Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Программирование обработки на оборудовании с ЧПУ. Том 1

Покупка
Артикул: 800970.01.99
Доступ онлайн
1 800 ₽
В корзину
Изложены теоретические основы и практические методы программирования обработки на станках и роботах с ЧПУ в соответствии с профессиональной деятельностью бакалавров и инженеров по направлению «Автоматизация технологических процессов и производств». Описаны языки представления знаний и модель жизненного цикла изделий машиностроения. Дано описание основных характеристик оборудования с ЧПУ, оснастки, систем ЧПУ и автоматизированного программирования. Приведены физические принципы и методы программирования резки и наплавки, являющейся основой аддитивных технологий. Содержание учебника соответствует курсу лекций, читаемых в МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Программирование обработки на оборудовании с ЧПУ : учебник : в 2 томах. Том 1 / под ред. Г. Б. Евгенева, А. Х. Хараджиева. - Москва : МГТУ им. Баумана, 2018. - 328 с. - ISBN 978-5-7038-4907-1. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1973529 (дата обращения: 29.05.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Программирование обработки

на оборудовании с ЧПУ

В двух томах 

Под редакцией Г.Б. Евгенева и А.Х. Хараджиева

Том 1

ISBN 978-5-7038-4907-1 (т. 1) 
ISBN 978-5-7038-4906-4 
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

УДК 681.5
ББК 34.5-5
 
П78

Авторы:
Г.Б. Евгенев, А.Х. Хараджиев, А.В. Грошев, С.А. Мальков,  
В.А. Бурков, Н.В. Сергеев, П.С. Шильников

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебника 

Рецензенты: 
Кафедра «Робототехники и мехатроники ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»
(заведующий кафедрой д-р техн. наук, профессор Ю.В. Подураев);
канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. Баумана 
В.Б. Пясецкий 

 
 
Программирование обработки на оборудовании с ЧПУ : учебник : в 2 т. / 
[Г. Б. Евгенев и др.] ; под ред. Г. Б. Евгенева и А. Х. Хараджиева. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 
ISBN 978-5-7038-4906-4 
Т. 1. — 325, [3] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4907-1

Изложены теоретические основы и практические методы программирования 
обработки на станках и роботах с ЧПУ в соответствии с профессиональной дея-
тельностью бакалавров и инженеров по направлению «Автоматизация технологи-
ческих процессов и производств». Описаны языки представления знаний и модель 
жизненного цикла изделий машиностроения. Дано описание основных характери-
стик оборудования с ЧПУ, оснастки, систем ЧПУ и автоматизированного програм-
мирования. Приведены физические принципы и методы программирования резки 
и наплавки, являющейся основой аддитивных технологий.
Содержание учебника соответствует курсу лекций, читаемых в МГТУ 
им. Н.Э. Баумана.
УДК 681.5
ББК 34.5-5 

П78

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие  .................................................................................................. 
5
Список сокращений ....................................................................................... 
7
Введение  ........................................................................................................ 
9

1. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ  ............... 14
1.1. Язык функционального моделирования систем IDEF0  .............. 14
1.2. Язык моделирования процессов IDEF3  ....................................... 22
1.3. Унифицированный язык моделирования UML  ........................... 25
1.4. Язык XML  ....................................................................................... 34
1.5. Функциональная модель жизненного цикла изделия  ................. 38
Вопросы для самопроверки  ........................................................................ 44

2. МОДЕЛИ ИЗДЕЛИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ  ......... 46
2.1. Геометрические и топологические модели изделий  .................... 46
2.2. Стандарт представления геометрических моделей 
изделий IGES  ................................................................................. 56
2.3. Стандарт представления объектных моделей изделий STEP  ...... 62
2.4. Компьютерные модели технологических процессов  ................... 83
2.5. Автоматизация проектирования технологических процессов 
для оборудования с ЧПУ  ............................................................... 96
Вопросы для самопроверки  ........................................................................ 100

