Development of postprocessors for CNC "Axiom Control"

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

На основании задачи, связанной с разработкой постпроцессора для ЧПУ «АксиОМА Контрол», начата разработка постпроцессоров для последующего постпроцессирования управляющей программы (УП). После прочтения руководства программиста по ЧПУ, в котором даётся базовое представление о синтаксисе языка, командах управления станком и системой ЧПУ, было принято решение начать с разработки постпроцессора для трёхосевой обработки путём редактирования базового постпроцессора Siemens 840 (рис. 1) вследствие похожего синтаксиса УП [1].

 

Рис. 1. Выбор базового постпроцессора для разработки.

Fig. 1. Selection of the basic postprocessor for the development.

 

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Целью работы является формализация процесса разработки управляющей программы для ЧПУ посредством создания постпроцессоров для ЧПУ «АксиОМА Контрол».

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Ключевыми объектами рассмотрения и взаимодействия в работе служат различные средства автоматизации (САПР и программное обеспечение для работы с постпроцессорами), необходимые для проектирования изделий и описания их технологий механической обработки с последующим их постпроцессированием для получения управляющей программы.

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ

Первое, с чего начинается разработка, это определение модели станка и её дальнейшее использование. Описание модели станка (состава, характеристики взаимного расположения исполнительных органов) наиболее важно для многокоординатного оборудования, так как избавляет разработчика постпроцессора от необходимости решения ряда нетривиальных математических задач [2].

В обработке детали текущее положение инструмента в траектории описывается с помощью координат (x, y, z, i, j, k), где (x, y, z) — координаты центра торца инструмента, а (i, j, k) — орты, определяющие положение оси инструмента в системе координат детали.

Первый шаг — выбор типа кинематики станка. Можно сократить время, выбрав уже готовый вариант кинематики из приведённых таблиц. В данном случае (рис. 2) — это стандартный трёхосевой станок, кинематическая модель которого соответствует выбранному ранее станку (NMV3000 DCG), для которого описывалась механическая обработка в CAM системе [3]. При необходимости провести обработку на станке с другими параметрами кинематики можно внести изменения в эту часть работы.

 

Рис. 2. Задание кинематической модели станка для постпроцессора.

Fig. 2. Describing the kinematic model of the machining station for the postprocessor.

 

После в соответствии с техническим паспортом станка проводится дальнейшая настройка по ограничению хода станка по линейным и поворотным осям. Точное указание всех параметров не является критичным вследствие того, что внутри ЧПУ также следует проводить настройку машинных параметров, откуда и будет транслироваться основная информация, на которой строится обработка УП [4].

Следующий шаг — настройка параметров, отвечающих за код программы. Большинство параметров, а именно: задача охлаждения, задача шпинделя, смены инструмента, задачи подачи и коррекций режущего инструмента и другие — не претерпели изменений, так как уже соответствуют синтаксису УП для работы в ЧПУ «АксиОМА Контрол».

Изменения претерпел раздел, отвечающий за строку безопасности, в котором указаны новые команды (G17, G40, G49, G54, G64, G90, G94, G80, G00, G190, G153) в соответствии с руководством программиста [2] для трёхосевой обработки.

Дополнительным изменениям подвергся раздел, посвящённый функциям движения, а именно круговой интерполяции. Задавать формат радиуса можно через регистр «R» и через координаты центра окружности (I, J, K) (рис. 3) [5].

 

Рис. 3. Выбор формата круговой интерполяции.

Fig. 3. Selection of the format of the circular interpolation.

 

Было принято решение остановиться на первом способе, так как он не имеет ограничений в сравнении со способом задания через радиус. Согласно руководству программиста, через радиус нельзя описывать дугу больше 180°, что накладывает определённые ограничения при обработке некоторой геометрии. Также регистр «R» принимает отрицательное значение, если дуга окружности больше 180°, что влечёт вызов ошибки работы УП при исполнении ЧПУ, так как не рассчитана на работу с отрицательными значениями радиуса [6].

Для удобства сохранены два варианта постпроцессора с двумя способами задания формата, для достижения этого результата потребовалось добавить в список регистров регистр «R», потому что изначально используется «CR», и заменить его определение в постпроцессоре через изменения макроса «INIT», как показано на рис. 4.

 

Рис. 4. Редактирование макроса.

Fig. 4. The macros editing.

 

Разработка постпроцессора для токарной обработки осуществляется по алгоритму работы, описанному выше на примере трёхосевой обработки, основное отличие постпроцессоров заключается в настройке кинематической схемы и разделах, отвечающих за строку безопасности, а также в других точечных изменениях. Общие параметры по обработке кодов движения и работы с регистрами уже проведены на базе первого рассмотренного примера.

ТЕСТИРОВАНИЕ ПОСТПРОЦЕССОРОВ В ЧПУ «АКСИОМА КОНТРОЛ»

Для постпроцессирования промежуточных файлов указываются расположение входного файла и его тип (APT в данном случае).

