Достижение в процессе изготовления продукции оптимального отношения между затратами и получаемыми результатами

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время главной задачей автоматизации производства является сохранение и развитие отечественной технологической среды, обеспечивающей выпуск конкурентоспособных на мировом рынке национальных продуктов. В решении этой актуальной задачи главенствующая роль принадлежит созданию высокоэффективных производственных систем, реализующих современные технологии. Такие производства должны обладать высоким уровнем автоматизации всех составляющих элементов. Создание производств базируется на реконструкции действующих и проектировании новых. В современных условиях предъявляются особые требования к проектированию автоматизированных производств, к срокам и качеству выполнения проектных работ. Проектирование является сферой, аккумулирующей новейшие достижения науки и преобразующей их в действующие производственные системы, в частности, автоматизированные и автоматические участки и цеха.

Рисунок 1 — Общая структура автоматизированной системы управления цехом

Основными этапами автоматизации технологических процессов является:

1. Автоматизации технологической подготовки производства.

2. Автоматизацию разработки программы для оборудования с ЧПУ.

3. Автоматизация программирования оборудования с ЧПУ.

Технологическая подготовка включает комплекс работ, обеспечивающих наиболее эффективное применение новых, высокопроизводительных технологических процессов (ТП) с использованием передовых достижений науки и техники на базе максимальной механизации и автоматизации.

Под технологической подготовкой производства (ТПП) в общем случае понимается комплекс работ по обеспечению технологичности конструкции запускаемого в производство изделия, проектированию технологических процессов и средств технологического обеспечения, расчету технически обоснованных материальных и трудовых нормативов, необходимого количества технологического оборудования и производственных площадей, внедрению технологических процессов и управлению ими в производствах, обеспечивающих возможность выпуска нового изделия в заданных объемах.

Целью технологической подготовки является достижение в процессе изготовления продукции оптимального отношении между затратами и получаемыми результатами.

Технологическая подготовка производства для станков с ЧПУ состоит из трех этапов.

1. Разработка маршрутной технологии.

2. Геометрические расчеты и разработка управляющей программы.

3. Подготовка станка к работе и отладка готовой программы непосредственно на станке с ЧПУ.

Первый этап совпадает с ТПП для обычного производства.

Второй этап — геометрические расчеты — описание обрабатываемых поверхностей для целей последующего программирования.

Геометрические расчеты включают в себя снятие координат с чертежа и задание базовой и опорных точек.

Базовая точка — такая точка, куда выводится инструмент перед началом и после завершения обработки.

Опорная точка — точка в которой осуществляется изменение направления движения инструмента.

Третий этап

В соответствии с сопроводительной информацией подбирается и налаживается режущий инструмент, технологическая оснастка. Производится наладка станка: заготовка устанавливается на стол в системе координат. Инструменты, предварительно настроенные на размер, закрепляются в соответствующих ячейках, зафиксированных в программе. Первый пуск программы осуществляется в присутствии технолога или программиста. Сначала станок работает по программе без заготовки, затем обрабатывается первая заготовка. Обработка идет в режиме покадрового считывания. Если обработке подлежит сложная и дорогостоящая заготовка, отладка программы производится на модели (деревянной или пластмассовой).

Автоматизированные системы ТПП включают решение следующих задач, отсутствующих в ТПП обычных производств:

— автоматизация геометрических расчетов. Программно осуществляются расчеты, особенно сложные для криволинейных поверхностей и расчетов перемещений по эквидистанте;

— автоматизация программирования. Для простых задач — например, для сверлильных станков с ЧПУ — вводится информация о координатах, диаметрах и глубинах отверстий, после чего программа формируется автоматически. Для более сложных задач программа формируется в диалоге с технологом. Далее осуществляется синтаксический анализ правильности программы — компьютер ищет и указывает ошибки, технолог — исправляет. Следующий этап — кодирование программы в коды требуемого станка и вывод перфоленты (или запись на магнитную ленту или гибкий диск) — осуществляется автоматически;

— графическое моделирование траектории движения инструмента для тестирования программ ЧПУ. Данная задача ТПП станков с ЧПУ может быть решена только с использованием вычислительной техники. Построение траектории движения инструмента и вывод ее на экран дисплея или графопостроителя позволяет провести тестирование программы ЧПУ на этапе ее разработки и значительно снизить время на наладку станка с ЧПУ.

В конечном итоге технологическая подготовка производства при использовании станков с ЧПУ сводится к разработке управляющей программы (УП).

Существует три метода программирования обработки для станков с ЧПУ:

· ручное программирование;

· программирование на пульте УЧПУ;

· программирование при помощи CAD/CAM системы.

Ручное программирование является довольно утомительным занятием, так как все геометрические расчёты необходимо выполнять технологу-программисту. Особенно трудоёмко такие расчёты осуществлять для сложных криволинейных поверхностей. Однако все программисты-технологи должны иметь хорошее представление о технике ручного программирования независимо от того, как на самом деле они работают. В нашей стране существует еще немало предприятий, на которых используют метод ручного программирования. Действительно, если завод имеет несколько станков с ЧПУ, а изготавливаемые детали просты, то грамотный программист способен довольно успешно работать и без средств автоматизации собственного труда.

