Структура и основные блоки САП
Классификация САП
1) По наличию в системе средств и возможностей автоматизации подготовки технологического процесса
- с автоматизацией технологии
- без автоматизации технологии
2) По назначению:
- специализированные – предназначенные для отдельных классов деталей уникальных станков или автоматизированных участков;
- универсальные – предназначенные для различных классов деталей, обрабатываемых на станке одной технологической группы;
- комплексные – объединяют несколько специализированных и универсальных систем на базе одного входного языка и общих блоков САП для решения идентичных задач;
3) По области применения:
- для обработки плоскостей, параллельных координатным плоскостям;
- 2,5, 3 или 5 — координатные для фрезерной обработки;
- для обработки на электроэрозионных станках и газорезных машинах;
- для обработки контуров и поверхностей на многокоординатных фрезерных станках;
- для обработки тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилями на токарных станках,
- для обработки отверстий на сверлильных станках с позиционным управлением;
- для комплексной обработки корпусных деталей на сверлильно-расточных станках и многоцелевых станках.
4) По уровню автоматизации
Уровень автоматизации САП определяется соотношением ручного и автоматизированного решения задач. Различают три уровня:
- Низкий, при котором на ЭВМ решаются только геометрические задачи по определению координат опорных точек движения инструмента на основании заданных в исходной информации обобщенных геометрических характеристик участков траектории, и реализуют подробные указания о составе УП (ADEM, Gemma-3D);.
- Средний: на ЭВМ дополнительно решают технологические задачи выбора последовательности переходов на основе заданных обобщенных технологических схем обработки отдельных участков заготовки (Solid Edge, SolidWorks, T-Flex);
- Высокий уровень автоматизации предполагает решение на ЭВМ задач по оптимизации технологического процесса, предусматривается проектирование на ЭВМ плана операции, инструментальной наладки и последовательности переходов по описанию детали и условий ее изготовления (UNIGRAPHICS, Pro/ENGENEER).
Такое подразделение является условным, потому что ежегодно выпускаемые разработчиками обновления расширяют спектр возможностей систем, а также могут обеспечивать их работу в комплексе с другими системами и модулями проектирования, обеспечивая тем самым значительное наращивание числа доступных функций. Рассмотрим структуру и возможности некоторых современных зарубежных и отечественных интегрированных САD/CAM систем
5) По функциональному признаку:
– программы для конструкторского проектирования (CAD – Computer Aided Design компьютерная помощь проектированию), например, AutoCAD, Solid Works, ядра систем Parasolid – Unigraphics, Solid Edge;
– системы для функционального моделирования (CAE – Computer Aided Engineering компьютерная помощь инженерии - системе расчетов, контроля, управления.), реализующие различные инженерные расчеты, в том числе прочностные, термодинамические и оптимизационные, которые, в свою очередь, также делятся на системы общего применения (ProEngineer) и проблемно-ориентированные системы (NASTRAN, ANSYS, COSMOS/M);
– системы подготовки управляющих программ для технологического оборудования (CAM – Computer Aided Machining компьютерная помощь изготовлению), такие как Power Mi11, SurfCAM, ГеММа-3D и др.
В зависимости от уровня автоматизации исходная информация, представленная на входном языке, будет большей или меньшей по объему. Для высокоуровневых САП описывают заготовку, конечную деталь и некоторые условия обработки. На среднем уровне дополнительно задают переходы и устанавливают обобщенные схемы обработки. На низком уровне указывают все подробности переходов и их последовательность. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки, при оценке которых необходимо учитывать трудоемкость подготовки исходной информации, назначение и область применения САП, а также сложность разработки транслятора — блока вычислительных программ для преобразования записанной на входном языке САП исходной информации в канонический вид, удобный для переработки информации в ЭВМ.
Структура и основные блоки САП
Формирование УП блоками САП можно рассматривать как процесс переработки информации. При этом исходная программа обработки детали является для САП входной, а УП — выходной информацией.
