Разработка управляющих программ в стандарте STEP-NC

Фаза изготовления.

Фаза микропланирования.

Микроплан - это шаги операций, осуществляемые числовым программным управлением. Он содержит чертежи и управляющие программы для станков с ЧПУ.

Стратегия фазы микропланирования заключается в том, чтобы принять информацию в формате АР213, выстроенную как стабильная модель для стандартного входа в САМ-систему.

САМ-система выполняет микропланирование в формате АР238 на основе стандарта STEP-NC для каждого станка из тех, которые определены маршрутом операций. При этом САМ-системы проецируют траектории инструментов и постпроцессируют (переводят) их в формат кода ISO-7bit так, чтобы обеспечить совместимость с конкретной системой ЧПУ. Кроме того, разрабатываются схемы установок и коррекции инструментов, а также подробные инструкции оператору.

Фаза изготовления, как переход CAM-NC, пока не реализована. Для прямого использования инструкций STEP AP238 должны быть разработаны системы ЧПУ очередного поколения, которые смогут воспринимать формат STEP-NC вместо языка ISO-7bit (ISO 6983).

Программирование современных систем ЧПУ до сих пор подчиняется стандарту ISO 6983 (DIN 66025), который был разработан больше 50 лет назад. Стандарт поддерживает только простые команды для элементарных перемещений и логических операций. Управляющие программы в стандарте ISO 6983 содержат незначительное количество информации, полученной на уровне систем CAD-CAM. Этот стандарт не позволяет создавать двусторонний обмен информацией между CAM-NC-уровнями.

В отличие от существующего стандарта ISO 6983, стандарт STEP-NC (ISO 14649) позволяет создавать двусторонний обмен информацией. Онпредлагает модель того, что нужно сделать, а не детали того, как осуществлять траекторные перемещения и выполнять команды логических переключений.

Согласно новому стандарту ISO 14649 модель представляет процесс получения изделия из заготовки путем удаления типичных форм (features), а также условного или безусловного выполнения ассоциированных с типичными формами переходов (workingsteps). Удаления осуществляется в потоке управления, который задается исполняемыми блоками (executables). При этом используемый инструмент отвечает всем необходимым требованиям и обеспечивает необходимое качество обработки.

Эта модель использует информацию, представленную в форматах АР204 и АР213, вплоть до этапа интерпретации управляющей программы. Такая модель обеспечивает значительные преимущества перед существующей схемой программирования. Однако система управления должна быть способной интерпретировать подобную информацию и генерировать необходимые перемещения и циклы.

Стандарт ISO 14649 устанавливает ряд компонентов функциональности UOF (Units of Functionality):

• проект (project);

• изделие (workpiece);

• типовая форма (feature);

• исполняемый блок (executable);

• переход (operation);

• траектория инструмента (toolpath);

• измерение (measures).

Отношения между компонентами показаны на рисунке 1.16 в виде упрощенной графической версии объектно-ориентированного языка EXPRESS, который служит средством описания всех прикладных протоколов STEP.

Ядро модели STEP-NC представляет собой план операций (workplans), то есть последовательность исполняемых объектов (executables). Исполняемые объекты инициируют активность станка.

Существуют три типа исполняемых объектов: собственно план операции (workplan), функция ЧПУ (NCfunction) и шаг операции (workingstep).

Шаг операции workingstep описывает процессы, в которые привлечены интерполируемые координатные оси. В отличие от этого функции ЧПУ (NC function) сопоставлены единичным событиям и с интерполяцией не связаны. Шаг операции workingstep является важнейшим строительным блоком управляющей программы ЧПУ стандарта STEP-NC ІSO 14649. Блоки могут быть нейтральными действиями – ускоренными перемещениями rapid movement, измерительными циклами touch probing, а также технологическими шагами операции machining workingstep.

Рисунок 1.16 - Отношения между компонентами функциональности в стандарте ISO 14649

Реальное содержание шага операции workingstep специфицировано в объекте-переходе operation. Существует возможность повторного использования информации перехода operation (но не workingstep) для нескольких типичных форм обработки features.