Метод программирования на пульте ЧПУ приобрёл особую популярность лишь в последние годы. Это связано с техническим развитием систем ЧПУ, улучшением интерфейса и возможностей. В этом случае, программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ, используя клавиатуру и дисплей. Современные системы ЧПУ действительно позволяют работать. Например, оператор станка может произвести верификацию УП или выбрать требуемый постоянный цикл при помощи специальных пиктограмм и вставить его в код УП. Некоторые системы ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования, который значительно упрощает процесс создания УП, делает «общение» с ЧПУ удобным для оператора.

Программирование с помощью CAD/CAM систем позволяет «поднять» процесс написания программ обработки на более высокий уровень. Работая с CAD/CAM системой технолог-программист избавляет себя от трудоёмких математических расчётов и получает инструменты, значительно повышающие скорость написания УП.

Сегодня для достижения успеха на рынке промышленное предприятие вынужденно работать над сокращением срока выпуска продукции, снижению её себестоимости и повышения качества. Стремительное развитие компьютерных и информационных технологий привело к появлению CAD/CAM/CAE систем, которые являются наиболее продуктивными инструментами для решения этих задач.

Под CAD системой понимают программное обеспечение, которое автоматизирует труд инженера-конструктора и позволяет решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации при помощи персонального компьютера.

CAM системы автоматизируют расчёты траекторий перемещения инструмента для обработки на станках с ЧПУ, и обеспечивают выдачу управляющей программы с помощью компьютера.

CAE системы предназначены для решения различных инженерных задач, например, для расчётов конструктивной прочности, анализа тепловых процессов, расчётов гидравлических систем и механизмов.

Общая схема работы с CAD/CAM системой:

Этап 1. В CAD системе создаётся электронный чертёж или 3D модель.

Этап 2. Электронный чертёж или 3D модель импортируется в CAM систему. Технолог программист определяет поверхности и геометрические элементы, которые необходимо обработать, выбирает стратегию обработки, режущий инструмент и назначает режимы резания. Система производит расчёты траекторий перемещения инструмента.

Этап 3. В CAM системе производится верификация (визуальная проверка) созданных траекторий. Если на этом этапе обнаруживаются какие-либо ошибки, то программист может легко их исправить, вернувшись к предыдущему этапу.

Этап 4. Финальным продуктом CAM системы является код управляющей программы. Этот код формируется при помощи постпроцессора, который формирует УП под требования конкретного станка и системы ЧПУ.

Рассмотрев все методы создания программ для станков с ЧПУ можно выделить метод с использованием CAD/CAM систем. Данный метод обладает следующими преимуществами:

1. Автоматизация геометрических расчётов.

2. Автоматизация программирования.

3. Автоматизации разработки траекторий движения инструмента.

4. Проверка и отладка УП в режиме визуальной имитации её работы.

5. Повышения скорости и качества создания УП.

1. Исследовательский раздел

1.1 Программирование работы фрезерного станка Детали, обрабатываемые на станке с ЧПУ можно рассматривать как геометрические объекты. Во время обработки вращающийся инструмент и заготовка перемещаются относительно друг друга по некоторой траектории. УП описывает движение определенной точки инструмента — его центра. Траекторию инструмента представляют состоящей из отдельных, переходящих друг в друга участков. Этими участками могут быть прямые линии, дуги окружностей, кривые второго порядка или высших порядков. Точки пересечения этих участков называются опорными или узловыми точками. Как правило, в УП содержатся координаты именно опорных точек.

Рисунок 1.1 — Геометрическое представление детали

1.1.1 Программирование работы фрезерного станка при помощи стойки ЧПУ станка (цеховое программирование) Рассмотрим методику создания УП для обработки конструктивного элемента «паз» изображённого на рисунке 1.2. Для создания УП необходимо знать координаты опорных точек. Подробнее остановимся на создании строк программы непосредственно отвечающей за перемещение через опорные точки паза. Для обработки паза сначала нужно переместить фрезу в точку Т1 и опустить её на соответствующую глубину далее необходимо переместить фрезу последовательно через все опорные точки и вывести инструмент из материала заготовки. Для удобства определения координат опорных точек сведём их в таблицу.

Рисунок 1.2 — Конструктивный элемент «паз»

Рисунок 1.3 — Деталь в прямоугольной системе координат

Таблица 1.1 — Координаты опорных точек паза

Подвод режущего инструмента к первой опорной точке:

N50 G00 X3 Y8

Следующие два кадра заставляют инструмент опуститься на требуемую глубину в материал заготовки:

N60 G00 Z0.5

N70 G01 Z-1 F25

Как только инструмент окажется на нужной глубине (1 мм), можно перемещать его через все опорные точки для обработки паза:

N80 G01 X3 Y3

N90 G01 X7 Y3

N100 G01 X7 Y8

Теперь следует вывести инструмент из материала заготовки — поднять на небольшую высоту:

N110 G01 Z5

Соберем все кадры вместе, добавим несколько вспомогательных команд и получим окончательный вариант программы.

