🍌 ⏺️ ⬛️ Simulationsmodell des Prozesses der Materialbearbeitung durch Schneiden auf einer CNC-Drehmaschine 🍆 ⏮️ 👨🏼‍🤝‍👨🏻

Einführung

Die Methodik zur Entwicklung von Simulationsmodellen und Simulatoren in verschiedenen technischen Disziplinen konzentriert sich hauptsächlich auf die Reduzierung des Abstraktionsgrades von Lehrmaterial. Zusammen mit dem theoretischen Unterrichtsmaterial ermöglicht die visuelle Simulation eines bestimmten technologischen Prozesses oder Vorgangs dem Schüler, das Unterrichtsmaterial mit maximaler Annäherung an die natürlichen Bedingungen besser zu beherrschen. In diesem Fall können Simulationsmodelle und Simulatoren nur als Hilfsmittel im Bildungsprozess betrachtet werden. Der Hauptzweck dieser Kategorie von Bildungsressourcen ist eine grundlegende (anfängliche) Einarbeitung in die Funktionsprinzipien komplexer technischer Einrichtungen, wenn keine Möglichkeit zur Verwendung realer Industrieanlagen besteht.oder um die Kompetenz des Schülers vor dem Praktikum vorab zu verbessern.

Von besonderer Bedeutung ist die Methode, Bildungsaufgaben mit technischen und angewandten Aufgaben in einem einzigen Toolkit zu kombinieren, das dem aktuellen Entwicklungsstand von Technologie und Industrie insgesamt entspricht. Hier geht es um die integrierte Implementierung von CAD / CAM-Funktionen (Computer Aided Design) und die Prinzipien der simulationsnumerischen Simulation technologischer Prozesse.

Der Haupttrend bei der Einführung von Simulationstrainingsmodellen in die Praxis der Ingenieurausbildung besteht darin, maximale Interaktivität zu erreichen. Voraussetzung hierfür ist die Fähigkeit, „fehlerhafte“ Aktionen der Schüler durchzuführen und das Simulationsmodell angemessen auf diese Maßnahmen zu reagieren, um das erforderliche Verständnis des Unterrichtsmaterials für die Schüler zu erreichen. Je höher der Freiheitsgrad des simulierten Objekts (Gerät oder Maschine) ist, desto größer ist der Effekt der realen Interaktion im Lernprozess.

Zweck und Ziele des Projekts

Ziel des vorgestellten Projekts ist es, ein pädagogisches und methodisches Softwareprodukt (Simulationsmodell oder Simulator) zu entwickeln, mit dem unerfahrene Ingenieurspezialisten mit den Prinzipien der Programmierung der Drehvorgänge unter Verwendung eines Standard-G / M-Codes vertraut gemacht werden können.

Die Anwendungsbereiche des Softwareprodukts umfassen in erster Linie den Bildungsprozess unter Verwendung von Computertechnologie in Form von Laborklassen für Studenten in Computerklassen, Fernunterricht sowie Demonstrationsunterstützung von Vorlesungsmaterial in der Gruppe der Ausbildungsbereiche und Fachgebiete (OKSO) „Metallurgie, Maschinenbau und Materialverarbeitung“. Die flexible Funktionalität und Mobilität des Softwareprodukts ermöglicht es auch, es als Anwendungswerkzeug zur Überprüfung und vorläufigen Prüfung von Steuerungsprogrammen für das Drehen von Materialien auf numerisch gesteuerten Maschinen (CNC) unter Verwendung des Fanuc-Programmcodes (Codesystem A) zu verwenden.

Die Funktionalität des Simulators sollte folgende Aufgaben erfüllen:

G/M ;
, ;
;
;
.

Der technische Vorteil des in der Entwicklung befindlichen Simulators ist sein relativ geringer Ressourcenverbrauch und die Unterstützung mehrerer Plattformen, sodass Sie dieses Softwareprodukt auf verschiedenen Computergeräten verwenden können, einschließlich interaktiver Whiteboards, Smartphones, Tablets und Desktop-Computer, was wiederum die Flexibilität und Mobilität des Bildungsprozesses entsprechend dem modernen Informationsniveau erhöht Bildung.

Modellierungsobjekt

Grundlage des dreidimensionalen Simulationsmodells ist die vom Werkzeugmaschinenwerk StankoMashKompleks JSC in Tver hergestellte Drehmaschine TS1625FZ mit einem horizontalen Bett und einer klassischen Baugruppe von Einheiten, die mit einem CNC-System, einem Revolver mit acht Positionen, einer Dreikiefer-Drehpatrone, einem Reitstock, einem Schmiermittel-Kühlmittel-Versorgungssystem und anderen Einheiten ausgestattet ist. Die Materialbearbeitung erfolgt in zwei Koordinaten in der horizontalen Ebene der Maschine. Die wichtigsten technischen Merkmale des Geräteprototyps sind in Tabelle 1 dargestellt.

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Der Simulator simuliert eine Reihe von Schneidwerkzeugen (vorgefertigte Drehwerkzeuge und Bohrer), darunter 185 Elemente. Die Arten von austauschbaren Schneideinsätzen, die zum Drehen von Werkzeugen verwendet werden, sind in Tabelle 2 aufgeführt.

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Auch im Modell werden Fräser mit speziellen Gewindeschneidplatten und Bohrern verwendet. Abbildung 1 zeigt ein geometrisches Modell eines vorgefertigten Drehwerkzeugs.

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Abbildung 1 - Geometrisches Modell eines vorgefertigten Drehwerkzeugs und Bezeichnung der Hauptmerkmale eines herausnehmbaren Schneideinsatzes: der Hauptwinkel in Bezug auf φ1, der Hilfswinkel in Bezug auf φ2, der Durchmesser des Beschriftungskreises D, der Rundungsradius am Scheitelpunkt R.

Eine kurze Beschreibung der Methode zur geometrischen Modellierung der Teilebildung beim Drehen

In dem betrachteten Projekt wird ein vereinfachtes Modell zur Formgebung des Werkstücks verwendet, wobei davon ausgegangen wird, dass die axiale Symmetrie des Teils während des gesamten Drehvorgangs konstant ist [1, 2]. Dieses Modell schließt die Möglichkeit aus, spiralförmige Oberflächen zu konstruieren, und Gewindeelemente von Teilen werden bedingt dargestellt - durch Abschnitte konzentrischer Rippen. Grundlegende Berechnungen mit dieser Technik werden durch das geometrische Problem formalisiert, zwei flache geschlossene Schleifen in der Arbeitsebene der Maschine zu schneiden - die Kontur des Werkstücks und die Kontur des Schneidwerkzeugs. Basierend auf der formbildenden Kontur, die ein logischer Unterschied am Schnittpunkt zweier Quellkonturen ist,Eine dreidimensionale Oberfläche des simulierten Teils wird durch gleichmäßiges Drehen der Formkontur um die Hauptachse der Maschine (Drehachse des Werkstücks) gebildet. Die angewandte Methode ermöglicht es, die Formgebung eines Teils wie eines Rotationskörpers in Echtzeit mit relativ geringen Rechenkosten zu simulieren.

Die Anfangsphase des Algorithmus ist die Bildung vieler Punkte Wi der Kontur des Werkstücks (Abb. 2.a). Im Ausgangszustand (vor Beginn des Verarbeitungsprozesses) enthält die Teilekontur vier Punkte, während der Längsschnitt des Teils durch ein Rechteck dargestellt wird. In nachfolgenden Iterationen des Algorithmus ist die Anfangskontur des Teils die zuvor berechnete formbildende Kontur. Die Kontur wird gegen den Uhrzeigersinn beschrieben.

In der zweiten Stufe des Algorithmus wird die Kontur des Schneideinsatzes des Drehwerkzeugs unter Berücksichtigung seiner geometrischen Eigenschaften gebildet - Gesamtabmessungen, Hauptwinkel im Grundriss und Rundungsradius an der Spitze. Die Kontur des Einsatzes wird durch Punkte Cj in entgegengesetzter Richtung zur Kontur des Teils (im Uhrzeigersinn) beschrieben.

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Figur 2- Zur Berechnung der formgebenden Kontur des Werkstücks: der
Schnittpunkt der ursprünglichen Konturen des Teils und des Schneideinsatzes (a); Erhalten der formbildenden Kontur des Teils als logische Differenz der Quellkonturen (b)

Die dritte Stufe des Algorithmus besteht darin, den Satz von Schnittpunkten Ik der Quellkonturen zu bestimmen. Darüber hinaus werden die gefundenen Schnittpunkte entsprechend ihrer Nähe zum Startpunkt der Teilekontur indiziert und in der Indexreihenfolge in den verallgemeinerten Satz von Punkten beider Konturen aufgenommen. Die Koordinaten der Schnittpunkte werden für zwei Segmente bestimmt, die zu zwei verschiedenen Konturen gehören (Abb. 3).

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Abbildung 3 - Zur Bestimmung der Koordinaten des Schnittpunkts zweier Segmente

Für die Segmente P1 - P2 und P3 - P4, die zu zwei sich kreuzenden Geraden L1 und L2 gehören, folgt:

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Die x, y-Koordinaten des Schnittpunkts der Linien L1 und L2 werden durch die Matrixgleichung bestimmt:

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daher: Die

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Punkte der verallgemeinerten Menge, die zur Kontur des Schneideinsatzes gehören, liegen außerhalb der Intervalle zwischen den Punkten Schnittpunkte werden aus der verallgemeinerten Menge von Punkten beider Konturen ausgeschlossen. Somit wird der endgültige Satz von Punkten Fn gebildet, die die formbildende Kontur des Teils beschreiben (Fig. 2.b). Die resultierende Kontur wird in derselben Richtung wie die ursprüngliche Kontur des Teils beschrieben.

Der betrachtete Algorithmus ist eine vereinfachte Version des Weiler-Azerton-Cut-Off-Algorithmus [3]. Eine Reihe von Vereinfachungen des Algorithmus sind auf die geometrischen Merkmale des zu lösenden Problems zurückzuführen, nämlich: eine konstante Bedingung für die Konvexität der Schneideinsatzkontur, Bedingungen für die Erkennung von Kollisionen nicht funktionsfähiger Elemente des Fräsers (Halters) mit dem Werkstück, die Bedingung für den Ausschluss des vollständig abgeschnittenen Teils des Teils vom Berechnungsprozess bei der Modellierung der Arbeitssegmente usw.

Aufgrund der Tatsache, dass die Formgebung des Teils während der Bewegung des Schneidwerkzeugs ausgeführt wird, tritt bei jeder Iteration des Algorithmus eine diskrete Änderung der Koordinaten der Punkte der Kontur des Schneideinsatzes relativ zur Kontur des Werkstücks auf. Der Schritt der Diskretion in diesem Fall beruht auf einem gegebenen Parameter der Bewegung des Schneidwerkzeugs (dem Wert des Arbeitsvorschubs) und der Iterationszeit des Simulationszyklus. In diesem Fall kann der Schritt der Diskretion der Werkzeugbewegung (δ) die linearen Abmessungen des Überlappungsbereichs der Konturen des Schneideinsatzes und des Werkstücks (Abb. 4.a) überschreiten, was zum Auftreten von Artefakten („ungeschnittenen“ Abschnitten) der Formkontur des Teils führt (Abb. 4.b) )

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Abbildung 4 - Das Problem der Diskretion bei der Berechnung von Schnittpunkten von Konturen

Eine Lösung für das beschriebene Problem ist die Jarvis-Methode, die darin besteht, eine minimale konvexe Hülle um den Satz von Eckpunkten der Konturen des Schneideinsatzes im aktuellen und vorherigen diskreten Zustand zu konstruieren (Abb. 5).