3. ОБОРУДОВАНИЕ С ЧПУ И ОСНАСТКА  ............................................. 101
3.1. Ретроспектива развития оборудования с ЧПУ ............................. 101
3.2. Цели использования оборудования с ЧПУ  .................................. 105
3.3. Машинные технологические процессы и их фазовые 
пространства  ................................................................................... 109
3.4. Классификация оборудования с ЧПУ  .......................................... 115
3.5. Концептуальные и кинематические модели станков с ЧПУ  ...... 126
3.6. Средства технологического оснащения  ........................................ 131
Вопросы для самопроверки  ........................................................................ 152

4. СИСТЕМЫ ЧПУ  ..................................................................................... 153
4.1. Мехатроника  ................................................................................... 153
4.2. Управляющие программы  .............................................................. 160
4.3. Функциональная структура системы ЧПУ  ................................... 176
4.4. Интерполяторы  .............................................................................. 179
4.5. Пульты управления  ........................................................................ 182

Оглавление

4.6. Архитектура систем ЧПУ  ............................................................... 187
4.7. Приводы оборудования с ЧПУ  ..................................................... 188
Вопросы для самопроверки  ........................................................................ 196
5. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ С ЧПУ  ................................................................. 198
5.1. Функциональная схема автоматизированного программирования 
для оборудования с ЧПУ  ................................................ 198
5.2. Подготовка геометрической модели  ............................................. 200
5.3. Среда двумерных геометрических построений  ............................ 210
5.4. Создание технологии на базе конструкторско-технологических 
элементов  ........................................................................................ 212
5.5. Концептуальная модель процессора системы программирования 
обработки на оборудовании с ЧПУ  ............................... 222
5.6. Язык CLDATA  ................................................................................ 230
5.7. Постпроцессоры системы автоматизированного программирования 
для оборудования с ЧПУ  ................................................ 236
Вопросы для самопроверки  ........................................................................ 285

6. ПРОГРАММИРОВАНИЕ РЕЗКИ И НАПЛАВКИ  ............................... 286
6.1. Электрофизические методы обработки  ........................................ 286
6.2. Программирование резки по двум координатам  ......................... 295
6.3. Программирование электроэрозионной обработки  .................... 301
6.4. Резка ножом  ................................................................................... 318
6.5. Программирование наплавки  ........................................................ 320
Вопросы для самопроверки  ........................................................................ 326
Литература  .................................................................................................... 327

ПРЕДИСЛОВИЕ

Повышение производительности труда за счет модернизации экономики 
обеспечивает повышение уровня жизни и надежную безопасность России 
в мире. Удвоение производительности труда — одна из стратегических целей 
российской экономики. Одним из важнейших средств достижения этой 
цели является автоматизация технологических процессов и производств на 
основе оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ).
Автоматизация технологических процессов представляет собой сово-
купность методов и средств, позволяющих осуществлять управление техно-
логическим процессом без непосредственного участия в нем человека либо 
при принятии им наиболее ответственных решений.
Автоматизация технологических процессов в рамках одного производ-
ственного процесса позволяет создать основу для внедрения систем управ-
ления производством и систем управления предприятием.
Изобретение числового программного управления технологическим 
оборудованием относится к наиболее значительным достижениям человече-
ства в ХХ в. Впервые стало возможным превращать информационные моде-
ли изделий, созданные с помощью систем автоматизированного конструи-
рования, посредством соединенных с ними систем автоматизированного 
программирования обработки и станков с ЧПУ в материальные объекты. 
Информационные технологии стали важным компонентом автоматизации 
материальных технологий.

