Программирование фрезерных станков с чпу. Методы программирования систем чпу

Для правильной эксплуатации станков с числовым программным управлением (СЧПУ ), с тем, чтобы ими в полной мере реализовывались заложенные в них функциональные возможности, необходимо создание специальных управляющих программ (УП ). При создании таких программ используется язык программирования, известный среди специалистов как язык ISO 7 бит или язык G и M кодов. Различают три основных метода создания программ обработки для СЧПУ : метод ручного программирования, метод программирования непосредственно на стойке ЧПУ и метод программирования с использованием CAM -систем.

Следует сразу же подчеркнуть, что любой из перечисленных способов обладает своей нишей применительно к характеру и специфике производства. А потому ни один из них не может быть использован в качестве панацеи на все случаи жизни: в каждом случае должен существовать индивидуальный подход к выбору наиболее рационального для данных конкретных условий метода программирования.

Метод ручного программирования

При ручном написании УП для станка с ЧПУ целесообразнее всего использовать персональный компьютер с установленным в его операционной системе текстовым редактором. Метод неавтоматизированного программирования строится на записи посредством клавиатуры ПК (либо, если в условиях производства наличие ПК не предусмотрено, то просто на листе бумаги) необходимых данных в виде G и M кодов и координат перемещения обрабатывающего инструмента.

Ручной способ программирования – занятие весьма кропотливое и утомительное. Однако любой из программистов-технологов обязан хорошо понимать технику ручного программирования вне зависимости от того, использует ли он ее в реальной действительности. Применяется ручной способ программирования главным образом в случае обработки несложных деталей либо по причине отсутствия необходимых средств разработки.

В настоящее время пока еще существует много производственных предприятий, где для станков с ЧПУ используется лишь ручное программирование. В самом деле: если в производственном процессе задействовано небольшое количество станков с программным управлением, а обрабатываемые детали отличаются предельной простотой, то опытный программист-технолог с хорошим знанием техники ручного программирования по производительности труда превзойдет технолога-программиста, предпочитающего использование САМ -системы. Еще один пример: свои станки компания использует для обработки небольшого номенклатурного ряда деталей. После того, как процесс обработки таких деталей будет запрограммирован, программу когда-либо вряд ли изменят, во всяком случае, в ближайшем будущем она будет оставаться все той же. Разумеется, в подобных условиях ручное программирование для ЧПУ окажется наиболее эффективным с экономической точки зрения.

Отметим, что даже в случае использования CAM -системы как основного инструмента программирования весьма часто возникает необходимость в ручной коррекции УП по причине выявления ошибок на стадии верификации. Потребность в ручной коррекции управляющих программ всегда возникает и в ходе их первых тестовых прогонов непосредственно на станке.

Способ программирования на пульте стойки СЧПУ

Современные станки с ЧПУ , как правило, обеспечены возможностью создания рабочих управляющих программ непосредственно на пульте, оснащенном клавиатурой и дисплеем. Для программирования на пульте может быть использован как диалоговый режим, так и ввод G и M кодов. При этом уже созданную программу можно протестировать, используя графическую имитацию обработки на дисплее СЧПУ управления.

Способ программирования с применением CAD/САМ

САМ – система, осуществляющая в автоматическом режиме расчёт траектории перемещения обрабатывающего инструмента и применяемая при составлении программ для станков с ЧПУ в случае обработки деталей сложных форм при необходимости использования множества различных операций и режимов обработки.

CAD – система автоматизированного проектирования, обеспечивающая возможность моделирования изделий и минимизирующая затраты времени при выполнении конструкторской документации.

Разработка управляющих программ с применением CAD/САМ систем существенно упрощает и ускоряет процесс программирования. При использовании в работе CAD/CAM системы программист-технолог избавлен от необходимости выполнять трудоемкие математические расчеты и получает инструментарий, способный значительно ускорить процесс создания УП .

Методы программирования систем ЧПУ

Существует три основных способа разработки управляющих программ:

· ручное программирование (manual programming techniques);

· программирование на стойке ЧПУ (shop-floor);

· программирование при помощи CAM-систем.

До настоящего момента мы использовали исключительно ручное программирование на уровне G-кодов, чтобы проще было понять основы ЧПУ. Далее мы рассмотрим другие методы создания управляющих программ и покажем на реальных примерах использование каждого метода для того, что бы вы решили – который из них является лучшим. Следует уяснить себе различия в этих трех способах программирования и помнить, что ни один из них не является панацеей для любого из производств. Каждый метод имеет свою нишу в машиностроительной отрасли.

Ручное программирование. Ручное программирование является весьма утомительным занятием. По общему признанию, слова, адреса и кадры воспринимаются большинством новичков, как "китайская грамота". Однако все программисты-технологи обязаны иметь хорошее понимание техники ручного программирования независимо от того, действительно ли они ее используют.

