Основы программирования для станков с ЧПУ в САМ-системе


И. Е. Колошкина








        ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ В САМ-СИСТЕМЕ


Учебник
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 621.9.06
ББК 34.630.2
    К61


Рецензенты:
доктор технических наук, заведующий кафедрой компьютерных технологий и систем Брянского государственного технического университета
А. В. Аверченков;
кандидат педагогических наук, заведующая кафедрой теории и методики профессионально-технологического образования Брянского
государственного университета им. ак. И. Г. Петровского С. Е. Саланкова


    Колошкина, И. Е.
К61      Основы программирования для станков с ЧПУ в САМ-системе : учеб-
     ник / И. Е. Колошкина. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. -260 с. : ил., табл.
         ISBN 978-5-9729-0949-0

     Приведены примеры выполнения различных типовых действий при подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ в САМ-системе. Подробно разобраны примеры разработки управляющих программ по объемной модели последовательно по каждому конструктивному элементу изделия и комплексное автоматическое программирование в модуле САМ Expert для механической обработки детали на станках с ЧПУ. Приведены образцы подготовки управляющих программ для выполнения фрезерно-сверлильных работ, имеются задания различной сложности для самостоятельного проектирования.
     Для студентов образовательных учреждений СПО машиностроительных специальностей. Может быть полезно для всех интересующихся вопросами программирования для автоматизированного производственного оборудования.

                                                     УДК 621.9.06
                                                     ББК 34.630.2







ISBN 978-5-9729-0949-0

© Колошкина И. Е., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

СОДЕРЖАНИЕ


Введение........................................................5
Основные определения...........................................10
1. Общие сведения о программном управлении оборудованием.......13
2. Способы программирования для   станков  с ЧПУ...............15
3. Структура управляющей программы для станков с ЧПУ...........19
4. Виды САМ-систем.............................................22
5. Модуль управления технологическими данными ADEM CAM.........26
5.1. Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ для отдельного конструктивного элемента........................32
5.2. Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ в модуле автоматического проектирования ADEM CAM Expert........45
Практикум по автоматизированной разработке управляющих программ для станков с ЧПУ в системе ADEM CAD/CAM/CAPP.........52
Учебный элемент УЭ01. Настройка параметров проектирования в модуле CAD...................................................55
Учебный элемент УЭ02. Разработка 3D модели детали и совмещённой с ней модели заготовки.........................................63
Самостоятельная работа к УЭ02..................................71
Учебный элемент УЭ03. Разработка управляющей программы для сверления отверстий в плите на фрезерном станке с ЧПУ (конструктивный элемент «Отверстие»)...........................72
Самостоятельная работа к УЭ03..................................89
Учебный элемент УЭ04. Разработка управляющей программы для фрезерования наружного контура (конструктивный элемент «Плоскость»)...................................................90
Самостоятельная работа к УЭ04..................................114
Учебный элемент УЭ05. Разработка управляющей программы для фрезерования внутреннего контура (конструктивный элемент «Колодец»)....................................................115
Самостоятельная работа к УЭ05..................................134
Учебный элемент УЭ06. Разработка управляющей программы для фрезерования детали «Диафрагма» (конструктивные элементы -«Отверстие», «Окно», «Стенка») и комплекта технологической документации...................................................135
Самостоятельная работа к УЭ06..................................208

3

Учебный элемент УЭ07. Разработка управляющей программы для фрезерования детали «Корпус» в модуле CAM Expert.......209
Самостоятельная работа к УЭ07..............................230
Рекомендуемая литература...................................232
Приложения.................................................233
Приложение 1. Задания для совершенствования умений и навыков программирования для станков с ЧПУ в САМ-системе...........233
Приложение 2. Группы основных команд модуля CAD системы ADEM...............................................238
Приложение 3. Группы основных команд модуля САМ/САРР системы ADEM...............................................244
Приложение 4. Функции программирования оборудования с ЧПУ..249