Таблица 1.2 — Управляющая программа

1.1.2 Программирование на ПК с последующей передачей в стойку ЧПУ Набор текста программы на ПК с последующей передачей в станок является гораздо более эффективным способом работы. Код УП можно набирать в любом текстовом редакторе и сохранять в соответствующем формате. Например, используя «Блокнот» из стандартного набора Windows.

Есть множество различных текстовых редакторов, которые были специально созданы для работы с кодом УП. Такие редакторы предоставляют широкие возможности по написанию и редактированию станочного кода. Например, они позволяют добавлять или удалять пробелы, автоматически нумеровать строки и перемещать курсор к коду смены инструмента. Эти функции не нужны обычному текстовому редактору, но очень полезны при создании и отладке программ обработки. Наиболее продвинутые редакторы УП имеют инструменты графической проверки кода и трансляции его в станок.

Некоторые тестовые редакторы сохраняют файлы в специальном формате, который содержит информацию о размере шрифта, полях и т. д. Код УП не содержит таких данных, а состоит исключительно из «чистого» текста в формате ASCII. Стандарт ASCII является открытым и может читаться любым текстовым редактором. Файлы такого формата, скорее всего, будут иметь расширение «*.txt».

Станки с ЧПУ работаю в формате G и M кодов в соответствии с стандартами EIA/ISO. Код этого стандарта аналогичен ASCII, но есть ряд небольших отличий. Формат ASCII использует коды окончания строки и переводка каретки в конце каждой строки. В текстовом редакторе для перехода на новую строку выполняется нажатием «Enter», код при этом не отображается, который переводит каретку на новую строку, хотя на самом деле он присутствует. Система ЧПУ требует, чтобы в конце каждого кадра УП стоял знак конца кадра, например «;» или «*». Поэтому, если вы пишите программу на компьютере, то она выглядит так:

…

N50 G00 X230

N60 G01 Y300

N70 G01 Z100

…

Если вы создаёте программу на компьютере и затем передаёте её на станок, то знак конца кадра помещается в конец каждого кадра УП при передаче в большинстве случаев автоматически.

Ошибка в программе обработки может повлечь за собой массу проблем. В лучшем случае ошибка обернется сломанным инструментом или брачной деталью, а в худшем — может привести к повреждению станка или травме оператора. Опытный программист знает, что дешевле и проще проверить программу заранее на компьютере, чем ошибиться при выполнении обработки на станке. Основной метод проверки УП на компьютере заключается в графической симуляции обработки. Такая симуляция может выглядеть как прорисовка траектории центра инструмента или как полная имитация механической обработки на станке с демонстрацией удаления материала.

1.1.3 Передача управляющей программы в станок После того, как вы создали и проверили программу обработки при помощи ПК, её необходимо передать на станок. Для передачи УП с компьютера в СЧПУ станка используется специальное коммуникационное программное обеспечение. В большинстве случаев связь осуществляется в соответствии со стандартом RS-232. При этом COM-порт компьютера соединяется с кабелем со специальным разъемом на корпусе станка или панели УЧПУ. Для передачи данных необходимо, чтобы УЧПУ станка и коммуникационная программа были синхронизированы. Это достигается соответствующей настройкой параметров СЧПУ и коммуникационной программы. Как правило, коммуникационная программа и кабель поставляются вместе со станком, а информация о настройке параметров СЧПУ для связи станка и компьютера можно получить из документации станка. Стоит отметить, что при передаче данных в соответствии с RS-232 желательно, чтобы длина кабеля не превышала 15 метров.

Для передачи УП, размер которых превышает свободный размер свободной памяти СЧПУ, используется режим DNC. Режим DNC или режим прямого числового управления позволяет выполнять программу обработки прямо из компьютера, не записывая её в память СЧПУ. УП считывается из компьютера в буфер памяти СЧПУ кадр за кадром. Как только система определяет, что один кадр выполнен, она его удаляет и загружает следующий, и так далее — до конца программы. Для работы в режиме прямого числового управления необходимо, чтобы СЧПУ станка было соответствующим образом подготовлено производителем, а на персональном компьютере находилась коммуникационная программа с поддержкой DNC режима.

Некоторые станки оборудованы собственными дисководами, что даёт возможность передавать УП и другие данные в СЧПУ при помощи традиционных программных носителей — дискет и флэш-карт.

«Продвинутые» СЧПУ поддерживают интерфейс Ethernet, что позволяет более быстро и удобно передавать данные. Также предусмотрена возможность выхода в Интернет для дистанционного мониторинга системы и решения проблем непосредственно производителем станка в режиме реального времени.

1.2 Программирование УЧПУ для токарного станка Перед программированием УЧПУ необходимо выполнить ряд подготовительных вычислений и операций:

1. Провести анализ, форму и конфигурацию детали.

2. На основе анализа детали выбрать заготовку (пруток, литая заготовка близкая к форме детали).

3. Выбор инструмента.

4. Составление технологического маршрута обработки детали.

