РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ ПРИ ГРАВИРОВКЕ НАДПИСЕЙ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

Разработать управляющую программу, более короткий метод создания управляющей программы. ...

Для начала формулировались основные требования к управляющей программе, разрабатывалась архитектура и размеры чертежа будущей геометрии (рисунок 20), а после создавалась геометрия в MasterCAM, которая показана на рисунках 21 и 22.

Для создания целостной концепции необходимо разработать таблички на двери и небольшие картины в комнаты. Для этой цели используются программы входящие в комплекс CAD/CAM/CAE. CAM (англ. Computer-aided manufacturing)  подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами. Русским аналогом термина является АСТПП  автоматизированная система технологической подготовки производства. Технологическая подготовка сводится к автоматизации программирования оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ): 2-х осевые лазерные станки, 3-х и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ, токарные станки, о брабатывающие центры (в том числе использующие шесть степеней свободы), автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки, ювелирная и объёмная гравировка. Как правило, большинство программно-вычислительных комплексов совмещают в себе решение задач CAD/CAM, CAE/САМ, CAD/CAE/CAM

Рисунок 5 Элементы управления осямиНа трехмерном экране (рисунок 6) отображаются траектории перемещения инструмента в трехмерном пространстве.Рисунок 6 Трехмерный экранНа экране (рисунок 7) отображается информация номера, диаметра, длины инструмента и кнопки управления ими. На экране расположена фиксирующая кнопка JOG ON/OFF с светодиодным индикатором, она предназначена для включения и выключения ручного перемещения координат.Рисунок 7 Экран отображения информации и управления инструментомНа экране (рисунок 8) отображается информация о состоянии подачи и управления FEED RATE OVERRIDE, с помощью кнопок плюс (+) и минус (-).Рисунок 8 Экран отображения информации и управления подачейНа экране (рисунок 9) отображается информация о состоянии шпинделя и управления скоростью вращения с помощью кнопок плюс (+) и минус (-). Кнопка SPINDLE CW (Включение шпинделя по час. стрелке), с помощью этой кнопки можно вручную включать и выключать шпиндель или с помощью М-кода М03.Рисунок 9 Экран отображения информации и управление шпинделемРежим TOOLPATH (рисунок 10) предназначен для наблюдения за перемещение инструментом и отработкой управляющей программы. В данном окне расположен экран отображения управляющей программы, цифровая индикация координат, экран на котором отображается траектории перемещения инструмента в трехмерном пространстве, кнопки управления программой.Рисунок 10 Перемещение инструмента (TOOLPATH)5 Система автоматизированного проектирования MaterCAMГлавное окно работы с программой MasterCAM представлено на рисунке 11.Рисунок 11 Главное окно работы с программой MacterCAMОкно графикиЭто окно, показанное на рисунке 12 является главным рабочим пространством в Mastercam, в котором вы просматриваете, создаете и изменяете геометрию, элементы чертежа и траектории обработки.Mastercam конфигурируется под отображение числовых данных на основе метрических или дюймовых единиц измерения. Mastercam обеспечивает легкое переключение между этими системами измерения в тех случаях, когда данные о детали требуют этого. Рисунок 12 главное рабочее пространством MastercamЛинейка состоянийЛинейка состояний (рисунок 13) расположена в нижней части главного окна Mastercam. Можно использовать отображенные здесь функции для изменения текущих установок цветов элементов, атрибутов, уровней и групп, а также для переопределения вида и ориентации элементов в окне графики.Можно также вызвать функции линейки состояний из соответствующих меню и линеек пиктограмм.Рисунок 13 Линейка состоянийВкладки Toolpath и SolidsВкладки Toolpath и Solids (рисунок 14) отображаются в панели Operations Manager, которая является главной панелью по управлению всеми элементами текущей задачи.Вкладка Toolpath является местом, где определяются параметры задач, такие как используемые по умолчанию файлы, а также назначения инструментов, заготовок и зон безопасности. Также эта вкладка используется для просмотра, реорганизации и изменения групп операций, групп траекторий обработки и отдельных операций. Операция траектории обработки объединяет всю информацию необходимую для создания конкретной траектории обработки.Если установлен пакет Mastercam Solids, то при работе с твердотельной моделью во вкладке Solids отображаются все твердые тела, которые содержатся в текущем файле. Можно раскрыть древовидную структуру твердого тела для просмотра его истории (перечень операций выполненных для создания твердого тела) и траекторий его обработки.Рисунок 14 Главная панель по управлению всеми элементами текущей задачиЛинейки пиктограммЛинейки пиктограмм, показанные на рисунке 15 представляют собой набор функций, вызов которых осуществляется после нажатия соответствующей пиктограммы. Стрелки в линейке пиктограмм индицируют наличие ниспадающего меню с перечнем функций, которые вы можете просмотреть и вызвать.Mastercam имеет набор стандартных линеек пиктограмм, с помощью которых вы можете сразу начать его эксплуатацию, однако вы можете изменить их состав с учетом ваших конкретных потребностей.