4

ВВЕДЕНИЕ


     Повышение производительности механической обработки изделий в значительной степени зависит от уровня автоматизации технологических процессов. Одним из факторов такого решения является цифровизация производства в форме обработке деталей на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).
     Цифровое производство в условиях применения оборудования с ЧПУ представляет собой подготовку производства в единой виртуальной среде с помощью следующих инструментов:
     • разработка маршрута и операционных технологий;
     • подготовка управляющих программ с помощью САМ-системы;
     • верификация и оценка процессов обработки в виртуальном пространстве;
     • генерация документов (операционной технологии, управляющих программ).
     Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ - это качественно новый этап производства, на котором выполняется значительная часть работы, перенесенная из сферы непосредственного производства в область его технологической подготовки. Подготовка управляющих программ может выполняться в ручном, автоматизированном и автоматическом режимах.
     Основой подготовки специалистов для цифрового автоматизированного машиностроительного производства является сочетание получаемых теоретических знаний с практическими навыками работы в среде программноаппаратных комплексов сквозного проектирования и изготовления изделий. Для решения этой задачи в сфере разработки управляющих программ для станков с ЧПУ подготовлено теоретическое обоснование и разработан цикл практических работ, который реализуется в интегрированной компьютерной конструкторско-технологической системе ADEM CAD/CAM/CAPP. Имеется лицензионная версия этой программы для учебных заведений и свободно распространяемая учебная версия этой системы ADEM 9.0st с некоторыми ограничениями, её можно бесплатно скачать на сайте компании-разработчика www.adem.ru.
     Автоматизированное проектирование управляющих программ для станков с ЧПУ в САМ-системах выполняется на основе объёмных моделей обрабатываемого изделия, поэтому программист должен владеть приемами 3D моделирования. Учебное пособие состоит из двух разделов - теоретического и практикума, ориентировано на подготовку специалистов технологического профиля в учебных заведениях среднего профессионального образования и курсах повышения квалификации технологических работников предприятий в соответствии с профстандартом «Специалист по автоматизированной разра

5

ботке технологий и программ для оборудования с ЧПУ»¹. Пособие обеспечивает подготовку специалистов по программированию для станков с ЧПУ и является продолжением линейки ранее изданных учебников по этой тематике по компьютерной² и инженерной³ графике, цифровизации технологической подготовки производства⁴.
     В соответствии с вышеуказанным профстандартом перечень трудовых функций, которыми должен обладать выпускник СПО указан в таблице ниже.


Трудовые функции специалиста по автоматизированному проектированию

  Обобщенные трудовые функции             Трудовые функции           
                         Уровень                           Уровень  
Код     Наименование     квалифи- Наименование      Код   квалифика-
                          кации                              ции    
    Автоматизированная            Автоматизиро-                     
    разработка техноло-           ванная разработ-                  
    гий и программ для            ка управляющих                    
    2-координатной и              программ для                      
 А  2,5-координатной        5     простых опера-   А/02,5     5     
    обработки (далее -            ций обработки                     
    простых операций)             заготовок на                      
    заготовок на станках          станках с ЧПУ                     
    с ЧПУ                                                           

     На основании этих требований и разработано настоящее учебное пособие. В теоретическом разделе приведены сведения о программном управлении оборудованием, способах программирования для станков с ЧПУ, структуре управляющей программы, видах САМ-систем, описаны теоретические основы проектирования в модуле управления технологическими процессами САМ/САРР. Приведены рекомендации по организации учебного процесса по

      ¹ Приказ Министерства труда и социальной защиты РФ от 02.07.2019 № 463н об утверждении профессионального стандарта «40.089 Специалист по автоматизированной разработке технологий и программ для станков с числовым программным управлением».

      ² Селезнев В. А. Компьютерная графика: учебник и практикум для среднего профессионального образования / В. А. Селезнев, С. А. Дмитроченко. - 3-е изд., испр. и доп. -Москва: Издательство Юрайт, 2020. - 218 с.