Можно сопоставить ручное программирование для ЧПУ с выполнением арифметических вычислений при помощи ручки и бумаги в противоположность вычислениям на электронном калькуляторе. Преподаватели математики единодушно соглашаются с тем, что школьники сначала должны научиться выполнять арифметические вычисления вручную. И только потом использовать калькулятор для того, чтобы ускорить процедуру нудных вычислений.

Что может быть лучше, чем ручное программирование? Все еще остается немало производств, в которых применяют исключительно ручное программирование для станков с ЧПУ. Действительно, если используется несколько станков с ЧПУ, а изготавливаемые детали достаточно просты, то грамотный технолог-программист с великолепной техникой ручного программирования будет способен превзойти по производительности труда мощного программиста-технолога, использующего CAM-систему. Или используются станки для выполнения ограниченной номенклатуры изделий. Как только обработка таких изделий запрограммирована, она вряд ли будет изменена когда-либо в будущем.

В этом случае ручное программирование для ЧПУ наиболее экономически эффективно.

Наконец, даже в случае применения CAM-системы нередко возникает потребность коррекции кадров УП вследствие обнаружения ошибок на этапе отработки. Также, общепринятой является коррекция кадров УП после ряда первых пробных прогонов на станке с ЧПУ. Если для выполнения этих, часто элементарных, корректировок программист должен опять использовать CAM-систему, то это неоправданно удлинит процесс подготовки производства.

Программирование на пульте системы ЧПУ (оперативные системы). Этот метод программирования стал весьма популярен в последние годы. Программы создаются и вводятся непосредственно на стойке системы ЧПУ, используя клавиатуру, дисплей, а также систему графических пиктограмм и меню.

Программист может немедленно проверить кадры УП путем графической имитации обработки на экране стойки.

Системы диалогово-графического проектирования существенно различаются между собой. В большинстве случаев, любая из них является одноцелевой системой, предназначенной для автоматизации программирования определенного типа обработки на определенном оборудовании. Мало того, некоторые модели, особенно уже снятые с производства, были рассчитаны только на ручной ввод управляющей программы и тем самым не могли обеспечить технологию удаленного программирования при помощи CAM-системы. Однако более современные модели могут работать как в диалоговом режиме, так и имеют устройства для ввода G-кодов, которые сгенерированы другими CAM-системами. Имеются проблемы, связанные с программированием на пульте системы СПУ. Некоторые программисты используют исключительно метод программирования на стойке ЧПУ. Другие рассматривают такой метод экономически неэффективным, даже расточительным. Неудивительно, что каждая из сторон в споре имеет свои аргументы "за и против".

Предприятия, которые используют ограниченное число рабочих и выпускает широкий ассортимент деталей, склонны использовать метод программирования непосредственно у станка с ЧПУ. Здесь один работник может использоваться для выполнения разнообразных задач, связанных с обслуживанием станков с ЧПУ. Например, оператор станка с ЧПУ занимается установкой заготовки, ее закреплением, вводом УП, проверкой и оптимизацией УП и следит за обработкой. В этом случае метод программирования "у стойки с ЧПУ" весьма оправдан и более эффективен, чем оплата услуг некого "удаленного" программиста-технолога.

В условиях крупного производства основная цель состоит в максимальной загрузке станка с ЧПУ. Тогда используется уже целый штат сотрудников, поддерживающих максимальную загрузку станков и бесперебойное изготовление деталей на каждом станке. Независимо от причины, время простоя станка будет воспринято руководством как потеря времени и денег. Один человек может устанавливать инструменты для изготовления следующей детали в то время как обрабатывается текущая деталь (готовит переналадку станка заранее). Остальные работники в этот момент загружают УП и отлаживают их. В этом случае оператор станка только устанавливает заготовки и снимает готовые детали. Штат поддержки минимизирует потери времени, связанные с установкой и наладкой, а также разгрузкой станка, выполняя главную задачу – минимизировать время, в течение которого станок простаивает. Можно легко понять, что руководство не будет заинтересовано в разработке УП непосредственно у станка, поскольку это приведет к колоссальным затратам машинного времени.

Существуют два других фактора, влияющих на использование того или иного метода. Первый имеет отношение к стимулированию оператора станка с ЧПУ. Человек, выполняющий диалоговое проектирование УП, должен иметь более высокую оплату труда и мотивацию. Ведь этот сотрудник вносит существенный вклад в успех дела. Имея такие стимулы, сотрудник может превзойти "обычного" программиста-технолога, неспешно разрабатывающего УП вдалеке от цеха.

Другой фактор, влияющий на выбор метода программирования, это номенклатура изготавливаемых деталей, для которых нужно написать управляющие программы. Если номенклатура значительна, то вряд ли будет успешно программирование у стойки.

Программирование при помощи САМ-систем. САМ-системы позволяют "поднять" программирование для станков с ЧПУ на более высокий уровень по сравнению с рутинным ручным программированием. САМ-системы постоянно привлекают на свою сторону все большее число сторонников. Обобщая, можно сказать, что САМ-системы облегчают труд технолога-программиста в трех главных направлениях:

· избавляют технолога-программиста от необходимости делать математические вычисления вручную;

· позволяют создавать на одном базовом языке управляющие программы для различного оборудования с ЧПУ;

· обеспечивают технолога типовыми функциями, автоматизирующими ту или иную обработку.