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Abbildung 5 - Aufbau der minimalen konvexen Hülle um die Konturen des Schneideinsatzes in zwei aufeinanderfolgenden diskreten Zuständen

In diesem Fall wird der Schnittpunkt der Kontur des Werkstücks mit der Kontur der minimalen konvexen Schale berechnet, wodurch der erforderliche Überlappungsbereich in den Lücken zwischen den diskreten Zuständen des Schneidwerkzeugs bereitgestellt wird. Bei der Konstruktion einer minimalen konvexen Hülle ist die Bedingung der Invarianz der Umgehung ihrer Kontur besonders wichtig. Der minimale konvexe Rumpf kann mehrere diskrete Zustände des Schneideinsatzes abdecken, vorausgesetzt, die Richtung des Arbeitsvorschubs des Fräsers ändert sich in diesen Zuständen nicht (der Fräser bewegt sich auf einem geraden Weg).

In dem betrachteten Projekt wird eine alternative Methode zur Beseitigung von Artefakten der formativen Kontur verwendet, die auf dem Ramer-Douglas-Peker-Generalisierungsalgorithmus [4, 5] basiert, der bei Topographie- und Kartographieproblemen weit verbreitet ist. Das Hauptziel des rekursiven Generalisierungsverfahrens besteht darin, die Anzahl der Scheitelpunkte der Polylinie basierend auf einem gegebenen Schwellenwert des Abstands zwischen den Scheitelpunkten zu verringern. Die Ausgangsbedingung für das Funktionieren des Algorithmus besteht darin, den am weitesten entfernten Punkt in Bezug auf den Startpunkt der Polylinie der Kontur auszuwählen. In nachfolgenden Iterationen des Algorithmus werden die Abstände zwischen den Zwischenpunkten der Polylinie bestimmt und mit dem Schwellenwert verglichen. Die Verbindung der Punkte in der approximierenden Polylinie erfolgt unter der Voraussetzung, dass der Abstand zwischen ihnen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet (Abb. 6).

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Abbildung 6- Iterationen des Ramer-Douglas-Pecker-Generalisierungsalgorithmus am Beispiel einer beliebigen gestrichelten Linie.

Technisch wird das Verfahren zur Approximation der formbildenden Kontur eines Teils mit dem Anfangsstadium des allgemeinen Modellierungsalgorithmus kombiniert, bei dem viele Eckpunkte der Anfangskontur des Werkstücks gebildet werden.

Die Bildung der dreidimensionalen Oberfläche des simulierten Teils erfolgt durch Berechnen der Koordinaten der Punkte in den Kreisen der Querschnitte des Teils entlang der Länge der formbildenden Kontur, gefolgt vom Kombinieren dieser Punkte zu dreieckigen Facetten (zwischen Abschnitten). Die Länge des Radiusvektors Ri jedes Punktes der Formkontur wird als Abstand von diesem Punkt zur Hauptachse der Maschine berechnet (Abb. 7).

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Abbildung 7- Polygonales Modell eines Teils wie eines Rotationskörpers in einem Abschnitt (die Aufteilung von Polygonen in dreieckige Facetten ist nicht dargestellt)

Die Reihenfolge der Durchquerung von Eckpunkten beim Zusammenbau eines dreidimensionalen Rahmens ist streng definiert. Jedes Polygon einer dreidimensionalen Oberfläche ist in zwei dreieckige Facetten unterteilt, die vier Eckpunkte vereinen (Abb. 8). Die radiale Glätte der gebildeten dreidimensionalen Oberfläche hängt von einer bestimmten Anzahl von Segmenten (Kreissektoren) im Abschnitt des simulierten Teils ab. Das Verfahren zum Zusammensetzen eines dreidimensionalen Drahtgitters berechnet auch die Normalenvektoren an jedem Scheitelpunkt (Fig. 9) und die Texturkoordinaten von UV. Entsprechend den berechneten Texturkoordinaten wird die Oberfläche des Teils mit einem überlagerten Bild der Metalltextur gezeichnet, was wiederum die realistische Wahrnehmung des simulierten Prozesses erhöht.

Das endgültige dreidimensionale Modell des Werkstücks ermöglicht es Ihnen somit, die Ergebnisse der Materialentfernung durch den Fräser in Echtzeitdynamik mit dem erforderlichen Grad an Realismus zu visualisieren.

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Abbildung 8 - Das Facettenskelett eines dreidimensionalen Modells des Werkstücks, das in den Gesamtzylinder des ursprünglichen Werkstücks eingeschrieben ist.

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Abbildung 9 - Normale Vektoren an den Eckpunkten des Facettenmodells des Werkstücks

Die Prinzipien der Simulation der numerischen Programmsteuerung des Prozesses des Drehens von Material

Die Liste der Grundfunktionen der Programmsteuerung der Maschine

Als sprachliche Grundlage für die Programmierung der grundlegenden technologischen Vorgänge während des Materialdrehens wurden GM-Codes des numerischen Fanuc-Steuerungssystems ausgewählt:

G00 / G01 - lineare Interpolation bei beschleunigtem / Arbeitsvorschub;
G02 / G03 - Kreisinterpolation im Uhrzeigersinn / gegen den Uhrzeigersinn;
G04 - Zeitverzögerung;
G20 / G21 - Dateneingabe in Zoll / Millimeter;
G32 / G34 - Gewinde mit konstanter / variabler Steigung in einem Durchgang;
G50 - Einstellung der maximalen Spindeldrehzahl;
G53 - G59 - Umschalten zwischen Arbeitskoordinatensystemen Nr. 1–6;
G70 - G76 - Hauptdrehzyklen;
G80 - G83- Lochbearbeitungszyklen;
G90 - der Zyklus der Hauptdrehung des Außen- / Innendurchmessers;
G92 - Gewindezyklus mit konstanter Steigung;
G94 - Zyklus der Hauptdrehung des äußeren / inneren Endes;
G96 / G97 - konstante Schnitt- / Drehzahl der Spindel;
G98 / G99 - Vorschub [mm / min] / Vorschub [mm / U];
M00 / M01 - Soft Stop mit Bestätigung;
M02 / M30 - Abschluss des Steuerprogramms;
M03 / M04 - Spindeldrehung im Uhrzeigersinn / gegen den Uhrzeigersinn starten;
M05 - Spindeldrehstopp;
M07 - M09 - Ein- / Ausschalten der Kühlmittelzufuhr;
M38 / M39- Öffnen / Schließen von automatischen Türen;
M97 - M99 - Aufruf und Ende der internen / externen Routinen.

Die Struktur und das Format des Steuerprogrammcodes

Der Steuerprogrammcode wird als Folge von Zeilen (Frames) dargestellt. Mit dem Simulator können Sie Steuerprogramme mit bis zu 999 Frames entwickeln und ausführen (unter Berücksichtigung der ersten nicht bearbeitbaren Zeile, die die Nummer des Steuerprogramms enthält). Jeder Rahmen besteht aus einer Folge von Wörtern, die eine Kombination aus einer alphabetischen Adresse und einem numerischen Parameter ist. Zwischen der Adresse und dem Parameter sind keine Leerzeichen zulässig. Die Eingabe des Steuerprogramms erfolgt in alphanumerischen Zeichen unter Verwendung einer Monospace-Schriftart. Einige Sonderzeichen sind erlaubt. Jede Gruppe von Zeichen, die nicht analysiert werden kann, sollte in Klammern stehen oder nach den Zeichen ";" oder "/". Diese Informationen werden als Kommentar zum Code betrachtet und während der Simulation nicht analysiert.Die Adressen der Vorbereitungs- (G) und Hilfsfunktionen (M) werden mit ganzzahligen Parametern programmiert, die die Anzahl dieser Funktionen definieren. Numerische Positionierungsparameter (nach den Adressen X, Z, U, W, I, K, R usw.) können in Bruch- oder Ganzzahlwerten angegeben werden. Das Minuszeichen ist hier erlaubt.

Nach dem Start des Simulationsprozesses wird der Steuerprogrammcode automatisch auf Übereinstimmung mit dem Format überprüft. Im Fehlerfall werden die entsprechenden Meldungen angezeigt.

Kurze Beschreibung des Parsing-Algorithmus des Steuerprogramms

Die syntaktische Analyse (Parsing) des Steuerprogrammcodes (UE) und die Simulation seiner Ausführung werden gemäß dem Standardalgorithmus [6] durchgeführt, dessen Blockdiagramm in Abbildung 10

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dargestellt ist. Abbildung 10 - Blockdiagramm des UE-Parsing-Algorithmus

gemäß dem Blockdiagramm in Abbildung 10 Das Parsing-Schema des Steuerprogramms beginnt mit der Bildung einer Liste von Frames. Für jeden Frame wird eine Liste von Wörtern generiert. Ein Wort ist eine Datenstruktur - ein Befehl, der eine Buchstabenadresse und einen numerischen Parameter enthält. Teams werden bedingt als modal und positionell klassifiziert.

Modalbefehle ändern den Status des Simulationsmodells der Maschine und bestimmen dessen aktuellen Zustand - den Bewegungsmodus des Werkzeugs (Bewegung mit beschleunigtem oder Arbeitsvorschub, Art der Interpolation), den Spindeldrehmodus, die Position der automatischen Türen, den Zustand des Kühlsystems usw. Positionsbefehle bestimmen wiederum direkt die Parameter von Bewegungen - die Koordinaten der Endpunkte, die Parameter der Bögen während der Kreisinterpolation usw.

Entsprechend den erhaltenen Bewegungsparametern werden die Koordinaten des Schneidwerkzeugs, die Drehwinkel der Drehelemente der Maschine, die Position der automatischen Türen usw. interpoliert. Somit erfolgt eine Frame-für-Frame-Simulation des Steuerprogramms. Wenn der letzte Frame erreicht ist, endet der Simulationsprozess.

Implementierung der Drehwerkzeugbewegungssteuerung

In Analogie zu einem realen CNC-System wird die Bewegung des Schneidwerkzeugs durch lineare und kreisförmige Interpolationsmethoden programmiert. Die lineare Interpolation ist die Hauptbewegungsart bei der Bearbeitung auf einer CNC-Drehmaschine. Bei der linearen Interpolation bewegt sich das Werkzeug auf einem geraden Pfad mit den bekannten Koordinaten von Anfang und Ende (Abb. 11).

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Abbildung 11 - Die Flugbahn des Werkzeugs während der linearen Interpolation

Wenn sich der berechnete Punkt C entlang eines geradlinigen Abschnitts mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit von Punkt A nach Punkt B bewegt, werden beide Koordinaten zeitlich linear interpoliert. Durch Bezeichnen der Startzeit der Bewegung als tA und der Endzeit als tB können die Stromkoordinaten des Punktes C, die der aktuellen Zeit tC entsprechen, durch lineare Interpolationsformeln bestimmt werden:

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Die endgültige Fahrzeit ist definiert als:

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wobei tS die Zeit ist, die für eine gerade Fahrt mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit F (mm / min) aufgewendet wird:

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Die lineare Interpolation bei Schnellvorschub wird mit der Modalfunktion G00 programmiert (diese Funktion ist im Ausgangszustand des CNC-Systems aktiv). Die lineare Interpolation mit der Vorschubgeschwindigkeit wird mit der Modalfunktion G01 programmiert. Nach diesen Funktionen werden die Koordinaten des Endpunkts des geraden Abschnitts des Pfades festgelegt. Die aktuelle Position des Werkzeugs wird immer als Ausgangspunkt genommen. Der eingestellte Vorschub für Eilgang wird ignoriert. Die Koordinaten des Endpunkts können in absoluten Werten (X, Z), dh relativ zu Null des Arbeitskoordinatensystems, oder in relativen (inkrementellen) Werten (U, W), dh relativ zum Startpunkt einer geradlinigen Trajektorie, angegeben werden. Wenn eine der Koordinaten weggelassen wird, wird keine Bewegung entlang ihrer Achse ausgeführt.