      ³ Колошкина, И. Е. Инженерная графика.СЛИ: учебник и практикум для среднего профессионального образования / И. Е. Колошкина, В. А. Селезнев. - Москва: Издательство Юрайт, 2019. - 220 с.

      ⁴ Колошкина, И. Е. Автоматизация проектирования технологической документации: учебник и практикум для среднего профессионального образования / - М.: Издательство Юрайт, 2020. - 371 с.

6

обучению автоматизированной разработке управляющих программ для станков с ЧПУ.
     Структура практического раздела разработана в соответствии с рекомендациями Международного центра развития модульной системы обучения (проект Международной организации труда) для подготовки учебных пособий для профессионального образования и состоит из 7 учебных элементов. В этом разделе, с учетом нарастающей сложности, разобраны примеры разработки управляющих программ для выполнения фрезерно-сверлильных операций, выполняемых на станках с программным управлением, в автоматизированном режиме для отдельных конструктивных элементов и в автоматическом, с применением модуля CAM Expert. Для закрепления полученных знаний имеются задания для самостоятельного проектирования и задания повышенной сложности. Материалы, изложенные в этом разделе, соответствуют требованиям ГОСТ 23501.603-84. САПР. Подготовка управляющих программ для оборудования с ЧПУ.
     Выполнение предложенных практических работ позволяет студентам изучить все основные практические аспекты организации сквозного проектирования, технологической подготовки и изготовления изделий на современном машиностроительном предприятии, в результате работы с материалами учебника студенты должны освоить⁵:
     владеть навыками
     •  самостоятельной работы в интегрированных конструкторско-технологических компьютерных программах по разработке комплектов технологической документации и управляющих программ для обработки на станках с ЧПУ;
     уметь
     •  использовать информационные технологии для разработки комплектов технологической документации и управляющих программ в процессе производственной и образовательной деятельности;
     знать
     •  понимание структуры, роли и места комплексной САПР в производственной системе;
     •  порядок разработки управляющих программ для станков с УЧПУ в САМ-системе;
     •  структуру управляющей программы и содержание кадров;
     •  функции программирования оборудования с УЧПУ;
     •  порядок разработки и содержанию технологической документации для обработки на станках с ЧПУ.
     Так как подготовка будущих специалистов технологического профиля должна быть ориентирована на производственный процесс и соответствовать требованиям профессионального стандарта «Разработка технологических про

       ⁵ Федеральный государственный образовательный стандарт среднего профессионального образования по специальности 15.02.08 Технология машиностроения (утв. приказом Министерства образования и науки РФ от 18 апреля 2014 г. № 350).

7

цессов изготовления деталей машиностроения различной сложности», трудовые действия (необходимые знания и умения) включают:
     •  выбор схем базирования и закрепления заготовок деталей машиностроения;
     •  разработку технологических маршрутов изготовления деталей машиностроения;
     •  разработку технологических операций изготовления деталей машиностроения;
     •  выбор технологического оборудования, необходимого для реализации разработанных технологических процессов изготовления деталей машиностроения;
     •  выбор стандартных инструментов, необходимых для реализации разработанных технологических процессов изготовления деталей машиностроения;
     •  выбор стандартных приспособлений, необходимых для реализации разработанных технологических процессов изготовления деталей машиностроения;
     •  выбор стандартной контрольно-измерительной оснастки, необходимой для реализации разработанных технологических процессов изготовления деталей машиностроения;
     •  назначение технологических режимов выполнения технологических операций изготовления деталей машиностроения;
     •  установление норм времени на технологические операции изготовления деталей машиностроения;
     •  оформление технологической документации на технологические процессы изготовления деталей машиностроения.
     Все перечисленные трудовые действия успешно реализуются в среде интегрированных конструкторско-технологических систем.
     Изложенная в учебнике информация отражена в рабочих программах и в разной степени может быть использована при изучении следующих учебных дисциплин для специальности СПО 15.02.08 Технология машиностроения:
     •  Технология машиностроения.
     •  Программирование для автоматизированного оборудования.
     •  Информационные технологии в профессиональной деятельности.
     •  Технологические процессы изготовления деталей машин.
     •  Системы автоматизированного проектирования и программирования в машиностроении.
     •  Реализация технологических процессов изготовления деталей.
     •  Курсовое проектирование по технологии машиностроения и технологическая часть дипломных работ.
     Аналогичные требования относятся к подготовке по программам СПО по другим технологическим специальностям:

8

     •  15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств;
     •  15.02.14 Оснащение средствами автоматизации технологических процессов и производств;
     •  15.02.15 Технология металлообрабатывающего производства;
     •  15.01.32 Оператор станков с программным управлением;
     •  15.01.33 Токарь на станках с числовым программным управлением;
     •  15.01.34 Фрезеровщик на станках с числовым программным управлением;
     •  151902.01 Наладчик станков и оборудования в механообработке.
     Учебные занятия проводятся в компьютерном классе, рабочие места которого оснащены персональными компьютерами с мониторами не менее 21 дюйма с установленными интегрированными конструкторско-технологическими компьютерными программами, а также мультимедийными средствами для демонстрации учебного материала.
     Изложение нового материала сопровождается демонстрацией приемов программирования на демонстрационном экране, с комментариями преподавателя по каждому разовому действию. Принцип освоения нового материала -делай как я. Преподаватель на экране демонстрирует выполнение задания, а студент повторяет эти действия на своём рабочем месте ориентируясь на информацию изложенную в этом учебнике.
     Задания в учебных элементах разработаны с нарастающей степенью сложности и позволяют давать объективную оценку усвоения знаний, умений и навыков обучаемым. Выполнившим задание по подробной инструкции по проектированию, изложенной в учебном элементе, соответствует уровню «зачет». Для получения оценки «хорошо» необходимо выполнить задания для самостоятельной работы к каждому учебному элементу. Для получения повышенной оценки необходимо самостоятельно справиться с заданиями повышенной сложности к каждому учебному элементу из приложения 1.
     К числу преимуществ изданного пособия следует отнести наличие её электронной версии. Для самостоятельной работы обучаемых с электронными версиями учебного пособия предложено использование автоматизированного учебного места, организованное по принципу «один системный блок + два монитора». На одном мониторе открывается один из модулей системы для выполнения проектирования, на второй монитор выводится электронная версия учебника, по материалам которой студент пошагово выполняет необходимые построения на первом мониторе.
     Пособие соответствует требованиям Федеральных государственных образовательных стандартов образования и предназначено для студентов СПО, обучающихся по технологическим специальностям. Способствует подготовке специалиста технологического профиля новой формации, объединяющей в одном лице специальности - технолога, программиста для устройств с ЧПУ и нормировщика. Обучаемый, успешно освоивший полный курс подготовки по данному учебному пособию, по уровню знаний, умений и навыков будет соответствовать требованиям профстандарта специалиста по автоматизированному

9

проектированию по трудовой функции «Автоматизированная разработка управляющих программ для простых операций обработки заготовок на станках с ЧПУ» по 5-му уровню квалификации.
     Автор выражает надежду, что разработанные и апробированные в учебном процессе методические разработки, изложенные в этой книге, не только повысят компетентность студентов, но и помогут преподавателям в решении важнейших педагогических проблем при подготовке будущих квалифицированных специалистов для металлообрабатывающей отрасли, а также станут подлинным источником вдохновения и творческого поиска в профессиональной деятельности.