Для использования САМ-системы, технолог-программист применяет персональный компьютер или рабочую станцию. Компьютерная программа автоматически генерирует управляющую программу(G-код). Затем управляющая программа передается тем или иным способом в память стойки станка с ЧПУ.

САМ-системы можно разделить на две категории – с языковым и графическим способом ввода информации. Используя первые, технолог обязан использовать язык программирования, подобный БЕЙСИКУ или С (си). Эти САМ-системы требуют программирования и некоторые из САМ-систем в силу этого весьма сложны для освоения.

На другом полюсе располагаются САМ-системы, где каждый шаг обработки задается интерактивно в графическом режиме. Программист имеет зрительную обратную связь в течение каждого шага задачи программирования. Поэтому в общем случае такие системы более просты в изучении и работе.

Последовательность процедур в САМ-программировании. Несмотря на то, что возможности и "внешний вид" САМ-систем отличаются друг от друга, все же есть нечто общее, что их объединяет – это методология их использования. Сначала, программист должен ввести некую общую информацию. Во-вторых, описать параметры заготовки, а также рабочего места (зажимного приспособления и инструмента). Необходимо также определить последовательность обработки.

Общая информация (1 шаг). На этом шаге от программиста потребуется ввод информации о наименовании детали, ее шифра, даты разработки и имени управляющей программы. Нередко на этом шаге задаются габариты детали и размер экрана дисплея для того, чтобы настроить автоматическое масштабирование. Как правило, на этом этапе вводится информация о материале и параметрах заготовки.

Определение и уравновешивание геометрии (2 шаг). Используя ряд методов определения разобщенной геометрии, программист постепенно описывает форму обрабатываемой детали. В САМ-системах с графическим вводом программист к тому же увидит на экране каждый элемент геометрии. Программист имеет возможность выбора наиболее подходящего способа для построения разобщенной геометрии, служащей задаче описания формы обрабатываемой детали.

Как только геометрия определена, большинство САМ-систем предполагает проведение процедуры уравновешивания геометрии (the geometry be trimmed) для того, чтобы геометрия соответствовала фактической форме обрабатываемой детали, которую нужно получить. Например, линия, выходящая за пределы экрана, ограничивается до отрезка. Уравновешиванию подвергается и каждая дуга окружности.

Формирование строки обхода. Большинство САМ-систем допускает импортирование геометрии детали, спроектированной в CAD-системе. Это особенно полезно в случае деталей сложной формы, ведь технологу не нужно тратить усилия на повторное описание сложной геометрии. Однако имеются четыре немаловажных замечания, которые "портят" идеалистическую картину "сквозного проектирования-изготовления".

Во-первых, все элементы чертежа, созданного в САD-системе, должны быть выполнены строго в одном масштабе. Нам хорошо известна практика подгонки отдельных размеров конструктором только для того, что бы сделать качественную прорисовку чертежа или просто ускорить черчение. Например, выбран уменьшающий масштаб, при котором мелкие детали чертежа будут не видны на прорисовке. Значит надо изобразить мелкий элемент увеличенным, а размер поставить который требуется. В результате у технолога возникнет масса неприятностей и на поиск и коррекцию ошибочного элемента.

Во-вторых, из чертежа детали, сделанного конструктором, технологу нужно совсем немного информации. Если в САМ-систему импортируется полный чертеж, то технолог потратит немало времени на то, чтобы удалить лишние элементы геометрии, размеры, штриховки и т. п. До тех пор, пока CAD-системы не оснастят простыми, удобными и мощными средствами фильтрации геометрии, технолог по-прежнему будет терять драгоценное время на "чистку".

Третье замечание. Важно уже в процессе проектирования соблюсти соглашение о местонахождении нулевой точки чертежа. Начало координат чертежа желательно расположить в нижнем левом углу чертежа. В этом случае процесс импортирования чертежа в CAM-систему пройдет без запинки. В противном случае, технологу опять потребуется время для устранения проблем.

Четвертое замечание. В большинстве САМ-систем предполагается, что геометрия детали будет описана в некотором формате, наиболее подходящем для программирования обработки. Яркий пример – токарная обработка. Вам знакомы размерные цепи. В большинстве своем, конструкторы редко задумываются об этом. В результате технолог повторно рассчитывает весь контур детали вручную.

Именно поэтому, многие пользователи САМ-систем часто приходят к выводу, что проще заново переопределить чертеж в САМ-системе (для простых обрабатываемых деталей), чем импортировать рисунки из CAD-систем. Поскольку обрабатываемые детали становятся все более сложными и весьма трудно переопределить элементы чертежа, способность импортировать геометрию из CAD системы в CAM-систему становится очень важной проблемой.