ботах с ЧПУ, были разработаны новые передовые технологии, в частности 
технологии удаления или вычитания (Subtraction Technology) и технологии 
послойного выращивания физических объектов по 3D-моделям — техноло-
гия добавления или сложения (Addition Technology), описание которых при-
ведено в этом учебнике. 
Предлагаемое учебное пособие сформировано в соответствии с двух-

уровневой подготовкой кадров по направлению 220700 «Автоматизация 
технологических процессов и производств» и Государственными образова-
тельными стандартами. Усвоение приведенного материала не требует до-
полнительных знаний в области информатики. Содержание учебника со-
ответствует курсу лекций, читаемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре 
«Компьютерные системы автоматизации производства». 
Т. 1 содержит материалы, относящиеся к метаонтологии и предметной 
онтологии. Изложение материала ведется в соответствии с онтологической 
методологией. 

На основе информационных технологий, реализуемых на станках и ро
Предисловие

Описаны языки представления знаний и модель жизненного цикла изде-
лий машиностроения. Представлены цифровые модели изделий и техноло-
гических процессов. Дано описание основных характеристик оборудования 
с ЧПУ, оснастки, систем ЧПУ и автоматизированного программирования. 
Приведены физические принципы и методы программирования резки и на-
плавки, являющиеся основой аддитивных технологий.
В т. 2 приведены физические принципы и методы программирования 
токарной, фрезерной, сверлильно-точильной и токарно-фрезерной обрабо-
ток. Дано описание теории и практики программирования многокоординат-
ной обработки и промышленных роботов, а также контрольно-измеритель-
ных машин.
В учебнике отражены достижения отечественной теории и практики по 
данной дисциплине. Рассмотрен практический опыт отечественной систе-
мы программирования технологических процессов обработки изделий на 
оборудовании с ЧПУ SprutCAM — одной из лучших в мире. Эта система 
широко применяется в российской промышленности и за рубежом. По со-
стоянию на 2015 г. продано иностранным компаниям более 7000 лицензий, 
включая такие фирмы, как Apple Inc., AEROSPACE, NASA, HITACHI, GE, 
hp, intel, PHILIPS, SAMSUNG, BMW, TOYOTA и др. 
Учебное пособие подготовлено коллективом авторов под общей редак-
цией доктора технических наук профессора Г.Б. Евгенева и А.Х. Хараджие-
ва. Материалы глав и разделов учебного пособия разделены между авторами 
следующим образом: Г.Б. Евгенев — т. 1: гл. 1–4, разд. 2.2, 2.4, 5.1, 5.5, 5.6, 
6.1 и т. 2: гл. 11, 12, разд. 7.1, 8.1, 10.1; А.В. Грошев — т. 1: гл. 9, разд. 2.1, 5.2, 
6.4 и т. 2: разд. 8.2, 8.3, 10.2–10.4, 10.12; Н.В. Сергеев — т. 1: разд. 5.3 и т. 2: 
разд. 7.2; В.А. Бурков — т. 1: разд. 5.4 и т. 2: гл. 9, разд. 8.2, 8.3, 10.5–10.9, 
10.11; С.А. Мальков — т. 1: разд. 5.7, 6.2, 6.3, 6.5 и т. 2: разд. 7.3, 8.2, 8.3, 
10.10; Н.А. Романов — т. 2: приложения; П.С. Шильников — т. 1: разд. 2.3. 
Коллектив авторов выражает благодарность разработчикам мета-