Die Kreisinterpolation wird verwendet, um gekrümmte Flächen zu schleifen, deren Form durch einen Kreisbogen mit einem bestimmten Radius beschrieben wird. Es werden zwei Lichtbogenprogrammierungsmethoden verwendet. Die erste Methode besteht darin, die Koordinaten des Bogenmittelpunkts und des Endpunkts festzulegen, während der Radius des Bogens automatisch berechnet wird. Bei der zweiten Methode werden der Radius des Bogens und die Koordinaten des Endpunkts angegeben, während die Koordinaten des Mittelpunkts des Bogens automatisch berechnet werden. Die Kreisinterpolation im Uhrzeigersinn wird mit der Funktion G02 spezifiziert, und die Kreisinterpolation gegen den Uhrzeigersinn wird mit der Funktion G03 spezifiziert.

Betrachten Sie einen der Fälle einer Kreisinterpolation gegen den Uhrzeigersinn mit der Mitte des Bogens (Abb. 12.a). Wenn sich der berechnete Punkt C entlang eines Bogens mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit von Punkt A nach Punkt B bewegt, können beide Koordinaten auch zeitlich interpoliert werden. Die Bewegungsbahn wird durch die Position des Endpunkts B und die Position des Mittelpunkts des Bogens O in inkrementellen Koordinaten (i, k) relativ zum Startpunkt A definiert. Die

Winkelposition der Radiusvektoren OA, OB und OC wird durch die trigonometrischen Winkel φA, φB bzw. φC beschrieben.

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Abbildung 12 - Der Werkzeugweg während der Kreisinterpolation gegen den Uhrzeigersinn mit der Aufgabe: der Mittelpunkt des Bogens (a); Bogenradius (b)

Durch Bezeichnen der Startzeit der Bewegung als tA und der Endzeit als tB kann der Winkel φC, der der aktuellen Zeit tC entspricht, durch die lineare Interpolationsformel bestimmt werden:

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wobei φA, φB die trigonometrischen Winkel der Radiusvektoren der Start- und Endpunkte des Bogens sind:

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Hinweis: bei der Berechnung der Trigonometrie Bei den Winkeln der Extrempunkte des Bogens müssen Situationen berücksichtigt werden, in denen die Tangensfunktion des Bogens singuläre Werte annimmt.

Die kartesischen Koordinaten von Punkt C sind definiert als:

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wobei

der endgültige Zeitpunkt der Verschiebung durch Ausdruck (6) bestimmt wird. In diesem Fall kann die Zeit tS, die für die Bewegung entlang des Bogens mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit F (mm / min) aufgewendet wird, unter Verwendung des Ausdrucks für die Länge des Bogens bestimmt werden:

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Die Inkrementalkoordinaten des Bogenmittelpunkts werden mit den Adressen I und K in Richtung der X- bzw. Z-Achse programmiert. Bei der Programmierung der Kreisinterpolation mit Angabe des Bogenmittelpunkts müssen die Radiusvektoren der Start- und Endpunkte des Bogens gleich lang sein.

Die Kreisinterpolation wird immer mit dem Vorschub durchgeführt.

Die zweite Methode zum Programmieren eines Bogens besteht darin, den Radius des Bogenkreises anzugeben. In diesem Fall sind zwei Fälle zum Einstellen des Radius zulässig - mit einem positiven oder negativen Wert. Wenn der Radiuswert positiv ist, beträgt der Bogenwinkel weniger als 180 Grad. Andernfalls beträgt der Winkel des Bogens mehr als 180 Grad (Abb. 12.b). Bei der Definition eines Bogens mit einem Radius ermittelt die TNC automatisch die Position des Mittelpunkts des Bogens (O + oder O– je nach Vorzeichen des Radius). Bei dieser Methode zur Angabe des Bogens muss die Bedingung erfüllt sein: Der Radiusmodul darf nicht kleiner als die Hälfte der Sehnenlänge (AB) des Bogens sein.

Abbildung 13 zeigt ein Beispiel für die Bildung einer gekrümmten Oberfläche beim Programmieren der Kreisinterpolation gegen den Uhrzeigersinn.

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Abbildung 13 - Die Bildung einer gekrümmten Oberfläche beim Programmieren der Kreisinterpolation gegen den Uhrzeigersinn

Implementierung von Arbeitsfunktionen mit Koordinatensystemen

Das vorgestellte Simulationsmodell enthält mehrere Koordinatensysteme (Abb. 14). Das Haupt- und unveränderliche Koordinatensystem ist das Koordinatensystem der Maschine, dessen Ursprung dem Maschinennullpunkt M entspricht und geometrisch mit dem Schnittpunkt der Endebene der Spindel und ihrer Drehachse zusammenfällt.

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Abbildung 14 - Das grundlegende Koordinatensystem des Simulationsmodells Das

zweite wichtige Koordinatensystem ist das Referenzkoordinatensystem, dessen Ursprung dem Referenzpunkt R oder dem Punkt des Werkzeugwechsels entspricht. In diesem Koordinatensystem werden die Grundbewegungen der beweglichen Teile der Maschine berechnet und Kollisionen des Werkzeugs mit den Strukturelementen der Maschine bei der Modellierung möglicher Notfallsituationen ermittelt.

Die Programmierung des Drehvorgangs erfolgt im Arbeitskoordinatensystem. Der Simulator bietet 6 unabhängige Arbeitskoordinatensysteme mit Nullpunkten W1–6. Die Anfangseinstellungen für die Position dieser Nullen werden vom Benutzer in den Parametern des Simulationsmodells festgelegt und als Nullkorrekturen bezeichnet.

Die Richtungen der Achsen in jedem Koordinatensystem sind gleich. Die Längsachse Z ist immer vom Drehfutter zum Reitstock der Maschine gerichtet. Die Querachse X (oder die Achse der Durchmesser) ist auf den Bremssattel gerichtet (auf sich selbst mit Blick von vorne auf die Maschine). Die Y-Achse ist die Normale zur Arbeitsebene ZX und ist vertikal nach oben gerichtet. Bewegungen in Richtung der Y-Achse im betrachteten Modell der Maschine werden nicht ausgeführt.

Das Umschalten zwischen Arbeitskoordinatensystemen erfolgt programmgesteuert mit den entsprechenden Funktionen G54 - G59 (für Koordinatensysteme mit Nullpunkten W1 - W6). Die Nullkoordinaten W1–6 werden im Maschinenkoordinatensystem relativ zur Maschinennull M berechnet. Die Syntax der Funktionen G54 - G59 schlägt zwei Möglichkeiten vor, sie zu verwenden. In der ersten Version werden die Funktionen ohne Angabe der X- und Z-Koordinaten festgelegt. In diesem Fall wird die Position des ausgewählten Arbeitskoordinatensystems durch die vordefinierten Nullpunktversätze bestimmt. In diesem Fall können die Funktionen G54 - G59 separat in einem einzelnen Satz oder in einem Satz mit anderen Befehlen programmiert werden. Die zweite Option zur Verwendung der Funktionen G54 - G59 beinhaltet die programmierte Verschiebung der Achsen des ausgewählten Arbeitskoordinatensystems relativ zu einer vordefinierten Null W1.In diesem Fall werden die Versätze der X- und Z-Achse unmittelbar nach der Funktion im selben Satz programmiert (z. B. „G54 X30.5 Z15“). Abbildung 15 zeigt die Position des ersten Koordinatenursprungs nach programmgesteuerter Verschiebung der Achsen zu einem Punkt [X = 10, Z = –20] relativ zur anfänglichen Nullposition W1, die im Nullkorrektor-Einstellungsblock angegeben ist.

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Abbildung 15 - Darstellung der programmierten Verschiebung der Achsen des Arbeitskoordinatensystems Nr. 1

Die Programmierung bezüglich Maschinennullpunkt erfolgt mit der Funktion G53. Diese Funktion ist nicht modal und wird in dem Satz ausgeführt, in dem sie programmiert ist. Die Funktion hebt vorübergehend die Modalfunktionen des G54-G59 auf. In diesem Fall werden alle Bewegungen im Koordinatensystem der Maschine mit dem Beginn am Punkt M gezählt und der aktive Nullkorrektor wird vorübergehend abgebrochen. Die G53-Funktion muss immer dann programmiert werden, wenn die Koordinaten für den Maschinennullpunkt angegeben werden müssen. Die Syntax der Funktion impliziert nicht das Vorhandensein von Parametern nach dem Wort G53. Die Funktion wird in jedem Block programmiert, der über Pfadsteuerungsbefehle verfügt (z. B. „G53 G00 X0 Z120“). Abbildung 16 zeigt die Position des Ursprungs des Arbeitskoordinatensystems während des Betriebs der Funktion G53.

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Abbildung 16 - Darstellung der Position des Ursprungs des Arbeitskoordinatensystems während des Betriebs der Funktion G53

Implementierung grundlegender Dreh- und Lochbearbeitungszyklen

Der implementierte Steuerprogramm-Parsing-Algorithmus ermöglicht die Simulation der Ausführung von Dreh- und Bohrzyklen des Fanuc-Systems. Wenn jeder Zyklus ausgeführt wird, wird im Speicher des Rechengeräts eine sogenannte Pufferliste von Rahmen erstellt, einschließlich Zwischenwerkzeugbewegungen, wenn eine programmierte Teilekontur empfangen wird. Drehzyklen werden durch ein oder zwei aufeinanderfolgende Startrahmen definiert, in denen die Hauptparameter des Zyklus vorgeschrieben sind - Schrupp- und Schlichtzugaben, Schnitttiefe beim Schruppen mit dem Fräser, Anzahl der Schruppdurchgänge beim Schneiden, Umfang des Zurückschneidens, Parameter des Verarbeitungsmodus usw. Die Teilekontur wird durch eine Folge von Rahmen mit der erforderlichen Nummerierung des ersten und letzten Rahmens programmiert.

Der zur Z-Achse parallele Auslagerungszyklus wird durch die Funktion G71 eingeleitet. Die Parameter des Zyklus werden in zwei aufeinanderfolgenden Blöcken im Format programmiert: wobei im ersten Block: U die Verarbeitungstiefe für grobe Durchgänge ist (Programmiermodus in Radien), R der Abstand des Fräserrückzugs nach dem Ende jedes Durchgangs ist; im zweiten Rahmen: P ist die Folgenummer des ersten Beschreibungsrahmens der verarbeiteten Schaltung; Q ist die Seriennummer des letzten Rahmens der Beschreibung der bearbeiteten Kontur, U ist die Größe und Richtung der Entfernung der Endbearbeitungszugabe entlang der X-Achse (Programmiermodus in Durchmessern), W ist der Wert und die Richtung der Entfernung der Endzugabe entlang der Z-Achse, F ist die Vorschubgeschwindigkeit für Schruppfräser, S. - Spindeldrehzahl oder Schnittgeschwindigkeit während der Endbearbeitung.

G71 U_ R_
G71 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

Abbildung 17 zeigt die Werkzeugwege während des Drehzyklus des G71. Die grünen Linien zeigen die Bewegungen des Fräsers auf dem Arbeitsvorschub, die violetten Linien zeigen den beschleunigten Vorschub. Wie aus der Figur ersichtlich ist, kann die verarbeitete Schaltung gekrümmte Abschnitte enthalten, die durch das Verfahren der Kreisinterpolation programmiert sind.