Определение процедуры обработки (3-й шаг). На третьем шаге программист задает в САМ-системе способ обработки детали. Ему предоставляяется немалое количество готовых решений. Многие САМ-системы включают интерактивные меню для задания параметров конкретного вида обработки. Программисту остается только ввести параметры, а САМ-система сама рассчитает траекторию обработки. На этом шаге САМ-система визуализирует траекторию инструмента, предоставляя программисту возможность визуального анализа того, что может произойти на станке. Эта способность визуализировать УП прежде, чем она реально исполниться на станке, является одним из преимуществ САМ-систем. В конце концов, программист может ввести команду для выработки управляющей программы в виде G-кодов.

Как сохраняют управляющие программы. Независимо от того, каким образом была создана CNC-программа, заводские технологи всегда обеспокоены вопросами сохранения архивов УП и процедурами поиска в них. Даже в том случае, когда станок с ЧПУ выполняет одну и ту же программу, необходимо предварительно скопировать УП на случай возникновения сбоя при чтении в стойке станка.

Конечно, как только программа проверена на станке, пользователь захочет сохранить программу в ее эталонном виде для использования в недалеком будущем. Это может быть сделано несколькими способами.

Запоминающие устройства для хранения УП и организации поиска, включают: устройства записи-чтения на магнитной ленте, устройство ввода-вывода на перфоленту, переносимые гибкие магнитные дискеты, устройства оперативной памяти, портативный компьютер и настольные компьютеры. Персональные компьютеры – наиболее популярный способ хранения, поиска и передачи управляющих программ. Давайте кратко обсудим, как они могут использоваться для передачи УП на станок с ЧПУ.

Все современные системы с ЧПУ типа CNC укомплектованы RS-232-C портом. Все современные персональные компьютеры также оборудованы RS-232-C портом. Подключая кабелем перечисленные выше два порта, пользователь может управлять процессом передачи данных от компьютера в ОЗУ системы с ЧПУ.

Безусловно, для этого требуется специализированная программа, которая может как загружать, так и выгружать УП из стойки ЧПУ. Большинство современных САМ-систем включают в свой состав программы для загрузки УП. Более того, имеется масса независимых поставщиков, они специализируются не только на передаче УП, но и на прямом управлении станков ЧПУ от компьютеров. В этих случаях стойка с ЧПУ уже практически не нужна. Подобные системы сокращенно именуют DNC.

2. ТИПЫ СТАНКОВ С ЧПУ

Способы программирования станков с ЧПУ

Существуют три способа программирования обработки для станков с ЧПУ :

1. Ручное программирование .

Все операторы станков с ЧПУ и технологи-программисты должны иметь хорошее представление о технике ручного программирования для написания управляющей программы непосредственно на стойке ЧПУ станка или исправления существующей программы.

2. Программирование на пульте УЧПУ (диалоговое программирование с помощью языков высокого уровня) .

В этом случае программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ. В настоящее время на станках с ЧПУ применяются современные системы разработки УП высокого уровня. Такие системы позволяют оператору-программисту подготавливать программу обработки детали, определяя последовательность предлагаемых системой переходов лишь с указанием их параметров. Оператор станка может произвести проверку правильности работы УП непосредственно на стойке ЧПУ станка с визуализацией обработки.

3. Программирование при помощи CAM систем .

Программирование при помощи САМ систем позволяет исключить необходимость трудоемких математических расчетов и использовать инструменты, значительно повышающие скорость разработки УП. Зачастую этот способ программирования используется для написания программ изготовления сложных деталей. Однако для адаптации разработанной УП под конкретный станок, требуется постпроцессор, преобразующий управляющие программы в фазовое пространство этого станка.

Кодирование информации независимо от применяемого способа программирования осуществляется в G -коде, имеющем альтернативное название ISO -7bit . Код ISO -7bit кадры УП задает адресным способом и основывается на двоично-десятичной системе.

Информация, представленная в любой управляющей программе, подразделяется
на 3 вида:

· геометрическую (задание перемещения по координатам);

· технологическую (задание режимов обработки, инструмента и т. д.);

· логическую (включение/отключение охлаждения, задание вращения шпинделя и т. д.).

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что такое числовое программное управление станком?

2. Дайте определение системы числового программного управления.

3. Что называется устройством числового программного управления станком?

4. Каково назначение и основные сферы применения позиционного и контурного управления?

5. Что такое управляющая программа?

6. Что называется дискретностью перемещения?

7. Что такое эквидистанта?

Тесты к разделу

1. Числовое программное управление станком – это:

а) управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе;

б) совокупность функционально взаимосвязанных технических и программных методов и средств, обеспечивающих управление станком;

2. Система числового программного управления – это:

а) совокупность функционально взаимосвязанных технических и программных методов и средств, обеспечивающих числовое программное управление станком;

б) совокупность функционально взаимосвязанных программных методов и средств, обеспечивающих программное управление станком;

в) совокупность методов и средств, обеспечивающих числовое программное управление станком.