инструментальной среды СПРУТ и прикладных систем SprutCAM, СПРУТ-
ТП и СПРУТ-ОКП, техническая документация которых использована при 
написании учебного пособия. Особо следует отметить А.Х. Хараджиева, 
Н.В. Сергеева (ЗАО «СПРУТ-Технология»), Б.В. Кузьмина, Г.В. Серегина, 
А.А. Кокорева, А.Г. Стисеса, С.С. Крюкова и Н.С. Гришина (ООО «Центр 
СПРУТ-Т»). 
Авторы будут благодарны за замечания и пожелания читателей по со-
держанию учебника. 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АСУ 
— автоматизированная система управления
АСУП 
— автоматизированная система управления предприятием
АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки 
производства
АТСС 
— автоматизированная транспортно-складская система
БД 
— база данных
ГАЛ 
— гибкая автоматизированная линия
ГАУ 
— гибкий автоматизированный участок
ГАЦ 
— гибкий автоматизированный цех
ГПМ 
— гибкий производственный модуль
ГПС 
— гибкая производственная система
ГПЯ 
— гибкая производственная ячейка
ЕСКД 
— единая система конструкторской документации
ЕСТД 
— единая система технологической документации
ЖЦИ 
— жизненный цикл изделия
КИД 
— компьютеризация инженерной деятельности
КИМ 
— контрольно-измерительная машина
ЛСК 
— локальная система координат 
НИОКР — научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы
ООП 
— объектно-ориентированный подход
ПМК 
— программно-методический комплекс
ПР 
— промышленный робот
РТК 
— роботизированный технический комплекс
САП 
— система автоматизации программирования
САПР 
— система автоматизированного проектирования
СВТ 
— средства вычислительной техники
СРП 
— сборно-разборное приспособление 
СУБД 
— система управления базами данных
ТЗ 
— техническое задание
ТП 
— технологический процесс
ТПП 
— технологическая подготовка производства
УБП 
— универсально-безналадочное приспособление
УНП 
— универсально-наладочное приспособление
УП 
— управляющая программа
УСП 
— универсально-сборное приспособление
ЧПУ 
— числовое программное управление

Список сокращений

ШД 
— шаговый двигатель 
ЭВМ 
— электронная вычислительная машина
B-Rep 
— Boundary Representation
CAD 
— Computer Aided Design 
CAE 
— Computer Aided Engineering
CALS 
— Computer Aided Life-cycle System
CAM 
— Computer Aided Manufacturing
CAPP 
— Computer Aided Process Planning
CASE 
— Computer Aided Software Engineering
CIM 
— Computer Integrated Manufacturing
CLDATA — Cutter Location DATA
CRM 
— Customer Relationship Management
ER 
— Entity-Relationship
ERP 
— Enterprise Resource Planning system
ICAM 
— Integrated Computer-Aided Manufacturing
IGES 
— Initial Graphics Exchange Specification
IDEF 
— Integrated DEFinition
IDEF0 
— Function Modeling
IDEF1X 
— IDEF1 Extended Data Modeling
IDEF3 
— Integrated DEFinition for Process Description Capture Method 
ISO  
— International Standard Organization
HTML 
— Hypertext Markup Language 
MES 
— Manufacturing Enterprise Solutions
NURBS 
— Non-uniform rational b-spline
PDES 
— Product Data Exchange Specification
PDM 
— Product Data Management
PFDD 
— Process Flow Description Diagrams
RAD 
— Rapid Application Development
RBS 
— Resource Breakdown Structure
SADT 
— Structured Analysis and Design Technique
SGML 
— Structured Generalized Language
SRM 
— Supplier Relationship Management
STEP 
— Standard for Exchange of Product model data
STL 
— Standard Template Library
UML 
— Unified Modeling Language
UOB 
— Unit of Behavior
WBS 
— Work Breakdown Structure
XML 
— Extensible Markup Language