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Abbildung 17 - Trajektorien des Schneidwerkzeugs während des G71-Wendezyklus und ein Codefragment des Steuerprogramms

Der Zyklus zum Entfernen der Toleranz parallel zur X-Achse wird durch die G72-Funktion eingeleitet. Das Programmierprinzip dieses Zyklus ähnelt dem des G71-Zyklus. Die Ausführung von Grobdurchläufen durch den Fräser erfolgt in Richtung der X-Achse des Arbeitskoordinatensystems. Die Schleifenparameter werden in zwei aufeinanderfolgenden Blöcken im Format programmiert:

G72 W_ R_
G72 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

wobei im ersten Rahmen: W die Verarbeitungstiefe für grobe Durchgänge ist, R der Abstand des Fräserrückzugs nach dem Ende jedes Durchgangs ist; im zweiten Rahmen: P - Seriennummer des ersten Beschreibungsrahmens der bearbeiteten Kontur, Q - Seriennummer des letzten Beschreibungsrahmens der bearbeiteten Kontur, U - Größe und Richtung der Entfernung der Endbearbeitungszugabe entlang der X-Achse (Programmiermodus in Durchmessern), W - Größe und Richtung der Entfernung der Endzugabe entlang der Z, F-Achse ist die Vorschubgeschwindigkeit für grobe Durchgänge mit einem Fräser, S ist die Spindeldrehzahl oder Schnittgeschwindigkeit während der Endbearbeitung.

Abbildung 18 zeigt die Werkzeugwege während des G72-Drehzyklus.

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Abbildung 18 - Trajektorien des Schneidwerkzeugs während der Ausführung des Drehzyklus G72 und ein Codefragment des Steuerprogramms

Der Vorratsentfernungszyklus parallel zur angegebenen Kontur wird durch die Funktion G73 eingeleitet. Die Schleifenparameter werden in zwei aufeinanderfolgenden Blöcken im Format programmiert:

G73 U_ W_ R_
G73 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

wobei im ersten Rahmen: U die Größe und Richtung der Entfernung der Gesamtzugabe entlang der X-Achse ist (Programmiermodus in Radien), W der Wert und die Richtung der Entfernung der Gesamtzugabe entlang der Z-Achse ist, R die Anzahl aufeinanderfolgender Durchgänge beim Entfernen der Grobzugabe einschließlich eines halben Durchgangs ist; im zweiten Rahmen: P ist die Folgenummer des ersten Beschreibungsrahmens der verarbeiteten Schaltung; Q - Seriennummer des letzten Beschreibungsrahmens der verarbeiteten Schaltung; U ist der Wert und die Richtung der Entfernung der Endbearbeitungszugabe entlang der X-Achse (Programmiermodus in Durchmessern), W ist der Wert und die Richtung der Entfernung der Endzugabe entlang der Z-Achse, F ist der Vorschub für grobe Schnitte, S ist die Spindeldrehzahl oder Schnittgeschwindigkeit während der Endbearbeitung .

Abbildung 19 zeigt die Werkzeugwege während des G73-Drehzyklus.

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Abbildung 19 - Die Flugbahnen des Schneidwerkzeugs während des G73-Wendezyklus und das Codefragment des Steuerprogramms

Der Zyklus zum Entfernen der Endbearbeitungszugabe wird von der G70-Funktion eingeleitet. Die Parameter des Zyklus werden in einem

G70 P_ Q_ F_ S_

Block im Format programmiert: wobei P die Sequenznummer des Erstbeschreibungsrahmens der bearbeiteten Kontur ist, Q die Sequenznummer des letzten Beschreibungsrahmens der bearbeiteten Kontur ist, F die Vorschubgeschwindigkeit während der Endbearbeitung ist, S die Spindeldrehzahl oder die Schnittgeschwindigkeit während der Endbearbeitung ist.

Der G70-Endzyklus ergänzt die Zyklen G71, G72 und G73. Sie können die Kontur beenden, nachdem Sie die Zyklen des Grobdrehens angewendet haben. Die Verwendung des G70-Zyklus als unabhängiger Zyklus ist unpraktisch.

Die Programmierung der Bearbeitung der Außen- / Innen- und Endnuten erfolgt mit den Spezialzyklen G74 und G75.

Ende des Einstech- / Rückprallzyklus, ausgelöst durch die Funktion G74. Die Parameter des Zyklus werden in zwei aufeinanderfolgenden Blöcken im folgenden Format programmiert: wobei im ersten Block: R die Entfernung ist, bis zu der das Schneidwerkzeug nach Abschluss des Einstechschritts zurückgezogen wird; im zweiten Rahmen: X (U) - Koordinate des Endpunkts auf der X-Achse, Z (W) - Koordinate des Endpunkts auf der Z-Achse, P - Schritt der Nut auf der X-Achse in Mikrometern, Q - Schritt der Nut auf der Z-Achse in Mikrometern, F - Vorschubgeschwindigkeit.

G74 R_
G74 X(U)_ Z(W)_ P_ Q_ F_

Fig. 20 zeigt die Werkzeugwege während des Nutzyklus der Endnuten G74. Bei Durchführung dieses Zyklus wird das Werkzeug nach jedem Arbeitsdurchgang um den angegebenen Rückprallwert zurückgezogen, um Späne aus der bearbeiteten Nut zu entfernen. Der G74-Zyklus kann auch zum Programmieren des Endlochbohrvorgangs verwendet werden.

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Abbildung 20 - Trajektorien des Schneidwerkzeugs während der Ausführung des Nutzyklus der Endnuten G74 und eines Codefragments des Steuerprogramms

Der Rillenzyklus der externen / internen Rillen mit einem Rückprall wird durch die G75-Funktion eingeleitet. Das Prinzip der Verwendung des G75-Zyklus ähnelt dem des G74-Zyklus. Die Rillennut wird in Richtung der X-Achse ausgeführt. Der eingestellte Wert der Rillenteilung entlang der Z-Achse ermöglicht das Rillen mit Überlappung. Nach jedem Arbeitsdurchgang wird das Werkzeug um einen vorgegebenen Rückprallwert eingefahren. Die Parameter des Zyklus werden in zwei aufeinanderfolgenden Blöcken im folgenden Format programmiert: wobei im ersten Block: R die Entfernung ist, bis zu der das Werkzeug nach Abschluss des Nutschritts zurückgezogen wird; im zweiten Rahmen: X (U) - Koordinate des Endpunkts auf der X-Achse, Z (W) - Koordinate des Endpunkts auf der Z-Achse, P - Schritt der Nut auf der X-Achse in Mikrometern, Q - Schritt der Nut auf der Z-Achse in Mikrometern, F - Vorschubgeschwindigkeit.

G75 R_
G75 X(U)_ Z(W)_ P_ Q_ F_

Fig. 21 zeigt die Werkzeugwege während des Nutzyklus der äußeren Nut G75.

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Abbildung 21 - Trajektorien des Schneidwerkzeugs während des Einstechzyklus der Außen- / Innennuten G75 und ein Codefragment des Steuerprogramms.

Für die Bearbeitung von Gewindeverbindungen wird ein durch die G76-Funktion initiierter Mehrfachdurchlauf-Einfädelzyklus implementiert. Die Schleifenparameter werden in zwei aufeinanderfolgenden Blöcken im Format programmiert:

G76 Pxxyyzz Q_ R_
G76 X(U)_ Z(W)_ R_ P_ Q_ F_

wobei im ersten Rahmen: xx die zweistellige Anzahl der Schraubendurchgänge mit einem Gewindeschneidwerkzeug ist; yy ist eine zweistellige Zahl, die die Größe der Fase definiert, zz ist eine zweistellige Zahl, die den Winkel der Schneidkante des Schneidwerkzeugs bestimmt, Q ist die minimale Gewindetiefe in Mikrometern (Programmiermodus in Radien), R ist die Schnitttiefe während des letzten Durchgangs; im zweiten Block: X (U) - Koordinate des Endpunkts des Gewindeschneidens auf der X-Achse, Z (W) - Koordinate des Endpunkts des Gewindeschneidens auf der Z-Achse, R - Bewegungsbetrag entlang der X-Achse beim Schneiden von konischem Gewinde (nicht programmiert beim Schneiden von zylindrischem Gewinde ), P ist die Gewindehöhe in Mikrometern, Q ist die Gewindetiefe für den ersten Durchgang in Mikrometern, F ist die Gewindesteigung entlang der Z-Achse.

Abbildung 22 zeigt die Werkzeugwege während eines zylindrischen G76-Zyklus mit mehreren Durchgängen. Blaue Linien zeigen die Bewegung des Gewindeschneidwerkzeugs am Arbeitsvorschub an.

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Abbildung 22 - Trajektorien des Schneidwerkzeugs während eines Mehrfachdurchlauf-Gewindeschneidzyklus G76 und ein Codefragment des Steuerprogramms

Zyklus G76 ermöglichen es Ihnen auch, die Verarbeitung von konischen Gewinden zu programmieren (Abb. 23).

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Abbildung 23 - Trajektorien des Schneidwerkzeugs während eines Kegelgewindes G76 mit mehreren Durchgängen und eines Codefragments des Steuerprogramms

Bei der Programmierung der Bearbeitung von Gewindeverbindungen kann ein alternativer Gewindezyklus mit konstanter Steigung verwendet werden, der durch die G92-Funktion eingeleitet wird. Die Zyklusparameter werden in einem Block im Format programmiert:

G92 X(U)_ Z(W)_ R_ F_

wobei X (U) die Koordinate des Endpunkts des Gewindeschneidens entlang der X-Achse ist, Z (W) die Koordinate des Endpunkts des Gewindeschneidens entlang der Z-Achse ist, R das Ausmaß der Bewegung entlang der X-Achse beim Schneiden von konischem Gewinde ist (nicht wird beim Schneiden von zylindrischen Gewinden programmiert), F ist die Gewindesteigung entlang der Z-Achse.

Jeder Arbeitsdurchgang mit einem Gewindeschneidwerkzeug wird als separater Block programmiert, der in der allgemeinen Reihenfolge der Rahmen nach dem Initialisierungsblock des G92-Zyklus abläuft. In diesem Fall wird nur die X-Koordinate angegeben, dh der Durchmesserwert, bei dem sich der berechnete Punkt des Fräsers auf dem aktuellen Arbeitsdurchgang befindet.

Abbildung 24 zeigt die Werkzeugwege während eines Verjüngungszyklus mit einer konstanten Steigung von G92.

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Abbildung 24 - Trajektorien des Schneidwerkzeugs während des Gewindezyklus mit einer konstanten Steigung G92 und einem Codefragment des Steuerprogramms

Zum Programmieren des Einstechens langer zylindrischer oder konischer Abschnitte des Teils wird der durch die G90-Funktion eingeleitete Hauptdreh- / Außendurchmesser-Drehzyklus verwendet. Der Aufbau des Zyklus ähnelt dem Einfädelzyklus G92. Vor dem Start des Zyklus wird der Cutter am Startpunkt angezeigt. Die Zyklusparameter werden in einem Block im Format programmiert:

G90 X(U)_ Z(W)_ R_ F_

wobei X (U) die Koordinate des Endpunkts entlang der X-Achse ist, Z (W) die Koordinate des Endpunkts entlang der Z-Achse ist, R die Änderung des Radius der Basis des Kegels ist, F die Vorschubgeschwindigkeit ist.