Постпроцессирование исходной управляющей программы в код формата ISO-7bit (G-код) можно провести непосредственно из САПР, выбрав нужный постпроцессор из списка библиотек. В данном случае допустимо проводить постпроцессирование в IMSpost (в среде разработки постпроцессоров), или, как показано на рис. 5, в IMSpexec (является отдельным модулем того же приложения), или с помощью другого имеющегося ПО, обладающего аналогичным функционалом [7].

 

Рис. 5. Постпроцессирование УП под ЧПУ «АксиОМА Контрол».

Fig. 5. The postprocessing of the control program for the AksiOMA Control CNC.

 

Далее в табл. 1 и 2 представлены фрагменты УП фрезерной и токарной обработки для ЧПУ «АксиОМА Контрол».

С помощью редактора УП дополнительно проверена корректность перемещений инструмента (рис. 6) во время обработки и можно внести косметические изменения в код программы, если в этом есть необходимость.

 

Таблица 1. Фрагмент УП для «АксиОМА Контрол»

Table 1. Part of the control program for the AksiOMA Control

Текст УП	Комментарий
Фрезерование1	Название/тип УП
; ******************************************************	Дополнительная информация, транслируется автоматически в файл при постпроцессировании
; * INTELLIGENT MANUFACTURING SOFTWARE
; * IMSPOST VERSION: 8.2F                   *
; * USER VERSION: 1                        *
; * PROGRAMMER: EUGENY SHATIN                           *
; * PROGRAM REVISION: 1.0000                            *
; * COMMENT: ПОСТПРОЦЕССОР ДЛЯ 3-Х ОСЕВОЙ
; * DATE: WED APR 21 2021 16:46:38                           *
; *****************************************************
N0 G90 G94 G80 G49 G00 G64 G190 G40 G153 G17 G54 BRISK ORIAXES	Строка безопасности
N10 G0 Z120	Координаты начала/завершения перехода обработки
N20; TOOL DATA: T1 END MILL D 5_1, T1 END MILL D 5_1	Данные об инстр.
N30 G49	Отмена всех компенсаций инстр.
N40 M5	Отключение шпинделя
N50 D1 T=1 M6	Вызов инструмента
N60 G43	Вкл. компенсации длинны инстр.
N70 X46.323 Y62.635 S3800 M3	Запуск шпинделя
N80 Z21.553
N90 M8	Включение СОЖ
N100 G1 X46.321 Y62.13 Z21.418 F=780	Начало обработки с рабочей подачей
N110 X46.078 Y60.311 Z20.926
N120 X45.754 Y59.253 Z20.629
N130 X44.761 Y57.125 Z20
…
N188050 G3 X42.5 Y62.857 I=35. J=62.857	Обработка с использованием круговой интерполяции, заданной через полярные координаты
N188060 G1 Y79.736
N188070 G3 X36.418 Y87.101 I=35. J=79.736
N188080 G2 X15.416 Y92.492 I=69.973 J=261.4
N188090 X1.829 Y107.029 I=21.717 J=112
…
N188240 G0 X88.283	Завершение УП со сбросом всех модальных настроек
N188250 G1 Z-4.33
N188260 Z22
N188270 Z32
N188280 M30

 

Таблица 2. Фрагмент УП для «АксиОМА Контрол»

Table 2. Part of the control program for the AksiOMA Control

Текст УП	Комментарий
Токарная обработка1	Название/тип УП
; ************************************************** ; * INTELLIGENT MANUFACTURING SOFTWARE      * ; * IMSPOST VERSION: 8.2F                                * ; * USER VERSION: 2                                   * ; * PROGRAMMER: EUGENY                                  * ; * COMMENT: ПОСТПРОЦЕССОР ДЛЯ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ; * DATE: WED APR 21 2021 12:02:21                              * ; *********************************************	Доп. информация, заложенная разработчиком через постпроцессор
N0 G94 G97 G49 G15 G40 G71 G00 G172 G80 G18 G98 G191 G53 G272 G153 G72 G193 G90 G64	Строка безопасности
N10; МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ВТУЛКИ
N20 G0 X100. Z753	Отвод в домашнюю позицию
N30 Z250
N40; TOOL DATA: T1 EXTERNAL INSERT-HOLDER	Данные вызываемого инстр.
N50 T=1 M6	Вызов инструмента
N60; ОБРАБОТКА ТОРЦА
N70 X93.5 Y0 S500	Начало обработки
N80 Z-1.167
N90 M8
N100 G1 G95 X91.5 F=8.3
N110 X0 F=.25
N120 X.212 Z-.955 F=.8
N130 G0 X93.5
N140 Z-2.833
N150 G1 X91.5 F=8.3
….
N3640 G2 X24.5 Z-48. R=3.5	Завершение УП со сбросом всех модальных настроек
N3650 G1 Z-100
N3660 G3 X18. Z-106.5 R=6.5
N3670 G1 X0
N3680 G40 X-.212 Z-106.288 F=.8
N3690 M30

 

Примечание: убедившись в корректности выполнения УП, внесли изменения в скорости подачи для более быстрой симуляции обработки программы в ЧПУ. Аналогичные действия проведены и с другими УП.