С помощью функции Settings, Customize отображаются скрытые и видимые пиктограммы, можно переопределить состав и создать абсолютно новые линейки пиктограмм, а также создать персональное меню правой клавиши мыши содержащее набор наиболее часто используемых вами функций». Рисунок 15 Линейки пиктограммБлокировка и разблокировка полейДанные в полях линейки меню могут быть недоступны (заблокированы), это делается для предотвращения их изменения при перемещении вами курсора в область графики. Каждое поле может находиться в одном из трех состояний:Разблокировано нормальным и обычным состоянием поля в линейке меню или в окне является разблокированное (рисунок 16). Это состояние позволяет изменять содержимое поля с учетом позиции курсора в области графики.Рисунок 16 Разблокированное полеПостоянно заблокировано содержимое поля (рисунок 17) блокируется до тех пор, пока вы вручную его не разблокируете. Блокируется поле для того, чтобы использовать конкретное значение несколько раз, например, при создании нескольких повторяющихся элементов. Кнопка останется в нажатом состоянии, а поле изменит свою окраску, что указывает на его постоянную блокировку. Для разблокировки поля нужно снова нажать кнопку перед полем.Рисунок 17 Заблокированное полеМеню Machine TypeИспользование этого меню, показанное на рисунке 18, предназначено для указания способа обработки путем выбора описания станка. Возможности выбора вами способа обработки и описания станка ограничены установленными пакетами Mastercam. Например, вы должны иметь лицензию на пакет Mastercam Mill для возможности выбора описания фрезерного станка из этого меню.Также можно использовать в этом меню функции Machine Definition Manager и Control Definition для создания или изменения описаний станков и стоек управления.Выбор способа обработки изменяет интерфейс Mastercam так, что остаются доступными только те функции и ограничения, которые поддерживаются выбранным станком, стойкой управления и постпроцессором. Это ограничивает возможности Mastercam по созданию траекторий перемещения инструмента, которые не могут быть выполнены станком. В файле детали описание станка является составной частью параметров группы операций, которые вы можете просмотреть и изменить с помощью Toolpath Manager. Сразу после выбора вами способа обработки, в меню Toolpaths остаются доступными только те траектории обработки, которые доступны для этого способа.Рисунок 18 Меню Machine TypeМеню ToolpathsФункции этого меню, показанное на рисунке 19 позволяют, используя описание конкретного станка, создать и изменить траектории обработки необходимые для изготовления детали. Функции траекторий обработки отображаются в этом меню только после того, как вы выберите описание станка в меню Machine Type или группу операций в окне Toolpath Manager. Набор функций зависит от способа обработки, который связан с активной группой операций (Mill, Lathe, Router). Справа приведен пример меню фрезерных траекторий обработки пакета Mill.После того, как будет создана траектория обработки, автоматически будет создана операция, которая отобразится в Toolpath Manager ниже заголовка активной группы операций.Рисунок 19 Меню Toolpaths6 Разработка управляющей программы для станков с ЧПУ при гравировке надписей и изображенийДля начала формулировались основные требования к управляющей программе, разрабатывалась архитектура и размеры чертежа будущей геометрии (рисунок 20), а после создавалась геометрия в MasterCAM, которая показана на рисунках 21 и 22.Рисунок 20 Чертеж будущей спроектированной геометрии Рисунок 22 Вторая спроектированная геометрия в программе MasterCAMРисунок 21 Первая спроектированная геометрия в программе MasterCAMПосле созданной геометрии, был выбран станок, при помощи которого гравируется геометрия.Как показано на рисунке 23, был выбран 3-х осевой станок с милиметрической системой - 3 AXIC VMC MM.MMD.Рисунок 23 Меню выбора станковДальше создавался новый инструмент (резец) и задавались параметры направленные заготовку с алюминиевым сплавом (рисунок 24): diameter (диаметр инструмента) был выбран 0,5 см; arbor diameter (диаметр хвостовика) был выбран также 0,5 см.Рисунок 24 Меню настройки инструмента (резца)Потом устанавливаются параметры работы станка (рисунок 25), так как был выбран гравировально-фрезерный станок с ЧПУ портального типа SP320, нужно было подстраиватья также под его максимальные возможности: feed rate (рабочая подача) была поставлена на 80; spindle speed (скорость вращения) шпинделя была 4000 об/с; plunge rate (подача врезания инструмента) была от нулевой отметки на расстоянии 10 мм.Рисунок 25 Меню параметров работы станкаДальше выбирается какое именно требуется гравирование, например COUNTR (контур) или POCKET (карман). Открывается окно показанное на рисунке 26, где нужно будет выбрать элементы гравирования и создать цепочку из этих элементов.