5. Расчёт режимов резания.

6. Разработка управляющей программы.

Рисунок 1.4 — Чертёж детали

1.2.1 Анализ, формы и конфигурации детали Деталь представляет собой тело вращение (возможность изготовления на станках токарной группы). При изготовлении детали необходимо проточить три канавки различного размера, нарезать резьбу и просверлить отверстие.

1.2.2 Выбор заготовки Заготовку выбираем таким образом, чтобы как можно меньше металла уходило в стружку для экономии материала в соответствии с этим принимается форма заготовки, изображённая на рисунке 1.5. Заготовка выполняется штамповкой из стали 45 ГОСТ 1050–74 методом горячего прессования.

Рисунок 1.5 — Эскиз заготовки

1.2.3 Выбор инструмента Для черновой и чистовой обработки основных поверхностей детали выбираем проходной подрезной резец с многогранной режущей пластиной (? = 95°, ?_{1 = 5°), ГОСТ 27 301–87 Т5К10.}

Рисунок 1.6 — Резец для черновой и чистовой обработки Для прорезания канавок выбираем отрезной резец из быстрорежущей стали по ГОСТ 18 874–83 из сплава Т5К10. Номер инструмента в управляющей программе Т2.

Рисунок 1.7 — Резец для обработки канавок Для нарезания резьбы выбираем резьбовой резец с пластиной из твёрдого сплава Т15К6 по ГОСТ 18 885–73.

Рисунок 1.8 — Резец для нарезания резьбы Для сверления отверстия выбираем сверло O20 из сплава Т15К6 для сверления глубоких отверстий по ОСТ И-20−2-80.

Рисунок 1.9 — Сверло

1.2.4 Технологический маршрут детали Для данной детали технологический маршрут выглядит следующим образом.

Операция 010 Заготовительная. Штамповка.

Операция 020 Фрезерно-центровалъная. Фрезеровать торцы в размер

290, выполнить центровые отверстия до 010.

Операция 030 Токарная.

Переход 1. Точить основные поверхности предварительно согласно указанных размеров, оставив припуск на чистовую обработку инструментом Т1.

Переход 2. Точить основные поверхности окончательно согласно указанных размеров инструментом Т1.

Переход 3. Точить прямоугольные канавку согласно указанных размеров инструментом Т2.

Переход 4. Точить галтель и фаску согласно указанных размеров инструментом Т1.

Переход 5. Нарезать резьбу согласно указанных размеров инструментом Т3.

Переход 6. Просверлить отверстие согласно указанных размеров инструментом Т4.

1.2.5 Определение режимов резания Определение режимов резания сводится к определению материала режущей части инструмента, числа оборотов вращения шпинделя, скорости вращения шпинделя, хода и подачи инструмента. Полученные данные представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 — Режимы резания

1.2.6 Разработка управляющей программы По рассчитанным в таблице 1.3 режимам резания составим управляющую программу. Кадры программы представлены в таблице 1.4 с пояснениями.

Таблица 1.4 — Управляющая программа

1.2.7 Ввод программы в УЧПУ

Настройка станка и ввод программы осуществляются в следующем порядке. Прежде всего, выполняется размерная привязка каждого инструмента к системе координат станка. Эта процедура осуществляется методом пробных рабочих ходов с обработкой цилиндрических поверхностей (ось X) и торцов (ось Z) с последующим измерением фактически полученных размеров, которые учитываются затем при вводе в память УЧПУ координат исходных точек движения инструментов.

Программа набирается на пульте оператора, предварительно составленная технологом-программистом на специальном бланке.

1.3 Программирование работы координатно-пробивного пресса Программирование координатно-пробивного пресса осуществляется с помощью ручного ввода программы непосредственно на пульте УЧПУ, с внешнего гибкого диска, с помощью ПК через порт RS-232. В целом методика программирования и ввода программы в память УЧПУ соответствует методикам, применяемым для фрезерного станка, описанным ранее.

Перед началом программирования необходимо выполнить ряд подготовительных операций:

1. Определение метода обработки будущей детали.

2. Определение положения зажимов листа.

3. Проверка номера инструмента и номера станции.

4. Определение последовательности штамповки.

5. Вычисление значения координат.

6. Проверка.

Рисунок 1.10 — Чертёж детали

1.3.1 Определение метода обработки Деталь, изображённая на Рисунке 1.10, изготавливается из листового металла. Следовательно, данную деталь можно изготовить методом холодной листовой штамповки.

1.3.2 Определение положения зажимов Зажимы листа необходимо выставить таким образом, чтобы обеспечить равномерную фиксацию заготовки. При неравномерной фиксации возможны повышенные вибрации листа и как следствие неточности в изготовлении деталей. Также при программировании необходимо избежать попадания детали в мёртвую зону зажима.

1.3.3 Проверка номера инструмента и номера станции Круглое отверстие O4 мм — вырубка пуансоном O4 мм.

Круглое отверстие O8 мм — вырубка пуансоном O8 мм.

Круглое отверстие O60 мм — вырубка пуансоном O60 мм.