Рисунок 1 -
 |
Структурные блоки САП
Различают фазовое пространство станка и фазовое пространство технологического процесса.
Фазовое пространство технологического процесса определяется через его параметры: координаты, определяющие положение рабочих органов, скорости их движения. Дополнительные параметры – технологические команды. Различные станки могут иметь различные фазовые пространства, но одинаковые фазовые пространства технологического процесса.
Поэтому универсальные САП делятся на два блока: процессор,выполняющий расчет УП в фазовом пространстве технологического процесса, и постпроцессор,преобразующий УП из фазового пространства технологического процесса в фазовое пространство станка. Каждый структурно самостоятельный станок с ЧПУ должен иметь свой постпроцессор. Разделяя процессор и постпроцессор, можно строить объектно-независимые САП.
Обычно УП в САП формируется в два этапа.
На первом этапе процессор ЭВМ перерабатывает введенную информацию с помощью программного блока САП, представляющего собой элемент ПМО. Этот программный блок, так же как и вычислительный блок ЭВМ, называется процессором. Он позволяет выполнять на ЭВМ комплекс геометрических, а в некоторых системах и технологических расчетов, решая задачу безотносительно к конкретному сочетанию «система управления — станок».
Результатом работы процессора является полностью рассчитанная траектория движения инструмента. Эти данные вместе со сведениями о технологических режимах обработки процессор выводит на внешний носитель ЭВМ — дискету или записывает во внутреннюю память самой ЭВМ.
Логическая и физическая структура таких данных, называемых промежуточными, может быть различна для разных САП и ЭВМ. Существуют, однако, рекомендации ИСО по логической структуре представления промежуточных данных. Эта форма представления данных носит название CLDATA (от англ. CATTER Location Data — данные о положении инструмента) и представляет собой определенный вид промежуточной информации «процессор — постпроцессор» на определенном промежуточном языке.
Стремление к стандартизации входного языка привело к выделению еще одного блока в составе САП – препроцессора. Он является транслятором с языка пользователя на входной язык процессора. Пакет препроцессоров может отразить любые пользовательские запросы.
Процессор САП
В общем случае процессор САП состоит из трех последовательно работающих частей:
- блока трансляции (препроцессор),
- геометрического блока,
- блока формирования CLDATA.
Процессор системы, в функции которой входит автоматизация построения технологического процесса обработки детали, содержит также технологический блок.
Блок трансляции, называемый часто также препроцессором или блоком ввода и декодирования, выполняет следующие функции:
1) считывание исходной программы обработки детали с внешнего носителя: перфоленты, перфокарты, дискеты; возможен ввод информации и с клавиатуры ЭВМ;
2) вывод введенной программы обработки детали на печать или на экран монитора;
3) синтаксический анализ операторов входного языка исходной программы и вывод (печать) сообщений об ошибках (при их наличии);
4) преобразование информации, записанной в исходной программе, из символьной формы во внутримашинное представление. Числа переводятся из символьной в действительную или целую форму, ключевые слова заменяются соответствующими кодами, данные о геометрических элементах контура и о направлении движения инструмента организуются в специальные массивы. Целью этих действий является подготовка данных для работы других блоков процессора.
Геометрический блок процессора решает разнообразный круг задач, связанных с построением траектории движения инструмента:
1) приведение описания всех заданных геометрических элементов к канонической форме;
2) нахождение точек и линий пересечения различных геометрических элементов;
3) аппроксимация различных кривых с заданным допуском;
4) аппроксимация таблично заданных функций;
5) диагностика геометрических ошибок (пример такой ошибки — попытка определить точку, являющуюся результатом касания прямой и окружности, которые не имеют общих точек);
6) построение эквидистантного контура с учетом заданного направления и радиуса инструмента.