ВВЕДЕНИЕ

Совокупность требований, обязательных при реализации основных 
образовательных программ по направлению подготовки 15.03.04 «Автома-
тизация технологических процессов и производств» квалификации «бака-
лавр», определяет Федеральный государственный стандарт (ГОС) высшего 
профессионального образования, утвержденный приказом Министерства 
образования и науки РФ № 2520 от 25 октября 2011 г. Стандарт устанав-
ливает следующие виды профессиональной деятельности бакалавра: про-
ектно-конструкторская, производственно-технологическая, организацион-
но-управленческая, 
научно-исследовательская, 
научно-педагогическая, 
сервисно-эксплуатационная и специальные. 
Приведенные в учебнике материалы относятся к направлению произ-
водственно-технологической деятельности, материалы по смежным направ-
лениям деятельности изложены в той мере, в которой они обеспечивают эту 
деятельность или являются ее результатом. 
Материалы, связанные с проектно-конструкторской деятельностью 
бакалавра, изложены в гл. 1 и 2, средства для проведения производствен-
но-технологической деятельности — в гл. 3–5. 
Технологические процессы, реализуемые на оборудовании с ЧПУ, 
с описанием физических принципов их реализации и методов программи-
рования, описаны в т. 1 (гл. 6) и в т. 2 (гл. 7–12). 
ГОС определяет требования к результатам освоения основных образо-
вательных программ и профессиональных компетенций бакалавриата. Учеб-
ник отражает соответствие содержания профессиональных компетенций 
выпускников требованиям ГОС (табл. В1). 

Таблица В1

Соответствие требованиям ГОС

Код ПК
Содержание профессиональной компетенции
Том 
(глава) 

ПК-1
Сбор (синтез) и анализ исходных информационных данных 
для проектирования технологических процессов изготовле-
ния продукции, средств и систем автоматизации, контро-
ля, технологического оснащения, диагностики, испытаний, 
управления процессами, жизненным циклом продукции и ее 
качеством

1 (1–5)

Введение

Код ПК
Содержание профессиональной компетенции
Том 
(глава) 

ПК-2
Использование основных закономерностей, действующих 
в процессе изготовления продукции, использование их для 
производства изделий требуемого качества, заданного коли-
чества при наименьших затратах общественного труда

1 (6)
2 (7–12)

ПК-3
Выбор основных и вспомогательных материалов для изготов-
ления изделий, способов реализации основных технологи-
ческих процессов, аналитических и численных методов при 
разработке их математических моделей

ПК-4
Применение прикладных программных средств при решении 
практических задач профессиональной деятельности, мето-
дов стандартных испытаний по определению физико-меха-
нических свойств и технологических показателей материалов 
и готовых изделий, стандартных методов их проектирования, 
прогрессивных методов эксплуатации изделий

1 (1, 2, 
4, 5)

ПК-7
Участие в разработке обобщенных вариантов решения про-
блем, связанных с автоматизацией производств, выбором на 
основе анализа вариантов оптимального, прогнозированием 
последствий решения

1 (1–5)

ПК-8
Участие в разработке проектов изделий с учетом технологи-
ческих, конструкторских, эксплуатационных, эстетических, 
экономических и управленческих параметров

ПК-9
Участие в разработке проектов модернизации действующих 
производств, создании новых
2 (7–12)

ПК-10
Применение современных информационных технологий при 
проектировании изделий, производств
1 (1–5)

ПК-11
Выбор средств автоматизации технологических процессов и 
производств

ПК-12
Разработка (на основе действующих стандартов) технической 
документации (в электронном виде) для регламентного экс-
плуатационного обслуживания средств и систем производств

1 (2) 

ПК-13
Разработка проектной и рабочей технической документации в 
области автоматизации технологических процессов и произ-
водств, управление жизненным циклом продукции и ее каче-
ством, оформление законченных проектно-конструкторских 
работ 

1 (1–5)

ПК-14
Участие в мероприятиях по контролю соответствия разраба-
тываемых проектов и технической документации действую-
щим стандартам, техническим условиям и другим норматив-
ным документам

Продолжение табл. В1

Введение

Код ПК
Содержание профессиональной компетенции
Том 
(глава) 

ПК-15
Проведение предварительного технико-экономического обо-
снования проектных расчетов
1 (3)

ПК-17
Участие в разработке математических и физических моделей 
процессов и производственных объектов
1 (1–5)

ПК-19
Участие в разработке проектов по автоматизации производ-
ственных и технологических процессов, технических средств 
и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний, 
управления процессами, жизненным циклом продукции и ее 
качеством