Jeder Arbeitsdurchlauf mit dem Cutter wird von einem separaten Block programmiert, der nach dem Initialisierungsblock des G90-Zyklus in der allgemeinen Folge von Frames abläuft. In diesem Fall kann nur die X-Koordinate angegeben werden, dh der Durchmesserwert, bei dem sich der berechnete Punkt des Fräsers auf dem aktuellen Arbeitsdurchgang befindet. Auch in den Rahmen der Beschreibung der Arbeitspassagen kann die Z-Koordinate eingestellt werden, falls es erforderlich ist, den abgestuften Teil des Teils zu verarbeiten. Abbildung 25 zeigt die Werkzeugwege während des Hauptdrehzyklus des Außen- / Innendurchmessers G90.

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Abbildung 25 - Trajektorien des Schneidwerkzeugs während der Ausführung des Hauptdrehzyklus des Außen- / Innendurchmessers G90 und eines Codefragments des Steuerprogramms

Die Bearbeitung der Endflächen von Teilen kann mit dem durch die G94-Funktion eingeleiteten Hauptdrehzyklus für das äußere / innere Ende programmiert werden. Die Zyklusparameter werden in einem Block im Format programmiert:

G94 X(U)_ Z(W)_ R_ F_

wobei X (U) die Koordinate des Endpunkts entlang der X-Achse ist, Z (W) die Koordinate des Endpunkts entlang der Z-Achse ist, R die Änderung des Radius der Basis des Kegels ist, F die Vorschubgeschwindigkeit ist.

In Analogie zum G90-Zyklus werden die Fräserdurchgänge nach dem Initialisierungsblock des G94-Zyklus in separaten Blöcken programmiert. In diesem Fall können für jeden Durchgang die Koordinaten Z und / oder X sowie der Parameter R eingestellt werden, der die Änderung des Radius der Basis des Kegels bestimmt. Abbildung 26 zeigt die Werkzeugwege während des Hauptdrehzyklus G94 für das externe / interne Ende.

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Abbildung 26- Trajektorien des Schneidwerkzeugs während der Ausführung des externen / internen Hauptdrehzyklus G94 und eines Codefragments des Steuerungsprogramms Das

Simulationsmodell ermöglicht es Ihnen auch, Endlochbohrvorgänge mit konstanten Zyklen zu programmieren: einfaches Single-Pass-Bohren, Single-Pass-Bohren mit Verschlusszeit am Boden des Lochs und Multi-Pass (intermittierend) ) Bohren (Abb. 27).

Der einfache Einzyklus-Bohrzyklus wird von der G81-Funktion initiiert und hat das Rahmenformat:

G81 X(U)_ Z(W)_ R_ F_

wobei X (U) die Koordinate des Endpunkts entlang der X-Achse ist, Z (W) die Koordinate des Endpunkts entlang der Z-Achse ist, R die absolute Koordinate der Werkzeugrückzugsebene entlang der Z, F-Achse ist - Vorschubgeschwindigkeit.

Der Single-Pass-Bohrzyklus mit einer Verschlusszeit am Boden des Lochs wird von der G82-Funktion initiiert und hat das Rahmenformat:

G82 X(U)_ Z(W)_ R_ P_ F_

wobei X (U) die Koordinate des Endpunkts entlang der X-Achse ist, Z (W) die Koordinate des Endpunkts entlang der Z-Achse ist, R die absolute Koordinate der Werkzeugrückzugsebene entlang ist Achse Z, P - Haltezeit am Boden des Lochs in Millisekunden, F - Vorschubgeschwindigkeit.

Der intermittierende Bohrzyklus wird von der G83-Funktion initiiert und hat das Rahmenformat:

G83 X(U)_ Z(W)_ R_ P_ Q_ F_

wobei X (U) die Koordinate des Endpunkts entlang der X-Achse ist, Z (W) die Koordinate des Endpunkts entlang der Z-Achse ist, R die absolute Koordinate der Werkzeugrückzugsebene entlang der Z-Achse ist, P - die Belichtungszeit am Boden des Lochs in Millisekunden, Q ist der Bohrschritt entlang der Z-Achse in Mikrometern, F ist die Vorschubgeschwindigkeit.

Die Aufhebung des kontinuierlichen Lochbearbeitungszyklus erfolgt durch die Funktion G80.

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Abbildung 27 - Bohrwege während des intermittierenden Bohrzyklus G83 und ein Codefragment des Steuerprogramms

Implementierung allgemeiner Funktionen der numerischen Steuerung

Die Spindeldrehung wird durch die Modalfunktion M03 im Uhrzeigersinn bzw. durch die Funktion M04 gegen den Uhrzeigersinn gestartet. Die Spindeldrehung wird mit der Funktion M05 gestoppt. Die Funktionen M03 - M04 geben den Befehl zum Starten der Spindeldrehung, bestimmen jedoch nicht die Drehzahlparameter. Zu diesem Zweck wird die Hauptbewegungsfunktion S mit der angegebenen Drehzahl (oder Schnittgeschwindigkeit) verwendet. In diesem Fall wird die Spindeldrehzahl durch die Adresse S eingestellt, wonach die Anzahl der Umdrehungen pro Minute angezeigt wird (wenn die Modalfunktion G97 aktiv ist). Für den Fall, dass die Verarbeitung mit einer konstanten Schnittgeschwindigkeit erfolgt (Modalfunktion G96 ist aktiv), gibt die Zahl nach der Adresse S die Schnittgeschwindigkeit in m / min an. In diesem Fall wird die tatsächliche Spindeldrehzahl durch die Berechnung basierend auf dem Ausdruck bestimmt:

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wobei V die angegebene Schnittgeschwindigkeit m / min ist, d der aktuelle Verarbeitungsdurchmesser ist, m, π = 3,14159.

Die Bewegung der Maschinenträger erfolgt bei Arbeits- und beschleunigten Vorschüben. Die Materialbearbeitung durch Schneiden erfolgt an einem Arbeitsvorschub. Der Vorschub wird auf zwei Arten durch den Vorschub F eingestellt. Mit der Modalfunktion G98 wird ein Modus eingestellt, in dem der Vorschub in mm / min eingestellt wird. Der zweite Programmiermodus der Vorschubmenge erfolgt über die Modalfunktion G99. Der Vorschub wird in mm / U eingestellt. Die Funktion G99 ist im Ausgangszustand des CNC-Systems aktiv. Beim Schneiden eines Gewindes mit der Adresse F wird eine konstante Gewindesteigung oder die anfängliche Steigung bei einem Gewinde mit variabler (zunehmender oder abnehmender) Steigung programmiert.

Mit der Werkzeugfunktion T wird die Position eines mit einem Schneidwerkzeug ausgestatteten Revolvers ausgewählt und umgeschaltet. Die Funktion ist im Format "T0A0B" programmiert, wobei A die Nummer der Zielposition des Revolvers und B die Nummer des Korrektors für den Radius des Werkzeugs ist. Beim Umschalten der Position des Revolvers kehrt das Werkzeug zum Referenzpunkt zurück, an dem die Werkzeugscheibe des Revolvers über die kürzeste Strecke gedreht wird.

Das Simulationsmodell implementiert die Fähigkeit, interne und externe Routinen zu verwenden. Interne Routinen werden nach den Programmbeendigungsfunktionen M02 oder M30 in den Hauptprogrammcode eingefügt. Der Aufruf des internen Unterprogramms erfolgt über die Funktion M97 im Format:

M97 P_ L_

Dabei ist P die Rahmennummer des Starts des internen Unterprogramms, L die Anzahl der Aufrufe des internen Unterprogramms.

Externe Unterprogramme sind autonome Texte mit eigenen Überschriften und Rahmennummern. Das Simulationsmodell unterstützt fünf externe Steuerungsprogramme in einer Sitzung. Der Aufruf externer Unterprogramme erfolgt durch die Funktion M98 im Format:

M98 Pxxyyyy

wobei xx die Anzahl der Aufrufe des externen Unterprogramms ist; JJJJ ist die Nummer der externen Routine (z. B. 0005).

Der Abschluss der internen und externen Routinen mit der anschließenden Rückkehr zum Hauptprogramm erfolgt mit der Funktion M99.

Weitere Hilfsfunktionen des CNC-Systems sind: Funktionen zum Stoppen der Ausführung des Steuerprogramms M00 / M01, Funktionen zum Vervollständigen des Steuerprogramms M02 / M30, Funktionen zum Ein- und Ausschalten der Schneidflüssigkeitsversorgung MZ / M08 / M09 und Funktionen zum Öffnen / Schließen von automatischen Türen M38 / M39. Diese Funktionen können sowohl in separaten Blöcken als auch in Verbindung mit anderen Befehlen programmiert werden. Nach Ausführung der Funktionen M02 und M30 endet der Simulationsprozess - das Werkzeug wird zum Referenzpunkt gebracht, die Spindeldrehung wird gestoppt, die Peripheriegeräte werden ausgeschaltet.

Beschreibung des CNC-Drehsimulators

Allgemeine Produktbeschreibung

Der Drehsimulator einer CNC-Maschine ist in Form einer plattformübergreifenden grafischen Anwendung implementiert . Typ des Zielcomputergeräts und der unterstützten Plattform: IBM-kompatibler PC mit Microsoft Windows- und Linux-Betriebssystemen, Apple Macintosh-PC mit MacOS-Betriebssystem, mobile Geräte mit Android- und iOS-Betriebssystemen. Darüber hinaus ist die Programmausführung in einer Webbrowser-Umgebung mit Unterstützung der HTML5-Technologie und Hardware-Unterstützung für 3D-Grafiken (WebGL-Technologie) möglich. Die Grafikkomponente der Software verwendet die OpenGL 2.0-Komponentenbasis. Die grafische Benutzeroberfläche des Programms ist in Russisch und Englisch implementiert.

Mindestsystemanforderungen für ein Computergerät:

CPU-Takt: 1,6 GHz;
RAM-Kapazität: 1 GB;
Videospeicherkapazität: 512 MB;
Bildschirmauflösung: 1024 × 768 (für Desktop-Computer);
Unterstützung für OpenGL Version 2.0;
Standardtastatur und Computermaus mit Scrollrad (für Desktop-Computer);
Tonwiedergabemittel (Lautsprecher, Audio-Lautsprecher oder Kopfhörer).

Wenn Sie mit Webversionen der Anwendung arbeiten, wird empfohlen, den MicrosoftEdge-Webbrowser zu verwenden, der Teil des Windows 10-Betriebssystems ist.

Benutzerdatenformat

Während der Installation des Softwareprodukts im Standardverzeichnis "Dokumente" des Betriebssystems wird das Stammverzeichnis der Simulatorprojekte erstellt, das eine Reihe von Unterverzeichnissen mit Beispielen für Steuerprogramme enthält. Im Microsoft Windows 10-Betriebssystem befindet sich das Verzeichnis "Dokumente" beispielsweise unter: C: \ Benutzer \ Aktueller Benutzer \ Dokumente. Das Erstellen, Umbenennen und Löschen von Dateien und Unterverzeichnissen sollte mit dem Standard-Dateimanager des Betriebssystems erfolgen.

Simulator-Projektdateien haben die Erweiterung * .csdata. Zu Optimierungszwecken wird die Byte-Eingabe / Ausgabe von Daten durchgeführt, daher ist das Öffnen einer Projektdatei in einem externen Texteditor nicht möglich. Die Bytestruktur der Datei ist in Tabelle 3 dargestellt.

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GUI-Struktur

Der Simulator läuft im Vollbild-Grafikmodus. Die Größen der Strukturelemente der grafischen Oberfläche variieren adaptiv je nach Format (Seitenverhältnis) des Bildschirms. Somit ist die Ausführung des Programms auf Bildschirmen mit unterschiedlichen Seitenverhältnissen möglich, sowohl nahe 1,0 (Auflösungen 1024 x 768, 1280 x 1024 usw.) als auch 2,0 (Auflösungen 1920 x 1080, 2160 x 1080 usw.).