Основные определения

     База данных (БД) - структурированная совокупность данных.
     Ведомость оборудования (ВОБ) - документ, содержащий сведения на приобретение и монтаж средств технического обеспечения системы.
     Ведомость оснастки (ВО) - документ, содержащий сведения о полном составе технологической оснастки применяемой при изготовлении (ремонте) изделия
     Вспомогательное время - часть штучного времени, затрачиваемая на выполнение приемов, необходимых для обеспечения изменения и последующее определение состояния предмета труда.
     Вспомогательный переход - законченная часть технологической операции состоящая из действий человека и оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и состояния детали, но необходимы для выполнения технологического перехода (закрепление заготовок, смену инструмента и др).
     ЕСКД - Единая Система Конструкторской Документации, перечень требований и правил выполнения конструкторской документации.
     ЕСТД - Единая Система Технологической Документации, перечень требований и правил выполнения технологической документации.
     Детали - изделия, изготовленные из однородного по наименованию и марки материала без применения сборочных операций.
     ЖЦИ - жизненный цикл изделия.
     Карта эскизов (КЭ) - основной графический документ с наглядной информацией о выполняемой технологической операции (переходе).
     Комплектовочная карта (КК) - документ содержащий данные о деталях, сборочных единицах и материалах.
     Наладка - подготовка технологического оборудования и технологической оснастки к выполнению технологической операции.
     Маршрутная карта (МК) - один из основных документов технологического процесса в котором описывается весь процесс в технологической последовательности выполнения операций.
     Основное время - часть штучного времени, затрачиваемого на изменение и (или) последующее определение состояния предмета труда.


10

     Операционная карта (ОК) - документ для описания технологической операции с указанием последовательного выполнения переходов, данных о средствах технологического оснащения, режимах и трудовых затратах.
     Подготовительно-заключительное время - интервал времени, затрачиваемый на подготовку исполнителя и средств технологического оснащения к выполнению технологической операции и приведению последних в порядок после выполнения этой операции для партии предметов труда.
     Постпроцессор - программа, преобразующая CLDATA-файл траектории движения инструмента и технологических команд, сформированный CAD/CAM системой, в файл управляющей программы в соответствии с требованиями конкретного комплекса «станок - УЧПУ».
     САПР (система автоматизированного проектирования) - организационно-техническая система, состоящая из средств автоматизации проектирования и специалистов, выполняющая автоматизированное проектирование объекта.
     Технологическое оборудование - это средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическую оснастку.
     Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.
     Технологическая оснастка - средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса.
     Технологический переход - законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.
     Технологический процесс - часть производственного процесса, содержащую целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. К предметам труда относят заготовки и изделия.
     Управляющая программа (УП) - последовательность команд для определенного вида оборудования с программным управлением.
     Установ - часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении заготовки или собираемой сборочной единицы.
     Чертеж - изображение предметов (или предмета), выполненное по определенным правилам с указанием размеров, масштабов, состава и т. п., определяющие эти предметы.
     ЧПУ - компьютеризированное числовое программное управление оборудованием.
     Цифровизация - внедрение цифровых технологий в разные сферы жизни для повышения её качества и развития экономики, помогает выполнять рутинные задачи и принимать решения без участия человека.
     ADEM - интегрированная конструкторско-технологическая компьютерная система. ADEM - аббревиатура из первых букв слов Automatic Design

11

Engineering Manufacturing (автоматизированное черчение, проектирование, производство).
     CAE (Computer Aided Engineering) - автоматизированные расчеты и анализ.
     CAD (Computer Aided Design) - автоматизированное проектирование.
     CAM (Computer Aided Manufacturing) - автоматизированная технологическая подготовка производства.
     CAPP (Computer Aided Process Planning) - модуль проектирования технологических процессов.
     CLDATA - последовательность команд станку. CLDATA содержит команды перемещения инструмента, команды, не связанные с перемещением инструмента (например, включение/выключение шпинделя, охлаждения), справочную информацию (название УП, модель станка и т. п.
     2D - плоское изображение объекта, имеющее две оси.
     3D - пространственное изображение объекта, имеющее три оси.

12