Контур детали — вырубка пуансоном 5*85 мм и пуансоном 10*110 мм.

1.3.4 Определение последовательности штамповки

1. Четыре отверстия O8 мм — станция в инструментальной головке Т304.

2. Восемь отверстий O4 мм — станция в инструментальной головке Т203.

3. Два отверстия O60 мм — станция в инструментальной головке Т219.

4. Обработка вертикального контура детали прямоугольным пуансоном 5*85 мм — станция в инструментальной головке Т255.

5. Обработка горизонтального контура детали прямоугольным пуансоном 10*110 мм — станция в инструментальной головке Т201.

1.3.5 Вычисление значения координат Таблица 1.5 — Определение значения координат

После выполнения всех подготовительных операций можно перейти непосредственно к составлению текста программы.

Таблица 1.6 — Управляющая программа

Схематично результат выполнения программы изображён на Рисунке 1.18.

Рисунок 1.18 — Схема размещения деталей на заготовке Рисунок 1.19 — Масштаб, А — микро соединение

1.4 Постановка задачи проектирования Рассмотренные способы и методы программирования различного оборудования с ЧПУ позволяют сделать следующие выводы:

1. Каждый станок работает под управлением программы составленной на языке, воспринимаемом только данным станком. Использование такой программы невозможно на другом оборудовании.

2. Целесообразно разработать такое универсальное программное средство, которое преобразовывало бы чертеж детали, выполненный на любом языке высокого уровня (C++, AutoCAD, Компас и т. д.) в язык любого станка с ЧПУ.

2. Специальный раздел

2.1 Разработка структуры программы Транслятор по существу это компилятор, который осуществляет перевод программы с одного немашинного и необъектного языка на другой немашинный и необъектный язык. Если рассматривать ситуацию, когда реализуется перевод только с одного языка на один другой, то процесс такого преобразования состоит из двух этапов — анализа и синтеза.

На этапе анализа выполняется распознавание текста исходной программы. Создание и заполнение таблиц идентификаторов. Результатом его работы является внутреннее представление программы, понятное транслятору.

На этапе синтеза на основании внутреннего представления программы и информации, содержащейся в таблице идентификаторов, порождается текст результирующе программы.

Кроме того, в составе конвертора присутствует часть, ответственная за анализ и исправление ошибок, которая должна при наличии ошибки в тексте исходной программы максимально полно информировать пользователя о типе ошибки и месте ее возникновения. В лучшем случае конвертор должен предложить пользователю вариант исправления ошибки.

С учетом этого конвертор с одного языка на один другой имеет обобщенную структурную схему, изображенную на рисунке 2.1.

С точки зрения теории формальных языком конвертор выполняет две основные функции:

— функцию распознавателя для языка исходной программы;

— функцию генератора для результирующей программы.

Распознаватель должен получить на вход цепочку символов входного зыка. Проверить ее принадлежность языку и выявить правила, по которым эта цепочка была построена. Генератором цепочек входного языка является пользователь — автор входной программы.

Рисунок 2.1 — Обобщенная структурная схема конвертора (один канал) Генератор языка результирующей программы должен построить на выходе цепочку выходного языка по его правилам. Распознавателем этой цепочки является устройство формирования управляющей программы для ЧПУ.

В соответствии с теорией построения компиляторов блок анализа решает три задачи:

— лексический анализ;

— синтаксический разбор;

— семантический анализ.

Вместе с тем, программирование для станков с ЧПУ имеет ряд существенных особенностей, в первую очередь связанных с необходимостью выполнения различных математических преобразований.

2.2 Разработка математического обеспечения Машинная арифметика основывается на декартовой системе координат, где X, Y, Z — основные программные координаты, I, J, K — дополнительные (при расчёте круговой интерполяции и заходов на эквидистанту обрабатываемого контура). Координата A — поворотное устройство. Расположение основных осей координат в станках с ЧПУ представлено на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 — Расположение осей координат в станках с ЧПУ (а); правосторонняя система координат (б) Математический переход из системы ПК в систему Маяк осуществляется по следующей методике, которая показана на примере расчёта радиусов по G2, G3 (круговой интерполяции).

Эта задача предназначена для пересчёта круговой интерполяции и заходов на эквидистанту контура детали.

Алгоритм расчёта радиусов основан на расстоянии удаления точки центра радиуса от начальной точки радиуса (в относительной системе исчисления) и от ноля детали до центра радиуса (в абсолютной системе исчисления).

На рисунке 2.3 изображен эскиз обрабатываемой детали (контура).

Рисунок 2.3 — Эскиз обрабатываемой детали (контура) Линии a и b отображают разницу расчётов радиусов при программировании в системах ВМ и Маяк.

Линия со стрелкой a — система Маяк (абсолютная система).

Линия со стрелкой b — система ВМ (относительная система).

Формула пересчёта радиусов.

I — значение I координаты в обрабатываемом кадре.

J — значение J координаты в обрабатываемом кадре.

X_pred — значение координаты X в предыдущем кадре.

Y_pred — значение координаты Y в предыдущем кадре.