3. Устройство числового программного управления станком – это:

а) часть системы ЧПУ, выполненная как единое целое с ней и выдающая управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта;

б) часть системы ЧПУ, выдающая управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта;

в) часть системы ЧПУ, выполненная как единое целое с ней и выдающая управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой.

4. Позиционное управление – это:

а) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются в заданные точки без задания траектории движения;

б) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются с заданной скоростью по заданной траектории;

5. Контурное управление – это:

а) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются с заданной скоростью по заданной траектории;

б) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются в заданные точки без задания траектории движения;

в) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются с заданной скоростью по заданной траектории или без задания траектории движения.

Кому поручить программирование ЧПУ-обработки: программисту-технологу или оператору станка?

Производители инструментальной оснастки и другие субподрядчики по всему миру сталкиваются сегодня с двумя ключевыми проблемами. Первая из них - заказчики проектируют изделия все более сложной формы. Тенденции моды выдвигают на первый план эстетические критерии, а не функциональные особенности изделия. Кроме того, сложная форма все чаще бывает обусловлена эргономическими требованиями. Вторая проблема - несмотря на возрастающую сложность продукции, сроки работы от приема заказа до отгрузки готовой продукции продолжают сокращаться. Законы рынка таковы, что зачастую сроки поставки даже более важны, чем отпускная цена. Хотя, конечно, заказчик всегда стремится заплатить меньше, а продукцию получить как можно быстрее.

Когда компания - изготовитель оснастки берется за сложный заказ и одновременно пытается значительно сократить сроки производства, неизбежно начинают выявляться узкие места. Как правило, одним из них оказывается CAD/CAM-подразделение, что обусловлено рядом объективных факторов. Из-за усложнения формы изделия возрастает конструктивная сложность сборной оснастки, что, в свою очередь, уменьшает технологические допуски на ее изготовление. Повышение конструктивной сложности означает увеличение количества обрабатываемых поверхностей, на задание обработки которых требуется время. При задании сложной ЧПУ-обработки технологу также приходится использовать больше инструментов, что требует больших сроков программирования. Все это увеличивает «компьютерное» время счета, необходимое для генерирования траекторий инструмента (УП). Конечно же, рост вычислительной мощи компьютеров и оптимизация кода CAM-систем улучшили ситуацию. Но в большинстве случаев компании не остается другого выхода, как экстенсивно увеличить количество рабочих мест с CAM-системой. Однако найти опытного технолога, владеющего именно используемой вами CAM-системой, оказывается весьма непросто. Общая тенденция такова, что опытные ЧПУ-программисты уходят работать в крупные холдинги, которые могут предложить высококвалифицированному сотруднику более высокую зарплату. Поэтому увеличить штат ЧПУ-программистов довольно сложно. Как же в таком случае быть небольшим компаниям? Если компания использует надежную CAM-систему с высокой степенью автоматизации подготовки УП, то для несложных изделий можно передать функции технолога-программиста непосредственно оператору станка с ЧПУ. Таким образом, часть УП будет разрабатываться прямо в цехе.

В отчете компании CIMdata за 2005 год, посвященном обзору рынка CAM-систем, указано, что 57% проданных CAM-систем применяется программистами - технологами станков с ЧПУ на своих рабочих местах. 18% пользователей использовали CAM-систему прямо в цехе на станках с ЧПУ. Оставшиеся 25% задействуют CAM-систему от случая к случаю в зависимости от текущих обстоятельств. К сожалению, в отчете нет никаких данных по распределению предпочтений пользователей по регионам. Комментарии от представительств компании Delcam plc, работающих по всему миру, говорят о том, что идея ЧПУ-программирования в цехе зародилась в Северной Америке и именно там получила наибольшее распространение. В Европе ЧПУ-программирование в цехе тоже становится популярным. А вот в Азии наоборот: там всю ЧПУ-обработку предпочитают программировать в отдельном CAD/CAM-отделе, удаленном от цеха.

Преимущества ЧПУ-программирования в цехе

Размещение CAM-системы в цехе обеспечивает целый ряд преимуществ. Прежде всего, операторы станков больше знают об особенностях механообработки и всех установленных в цехе станков. Поэтому только они могут подобрать наилучшие режим и стратегию механообработки (с учетом имеющегося в наличии инструмента). Таким образом, ЧПУ-программирование в цехе должно повысить качество обработки.

Конечно же, многие технологи - программисты станков с ЧПУ начинали работать операторами в цехе и, лишь набравшись опыта, перешли из цеха в CAD/CAM-подразделение. Тем не менее такое повышение по карьерной лестнице вовсе не означает, что ЧПУ-программист хорошо осведомлен о возможностях и особенностях новых инструментов и станков, появившихся после его ухода из цеха. Например, современные режущие инструменты могут работать на скоростях резания и подачах, считавшихся недостижимыми еще пять-семь лет назад. Это лишь один из примеров, когда компания может терять выгоду от неполного использования возможностей нового оборудования. Как показывает практика, лишь работающий в цехе у станка оператор в полной мере представляет возможности и ограничения станка и инструмента.