Рисунок 26 Окно создания цепочкиНа гравировку на станках с ЧПУ, которые используются на предприятиях и работают при помощи управляющей программы уходит очень много времени и средств, поэтому нужно было ограничиться самыми главными свойствами и параметрами, т.е. разработать менее длительный метод создания управляющей программы, но при этом достичь нужного результата.Затем вводятся параметры гравирования: compensation type (коррекция) был выбран режим отключение коррекции; depth cuts (задание параметров глубины резания) был поставлен максимальный шаг резания 10 мм; lead In/Out (перебег инструмента) был отключен; linking parameters (параметры обработки) – безопасная высота установлена на 20 мм от нулевой отметки, высота рабочей подачи установлена на 2 мм, глубина резания была выбрана на 0,25мм; roughing (обработка параметров вырезания) было 65% перекрытия, количество шагов было минимальным 0,1 мм, так как была создана сложная геометрия, угол обработки 90º. Все окна создания управляющей программы представлены ниже на рисунках 27, 28, 29, 30. Рисунок 28 Окно задания параметров глубины резанияРисунок 27 Окно отключения коррекцииРисунок 30 Окно параметров обработки вырезанияРисунок 29 Окно параметров обработкиПосле того, как все виды гравирования выполнены нужно генерировать управляющую программу, если условия до конца не выполнены, то необходимо снова выбрать отдельные элементы, которые будет отгравированы (создавать новую цепочку).Когда все условия будут выполнены, перед самой генерацией (сохранением) геометрия будет выглядеть будто у нее есть цепочка, так как показано на рисунке 31. Рисунок 31 Геометрия с созданной цепочкой гравированияРисунок Готовая геометрия с созданной цепочкойИ когда все полностью будет готово, нужно сгенерировать (сохранить) управляющую программу. Высветится окно (рисунок 32), в котором будут указаны координаты, по которым инструмент будет двигаться. Также эти координаты форматируются. Если при проверке кадров (координат), были найдены холостой ход, либо лишний ход, то можно удалить требуемую координату (кадр). Также можно добавить координату (кадр), или же заменить на другую точку от нулевой отметки, но это должен делать только опытный инженер-программист, так как только он знает, как сделать так, чтобы сохранилась целостность программы, иначе результат может разочаровать.Рисунок 32 Координаты движения инструментаОписание координат движения станка:X перемещение инструмента (гравировальный резец) по оси X относительно ноля «0» детали;Y перемещение инструмента (гравировальный резец) по оси Y относительно ноля «0» детали;Z перемещение инструмента (гравировальный резец) по оси Z относительно ноля «0» детали;F подача, скорость перемещения инструмента (в зависимости от детали);S скорость вращения шпинделя станка (чем выше, тем гравировка лучше);G функции перемещения гравировального резца;G0 холостой ход, ускоренная подача (заложена в параметрах станка);G1 линейная интерполяция (перемещение из точки в точку по прямой);G2 круговая интерполяция по часовой стрелки;G3 круговая интерполяция против часовой стрелки;G54 поле привязки (настройка станка);G41 включение коррекции;G40 отключение коррекции.Ниже на рисунке 33 представлен алгоритм создания управляющей программы.Рисунок 33 Алгоритм создания управляющей программыНиже представлено продолжение рисунка 33.7 Результаты работы управляющей программыЧтобы удостовериться, что управляющая программа работает, был взят гравировально-фрезерный станок с ЧПУ портального типа SP320, программное обеспечение ArtSoft Mach3 предназначенное для управления ЧПУ станком и заготовка (алюминиевый сплав) с лакокрасочным покрытием (цвет черный).Была загружена управляющая программа в формате G-code. Установлена позиция фрезы в ручном режиме в точку начальной позиции – нулевая точка.Были обнулены все координаты и после была запущена программа. Оставалось только следить за тем, как происходит гравировка. Ниже на рисунке 33 приведен окончательный вариант одной из управляющих программ и заготовки (рисунки 34 и 35), на которых отгравировал гравировально-фрезерный станок с ЧПУ портального типа SP320, с помощью 2 созданных управляющих программ.Рисунок 34 Управляющая программа IRONMAN Рисунок 36 Табличка с наименованием к многосерийному сериалу House, M.D.Рисунок 35 Табличка с наименованием к фильму TRON8 Организационно-экономическая частьВведение управляющей программы, при помощи которой гравируются различные надписи и изображения для интерьера комнат из известных фильмов для отеля, концепцию которого придумала студия My Duck’s Vision, может гарантировать продажу табличек, либо картин, а также повышение эффективности деятельности фирмы.Программное обеспечение, при помощи которого разрабатывается управляющая программа сложна в применении, что не позволяет сократить затраты времени и денежных средств. Но сама управляющая программа проста в применении и поэтому позволяет сократить затраты времени и денежных средств.Управляющая программа имеет очень скромные системные требования, занимает мало места на диске.