I = X_pred + I;

J = Y_pred + J

Результаты преобразования приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Результаты преобразования

Из таблицы 2.1 следует, что нумерация кадров в обработанной программе восстановилась, лишние пробелы удалены.

В кадре N2 расставлены пропущенные точки (таков синтаксис программы обработки для станков с ЧПУ).

В кадре N3 рассчитаны и добавлены недостающие координаты захода.

В кадре N5 пересчитаны координаты I и J в соответствии с заданным методом обработки.

Эскиз линейных заходов на эквидистанту контура детали по G41 G42 представлен на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 — Эскиз линейных заходов на эквидистанту контура детали по G41 G42

Точка захода находится на линейном участке контура.

В данном случае вычисление производится по формуле:

I = X_sled — X_nast;

J = Y_sled — Y_nast,

где I — значение I координаты в обрабатываемом кадре.

J — значение J координаты в обрабатываемом кадре.

X_sled — значение Х в следующем кадре.

X_nast — значение Х в настоящем кадре.

Y_sled — значение Y в следующем кадре.

Y_nast — значение Y в настоящем кадре.

Результаты преобразования приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 — Результаты преобразования

Из таблицы 2.2 следует, что изменению подверглись кадры № 2, 3, 4.

Эскиз заходов по радиусу на эквидистанту контура детали по G41 G42 изображен на рисунке 2.5

Рисунок 2.5 — Эскиз заходов по радиусу на эквидистанту контура детали по G41 G42

Расчёт захода на радиус несколько отличается от захода на линейный размер. Здесь важную роль играет вектор направления в зависимости от четверти, на которую направлен вектор на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 — Выбор вектора направления в зависимости от четверти Расчет осуществляется в соответствии с логическими условиями.

Сначала рассчитывается значение (I и J) из следующего кадра.

Логическое решение задачи.

Если G3, то проверяется значение заданных координат:

Если I_sled > 0 и J_sled >= 0, то I = 1, J = -1;

Если I_sled < 0 и J_sled <= 0, то I = -1, J = 1;

Если I_sled < 0 и J_sled >= 0, то I = 1, J = 1;

Если I_sled > 0 и J_sled <= 0, то I = -1, J = -1

Если G2, то проверяется значение заданных координат:

Если I_sled > 0 и J_sled >= 0, то I = -1, J = 1;

Если I_sled < 0 и J_sled <= 0, то I = 1, J = -1;

Если I_sled < 0 и J_sled >= 0, то I = -1, J = -1;

Если I_sled > 0 и J_sled <= 0, то I = 1, J = 1,

где J_nast — значение J в обрабатываемом кадре;

J_sled — значение J в следующем кадре.

I_nast — значение I в настоящем кадре.

I_sled — значение I в следующем кадре.

Y_nast — значение Y в настоящем кадре.

X_nast — значение X в настоящем кадре.

I и J — служат для определения знака в выражении.

Расчет производится по формулам:

I_nast = Y_nast + J_sled

J_nast = X_nast + I_sled

с учетом условий:

если I = -1 и J > 0, то J_nast:= -J_nast;

если I = 1 и J < 0, то J_nast:= -J_nast;

если J = -1 и I > 0, то I_nast:= -I_nast;

если J = 1 и I < 0, то I_nast:= -I_nast.

2.3 Разработка алгоритмического обеспечения

2.3.1 Разработка обобщенного алгоритма программы конвертирования Схема обобщенного алгоритма программы-конвертера приведена на листе 39.

2.3.2 Разработка алгоритма метода выбора обработки Алгоритм описывает метод выбора обработки пользователем в зависимости от назначения конечного результата. В алгоритме используется графическая оболочка метода выбора обработки. В результате реализации алгоритма программа настраивается для обработки заданным методом.

Алгоритм выполняется по шагам.

1. Если Form2. PC_MAYAK.Checked, то переход к п. 2.

2. pc_mayak (bufer).

3. Если Form2. PC_VM.Checked, то переход к п. 4.

4. pc_vm (bufer).

5. Если Form2. VM_MAYAK.Checked, то переход к п. 6.

. vm_mayak (bufer).

7. Если Form2. MAYAK_VM.Checked, то переход к п. 8.

8. mayak_vm (bufer).

9. Bufer:= ''.

10. Inc (m).

11. конец.

Условные обозначения, используемые в описании алгоритма, приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 — Условные обозначения

Схема алгоритма модуля выбора метода обработки изображена на листе 40.

2.3.3 Разработка алгоритма выбора вспомогательных методов обработки Алгоритм описывает дополнительные (вспомогательные) методы выбора обработки данных. В результате выбора подключаются дополнительные возможности (удаление пробелов, пустых строк и последовательная нумерация кадров). В алгоритме используется графическая оболочка метода выбора обработки. В результате реализации алгоритма программа настраивается для обработки дополнительными методами.

Алгоритм выполняется по шагам.

1. Если Form1.Probel.Checked, переходим к п. 2.

2. DelProbel (bufer).

3. Если Form1.NomerKadra.Checked, то переходим к п. 4.

4. nomerkadra (bufer).