Также важно, что только оператор знает текущее состояние станка, инструмента, заготовок и технологических приспособлений (зажимов). Если оператор досконально владеет ситуацией в цехе, эффективность планирования будет более высокой. ЧПУ-программист, работающий в удаленном от цеха CAD/CAM-отделе, не обладает оперативной информацией, что чревато простоем оборудования во время перепрограммирования ЧПУ-обработки под другой инструмент или станок.

Иногда у оператора возникает необходимость по каким-то причинам отредактировать уже готовую и отработанную ЧПУ-программу. Например, в случае отсутствия или поломки необходимого инструмента он может выбрать имеющийся в наличии подходящий альтернативный типоразмер инструмента и самостоятельно пересчитать УП без привлечения CAD/CAM-отдела. Естественно, оператор при этом должен обладать достаточно высокой квалификацией, однако предоставление ему определенной самостоятельности и ответственности за выполненную работу будет способствовать повышению его квалификации, заинтересованности в конечном результате и престижности труда.

Вышесказанное вовсе не означает, что надо полностью отказываться от CAD/CAM-отдела и всю его работу возложить на операторов станков. Высвобожденные у CAD/CAM-отдела ресурсы следует направить на решение очень важной задачи - быстрое и точное определение стоимости потенциального заказа. Если производитель будет придерживаться разумной (конкурентоспособной) ценовой политики и намного быстрее своих конкурентов назовет потенциальному заказчику конкретную, обоснованную цену, то у него есть все шансы получить заказ. Как правило, заказчик уже ориентировочно представляет стоимость работ, и если предложение приблизительно совпадет с его ожиданиями, то, скорее всего, он не станет терять время и ждать, пока другие конкуренты назовут ему аналогичные цены. Участие в подготовке коммерческого предложения CAD/CAM-отдела позволит проанализировать заказ и снизить вероятность того, что он станет убыточным для исполнителя вследствие недооценки его сложности.

Требования к CAM-системе

Чтобы перевести подготовку УП из CAD/CAM-подразделения в цех, необходимо, чтобы CAM-система удовлетворяла некоторым специфическим требованиям оператора станка с ЧПУ.

Во-первых, у операторов, как правило, нет столь большого опыта работы с программным обеспечением, как у программистов-технологов. Поэтому даже такие базовые операции, как «Копировать», «Вставить» и «Вырезать», должны выполняться в CAM-системе привычной для ОС Windows комбинацией клавиш - это позволит значительно сократить период начального обучения.

Вторая исключительно важная особенность - оператор должен видеть на экране визуализированную 3D-модель обработанной заготовки с обработанным припуском, которая автоматически обновляется после каждого перерасчета УП. Конечно, это очень пригодится и работающему в офисе технологу-программисту, который не видит станок. Визуализация припуска на обработку позволяет выбрать оптимальную стратегию обработки и наиболее подходящий по форме и размеру инструмент. Но еще больше визуализация обработки нужна оператору станка с ЧПУ - это позволит ему мгновенно сравнить обработанную на станке деталь с компьютерной моделью. Таким образом, визуализация обработки в CAM-системе вселит в оператора уверенность, что он получит ожидаемый результат, предсказанный CAM-системой.

В-третьих, CAM-система должна предлагать широкий диапазон стратегий обработки с возможностью ручного редактирования УП на любом участке траектории. Она должна позволять опытному оператору сделать именно так, как он хочет, не ограничивая его своими возможностями. Кроме того, CAM-система должна полностью поддерживать все существующие возможности станка с ЧПУ, особенно это касается программирования пятиосевой и высокоскоростной обработки. Во многих CAM-системах сегодня обеспечивается высокая степень автоматизации разработки УП, которая позволяет сократить сроки подготовки УП и период освоения программного продукта новым пользователем. Однако большинство траекторий, рассчитанных такими CAM-системами, являются компромиссом для некого усредненного типа станка и не позволяют в полной мере использовать возможности конкретной модели станка отдельно взятого производителя. Поэтому CAM-система должна предоставлять возможность тонкой настройки под каждый тип станка для достижения наивысшей производительности обработки.

В-четвертых, для оператора в цехе время генерации CAM-системой управляющих программ более критично, чем для технолога-программиста в удаленном от станка отделе. Ведь при расчете новой УП станок может оказаться бездействующим, а любой его простой способен подорвать репутацию оператора.

Наконец, в-пятых, CAM-система обязательно должна иметь модуль для проверки сгенерированных УП на отсутствие зарезов и столкновений. Визуализация обработки тоже поможет выявить все проблемы еще до того, как УП будет отправлена на дорогостоящий станок. Имитация работы УП особенно важна для пятиосевой обработки, так как неопытный программист может нечаянно повредить дорогостоящий станок. В случае поломки станка компания не только будет вынуждена оплатить ремонт, но и потеряет значительную выгоду от длительного простоя оборудования. Верификация УП позволяет с высокой степенью достоверности гарантировать, что во время работы станка не произойдет никаких неприятностей, связанных с правильностью сгенерированных УП. Наиболее совершенные верификаторы обработки используют точные, подробные 3D-модели станка, инструмента и заготовки и позволяют обнаружить любые нежелательные контакты между инструментом, деталью и всеми элементами станка. В случае выявления нежелательных или опасных перемещений пользователь может вручную отредактировать УП или использовать другую стратегию обработки.