 

Рис. 6. Пример симуляции обработки в редакторе УП.

Fig. 6. An example of machining simulation in the control program editor.

 

Для тестирования работы постпроцессоров в ЧПУ «АксиОМА Контрол» необходимо создать или загрузить уже готовые программы в терминал системы. После создания файлов составляются таблицы инструментов, в которых необходимо указать максимальное количество параметров для корректного выполнения УП, и устанавливаются параметры размера заготовок и необходимые смещения, если они требуются [8].

На рис. 7–9 представлено тестирование работы УП как для технологии попутного фрезерования, так и для фрезерования по технологии HSM.

 

Рис. 7. Процесс трёхосевого контурного попутного фрезерования кронштейна.

Fig. 7. The process of the three-axial contour climb milling of the mounting.

 

Рис. 8. Окончание трёхосевой обработки.

Fig. 8. The end of the three-axial machining.

 

Рис. 9. Процесс фрезерования кармана по HSM технологии.

Fig. 9. The milling process of the pocket according to the HSM technology.

 

В процессе запуска УП по вертикальному фрезерованию в двух вариация технологий обработки и их визуализации не возникло критических ошибок или нарушений технологии, можно считать, что постпроцессор для трёхосевой обработки прошёл тестирование на базе ЧПУ «АксиОМА Контрол» успешно [9].

 

Рис. 10. Чистовое контурное точение.

Fig. 10. The finish contour turning.

 

Следующим шагом идёт тестирование работы постпроцессора для проведения токарной обработки, показанной на рис. 10. В ЧПУ загружена программа обработки детали и сформирован комплект инструментария для выполнения операции. Перед запуском программы в настройках визуализации изменён тип операции на проведение токарной обработки, указаны размеры заготовки и задано смещение координатных осей [10].

 

Рис. 11. Окончание токарной обработки.

Fig. 11. The end of turning machining.

 

Так как модуль 3D-визуализации ЧПУ не может корректно показать процесс растачивания отверстия во время обработки в другой плоскости, этот фрагмент УП будет представлен в режиме обычной графики в плоскости ZX (рис. 11). Ниже представлены результаты тестирования:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённого исследования рассмотрена роль автоматизированных систем в процессе проектирования и разработки управляющих программ. Для решения задачи разработки постпроцессоров для ЧПУ «АксиОМА Контрол» выбран комплекс для автоматизированной разработки постпроцессоров IMSpost.

После чего для проектирования технологического процесса (ТП) механической обработки под станки с различными кинематическими схемами был сформирован тестовый набор деталей, на основе которого были описаны различные технологии металлообработки.

Трёхосевая обработка одного из изделий рассмотрена в двух вариациях: с использованием попутного и HSM фрезерования. Высокоскоростная обработка описана путём детальной настройки различных параметров обработки, таких как скорость резанья, количество оборотов шпинделя отводов, подводов, количества проходов и других, после чего было проведено сравнение двух технологий по различным показателям получившихся УП в среде CIMCO Edit (редактор УП), выявлено существенное сокращение машинного времени обработки (26%) [11].

По окончании моделирований (верификации) ТП для всех изделий проведена работа по разработке постпроцессоров (на базе постпроцессора Siemens 840D) для ЧПУ «АксиОМА Контрол», после чего было проведено тестирование работы получившихся постпроцессоров путём постпроцессирования УП и запуска их в ЧПУ.

В процессе тестирования УП с их визуализацией не возникло критических ошибок или отклонений от ТП, на основании чего сделан вывод, что постпроцессоры успешно прошли тестирование.

Таким образом, поставленные задачи раскрыты и решены в полном объёме, на основании чего можно считать, что цель по формализации процесса разработки УП для ЧПУ посредством создания постпроцессоров для ЧПУ «АксиОМА Контрол» была достигнута.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. С.С. Гусев ― поиск публикаций по теме статьи, написание текста рукописи; В.В. Макаров ― редактирование текста рукописи. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. S.S. Gusev ― search for publications, writing the text of the manuscript; V.V. Makarov ― editing the text of the manuscript. Authors confirm the compliance of their authorship with the ICMJE international criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

About the authors

Sergey S. Gusev

Rostelecom

Author for correspondence.
Email: gs-serg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6070-9295
SPIN-code: 8934-1568

Energy Engineer of the Energy Department, Candidate for a Degree

Russian Federation, 17 bldg 1, 3rd Khoroshevskaya street, 123298 Moscow

Vadim V. Makarov

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of the Russian Academy of the Sciences

Email: makfone@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4874-5418
SPIN-code: 5787-3977

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Senior Researcher of the Identification of Control Systems Laboratory №41

Russian Federation, 117997 Moscow

References

Supplementary files