Die Interaktion mit Elementen der grafischen Oberfläche erfolgt mit einer Standard-Computermaus (bei der Arbeit an einem Desktop-Computer) oder durch sensorische Interaktion mit dem Bildschirm (bei der Arbeit an einem interaktiven Whiteboard, Tablet oder Smartphone).

Der Hauptbildschirm des Programms wird durch eine dreidimensionale Szene dargestellt, deren Hauptobjekt ein grafisches polygonales Modell einer Drehmaschine in einer bedingten räumlichen Umgebung ist (Abb. 28).

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Abbildung 28 - Ansicht des Hauptbildschirms des Programms

Während der gesamten Sitzung mit dem Programm wird auf der rechten Seite des Bildschirms eine Navigationsleiste angezeigt. Die erste Schaltfläche (von oben nach unten) im Bedienfeld dient zum Öffnen des Dialogfelds zum Beenden des Programms. Das Dialogfeld zum Herunterfahren des Programms zeigt Warninformationen zu einem möglichen Datenverlust an, wenn das aktuelle Projekt nicht in einer Datei gespeichert wurde. Das Schließen des Dialogbildschirms erfolgt auch durch wiederholtes Drücken der entsprechenden Taste im Navigationsbereich. Die zweite Schaltfläche des Navigationsbereichs öffnet den Dialogbildschirm des integrierten Dateimanagers (Abb. 29). Die Elemente dieses Dialogbildschirms sind drei vertikal angeordnete Schaltflächen: "Neues Projekt", "Projekt öffnen" und "Projekt speichern". Die erste Funktionstaste (von oben nach unten) setzt alle Parameter des aktuellen Projekts auf die Standardwerte zurück.Diese Aktion wird von einem zusätzlichen Bestätigungsdialog begleitet. Die zweite Schaltfläche zeigt die Elemente des Dateisystems in der traditionellsten Darstellung an (Abb. 30).

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Abbildung 29 - Dialogfeld des integrierten Dateimanagers Die

Liste der Verzeichnisse wird im linken Teil des Dialogfelds zum Öffnen von Dateien angezeigt. Das Stammverzeichnis wird während der Installation des Programms im System erstellt. Auf Verzeichnisse oberhalb der Stammhierarchie wird nicht über den integrierten Dateimanager zugegriffen.

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Abbildung 30 - Das Dialogfeld zum Öffnen einer Projektdatei

Auf der rechten Seite des Dialogfelds zum Öffnen einer Datei wird eine Liste der Dateien im aktuellen Active Directory angezeigt. Dateien werden nach der Erweiterung gefiltert, die dem Typ der Programmdateien entspricht (Dateien mit einer anderen Erweiterung werden in der Liste nicht angezeigt).

Die Navigation in der Verzeichnisstruktur erfolgt durch einen einzigen Mausklick (oder einen einzigen Klick auf den Touchscreen) auf den Verzeichnisnamen in der Liste. Die Rückkehr zur oberen Hierarchieebene erfolgt durch Klicken auf die obere leere Zeile mit dem entsprechenden Symbol (Abb. 31).

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Abbildung 31 - Bild der Rückleitung zur obersten Ebene der Verzeichnisse.

Die Datei wird durch einen ähnlichen Einzelklick auf den Dateinamen in der rechten Liste ausgewählt. Der Name der ausgewählten Datei wird hellgrün angezeigt (Abb. 32).

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Abbildung 32 - Hervorheben des Namens in Farbe bei der Auswahl einer Datei.

Verzeichnis- und Dateilisten sind mit vertikalen und horizontalen Bildlaufleisten ausgestattet, mit denen Sie eine beliebige Anzahl von Listenelementen in ein Feld mit fester Größe einfügen können.

Die dritte Schaltfläche im Dateimanager-Dialogbildschirm zeigt einen Dateispeicherungsdialog an, der dem geöffneten Dialog ähnelt, jedoch mit einem Textfeld zur Eingabe des Dateinamens ausgestattet ist (Abb. 33).

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Abbildung 33 - Dialogfeld zum Speichern einer Projektdatei

Das Textfeld oben auf dem Bildschirm dient zur Tastatureingabe des Dateinamens. Wenn Sie auf einem Gerät ohne physische Tastatur arbeiten, sollten Sie eine virtuelle Tastatur verwenden, die Bestandteil des Betriebssystems oder einer eigenständigen Hintergrundanwendung ist. Geben Sie den Dateinamen ohne Erweiterung ein. Bei der Eingabe von Text in ein Feld werden nur Text und numerische Zeichen unterstützt. Die maximale Länge des Eingabetextes beträgt 128 Zeichen. Wenn Sie eine vorhandene Projektdatei überschreiben möchten, müssen Sie sie in der Liste der Dateien auswählen. In diesem Fall wird der tatsächliche Name der ausgewählten Datei im Feld Dateiname angezeigt.

Die Bestätigung (oder der Abbruch) der Aktion in den Dialogbildschirmen zum Öffnen und Speichern von Dateien erfolgt über die entsprechenden Schaltflächen in der unteren rechten Ecke des Bildschirms.

Über die dritte Schaltfläche des Navigationsbereichs wird das Dialogfeld zum Einstellen der Werkstückparameter geöffnet (Abb. 34).

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Abbildung 34 - Dialogfeld zum Festlegen leerer Parameter

Die Hauptelemente des Bildschirms für leere Einstellungen sind das Dimensionsreferenzfeld und das Bedienfeld für leere Parameter. Das Maßbezugsfeld zeigt den Arbeitsbereich der Drehmaschine mit einer Draufsicht. Die bedingte Zeichnung zeigt die wichtigsten beweglichen Teile der Maschine: ein Dreibackenfutter, einen Turm und einen Reitstock (für lange Werkstücke). Mit den entsprechenden Tasten zum Erhöhen / Verringern der Zahlenwerte der ersten vier Parameter (auf der rechten Seite) werden die Grundabmessungen des Werkstücks und seine Abweichung vom Spannfutter eingestellt (Tabelle 4).

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Die Parameter L1 und L2 sind die festen Abmessungen des Dreibackenfutters, die von dem durch den Buchstaben M angegebenen Maschinennullpunkt entfernt sind. Der Parameter L3 stellt den tatsächlichen Überhang des Werkstücks dar und hängt von den vom Benutzer eingestellten Parametern L, D und L4 ab.

Die Gruppe von zehn Parametern im unteren Teil des rechten Feldes dient zum Ändern der Werte der Maschinennullkorrekturen oder zum Positionieren der Nullen W2–6 von fünf zusätzlichen Arbeitskoordinatensystemen. Das Umschalten zwischen ihnen erfolgt programmgesteuert mit den entsprechenden Funktionen G55 - G59. Die Koordinaten der Nullen zusätzlicher Koordinatensysteme werden ab dem Punkt der Maschinennull gezählt. Das Hauptarbeitskoordinatensystem mit Null W1 befindet sich immer am rechten Ende des Werkstücks, das im Spannfutter befestigt ist, unter Berücksichtigung der Zulässigkeit für die Primärflächenbearbeitung L5. Die Arbeitskoordinatensysteme und ihre Nullen sind in der Zeichnung mit farbigen Achsen und entsprechenden Symbolen dargestellt (Abb. 35).

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Abbildung 35 - Fragment einer Zeichnung der Maßreferenz des Werkstücks

Zusammen mit dem Werkstück wird im Feld der Maßreferenzzeichnung ein Turm mit einem darin installierten Werkzeug angezeigt. Wenn der Revolver mit einem axialen Werkzeug ausgestattet ist, zeigt die Zeichnung gleichzeitig einen Bohrer mit einer nominalen Längsreichweite von Zm und einen Fräser für die Außenbearbeitung mit einer nominalen seitlichen Reichweite von Xm (Abb. 36.a). Wenn Sie Werkzeuge nur für die Außenbearbeitung verwenden, ist das Axialwerkzeug in der Zeichnung nicht dargestellt (Abb. 36.b).

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Abbildung 36 - Verschiedene Konfigurationsoptionen für den Revolver bei Verwendung eines Axialwerkzeugs (a) und ohne Verwendung eines Axialwerkzeugs (b)

Die Bezugsposition des Revolvers wird so bestimmt, dass ein theoretisches Werkzeug mit Nennüberhängen Zm und Xm sichere Längsvertiefungen Z 'und X' in Querrichtung von der unteren rechten Ecke der Werkstückkontur im Plan aufweist. Die Sicherheitsränder Z 'und X' sind nicht einstellbar und betragen 30 mm.

Bei der Einstellung der Abmessungen des Werkstücks wird automatisch die Einhaltung der Bedingungen für das Vorspannen langer Werkstücke durch die hintere Mitte gesteuert. Wenn der Versatzwert L3 3 Durchmesser des Werkstücks überschreitet, wird die Reitstockfeder mit der darin installierten hinteren Mitte im Zeichenfeld angezeigt. Beim Ändern der Einstellung des Teils nach der ersten Bearbeitung wird die Maschine nicht in Bezug auf die Werkstückbindung und die Nullen der Arbeitskoordinatensysteme neu eingestellt.

Über die vierte Schaltfläche des Navigationsbereichs wird das Dialogfeld zum Einstellen der Werkzeugparameter geöffnet (Abb. 37). Auf der linken Seite des Bildschirms befindet sich eine Liste (Katalog) von Werkzeugen, einschließlich 185 Namen verschiedener Werkzeuge für die externe und interne Bearbeitung von Teilen. Jedes Element in der Liste beginnt mit einem interaktiven Werkzeugsymbol, das die Form der Platte und die empfohlenen Anweisungen für die Vorschübe beschreibt. Rechts neben dem Werkzeugsymbol befinden sich eine Seriennummer und eine kurze Textbeschreibung des Werkzeugs, einschließlich seiner geometrischen Eigenschaften und der Art der Drehung, bei der die Verwendung dieses Werkzeugs empfohlen wird. Die Werkzeugliste verfügt über eine vertikale Bildlaufleiste.

Auf der rechten Seite des Bildschirms zur Einstellung der Werkzeugparameter befindet sich oben eine Reihe quadratischer Zellen mit Seriennummern von 1 bis 8, die den Positionen des Revolvers entspricht.

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Abbildung 37 - Dialogfeld zum Einstellen der Werkzeugparameter

Um das Werkzeug an die gewünschte Position des Revolvers zu bringen, müssen Sie mit der Maus über das Symbol mit dem Bild des Werkzeugs in der Liste fahren, dann die linke Maustaste drücken und gedrückt halten, das Symbol in eine freie Zelle im oberen rechten Teil des Bildschirms verschieben und dann die Maustaste loslassen. Wenn sich das Werkzeug an eine bereits belegte Position bewegt, wird es automatisch in den Katalog zurückgeführt. Wenn Sie an einem Gerät mit Touchscreen arbeiten, erfolgt die Bewegung der Werkzeugsymbole auf ähnliche Weise, indem Sie den Bildschirm kontinuierlich berühren, während Sie sich auf dem Bildschirm bewegen.

Das installierte Tool wird durch eine ähnliche Bewegung des Symbols in den Katalog zurückgegeben. In diesem Fall reicht es aus, das Symbol des zurückgegebenen Werkzeugs in einen beliebigen Bereich des Werkzeuglistenfelds zu verschieben.