Итак, переход operation может быть ассоциирован с многими типичными формами (features) и использован в разных местах. Он содержит технологический алгоритм (включая стратегию внедрения в материал и вывода инструмента) и указания по настройкам. Переходы имеют черновую и чистовую версии. Предполагается, что интеллектуальные системы ЧПУ будут самостоятельно рассчитывать траектории инструмента для стандартных типичных форм.

Обобщающим компонентом функциональности служит проект. Суть в том, что общая модель STEP-NC может включать описания нескольких изделий и множество планов операций. Проект устанавливает стартовую точку, идентифицируя главный план операций. Управляющая программа для станка с ЧПУ должна быть представлена в формате физического файла (рис. 1.17).

Первая секция программы служит заголовком (header). Здесь представлена информация общего характера и комментарии (имя файла, автор, дата и др.).

Рисунок 1.17 - Структура управляющей программы для станков с ЧПУ

Дальше следует секция данных, которая приоткрывается ключевым словом Data. Эта секция делится на три части: план операций (исполняемые блоки), технологические и геометрические описания. Один из исполняемых блоков содержит структуру программы. Для того чтобы изменить последовательность операций, довольно внести изменения лишь в этот блок.

Пример использования управляющей программы в подобном виде (стандарт ISO 10303-21) демонстрируется фирмой Siemens:

File:

Header

#1=Project (Workplan #10);

#10=Workplan(#20, #35, #71,...);

…

#20=Machining_Workingstep (#(Feature), #22(Operation));

#21=Round_hole ('Hole M6'.....);

#22=Drilling (#... (Tool),,,#... (Technology), #... (Machine_functions));

…

#35=Machining_Workingstep (...);

ISO-10303-21

Использование такого формата дает ясное представление о процессе обработки.

Нужно иметь в виду, что синтаксис ISO 10303-21 (STEP часть 21 - кодирование в текстовой форме) не допускает расширений и не предусматривает использования гипертекстовых механизмов. В связи с этим возникли предложения по использованию в управляющих программах ЧПУ языков EXPRESS и XML.

Язык XML имеет большую гибкость и возможности к расширению, что обеспечивает ему следующие преимущества:

· XML-документы могут быть обработаны Web-браузерами. При этом технология браузеров позволяет визуализировать сущности.

· XML-описания обычно используются в обмене нейтральными данными, но могут быть также использоваться в разделяемых специализированных базах данных и архивах.

Если модель содержит EXPRESS-схему, то ее можно конвертировать в XML DTD (Document Type Declaration) с использованием специальных правил отображения.

Использование EXPRESS-репозитория и XML DTD позволяет получить XML-файл для системы ЧПУ. Схема генерации управляющей XML-программы (NC-файла) с EXPRESS-модели данных CNC показана на рисунке 1.18.

Рисунок 1.18 - Схема генерации управляющей XML-программы ЧПУ

Преимущества новых языков описания информационных моделей можно видеть из сопоставления существующей модели (ISO 6983), представленной на рисунке 1.19, и перспективной модели (ISO 14649) управляющих программ ЧПУ, представленной на рисунке 1.20.

Из рисунка 1.19 видно, что в существующей модели (ISO 6983) управляющая программа, написанная на языке ISO-7bit, не дает формального определения процесса обработки. Здесь технологический процесс задан неявно, что неудобно для редактирования, архивирования и повторного использования.

Из рисунка 1.20 можно сделать вывод, что при применении стандарта ISO 14649 и языка EXPRESS технологический процесс имеет явное представление, которое создает удобства в редактировании, архивировании и повторном использовании программ.

Рисунок 1.19 - Существующая модель управляющей программы ЧПУ

Рисунок 1.20 - Перспективная модель управляющей программы ЧПУ

Итак, новые языки программирования работают с технологическими задачами, привязанными к типичным формам (features). Одной из таких задач может быть, например, обработка кармана.

Таким образом, использование STEP-синтаксиса позволяет осуществить прямой обмен информацией между CAD/CAM/CNC системами. Если к геометрическим данным, которые импортируются непосредственно в систему ЧПУ, прибавить технологическую информацию, то управляющая программа может быть сгенерирована системой ЧПУ. Но для этого необходимо, чтобы система ЧПУ имела соответствующий интерпретатор управляющей программы.