1 - 2009

Многоканальная обработка с ЧПУ в системе ADEM-VX

Алексей Казаков, Алексей Сальников

Сегодня мы расскажем о «новой» возможности модуля CAM-системы ADEM-VX — многоканальной обработке на станках с ЧПУ. Определение новой не случайно взято в кавычки. Эта возможность впервые появилась в версии 7.1 еще три года назад по просьбам наших зарубежных пользователей. Но на российском рынке в то время она не была востребована, видимо по причине крайне низкого распространения подобного оборудования. Сегодня ситуация изменилась, и старый функционал был переработан с учетом предыдущего опыта, обретя при этом новые возможности.

В первую очередь было расширено число одновременно работающих на станке УП, то есть число каналов управления — предыдущие версии позволяли работать одновременно только с двумя каналами. Но основные изменения коснулись принципов управления каналами и синхронизации их работы во времени. Мы отказались от представления УП каждого канала в виде линейного текста и ручной синхронизации частей управляющей программы по времени работы — этот способ, реализованный ранее, нередко вызывал нарекания пользователей. Для упрощения программирования в систему был введен новый объект — «Канал», функции которого ранее выполняли подпрограммы специального типа. Были пересмотрены функции технологической команды «Контрольная точка» и объекта «Зона обработки».

Рассмотрим основные принципы задания многоканальной обработки, реализованные в системе ADEM-VX. Однако прежде чем описать новую схему работы, дадим несколько определений:

  • зона обработки — это совокупность технологических переходов, обрабатываемых в одной системе координат. Для каждой зоны обработки можно определить свою систему координат, позицию смены инструмента и координаты начала обработки. Для включения перехода в зону обработки достаточно указать имя зоны, которой он принадлежит;
  • канал — объект, объединяющий совокупность технологических переходов, которые определяют перемещения закрепленного за ним рабочего органа. Хотя жесткой привязки инструмента к каналу в системе ADEM не существует, на практике для упрощения программирования за каждым каналом закрепляется определенный суппорт или инструментальная голова;
  • контрольная точка — объект в маршруте обработки, говорящий о том, что после его появления все доступные каналы могут начать работу одновременно. Если канал не указан или не содержит ни одного перехода, то считается, что он находится в состоянии ожидания до прихода следующей контрольной точки. Канал, закончивший работу раньше других, также переходит в состояние ожидания.

Итак, перед проектированием технологии обработки необходимо определить места в маршруте, в которых следует синхронизировать работу — то есть определить необходимое число контрольных точек. Затем в каждую контрольную точку добавляются каналы, которые должны начинать работу одновременно. После этого в каждом из каналов определяется набор технологических переходов и команд, реализующих обработку определенной части детали. На рис. 1 представлен фрагмент маршрута, где показаны две контрольные точки, в каждой из которых работает одновременно по два канала:

  • КТ № 1 — после прихода этой контрольной точки одновременно работают только каналы 1 и 2. Поскольку в первом канале выполняется только подрезка торца, он, скорее всего, закончит работу быстрее второго и будет ожидать прихода следующей контрольной точки;
  • КТ № 2 — после прихода этой контрольной точки одновременно работают только каналы 2 и 3. Любой из них, окончив работу, будет ждать прихода следующей контрольной точки.

Таким образом, процесс проектирования маршрута заключается в создании необходимого числа контрольных точек, определения каналов, работающих в каждой контрольной точке, и создания фрагментов обработки для каждого канала. При формировании общей траектории движения ADEM автоматически соберет информацию по каждому каналу и сформирует все необходимое для создания управляющей программы. При этом УП каждого канала, в зависимости от требований системы ЧПУ, могут быть объединены в одну программу или разбиты на отдельные файлы.

Диаграмма работы каналов для маршрута, показанного на рис. 1, будет выглядеть так, как показано в таблице.

Рис. 1. Маршрут обработки

Рис. 1. Маршрут обработки

Представленный метод программирования многоканальной обработки был опробован на двух тестовых деталях, использованных при внедрении системы ADEM-VX на Рыбинском приборном заводе (г.Рыбинск Ярославской обл.). Обработка выполнялась на токарном автомате продольного точения модели BH38 (фирма TSUGAMI, Япония — http://www.tsugami.co.jp/eng/index.html), компоновка основных узлов которого представлена на рис. 2. Станок оснащен главным шпинделем, контршпинделем, револьверной головой и двумя суппортами: поперечным (подвижным) и обычным (неподвижным). Данный станок предназначен для получения деталей из прутков диаметром от 8 до 38 мм. Количество управляемых осей — 8. Система ЧПУ — FANUC 31 IA, установленная на нем, позволяет одновременно отрабатывать до трех управляющих программ.

Рис. 2. Компоновка основных узлов станка BH38

Рис. 2. Компоновка основных узлов станка BH38

 

Диаграмма работы каналов для маршрута

 

КТ № 1 — подрезка торца

КТ № 2 — сверление + расточка

Канал 1

Передняя резцедержка:

подрезать торец

Ожидание

Канал 2

Работа в контршпинделе:

подрезать торец;

точить область

Работа в контршпинделе:

подрезать торец;

точить область;

подвести ловушку

Канал 3

Ожидание

Револьверная голова:

сверлить торец;

расточить область

В связи с особенностями управления данным станком при проектировании маршрута были использованы «зоны обработки» (см. выше), описывающие направление осей детали для каждого канала. Каналы на станке определялись следующим способом:

  • первый канал считается основным и содержит управляющий код только для перемещений поперечного суппорта (оси X1 и Y1). В его начале обязательно нужно вызвать все совместно отрабатываемые управляющие программы и указать, сколько именно каналов будет задействовано;
  • второй канал содержит управляющий код для перемещения контршпинделя (оси X2, Z2 и С2) и револьверной головы (оси X3, Y3 и Z3) в том случае, если закрепленный в ней инструмент обрабатывает деталь, зажатую в контршпинделе;
  • третий канал содержит управляющий код для перемещения револьверной головы в том случае, если закрепленный в ней инструмент обрабатывает деталь, зажатую в главном шпинделе (оси Z1 и C1).