Um ein bereits installiertes Werkzeug von einer Position in eine andere umzuordnen (frei oder von einem anderen Werkzeug belegt), reicht es aus, das Symbol innerhalb des Positionsblocks des Revolvers zu verschieben. Wenn gleichzeitig die Zelle, in die sich das Werkzeug bewegt, bereits von einem anderen Werkzeug belegt ist, werden diese Werkzeuge ausgetauscht.

Unterhalb des Positionsblocks des Revolverkopfs befindet sich eine Zeichnung des Maßbezugs des Werkzeugs, die das Modell des Werkzeugs und der Ausrüstung im Plan, die tatsächlichen Werte der Längs- und Querflüge sowie das geometrische Diagramm des Werkzeugeinsatzes im Plan zeigt.

Die Position des Nullpunkts des Werkzeugs, die durch das entsprechende Symbol angezeigt wird, kann nicht geändert werden und entspricht der Mitte des Lochs in der Ebene der Vorderseite des Revolvers.

Die Abweichungen des Werkzeugs können je nach Werkzeugtyp mithilfe der Schaltflächen zum Erhöhen / Verringern des Versatzwerts im unteren rechten Teil des Felds für die Bemaßungsreferenzzeichnung geändert werden (Abbildung 38). Bei externen Werkzeugen ändert sich der seitliche Versatz entlang der X-Achse zu einer kleineren Seite, und bei axialen Werkzeugen ändert sich der Längsversatz entlang der Z-Achse zu einer größeren oder kleineren Seite.

Das Einstellen der Werkzeugabweichungen ist eine der Phasen des Einrichtens der Maschine. Wenn Sie die Reichweite von Axialwerkzeugen verkürzen, indem Sie sie in den Hohlraum der technologischen Ausrüstung (und dementsprechend in den Revolver) vertiefen, können Sie die Grenzen des Arbeitsraums der Maschine bei der Bearbeitung der Außenfläche in der Nähe der Patrone erweitern, sofern sowohl die Axialwerkzeuge als auch die Werkzeuge für die Außenbearbeitung im Revolver befestigt sind.

Das Umschalten zwischen den im Turm installierten Werkzeugen erfolgt über die entsprechenden Schaltflächen „links“ / „rechts“ in der oberen rechten Ecke des Felds für die Maßreferenzzeichnung. Die wichtigsten geometrischen Parameter des Werkzeugs werden am unteren Rand der Zeichnung angezeigt.

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Abbildung 38 - Zeichnungsansicht der Maßreferenz des Werkzeugs Das

Axialwerkzeug wird nicht verwendet, wenn das Werkstück in der hinteren Mitte vorgespannt wird. Wenn der Revolver mit einem Axialwerkzeug vorgerüstet ist und die Abmessungen des Werkstücks an zweiter Stelle geändert werden, wodurch die hintere Mitte betroffen ist, kehrt das Axialwerkzeug automatisch zum Katalog zurück. Um diese Situation zu vermeiden, sollte der Turm mit dem Maßbezug des Werkstücks ausgestattet sein.

Die fünfte Schaltfläche des Navigationsbereichs zeigt auf dem Hauptbildschirm des Simulators einen integrierten Texteditor für Steuerprogramme an (Abb. 39). Der Texteditor verfügt im oberen Teil über eine Reihe von Funktionstasten, die für die Arbeit mit dem Code des Maschinensteuerungsprogramms erforderlich sind. Der Hauptteil des Texteditors wird von einem Textfeld belegt, das mit vertikalen und horizontalen Bildlaufleisten ausgestattet ist. Die Schaltfläche zum Ein- und Ausblenden der virtuellen Tastatur befindet sich unten rechts im Editor.

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Abbildung 39 - Ansicht des Hauptbildschirms des Simulators mit einem geöffneten Editor von Steuerprogrammen Das

Eingeben eines Textfelds kann sowohl mit physischen als auch mit virtuellen Tastaturen erfolgen (Abb. 40).

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Abbildung 40 - Virtuelle Tastatur zum Eingeben im Code-Editor

Grundlegende Textbearbeitungsvorgänge im Code-Editor ähneln den Textbearbeitungsvorgängen im Standard-Editor-Texteditor des Microsoft Windows-Betriebssystems. Mit dem Editor können Sie Standard-Textbearbeitungsvorgänge ausführen, einschließlich der Übertragung von Daten über die Systemzwischenablage (Kopieren, Ausschneiden und Einfügen von Textfragmenten). Das Auswählen von Textfragmenten erfolgt auf drei Arten, einschließlich Operationen mit den Cursortasten der physischen Tastatur (bei gedrückter Umschalttaste), Maustasten und Berührungsinteraktion mit dem Bildschirm (mithilfe der speziellen Schaltfläche Start auswählen auf der virtuellen Tastatur).

Das Bedienfeld der Funktionsschaltflächen eines Texteditors enthält 8 Schaltflächen (Abb. 41), deren Aktivitätsstatus vom aktuellen Status des Simulationsprozesses sowie vom Vorhandensein des ausgewählten Textfragments abhängt.

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Abbildung 41 - Funktionsschaltflächen des Code-Editors

Wenn im Text des Steuerprogramms kein einziges Fragment ausgewählt ist, hat die Schaltfläche Kopieren (1) die zusätzliche Aufschrift „ALL“. Dies bedeutet, dass beim Klicken auf diese Schaltfläche der gesamte Text des Steuerprogramms in die Zwischenablage kopiert wird. Andernfalls (wenn ein Textfragment ausgewählt ist) wird nur der ausgewählte Text in die Zwischenablage kopiert. Die Schaltfläche „Ausschneiden“ (2) wird aktiviert, wenn ein Textfragment ausgewählt ist. Wenn Sie auf diese Schaltfläche klicken, wird ein Standardkopiervorgang ausgeführt, bei dem das ausgewählte Fragment anschließend aus dem Text entfernt wird. Die Schaltfläche Einfügen (3) wird aktiviert, wenn sich Text in der Zwischenablage befindet. Der Einsatz befindet sich an der Position des flackernden Cursors (Wagens). Wenn im Text ein Fragment ausgewählt ist, wird dieses Textfragment ersetzt.Die Schaltfläche „Löschen“ (4) dient zum sofortigen Löschen des gesamten Textes des Steuerprogramms mit Bestätigung. Mit den Tasten Start, Pause, Stop (5-7) wird der Simulationsprozess gesteuert. Um die Ausführung des Steuerprogramms zu starten, müssen Sie auf die Schaltfläche "Start" klicken. Während der Simulation ist die Bearbeitung des Steuerungsprogramms nicht verfügbar. Die Schaltfläche "Verzeichnis der verwendeten Codes" (8) soll auf dem Bildschirm eine Liste der verwendeten G / M-Codes mit einer kurzen Beschreibung ihres Formats anzeigen.Die Schaltfläche "Verzeichnis der verwendeten Codes" (8) soll auf dem Bildschirm eine Liste der verwendeten G / M-Codes mit einer kurzen Beschreibung ihres Formats anzeigen.Die Schaltfläche "Verzeichnis der verwendeten Codes" (8) soll auf dem Bildschirm eine Liste der verwendeten G / M-Codes mit einer kurzen Beschreibung ihres Formats anzeigen.

Unterhalb der Funktionsschaltflächen des Texteditors von Steuerungsprogrammen befinden sich 5 interaktive Registerkarten mit den Namen der Steuerungsprogramme des aktuellen Projekts. Über diese Registerkarten wird zwischen Steuerprogrammen umgeschaltet. Wenn der Simulationsprozess startet, wird das aktuelle offene Steuerprogramm ausgeführt.

Auf der linken Seite des Hauptbildschirms des Simulators befinden sich zusätzliche Funktionstasten (Abb. 42), die für verschiedene Programmeinstellungen verantwortlich sind.

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Abbildung 42 - Zusätzliche Funktionstasten des Hauptbildschirms des Programms

Die Schaltfläche "Über Programm" (1) zeigt auf dem Bildschirm Informationen zur aktuellen Version des Programms, Kontaktinformationen des Entwicklers sowie lizenzierte Informationen an. Mit der Schaltfläche „Sprache wechseln“ (2) können Sie die Spracheinstellungen der grafischen Oberfläche des Programms ändern. Abhängig von der aktuellen Sprache ändert sich das Bild auf der Schaltfläche. Standardmäßig wird das Programm nach der Installation auf Englisch ausgeführt. Mit der Taste „Sound ein- / ausschalten“ (3) wird die Soundbegleitung des Simulationsprozesses ein- und ausgeschaltet. Mit der Schaltfläche "Umschalten des Grafikmodus" (4) können Sie den Anzeigemodus des 3D-Modells der Maschine und der Umgebung umschalten. In diesem Fall stehen zwei Anzeigemodi zur Verfügung - der High-Poly-Modus (standardmäßig aktiviert) und der Low-Poly-Modus zum Ausblenden kleinerer grafischer Elemente.Im Low-Poly-Modus wird das geometrische Modell der Maschine erheblich vereinfacht und in monochromatischen durchscheinenden Blöcken dargestellt. In diesem Modus werden keine grafischen Texturen angezeigt, es gibt keine Nachahmung der Umgebung, der Schneidflüssigkeit und der Späne. Der Low-Poly-Modus wird verwendet, wenn die Aufmerksamkeit des Benutzers auf die Kontur des Werkstücks und die Werkzeugwege konzentriert werden muss. Abhängig vom aktuellen Grafikmodus ändert sich das Bild auf der Schaltfläche. Mit der Schaltfläche „2D-Geometrie ein- / ausschalten“ (5) werden zweidimensionale geometrische Konstruktionen im dreidimensionalen Raum des Simulators ein- und ausgeschaltet. 2D-Geometrie bezieht sich auf grafische Elemente wie Koordinatenachsen, Nullpunktsymbole und die Konturen des Werkstücks und des Werkzeugs.Bei der Bearbeitung von Innenflächen eines Teils (Bohren und Bohren) trägt die vollständige Darstellung einer 2D-Kontur eines Teils zur visuellen Kontrolle der Bearbeitung von Innenflächen bei. Mit der Schaltfläche „Ein / Aus-Werkzeugbahnen“ (6) wird die Funktion zum Anzeigen von Werkzeugwegen und Bohrern in der Schnittebene aktiviert / deaktiviert. Die Berechnung der Bewegungsbahn jedes im Turm installierten Werkzeugs erfolgt vom Start der Simulation bis zu ihrem Abschluss. Trajektorien werden durch einfarbige Linien dargestellt.Mit der Schaltfläche „Ein / Aus-Werkzeugbahnen“ (6) wird die Funktion zum Anzeigen von Werkzeugwegen und Bohrern in der Schnittebene aktiviert / deaktiviert. Die Berechnung der Bewegungsbahn jedes im Turm installierten Werkzeugs erfolgt vom Start der Simulation bis zu ihrem Abschluss. Trajektorien werden durch einfarbige Linien dargestellt.Mit der Schaltfläche „Ein / Aus-Werkzeugbahnen“ (6) wird die Funktion zum Anzeigen von Werkzeugwegen und Bohrern in der Schnittebene aktiviert / deaktiviert. Die Berechnung der Bewegungsbahn jedes im Turm installierten Werkzeugs erfolgt vom Start der Simulation bis zu ihrem Abschluss. Trajektorien werden durch einfarbige Linien dargestellt.

Außerdem werden auf dem Hauptbildschirm des Programms zusätzliche Textinformationen angezeigt: die Nummer der aktuellen Einstellung des Teils, die aktuelle Simulationszeit, die Koordinaten des berechneten Punkts des Fräsers, die Parameter des Hochgeschwindigkeitsverarbeitungsmodus. Wenn der Texteditor von Steuerprogrammen während der Simulation geschlossen ist, werden die Schaltflächen zur Steuerung des Simulationsprozesses „Start“, „Pause“, „Stopp“ und die Zeile des aktuell ausgeführten Frames oben im Hauptbildschirm angezeigt (Abb. 43).