5. Если Form1.PustoStr.Checked, то переход к п. 6.

6. pustostroka.

7. Bufer:= '.

8. Inc (m.

9. конец.

Условные обозначения, используемые в описании алгоритма, приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 — Условные обозначения

2.4 Разработка алгоритма конвертирования Алгоритм описывает конвертирование исходного текста программы для станков с ЧПУ. В результате программа пересчитывает все исходные координаты из одной системы программирования в другую.

Алгоритм выполняется по шагам.

1. Если (pos ('%', kadr) <> 0) or (pos ('$', kadr) <> 0), то переход к п. 28.

2. Если pos ('X', kadr) <> 0, то переход к п. 3 иначе к п. 5.

3. NaytiKoordinatu (kadr,'X', vyh).

4. PreobrazovanieMayak (X_nast, kadr).

5. uslovie:= FindVstavki ('X', kadr).

6. DobavitTochku (s).

7. insert (Concat ('X', s), kadr, uslovie).

8. Если (pos ('G42', kadr) <> 0) or (pos ('G41', kadr) <> 0), то пер к п. 9.

9. Если pos ('X', kadr) = 0, то переход к п. 10.

10. uslovie:= FindVstavki ('X', kadr).

11. Insert ('X' + s, kadr, uslovie).

12. Если (pos ('I', Stroka. Strings[Succ (m)]) <> 0) and (pos ('J', Stroka. Strings[Succ (m)]) <> 0), то переход к п. 13 иначе к п. 16.

13. Naytikoordinatu (Stroka.Strings[Succ (m)], 'I', st).

14. Naytikoordinatu (Stroka.Strings[Succ (m)], 'J', st).

15. Podhod_G41_G42_radius.

16. Podhod_G41_G42_line.

17. Если pos ('I', kadr) <> 0, то переход к п. 18.

18. NaytiKoordinatu (kadr, 'I', st).

19. PreobrazovanieMayak (X_sled, kadr).

20. uslovie:= pos ('I', kadr).

21. Если uslovie <> 0, то переход к п. 22.

22. NaytiKoordinatu (kadr,'I', vyh).

23. Если oshibka = 1, то переход к п. 24.

24. I:= X_pred + I.

25. preobrazovanieMAYAK (I, kadr).

26. X_pred:= X_nast.

27. Y_pred:= Y_nast.

28. конец.

Условные обозначения, используемые в описании алгоритма, приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 — Условные обозначения

Схема алгоритма конвертирования изображена на листе 43.

2.5 Разработка программного обеспечения Программа-конвертер применяется для автоматизации процесса пересчёта исходного текста (кода) программ для станков с ЧПУ. При этом программа использует человеко-машинный интерфейс: человек выбирает, чем оперировать и параметры обработки данных, а программа выполняет все необходимые расчеты.

Для начала работы следует загрузить текстовый файл (программный код для станка с ЧПУ), и задать параметры его обработки. После этого программа производит пересчёт координат из данной в заданную систему программирования.

Программа разработана в среде программирования Borland Delphi 7.

2.5.1 Функциональное назначение Программа выполняет конвертирование (пересчёт) исходных координат в заданную систему ЧПУ. Программа использует алгоритмы, описанные в подразделах 2.2−2.4.

Для функционирования программы необходим следующий комплекс технических средств:

процессор Pentium III 500 МГц и выше;

подсистема занимает около 5 Мб оперативной памяти. Дополнительно к этому программа выделяет дополнительную память под текстовые файлы, загруженные в её оболочку;

для размещения ОС Windows XP и прикладных задач на жестком диске необходимо минимально 1,5 Гб свободного пространства. На диске программа занимает 625 килобайт памяти. Дополнительное место на диске занимают текстовые файлы используемые программой, а также файлы создаваемые программой. С учетом этого на диске необходимо выделить достаточное пространство для всех файлов (от 10 Мб и выше);

видеоподсистема с объемом памяти 32 Мб;

цветной SVGA монитор с диагональю не менее 15'' и разрешением не ниже 800×600 (рекомендуется 1024×768);

русифицированная клавиатура;

манипулятор «мышь».

2.5.2 Описание информации Вся входная и выходная информация — это текстовые файлы, написанные программистом вручную либо сгенерированные специальной графической программой обработки.

2.5.3 Используемые подпрограммы В программе использованы следующие подпрограммы:

NaytiKoordinatu — нахождения значения заданной координаты;

DobavitTochku — добавление необходимой точки;

Podhod_G41_G42_radius — расчёт радиусов при заходе инструмента на эквидистанту контура обрабатываемой детали;

preobrazovanieVM — преобразует строку, удаляет и вставляет подстроку (система ВМ);

preobrazovanieMAYAK — преобразует строку, удаляет и вставляет подстроку (система Маяк);

Podhod_G41_G42_line — расчёт линейных заходов на эквидистанту контура обрабатываемой детали;

FindVstavki — поиск места вставки заданной координаты;

DelProbel — удаление всех пробелов;

Pustostroka — удаление всех пустых строк;