1 (1–5), 
2 (12)

ПК-20
Практическое освоение и совершенствование систем авто-
матизации производственных и технологических процессов, 
контроля, диагностики, испытаний, управления процессами, 
жизненным циклом продукции и ее качеством 

ПК-21
Выполнение работ по автоматизации технологических про-
цессов и производств, их обеспечению средствами автомати-
зации и управления, использование современных методов и 
средств автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и 
управления процессами, жизненным циклом продукции и ее 
качеством

ПК-22
Определение номенклатуры параметров продукции и техно-
логических процессов ее изготовления, подлежащих контро-
лю и измерению, установление оптимальных норм точности 
продукции, измерений и достоверности контроля, выбор 
технических средств автоматизации, контроля, диагностики, 
испытаний и управления процессами, жизненным циклом 
продукции и ее качеством 

2 (12)

ПК-24
Проведение оценки уровня брака продукции, анализ причин 
его появления, разработка предложений по его предупрежде-
нию и устранению, совершенствованию продукции

ПК-26
Освоение средств программного обеспечения автоматизации 
и управления, их сертификации
1 (1–5) 
2 (12)

ПК-28
Разработка планов, программ, методик, связанных с автома-
тизацией технологических процессов и производств, управ-
ления процессами, жизненным циклом продукции и ее каче-
ством, инструкций по эксплуатации оборудования, средств и 
систем автоматизации и управления, программного обеспече-
ния, других текстовых документов, входящих в конструктор-
скую и технологическую документацию 

Продолжение табл. В1

Введение

Код ПК
Содержание профессиональной компетенции
Том 
(глава) 

ПК-31
Разработка мероприятий по проектированию процессов раз-
работки, изготовления, контроля и внедрения продукции, 
средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, 
управления производством, жизненным циклом продукции и 
ее качеством, их эффективной эксплуатацией 

1 (6)
2 (7–12)

ПК-32
Выбор технологий, инструментальных средств и средств вы-
числительной техники при организации процессов проекти-
рования, изготовления, контроля и испытания продукции, 
средства и системы автоматизации, контроля, диагностики, 
испытаний, управления производством, жизненным циклом 
продукции и ее качеством

1 (1–5) 
2 (12)

ПК-33
Выполнение работ по организации управления информаци-
онными потоками на всех этапах жизненного цикла продук-
ции, ее интегрированной логистической поддержки

1 (1)

ПК-34
Проведение мероприятий по повышению качества продук-
ции, производственных и технологических процессов, тех-
ническому и информационному обеспечению их разработки, 
испытаний и эксплуатации, планированию работ по стандар-
тизации и сертификации, систематизации и обновлению при-
меняемой регламентирующей документации

2 (12)

ПК-34
Участие в разработке и практическом освоении средств, си-
стем автоматизации и управления производством продукции, 
ее жизненным циклом и качеством, подготовке планов осво-
ения новой техники, составлении заявок на проведение сер-
тификации

1 (1–5) 
2 (12)

ПК-36
Организация работ по обслуживанию и реинжинирингу биз-
нес-процессов предприятия в соответствии с требованиями 
высокоэффективных технологий, анализу и оценке произ-
водственных и непроизводственных затрат на обеспечение 
требуемого качества продукции, автоматизации производства, 
результатов деятельности производственных подразделений, 
разработке оперативных планов их функционирования

ПК-38
Изучение и анализ необходимой информации, технических 
данных, показателей и результатов работы, их обобщение и 
систематизация, проведение необходимых расчетов с исполь-
зованием современных технических средств и программного 
обеспечения

ПК-39
Применение научно-технической информации, отечествен-
ного и зарубежного опыта в области автоматизации техно-
логических процессов и производств, автоматизированного 
управления жизненным циклом продукции, компьютерных 
систем управления ее качеством

Продолжение табл. В1

Доступ онлайн
1 800 ₽
В корзину