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Abbildung 43 - Zusätzliche Elemente des Hauptbildschirms des Programms während der Simulation mit einem geschlossenen Texteditor

Nach der Bearbeitung des Teils aus der ersten Installation wird auf der linken Seite des Hauptbildschirms eine zusätzliche Schaltfläche zum Ändern der Installation angezeigt (Abb. 44.a). Nach dem Ändern des Aufbaus von der ersten zur zweiten Kontur des Teils wird dieser relativ zum Massenmittelpunkt des ursprünglichen Werkstücks in Richtung der Z-Achse gespiegelt, und auf dem Bildschirm werden drei zusätzliche Schaltflächen für die Längsverschiebung des Teils angezeigt (Abb. 44.b). Das Drücken der Taste 1 führt zu einer diskreten Längsverschiebung des Teils nach links (zum Maschinennullpunkt). Durch Drücken der Taste 2 wird das Teil nach rechts verschoben. Mit Taste 3 werden die angegebenen Verschiebungen des Teils zurückgesetzt. Es ist zu beachten, dass auf das Werkstück nicht verwiesen wird (der Ort der Nullkorrekturen wird aus der vorherigen Einstellung gespeichert).

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Abbildung 44 - Zusätzliche Schaltflächen zum Einstellen der Teileeinstellung

Durch Aufrufen des Dialogfelds Werkstückparameter nach der Bearbeitung des Teils aus der ersten Einstellung wird das Dialogfeld zum Bestätigen des Zurücksetzens von Änderungen der Teilekontur eingeleitet.

Im unteren Teil des Hauptbildschirms des Programms werden die Systeminformationen zu den Ressourcen im Kleingedruckten angezeigt: der aktuelle Wert der Bildfrequenz (Bild pro Sekunde), die Menge des in Megabyte verwendeten Videospeichers, die Anzahl der gleichzeitig auf dem Bildschirm angezeigten polygonalen Facetten, die Anzahl der im Speicher geladenen Zeichnungen, die Anzahl der verwendeten Grafiksprites und die Zeit Renderings eines Vollbilds in Sekunden.

In der unteren linken Ecke des Hauptbildschirms befindet sich eine Schaltfläche zum Umschalten des virtuellen Kameramodus (Abb. 45). Die Schaltfläche zeigt die Nummer des Zielkameramodus (nächster) an, in den der Bildschirm geschaltet wird. Insgesamt stehen 5 Kamerabetriebsarten zur Verfügung.

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Abbildung 45 - Die Taste zum Umschalten des virtuellen Kameramodus in verschiedenen Anzeigeoptionen

Der virtuelle Kameramodus Nr. 1 ist steuerbar. In diesem Fall bewegt sich die Kamera in einem sphärischen Koordinatensystem um den Fokuspunkt (Abb. 46). Der Fokuspunkt der Kamera kann in der vertikalen Frontalebene des Modellraums verschoben werden. Außerdem kann sich die Kamera vom Fokuspunkt bis zu einer beliebigen Entfernung distanzieren, die durch die Abmessungen des Raums begrenzt ist.

Die Hauptmanipulationen mit der Kamera im Modus Nr. 1 werden mit einer Computermaus durchgeführt (Touch-Steuerung wird unten beschrieben). Gleichzeitig wird durch Drücken und Halten der linken Maustaste mit der dazugehörigen Bewegung der Maus der Fokuspunkt der Kamera in der Frontalebene des Raums verschoben. Durch Drücken und Halten der rechten Maustaste mit der zugehörigen Mausbewegung wird die Kamera relativ zum Fokuspunkt gedreht. Die Drehwinkel (Azimut und Höhe) der Kamera sind durch die Abmessungen des Modellraums begrenzt. Das Ändern des Kameradistanzes erfolgt durch Drehen des Scrollrads in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung.

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Abbildung 46 -

Kamerasteuerungsdiagramm im Modus Nr. 1 Rechts neben der Umschalttaste für den Kameramodus (im Modus Nr. 1) wird die Schaltfläche zum Deaktivieren der Kamerasteuerung mit der Maus angezeigt (Abb. 47.a).

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Abbildung 47 - Taste zum Umschalten des virtuellen Kameramodus in verschiedenen Anzeigeoptionen

Wenn Sie die Kamerasteuerung mit der Maus deaktivieren, wird am unteren Rand des Hauptbildschirms eine Gruppe von Umschalttasten (Abb. 47.b) angezeigt, um die Kamera-Touch-Steuerung im Modus Nr. 1 durchzuführen. Taste 1 aktiviert den Vorgang des Verschiebens des Fokuspunkts der Kamera, Taste 2 - den Vorgang des Drehens der Kamera relativ zum Fokuspunkt und Taste 3 - den Vorgang des Änderns der Entfernung von der Kamera zum Fokuspunkt. Die Manipulationen selbst werden durch Interaktion mit dem Touchscreen ausgeführt.

Die Kameramodi Nr. 2-5 dienen dazu, die Kamera an einem Punkt mit festem Winkel zu positionieren. Modus Nr. 2 positioniert die Kamera über der Oberseite des aktuellen Instruments (Draufsicht). Perspektivische Kameraverzerrungen sind in diesem Modus deaktiviert (orthogonale Projektion wird verwendet). Im Modus Nr. 3 arbeitet die Kamera in Isometrie. Die Modi Nr. 4 und Nr. 5 fixieren die Kamera unter zwei zusätzlichen Gesichtspunkten.

Alle Programmeinstellungen, einschließlich der Kameraposition, werden beim Herunterfahren gespeichert.

Der Simulator simuliert keine bestimmte CNC-Systemsoftware. Das Bedienfeld der Maschine wird durch eine bedingte Anzeige dargestellt, auf der die wichtigsten technologischen Informationen während der Simulation angezeigt werden (Abb. 48). Die aktuellen Koordinaten des berechneten Punkts des Fräsers entlang der X- und Z-Achse werden im oberen linken Teil der Anzeige angezeigt. Dies sind die Koordinaten des programmierbaren Punkts, der zum aktuellen Zeitpunkt auf dem Werkzeugweg liegt. Im Ausgangszustand werden diese Werte in Millimetern angegeben. Beim programmgesteuerten Ändern des Messsystems werden die Koordinaten (sowie der Vorschubwert) in Zoll angezeigt. Einheiten werden rechts von den numerischen Koordinaten selbst angezeigt. Alle seitlichen Bewegungen sind auf den Durchmesser des Werkstücks programmiert. Daher haben die Koordinatenachsen X und Z unterschiedliche Maßstäbe.

Die aktuellen technologischen Parameter werden unten links im Display (gelb) angezeigt: Spindeldrehzahl S (U / min), Vorschub F (mm / min) und aktuelle Revolverpositionsnummer T.

Unten rechts im Display befinden sich 6 Zellen für die Anzeige aktive modale Funktionen des CNC-Systems. Von links nach rechts werden in den Zellen folgende Funktionen angezeigt: Spindeldrehrichtung M03 / M04, Betrieb des Kühlmittelsystems M07 - M09, aktuelles Arbeitskoordinatensystem G53 - G59, Arbeitsvorschubart G98 / G99 und Interpolationstyp G00 - G03.

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Abbildung 48 - Darstellung der Anzeige des Steuerungssystems des Simulationsmodells der Maschine

Projektentwicklungsperspektiven

Die unmittelbaren Aussichten für die Entwicklung des vorgestellten Projekts umfassen eine Reihe von Aufgaben.

Aufgabe Nr. 1: Erweiterung der Funktionalität des Softwareprodukts in Bezug auf die Drehtechnologie, einschließlich: automatisierte Erstellung einer Berechnung und technologischen Karte des verarbeiteten Produkts, eines Systems zur Steuerung der Produktgrößen in allen Phasen der Prozesssimulation, Kompatibilität der Steuerungsprogrammformate und Unterstützung für Standards bestehender CAD / CAM-Pakete .

Aufgabe Nr. 2: Realisierung der Möglichkeit der Benutzerkonfiguration der simulierten Maschine, einschließlich: Auswahl des Layouttyps der Hauptkomponenten der Maschine, Auswahl und Änderung der Arten von technologischen Geräten und Werkzeugen, Simulation der Phasen der Einrichtung der Maschine für bestimmte technologische Vorgänge.

Aufgabe Nr. 3: Erweiterung der Funktionalität in Bezug auf die numerische Steuerung der Maschine, einschließlich: Unterstützung zusätzlicher CNC-Systeme, Simulation der Bedienfeldschnittstelle bestimmter CNC-Systeme, Implementierung von Makroprogrammierungsfunktionen und Dialogprogrammierung von technologischen Operationen.

Aufgabe Nr. 4: Implementierung eines physikalischen und mathematischen Modells des Drehprozesses unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften und Aufbau einer Komponente eines Expertensystems, das in Form von Empfehlungen und Korrekturanweisungen mit dem Benutzer in einen Dialog tritt.

Aufgabe Nr. 5: Änderung des Umformalgorithmus des Teils, die es ermöglicht, Fräsvorgänge mit dem entsprechenden Antriebswerkzeug zu simulieren.

Neben den aufgeführten Hauptaufgaben ist es erforderlich, eine Reihe von Optimierungen in die allgemeine Funktionalität des Softwareprodukts einzuführen.

Schlussfolgerungen und Schlussfolgerungen

Bisher entsprechen die erzielten Ergebnisse des Projekts vollständig den zu Beginn der Arbeiten festgelegten Zielen. Das Softwareprodukt wurde im Bildungsprozess auf der Grundlage mehrerer Bildungsorganisationen getestet, darunter die Maikop State Technological University, die ANO "UTsDPO CityMasterov-NN" und die Central University of Queensland (CQUniversity, Australien). Mobile Versionen der Anwendung werden unter privaten Nutzern über die Plattformen GooglePlay und AppStore getestet . Die Erweiterung der Funktionalität im Hinblick auf die Umsetzung der oben beschriebenen vielversprechenden Aufgaben wird die Leistungsindikatoren des Softwareprodukts verbessern und seine Wettbewerbsfähigkeit im Allgemeinen steigern.

Bibliografische Liste

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2. Okan Topçu, Ersan Aslan - Webbasierte Simulation einer Drehmaschine mit Java 3D API // 2. Internationales Symposium für Computing in Science & Engineering. 2011.

3. Abramova O. F. - Vergleichende Analyse von Algorithmen zum Entfernen unsichtbarer Linien und Oberflächen, die im Bildraum arbeiten / O.F. Abramova, N.S. Nikonova // NovaInfo. Technische Wissenschaft. 2015. Nr. 38-1.

4. David Douglas, Thomas Peucker - Algorithmen zur Reduzierung der Anzahl von Punkten, die zur Darstellung einer digitalisierten Linie oder ihrer Karikatur erforderlich sind // The Canadian Cartographer 10 (2), 112-122 (1973).

5. John Hershberger, Jack Snoeyink - Beschleunigung des Douglas-Peucker-Algorithmus zur Linienvereinfachung // Proc 5th Symp on Data Handling, 134-143 (1992).

6. Ahmet Gencoglu - Physikbasierte Drehprozesssimulation / Eine Arbeit, die teilweise zur Erfüllung der Anforderungen für den Abschluss als Master of Applied Science eingereicht wurde // University of British Columbia (Vancouver). August 2011. 122 p.

Simulationsmodell des Prozesses der Materialbearbeitung durch Schneiden auf einer CNC-Drehmaschine