Nomerkadra — восстановление последовательной нумерации кадров;

PC_MAYAK — пересчёт координат из системы Синумерик в систему Маяк;

VM_MAYAK — пересчёт координат из системы ВМ в систему Маяк;

MAYAK_VM — пересчёт координат из системы Маяк в систему ВМ;

PC_VM — пересчёт координат из системы Синумерик в систему ВМ;

2.6 Контрольный пример Контрольный пример предназначен для проверки корректности работы программы. В качестве исходных данных использовался текстовый файл программы обработки. В результате обработки (конвертирования) правильной исходной программы получается полностью работоспособная программа для станков с ЧПУ. Обработка подразумевает использование всех методов конвертирования. При использовании заведомо неверных координат и создании исключительных ситуаций выдается сообщение об ошибке.

В результате обработки данных контрольного примера получены текстовые файлы для различных систем программирования. Они проверены и просчитаны вручную и полностью соответствуют выбранной системе конвертирования.

3. Технологический раздел

3.1 Технология разработки интерфейса пользователя В соответствии с техническим заданием программа конвертирования исходного текста программы работы станка с ЧПУ из одной системы программирования в другую разработана под ОС Windows. Такие программы могут быть написаны на различных языках программирования, но в настоящее время считается наиболее целесообразным использование языков Object Pascal, C++, С#. При этом, практически все достаточно сложные приложения создаются с использованием систем программирования, под которыми понимают комплекс программных средств, предназначенных для кодирования, тестирования и отладки прикладного и системного программного обеспечения. В качестве таких систем наиболее широкое применение в настоящее время находят системы программирования С++ Builder, Delphi и Visual C#.net.

Применение систем программирования существенно изменило и технологию разработки программ. Это обусловлено внедрением в современные системы программирования так называемых «языков четвертого поколения» — 4GL (four generation languages), а также поддержки ими систем «быстрой разработки программного обеспечения» — RAD (rapid application development). В данном разделе дипломного проекта использовалась технология разработки программы с использованием системы программирования Borland Delphi 7.

Borland Delphi 7 — одна из самых мощных систем, позволяющих на самом современном уровне создавать как отдельные прикладные программы Windows, так и разветвленные комплексы, предназначенные для работы в корпоративных сетях и Internet.

C одной стороны Borland Delphi 7, совмещая все прогрессивные возможности визуального проектирования и методологии объектно-ориентированного программирования, представляет собой по существу — средство автоматизации программирования, позволяющего существенно упростить и ускорить процесс создания проекта [8], с другой — требует от разработчика знаний основных концепций и средств ОС Windows.

Программа на Delphi 7 состоит из объявлений (переменных, констант, типов, классов, функций) и описаний функций. Среди функций всегда имеется главная функция для работы с приложениями Windows — WinMain. Эта функция формируется автоматически, с нее начинается работа программы. Она выполняет только некоторые подготовительные операции, необходимые для начала работы. Вся дальнейшая работа приложения определяется происходящими событиями и реакцией на них объектов.

Программы строятся по модульному принципу и состоят из нескольких модулей. Все объекты компонентов размещаются в объектах — формах. Для каждой формы Borland Delphi 7 создает отдельный модуль.

После написания программы на ее основе создан выполняемый файл (модуль). Вначале работает препроцессор, осуществляющий преобразование исходного текста в соответствии со специальными директивами препроцессора, имеющимися в исходном тексте. После завершения работы препроцессора начинает работать компилятор, выполняя перевод текстов модулей в машинный (объектный) код. После окончания работы компилятора начинает работать компоновщик, объединяющий объектные файлы в единый загрузочный выполняемый модуль, имеющий расширение .ехе. Этот модуль можно запускать на выполнение.

Существует несколько возможных технологических подходов к проектированию приложений в Borland Delphi 7. В данном дипломном проекте выбрана технология на основе списка действий, управляемых специальными компонентами.

В соответствии с этой технологией разработка приложения (проекта в терминах системы программирования) включает два основных этапа, выполняемые в следующей последовательности:

1) составление первоначального (базового) списка действий, которые пользователь может выполнять с помощью данного приложения через разделы меню, инструментальные панели, кнопки и другие элементы управления. В дальнейшем этот базовый список может корректироваться — дополняться и уточняться;

2) разработка графического интерфейса пользователя.

Под действием (action) в проекте понимается реализация некоторого поведения, являющегося реакцией на поступок пользователя, такой, как щелчок мыши, щелчок по соответствующей кнопке или на разделе меню — инициаторе действия или интерфейсном компоненте действия. Обработчики подобных стандартных действий реализованы в Borland Delphi 7 классами, наследующими базовому классу TAction.

В дипломном проекте с использованием среды программирования Borland Delphi 7 разработан графический интерфейс пользователя. Под графическим интерфейсом пользователя понимается тип экранного представления, при котором пользователь может выбирать команды, запускать Задачи и просматривать списки файлов, указывая на пиктограммы или пункты в списках меню, показанных на экране. Существует множество рекомендаций по разработке графического интерфейса пользователя, но все они сводятся к двум основным понятиям: