и
используется для перемещения инструмента с заданной подачей.
Для выполнения ускоренного перемещения достаточно указать в
кадре код G01, координаты требуемой позиции и значение подачи
F.
G01 X__Y__Z__ F__
F - функция скорости подачи (мм/мин)
Установленная скорость подачи остается неизменной, до тех пор,
пока не указано новое числовое значение вместе с F или не
изменен режим перемещений при помощи G00.
N45 G01 Z-l F40 – перемещение на глубину 1 мм на подаче (40
мм/мин)
N50 G01 Х12 Y22 – перемещение инструмента (40 мм/мин)
N55 G01 Y50 – перемещение инструмента (40 мм/мин)
N60 G01 Y50 F22 – перемещение инструмента (22 мм/мин)
N65 G01 Х30 Y120 – перемещение инструмента (22 мм/мин)
N70 G00 Z5 – быстрое перемещение по Z
N75 Х00 Y00 – быстрое перемещение

22. Основные G и M команды

Базовые G-коды
3. Круговая интерполяция по часовой стрелке – G02.
4. Круговая интерполяция против часовой стрелки – G03.
Являются модальными командами и используются для
перемещения инструмента по дуге окружности по часовой и
против часовой стрелки.
Направление перемещения определяется, когда мы смотрим на
инструмент со стороны шпинделя, в отрицательном направлении
оси Z. Также необходимо указать скорость рабочей подачи F.
Выделим два способа формирования кадра при круговой
интерполяции:
1. G02 X__ Y__ Z__ I__ J__ K __ F __
2. G02 X __ Y __ Z __ R __ F __.
Многие СЧПУ понимают
оба варианта

23. Основные G и M команды

Базовые M-команды (функции)
Также в программе выделяются вспомогательные команды (M –
команды), которые включают такие действия, как:
Сменить инструмент
Включить/выключить шпиндель
Включить/выключить охлаждение
Вызвать/закончить подпрограмму
Код
M00
M01
M02
M03
M04
M05
M06
M07
Описание
Приостановить работу станка до нажатия кнопки «старт»
на пульте управления, так называемая «безусловная
технологическая остановка»
Приостановить работу станка до нажатия кнопки
«старт», если включён режим подтверждения остановки
Конец программы, без сброса модальных функций
Начать вращение шпинделя по часовой стрелке
Начать вращение шпинделя против часовой стрелки
Остановить вращение шпинделя
Сменить инструмент
Включить дополнительное охлаждение
Пример
G0 X0 Y0 Z100 M0
G0 X0 Y0 Z100 M1
M02
M3 S2000
M4 S2000
M5
T15 M6
M3 S2000 M7

24. Основные G и M команды

Базовые M-команды (функции)
Код
M08
M09
M13
M14
M17
M48
M49
M25
M30
Описание
Включить основное охлаждение. Иногда использование
более одного M-кода в одной строке (как в примере)
недопустимо, для этого используются M13 и M14
Выключить охлаждение
Включить охлаждение и вращение шпинделя по часовой
стрелке
Включить охлаждение и вращение шпинделя против
часовой стрелки
Конец подпрограммы
Разрешить переопределять скорость подачи
Запретить переопределение скорости подачи
Замена инструмента вручную
Конец программы со сбросом модальных функций
Пример
M3 S2000 M8
G0 X0 Y0 Z100 M5 M9
S2000 M13
S2000 M14
M17
M25
M30

25. Строка безопасности в управляющей программе

Строкой безопасности называется кадр, содержащий G коды,
которые переводят СЧПУ в определенный стандартный режим,
отменяют ненужные функции и обеспечивают безопасную работу с
УП.
Пример:
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G90
Как вы уже знаете, некоторые коды являются модальными и
остаются активными в памяти СЧПУ до тех пор, пока их не
отменят. Возможны ситуации, когда ненужный модальный G-код не
был отменен. Например, если программа обработки была прервана
по каким-либо причинам в середине. Строка безопасности, которая
обычно находится в начале УП или после кадра смены
инструмента, позволяет «восстановить» забытые G-коды и выйти в
привычный режим работы.

26. Строка безопасности в управляющей программе

Давайте поближе познакомимся с G-кодами, находящимися в
типичной строке безопасности.
Код G21 говорит станку о том, что все перемещения и подачи
рассчитываются и осуществляются в миллиметрах. Так как
станки производятся и работают в разных странах, то существует
возможность переключения между дюймовым и метрическим.
Код G40 отменяет автоматическую коррекцию на радиус
инструмента. Коррекция может быть активна, если вы в конце
предыдущей программы забыли ее отменить (выключить).
Код G49 отменяет компенсацию длины инструмента.
Код G54 на большинстве современных станков позволяет
активировать одну из нескольких рабочих систем координат.
Предыдущая управляющая программа могла работать в другой
системе координат, например в G55.
Код G80 отменяет все постоянные циклы (например, циклы
сверления) и их параметры.
Код G90 активирует работу с абсолютными координатами.

27. Общая схема построения УП

28. Основные G и M команды

Пример написания управляющей программы
ручным программированием (обработка буквы W) на фрезерном
станке в плоскости ХУ
Кадр
N1
N2
N3
N4
N5
N6
N7
N8
N9
Содержание
%
G90 G40 G17
Комментарий
Начало программы
Система координат абсолютная, компенсация на радиус инструмента
выключена, плоскость интерполяции XoY
S500 M3
Задать скорость вращения шпинделя 500 об/мин и включить вращение
шпинделя
G0 X2.54 Y26.15 Переход в координаты по x и y начала обработки на холостом ходу
Z1.0
Подвод инструмента к заготовке по Z, не доходя до поверхности 1 мм, на
холостом ходу
G1 Z-1.0 F100
Врезание в заготовку на глубину 1 мм на подаче 100 мм/мин
X5.19 Y2.0
Первый штрих буквы W
X7.76
Продолжение движения
X16.93 Y26.15
Второй штрих буквы W
X18.06
Продолжение движения

29. Основные G и M команды

Пример написания управляющей программы (продолжение)
Кадр
N10
N11
N12
N13
Содержание
X25.4 Y2.0
X25.96
X32.17 Y26.15
G0 Z12
N14
N15
M5
M30
Комментарий
Третий штрих буквы W
Продолжение движения
Четвертый штрих буквы W
Отвод инструмента от заготовки на высоту 12 мм на
холостом ходу
Выключить вращение шпинделя
Конец программы

30. Обзор рынка CAM систем. Особенности и преимущества системы NX

В России около 57% от общего объема всех УП
создаются с использованием CAM-систем!!!
CAM - системы, используемые на
предприятиях (статистика 2016 г.)
CAM - системы, используемые в учебных
заведениях (статистика 2016 г.)

31. Разработка УП вручную

Чертеж детали
Тип производства – среднесерийный.

32. Разработка УП вручную

Заготовка, рассчитанная с учетом припусков на механическую
обработку показана на рис.
Чертеж заготовки

33. Разработка технологического процессе изготовления детали

34. Выбор применяемого оборудования

Информация по применяемому оборудованию:
С учетом исходных данных для обработки детали выбран станок: Токарный
автомат продольного точения HYPERTURN 110.
Управляемые координаты: Х, Z

35. Написание управляющей программы

1. Составление расчетной схемы (Установ Б, пер. 1)

36. Написание управляющей программы

2. Составляем таблицу с координатами опорных точек
3. Составляем фрагмент управляющей программы по обработке торца

37. Написание управляющей программы

1. Составление расчетной схемы (Установ Б, пер. 2)

38. Написание управляющей программы

1. Составление расчетной схемы (Установ Б, пер. 2)

39. Написание управляющей программы

2. Составляем таблицу с координатами опорных точек

40. Написание управляющей программы

3. Составляем фрагмент управляющей программы по обработке торца

41. Вывод управляющей программы

N005 G21 G40 G49 G54 G80 G90
N010 TO2 M06
N015 G96 S450 M03 M08
N020 G92 S2500
N025 G00 X100 Z100
N030 X30 Z0
N035 G95 G01 X-2 F0,25
N040 G00 X100 Z100
N045 G00 X100 Z100
N050 X21,5 Z3,1
N055 G95 G01 X30 Z-28,6 F0,25
N060 G00 X34,5 Z-28,6
N065 Z3,1
N070 X17,5
N075 G95 G01 X29 Z-40,3 F0,25
N080 G00 X34,5 Z-40,3
N085 Z3,1
N090 X13
N095 G95 G01 X27,15 Z-49 F0,25
N100 G00 X34,5 Z-49
N105 Z3,1
N110 X11,1
N115 G95 G01 X25,1 Z-50 F0,25
N120 X36,31
N125 Z-100
N130 X25,5
N135 G00 X100 Z100
Вывод управляющей программы