Визуализация обработки в CAM-системе способна также косвенно повысить производительность обработки. Например, во время визуализации пользователь может увидеть, что иное расположение заготовки на поворотном столе станка или применение другого фиксирующего приспособления позволит повысить производительность обработки.

Цеховая CAD-система

Если по поводу необходимости и полезности наличия в цехе CAM-системы споров не возникает, то целесообразность присутствия там CAD-системы не столь однозначна.

Очень часто переданная заказчиком 3D-модель содержит ошибки геометрии. Часть из них вызвана некорректным преобразованием данных из других CAD-систем. Например, 3D-модель может содержать дубли поверхностей или зазоры между кромками, некоторые поверхности могут быть утеряны, иногда неправильно задается нормаль поверхности. Все эти недостатки относительно просто могут быть выявлены и исправлены во многих CAD-системах. Другой, более сложный тип ошибок зачастую связан с непригодностью модели для серийного производства. Например, в 3D-модели могут отсутствовать литейные уклоны либо она может содержать слишком малые радиусы скругления, что будет препятствовать заполнению формы во время литья. Исправить такого рода ошибки можно во многих гибридных CAD-системах. Конечно же, доработка 3D-модели может быть быстро выполнена оператором прямо в цехе. Однако возникает вероятность того, что CAD-модель получит изменения, которые не являются ни принципиально необходимыми, ни конструктивно допустимыми. Чтобы избежать таких просчетов, необходимо проработать механизм быстрого утверждения изменений в CAD-модели между оператором, CAD/CAM-отделом и заказчиком. Для большинства компаний разумней будет так распределить обязанности между CAD/CAM-отделом и цехом, чтобы в цех попадали только полностью доработанные и утвержденные CAD-модели, чтобы оператор станка с ЧПУ не задумывался над правильностью геометрии детали.

Пример из практики: компания Delphi

Мировые тенденции автомобильной промышленности таковы, что большинство производителей предпочитают размещать как можно больше заказов у своих субпод рядчиков, а не самостоятельно производить все компоненты. Тем не менее компания Delphi (www.delphi.com), являющаяся мировым лидером в области производства автомобильной электроники, наоборот, стремится расширять собственное производство. Так, ее подразделение Flint (Мичиган, США) оснастило свой 29-й производственный цех CAM-системой PowerMILL и высокоскоростными станками Makino. Это позволило компании значительно сократить время от получения CAD-модели до отгрузки готовой партии.

В 29-м цехе разработка УП для станков Makino выполняется непосредственно операторами станков с ЧПУ, для чего было приобретено восемь лицензий на PowerMILL компании Delcam plc. «Мы, операторы станка, понимаем все тонкости и особенности станочного оборудования, поэтому можем производить высококачественные пресс-формы, - рассказывает Джеф Джонс (Jeff Johns), программист-оператор станка с ЧПУ, который занимается высокоскоростной обработкой элементов пресс-форм. - Сочетание нашего практического опыта, станков Makino и программного обеспечения Delcam дает нам неизменно превосходные результаты. PowerMILL позволят нам программировать обработку именно так, как нам необходимо, и мы достигли огромной экономии времени за счет сокращения перемещений инструмента по воздуху и уменьшения количества поломок инструмента».

Высокое качество обработанной поверхности и абсолютное отсутствие зарезов - отличительные признаки пресс-форм Delphi

«Кроме того, при использовании CAM-системы PowerMILL у нас никогда не было зарезов на деталях, - добавляет программист-оператор Роб Берджерон (Rob Bergeron). - Для нас это крайне важно, так как требования к нашей продукции не допускают наличия на рабочих поверхностях пресс-форм следов от ремонта сваркой в случае зарезов. Всего один зарез для нас будет означать, что деталь нужно обрабатывать на станке заново!»

«Главная выгода от ПО Delcam plc заключается в быстроте его освоения, - считает программист-оператор Билл Джордан (Bill Jordan). - Квалифицированный оператор, который уже знает команды управления контроллером станка с ЧПУ, может начать разрабатывать эффективные УП спустя всего лишь две недели. Каждый новый релиз PowerMILL оправдывает ожидания наших программистов, а последующая за апгрейдами успешная работа свидетельствует о том, что компания Delcam тщательно тестирует свое ПО, прежде чем оно попадет в цех к заказчику».

К подразделению внутри крупной компании предъявляется даже больше требований, чем к внешнему субподрядчику. Во-первых, собственное подразделение должно обеспечивать меньшую стоимость продукции, чем может предложить любой из внешних конкурентов. Во-вторых, срок поставки готовой продукции тоже должен быть меньше, чем у любого из конкурентов. Как правило, на выпуск новой партии отводится 8-12 недель. Но, несмотря на столь жесткие требования, 29-й цех успешно работает с 2002 года, а объем производимой им продукции неуклонно растет.