Технологический блок (при его наличии) наиболее зависим от области применения САП, так как различные классы деталей и разные виды обработки требуют своей технологии. В общем случае технологический блок автоматически разделяет область, которая должна быть обработана, на ряд последовательных проходов, определяет последовательность отдельных переходов, рассчитывает оптимальные режимы резания. При этом учитывается ряд ограничений, связанных со стойкостью инструмента, характеристиками обрабатываемого материала, мощностью привода шпинделя станка, процессом образования стружки и т. д.
Результатом оптимизации обычно являются вычисленные значения подач и скоростей резания, глубина обработки, а в ряде случаев и оптимальные углы заточки инструмента.
Блок формирования CLDATA использует информацию, подготовленную к моменту начала его работы другими блоками процессора, и формирует данные для работы постпроцессора. Данные CLDATA размещаются в памяти ЭВМ, оттуда впоследствии считываются постпроцессором.
При наличии специального запроса (в тексте исходной программы) данные CLDATA выводятся или на печать, или на экран монитора. По этим данным может быть получена разработанная ЭВМ траектория движения центра инструмента, выведена на графопостроитель или на экран монитора.
Результаты работы процессора обрабатываются другим программным блоком CAП-постпроцессором, который непосредственно формирует УП.
Постпроцессор САП
Постпроцессор реализует второй этап переработки информации и ориентирован, в отличие от процессора, на конкретное сочетание «система управления (данная модель УЧПУ) - данная модель станка».
Вызов того или иного постпроцессора осуществляется автоматически по указанию, данному технологом-программистом в тексте исходной программы. Обычно САП содержат набор постпроцессоров, которые обеспечивают формирование УП для определенного парка оборудования с ЧПУ.
Преимущества двухэтапного построения работы САП очевидны. Технолог-программист на базе одной и той же исходной информации на одном конкретном языке САП, имея данные CLDATA и используя различные постпроцессоры, может получить УП для различных станков и моделей УЧПУ.
Кроме того, для включения в состав оборудования, обслуживаемого на базе САП, нового сочетания система управления — станок не требуется исправлять какие-либо блоки САП. Достаточно разработать постпроцессор и подключить его к САП.
Функции, выполняемые постпроцессором, весьма многообразны и выходят далеко за рамки простого кодирования информации. К типовым функциям постпроцессора можно отнести следующие:
1) считывание данных, подготовленных процессором;
2) перевод их в систему координат станка;
3) проверка по ограничениям станка;
4) формирование команд на перемещение с учетом цены импульса СЧПУ;
5) формирование команд, обеспечивающих цикл смены инструмента;
6) кодирование и выдача в кадр значений подач и скоростей шпинделя;
7) выдача команд на включение охлаждения, команд зажимов-разжимов и др.;
8) назначение подач с учетом ограничений, связанных с характером движения, допустимым диапазоном подач станка, особенностями реализации режимов разгона-торможения в УЧПУ;
9) формирование команд, обеспечивающих коррекцию с помощью корректоров системы ЧПУ;
10) развертывание операторов ЦИКЛ;
11) выдача управляющей перфоленты или УП на дискете и листинга (распечатки) управляющей программы;
12) диагностика ошибок;
13) выполнение ряда сервисных функций: вывод траектории движения инструмента на графопостроитель или графический монитор; подсчет времени обработки детали на станке, длины перфоленты (объема УП на дискете), продолжительности работы отдельных инструментов и другие сведения, необходимые для нормирования и организации работы станка с ЧПУ.
В некоторых случаях совместно с постпроцессором организуется работа с программным блоком «редактор», позволяющим редактировать УП, выведенную на экран монитора.
В типовой структурной схеме САП наряду с препроцессорами, процессором и постпроцессорами содержится блок «сервис», перерабатывающий постоянную информацию о станках, инструментах и материалах. Постоянная информация подготовляется в анкетных формах и вводится в ЭВМ, составляя в нем своеобразную электронную библиотеку. Блок "сервис" систематизирует и записывает эту информацию в долговременную память ЭВМ в виде таблиц параметров, обращение к которым ведется по указываемым в исходной информации названиям станков, инструментов и материалов заготовки.