В процессе внедрения системы и обучения специалистов предприятия была спроектирована обработка двух деталей: малой и большой длины (рис. 3 и 4). На них были протестированы основные режимы работы станка:

  • многоканальное управление;
  • сбалансированная обработка — одновременное точение детали инструментами, закрепленными в поперечном суппорте и револьверной голове;
  • синхронизированная обработка — обработка детали, зажатой одновременно в двух шпинделях;
  • совмещенное и комплексное управление различными осями.

Рис. 3. Тестовая «короткая» деталь

Рис. 3. Тестовая «короткая» деталь

Первая деталь представляла собой двухступенчатый вал с двусторонней расточкой, винтовым пазом и отверстиями на поверхности вращения. Для обработки винтового паза была использована функция 2,5-координатного фрезерования «Оси вращения», позволяющая навернуть любую плоскую обработку на произвольное тело вращения, в данном случае на цилиндр.

Как видно из рис. 2, обработка детали, зажатой в главном шпинделе, может происходить с помощью поперечного суппорта и револьверной головы. Большие размеры блоков, с помощью которых приводной инструмент крепится в револьверную голову, мешают подводу инструмента к главному шпинделю. Поэтому при обработке коротких деталей для третьего канала используют режим комплексного управления осями Z1 и Z3. В этом режиме вместо оси Z3, принадлежащей револьверной голове, в обработке участвует ось Z1 — продольное движение главного шпинделя.

Рис. 4. Тестовая «длинная» деталь

Рис. 4. Тестовая «длинная» деталь

Вторая деталь — длинный тонкий вал (L = 100 мм, D = 6 мм) с ромбовидной вставкой и длинной лыской (см. рис. 4). Если вылет детали из главного шпинделя достаточно большой, используется режим обработки детали, зажатой одновременно в двух шпинделях. При этом также необходимо активировать режим синхронизации осей C1/C2 и Z1/Z2.

Синхронизация осей используется и при сбалансированной обработке детали, то есть одновременном точении инструментами, закрепленными в поперечном суппорте и револьверной голове. Инструменты предварительно позиционируются с небольшим перебегом друг относительно друга (обычно 0,2-0,5 мм), далее включается синхронизация осей X1-X3 и станок переходит в режим управления третьим каналом из первого. Таким образом, все перемещения, указанные в управляющей программе для первого канала, будут синхронно отрабатываться и для поперечного суппорта, и для револьверной головы. Пример такой обработки показан на рис. 5.

Рис. 5. Сбалансированная обработка детали, зажатой в обоих шпинделях

Рис. 5. Сбалансированная обработка детали, зажатой в обоих шпинделях

Следует отметить, что для управления подобным оборудованием CAM-модуль любой системы должен содержать множество команд, активирующих те или иные функции станка. Предусмотреть все такие команды при проектировании системы практически невозможно. Поэтому разработчики системы ADEM-VX изначально сконцентрировали свои усилия на создании наиболее типичных методов обработки, а для учета специфических станочных функций и циклов был разработан специальный механизм.

Начиная с шестой версии в системе ADEM предусмотрена возможность создания пользовательских команд. С их помощью пользователь самостоятельно может формировать станочные команды и использовать их в маршруте обработки наряду со стандартными. Пользовательские команды могут содержать любое число параметров и элементов управления (числа, строки, кнопки, закладки, элементы меню и т.д.). При активации любого из параметров его значение либо сразу передается в постпроцессор, либо предварительно обрабатывается соответствующим макросом. Таким образом, пользовательская функция — это не просто набор чисел и строк, позволяющих включить определенную M- или G-функцию, — это своего рода миниатюрная среда разработки для технолога. Так, для станка BH38 прямо на предприятии были созданы дополнительные технологические команды:

  • «Пиноль» — команда, с помощью которой пользователь может выдвигать деталь из главного шпинделя на заданную длину;
  • «Сбалансированная обработка» — команда, необходимая для корректного определения режима сбалансированной обработки;
  • «Синхронная работа двух шпинделей/перехват детали» — команда, используемая либо для осуществления перехвата или выдвижения детали из главного шпинделя в противошпиндель, либо для режима обработки детали, зажатой одновременно в двух шпинделях;
  • «Отвод контршпинделя» — команда, определяющая работу контршпинделя во время перехвата или выдвижения детали;
  • «Подвод ловушки» — команда, используемая для подвода контршпинделя к ловушке, выброса детали, продувки противошпинделя и его отвода в безопасную позицию.

В заключение отметим, что описанный выше механизм полностью подтвердил свою жизнеспособность. Так, к моменту написания этой статьи поступила информация об успешном внедрении системы ADEM-VX на ОАО «Агрегат» (г.Сим Челябинской обл.) для разработки УП на многоканальном токарном обрабатывающем центре Miyano BNJ-42SY. Запуск подобных станков с применением нашей системы, включая создание маршрута, написание постпроцессора, формирование УП и полного комплекта технологической документации, занимает не более 3-4 недель.

САПР и графика 1`2009