Для обоснования экономического эффекта от использования программного средства необходимо провести ряд экономических расчетов: планирование работ по разработке программы с применением сетевого графика;расчет затрат на разработку программного средства.8.1 Источники экономии и дохода, источники финансированияДля фирмы-разработчика управляющих программ источником дохода является продажа программного продукта заказчикам. Затраты фирмы включают в себя затраты на разработку и тиражирование системы. Источником финансирования являются собственные средства фирмы-разработчика.Для заказчика источником экономии выступает замена ручного труда машинным, что в значительной степени сокращает время проведения расчетов. Затраты заказчика складываются из единовременных затрат на приобретение управляющих программ, ее транспортировку и внедрение, а так же затрат, непосредственно связанных с проведением анализа и сопровождением системы.8.2 Сетевое проектирование управляющей программы8.2.1 Разработка сетевого графика проектаБольшая сложность и комплексность проведения работ по созданию программного обеспечения, одновременное участие многих исполнителей, необходимость параллельного выполнения работ, зависимость начала многих работ от результатов других, значительно осложняют планирование разработки.Наиболее удобными и эффективными в этих условиях являются системы сетевого планирования и управления (СПУ). Такие системы основаны на применении сетевых моделей планируемых процессов, позволяющих быстро определить последствия различных вариантов управляющих воздействий и находить наилучшие из них. Они дают возможность руководителям своевременно получать достоверную информацию о состоянии дел и о возникших задержках. Также дают сведения о возможностях ускорения хода работ, концентрируют внимание руководителей на "критических" работах, определяющих продолжительность проведения разработки в целом, заставляют совершенствовать технологию и организацию работ, непосредственно влияющих на сроки проведения разработки, помогают составлять рациональные планы работ, обеспечивают согласованность действий исполнителей. Планирование с применением сетевого метода ведется в следующем порядке:составляется перечень событий и работ;строится сетевой график по теме;определяется продолжительность работ;рассчитываются параметры сетевого графика;определяется продолжительность критического пути;проводится анализ и оптимизация сетевого графика, если это необходимо.В перечне событий и работ указывают кодовые номера событий и их наименование в последовательности от исходного события к завершающему.Системы СПУ, как правило, функционируют последовательно в трех режимах: предварительного планирования, исходного планирования и оперативного управления ходом работ. Основным элементом сетевого планирования и управления является сетевой график, представляющий графическое изображение всего комплекса работ, входящих в проект. Сетевой график обеспечивает наглядное изображение взаимосвязи работ, последовательность их выполнения. Он состоит из событий и работ. Под событием понимается момент начала или окончания какой-либо работы. Работами называются любые процессы и действия, требующие затрат времени и других ресурсов и приводящих к достижению определенных результатов (событий).Сетевые графики в дипломном проектировании предполагают лишь предварительное и исходное планирование. Предварительное планирование включает в себя следующие этапы:составление библиотеки событий;составление библиотеки работ;построение сетевого графика;определение трудоемкости работ;установление категорий и количества исполнителей по каждой работе;построение карты проекта.Построение сетевого графика при разработке управляющей программы начинается с составления библиотеки событий, приведенной в таблице 3.Таблица 3 Библиотека событийКод событияНаименование события00Информация к выдаче технического задания подготовлена01Подготовка к выдаче технического задания завершена02Получено техническое задание03Анализ технического задания завершен04Изучение предметной области закончено05Подобрана специальная литература06Специальная литература изучена07Существующие систем автоматизированного проектирования изучены и проанализированы08Изучена и проанализирована система автоматизированного проектирования09Выбрана систем автоматизированного проектирования, изучена специальная литература10Произведен анализ аналогов ПО11Составлен алгоритм программы12Спроектированы экранные формы13Реализован интерфейс программы14Интерфейс программы протестирован15Требования к выходной документации изучены16Выходные документы реализованы и протестированы17Основная часть управляющей программы создана18Завершена отладка управляющей программыПродолжение таблицы 319Завершено устранение замечаний20Система в целом протестирована21Подготовка к демонстрации управляющей программы окончена, оформление экранных форм и документации завершено22Демонстрация и сдача управляющей программы заказчику произведенаВ этой таблице сведён перечень событий, происходящих во время реализации программной части дипломного проекта. Далее, на основе этой таблицы, составим библиотеку работ, приведенной в таблице 4.