Конкуренция заставляет 29-й цех искать пути уменьшения себестоимости продукции. Сокращение производственных издержек реализуется за счет автоматической работы станков без присутствия операторов и существенного уменьшения объема ручной доводки. «Поверхность, обработанная инструментом с частотой вращения 30 тыс. об./мин,
выглядит невероятно гладкой, поэтому мы уже близки к стадии, когда пресс-форму можно будет сразу со станка без ручной доводки отправлять на производство», - объясняет г-н Берджерон.

Производимая 29-м цехом оснастка предназначена для серийного производства электромеханических изделий, таких как корпуса для очистителей воздуха, датчики указания уровня топлива, светодиодные кластеры и т.п. «Мы знаем, что, производя заказы внутри компании, наш цех идет вразрез с мировыми тенденциями, - комментирует ситуацию
г-н Джордан. - Тем не менее высокоскоростные станки Makino и CAM-система PowerMILL позволяют нам снизить себестоимость продукции до приемлемого уровня и превзойти ожидания нашего заказчика».

Успех компании Shinyoung Precision

Применение ПО Delcam и передача полномочий по разработке УП в цех, где используются пятиосевые станки с ЧПУ Mikron, позволило известному корейскому производителю мобильных телефонов Shinyoung Precision значительно сократить время выполнения заказов. Основанная в 1993 году компания Shinyoung Precision (www.shinyoung.co.kr) владеет тремя заводами и одним научно-исследовательским центром вблизи Сеула, столицы Южной Кореи. Сегодня в Shinyoung Precision, поставляющей продукцию для Motorola и LG, работает около 300 сотрудников.

За прошедшие пять лет, на протяжении которых при поддержке регионального представительства Hankook Delcam происходило внедрение программных продуктов семейства Power Solution, компания сумела сократить среднее время производственного цикла с 30 до 11 дней. В перспективе этот срок, вероятно, удастся уменьшить до 9 дней.

Использование CAM-систем непосредственно в производственных цехах началось в Shinyoung Precision в 2002 году и сопровождалось переходом на PowerMILL. Причина перевода ЧПУ-программирования из CAD/CAM-отдела в цех заключалась в стремлении устранить задержки вследствие несогласованности работы CAD/CAM-отдела и производственного участка. Только это позволило сократить производственный цикл с 30 до 22 дней! Как выяснилось позже, нововведение повысило качество производимой продукции, поскольку операторы-программисты, исходя из особенностей конкретных станков, назначали более рациональные стратегии обработки и инструмент. Кроме того, уменьшилось количество поломок инструмента, что также снизило себестоимость продукции.

Успехи в механообработке подвигли руководство Shinyoung Precision сделать следующий шаг - аналогичным образом перевести в цех программирование электроэрозионной обработки, для чего у Delcam был приобретен CAM-модуль для электроэрозионной обработки в PowerMILL. Это позволило сократить усредненный производственный цикл еще на два дня.

В феврале 2004 года были приобретены пятиосевые станки фирмы Mikron. Комбинация пятиосевых станков Mikron и CAM-системы PowerMILL позволила значительно повысить качество обработанных поверхностей за счет применения более короткого (а следовательно, более жесткого) инструмента.

Повышение качества отфрезерованных поверхностей позволило Shinyoung Precision значительно снизить объем электроэрозионной обработки. Ранее она выполнялась сначала черновыми электродами, а затем - чистовыми. Объем снимаемого материала был достаточно большим, что требовало существенных временны х затрат. Сейчас черновая электроэрозионная обработка заменена пятиосевым фрезерованием и используется только чистовая электроэрозионная обработка.

Дополнительная экономия времени была получена от применения чистовых электродов на пятиосевых станках за один установ. Ранее электроды обрабатывались на трехосевых станках в несколько установов, что не только занимало больше времени, но и негативно отражалось на точности.

Вместо заключения

В данной статье мы постарались показать, какие выгоды получит производитель инструментальной оснастки, если программирование станков с ЧПУ будет поручено операторам-программистам. Надеемся, что два приведенных примера из практики заставят приверженцев программирования ЧПУ-обработки в обособленных CAD/CAM-подразделениях задуматься о возможностях снижения издержек и повышения производительности труда. Но не стоит думать, что ЧПУ-программирование в цехе само по себе является решением всех проблем. В Delphi одним из ключей к успеху послужила высокоскоростная обработка, а в Shinyoung Precision - переход на пятиосевое фрезерование. Но в обоих случаях одним из основных компонентов была CAM-система, способная в полной мере реализовать возможности применяемого станочного оборудования. Только взвешенный подход, при котором в совокупности характеристик рассматривается комплекс из возможностей оборудования и CAM-системы, позволит повысить производительность труда и качество продукции.

По материалам Delcam plc
Перевод Константина Евченко