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Modelo de simulación del proceso de procesamiento de material cortando en un torno CNC

Introducción


La metodología para el desarrollo de modelos de simulación y simuladores en diversas disciplinas técnicas se centra principalmente en reducir el nivel de abstracción del material educativo. Junto con el material de enseñanza teórico, la simulación visual de un proceso tecnológico u operación particular permite al estudiante dominar más completamente el material enseñado con la máxima aproximación a las condiciones naturales. En este caso, los modelos de simulación y los simuladores solo pueden considerarse como una herramienta auxiliar en el proceso educativo. El objetivo principal de esta categoría de recursos educativos es una familiarización básica (inicial) con los principios de operación de instalaciones técnicas complejas en ausencia de la posibilidad de utilizar equipos industriales reales,o para aumentar preliminarmente la competencia del estudiante antes de someterse a una capacitación práctica.

De particular relevancia es la metodología de combinar tareas educativas con tareas de ingeniería y aplicadas en una sola caja de herramientas que cumple con el nivel actual de desarrollo de la tecnología y la industria en su conjunto. Aquí estamos hablando de la implementación integrada de funciones de diseño asistido por computadora (CAD / CAM) y los principios de simulación-simulación numérica de procesos tecnológicos.

La tendencia principal en la introducción de modelos de entrenamiento de simulación en la práctica de educación en ingeniería es lograr la máxima interactividad. Un requisito previo aquí es la capacidad de realizar acciones "erróneas" por parte de los estudiantes y la respuesta adecuada del modelo de simulación a estas acciones para lograr el nivel requerido de comprensión del material educativo para los estudiantes. Cuanto mayor sea el grado de libertad del objeto simulado (dispositivo o máquina), mayor será el efecto de la interacción real en el proceso de aprendizaje.

El propósito y los objetivos del proyecto.


El objetivo del proyecto presentado es desarrollar un producto de software educativo y metodológico (modelo de simulación o simulador) destinado a la familiarización básica de especialistas en ingeniería novatos con los principios de programación de operaciones de torneado de piezas utilizando un código G / M estándar.

Los campos de aplicación del producto de software cubren principalmente el proceso educativo utilizando tecnología informática en forma de clases de laboratorio para estudiantes en clases de informática, aprendizaje a distancia, así como apoyo de demostración de material de lectura en el grupo de áreas de capacitación y especialidades (OKSO) "Metalurgia, ingeniería mecánica y procesamiento de materiales". La funcionalidad flexible y la movilidad del producto de software también permiten su uso como herramienta de aplicación para la verificación y prueba preliminar de programas de control para operaciones de torneado de materiales en máquinas controladas numéricamente (CNC) utilizando el código del programa Fanuc (sistema de códigos A).

La funcionalidad del simulador debe proporcionar las siguientes tareas:

  • G/M ;
  • , ;
  • ;
  • ;
  • .

La ventaja técnica del simulador en desarrollo es su consumo relativamente bajo de recursos y soporte multiplataforma, lo que le permite utilizar este producto de software en varios dispositivos informáticos, incluidas pizarras interactivas, teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras de escritorio, lo que, a su vez, aumenta la flexibilidad y la movilidad del proceso educativo, que corresponde al nivel de información moderno. educación.

Objeto de modelado


La base del modelo de simulación tridimensional es el torno TS1625FZ fabricado por la planta de máquinas herramienta Tver de StankoMashKompleks JSC con una cama horizontal y un conjunto clásico de unidades, equipadas con un sistema CNC, una torreta de ocho posiciones, un cartucho giratorio de tres mordazas, un contrapunto, un sistema de suministro de refrigerante lubricante y otras unidades. El procesamiento del material se realiza en dos coordenadas en el plano horizontal de la máquina. Las principales características técnicas del prototipo del equipo se presentan en la tabla 1.

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El simulador simula un conjunto de herramientas de corte (herramientas de prefabricado y taladros), que incluye 185 artículos. Los tipos de insertos de corte reemplazables utilizados para herramientas de torneado se presentan en la tabla 2.

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También en el modelo, se utilizan cortadores con placas y brocas especiales para cortar roscas. La Figura 1 muestra un modelo geométrico de una herramienta de torneado prefabricada.

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Figura 1 - Modelo geométrico de una herramienta de torneado prefabricada y designación de las características principales de un inserto de corte extraíble: el ángulo principal en términos de φ1, el ángulo auxiliar en términos de φ2, el diámetro del círculo inscrito D, el radio de redondeo en el vértice R

Una breve descripción del método de modelado geométrico de la formación de piezas durante el torneado.


En el proyecto considerado, se utiliza un modelo simplificado de conformación de la pieza de trabajo, basado en el supuesto de que la simetría axial de la pieza es constante durante todo el proceso de torneado [1, 2]. Este modelo excluye la posibilidad de construir superficies helicoidales, y los elementos roscados de las piezas se representan condicionalmente, por secciones de nervaduras concéntricas. Los cálculos básicos que utilizan esta técnica se formalizan por el problema geométrico de la intersección de dos bucles cerrados planos en el plano de trabajo de la máquina: el contorno de la pieza de trabajo y el contorno de la herramienta de corte. Basado en el contorno de formación de forma, que es una diferencia lógica en la intersección de dos contornos de origen,Se forma una superficie tridimensional de la pieza simulada girando uniformemente el contorno de formación alrededor del eje principal de la máquina (eje de rotación de la pieza de trabajo). El método aplicado permite simular la forma de una parte, como un cuerpo de revolución, en tiempo real a costos computacionales relativamente bajos.

La etapa inicial del algoritmo es la formación de muchos puntos Wi del contorno de la pieza de trabajo (Fig. 2.a). En el estado inicial (antes del inicio del proceso de procesamiento), el contorno de la pieza incluye cuatro puntos, mientras que la sección longitudinal de la pieza está representada por un rectángulo. En iteraciones posteriores del algoritmo, el contorno inicial de la pieza es el contorno formador de forma previamente calculado. El contorno se describe en sentido antihorario.

En la segunda etapa del algoritmo, el contorno del inserto de torneado de la herramienta de torneado se forma teniendo en cuenta sus características geométricas: dimensiones generales, el ángulo principal en planta y el radio de redondeo en el ápice. El contorno del inserto se describe mediante puntos Cj en la dirección opuesta con respecto al contorno de la pieza (en el sentido de las agujas del reloj).

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Figura 2- A la tarea de calcular el contorno formador de la pieza de trabajo: la
intersección de los contornos originales de la pieza y el inserto de corte (a); obtener el contorno formador de la pieza como la diferencia lógica de los contornos fuente (b)

La tercera etapa del algoritmo es determinar el conjunto de puntos de intersección Ik de los contornos fuente. Además, los puntos de intersección encontrados se indexan de acuerdo con cuánto más cerca se encuentran del punto de inicio del contorno de la parte, y se incluyen en el conjunto generalizado de puntos de ambos contornos en el orden de indexación. Las coordenadas de los puntos de intersección se determinan para dos segmentos que pertenecen a dos contornos diferentes (Fig. 3).

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Figura 3 : hacia la determinación de las coordenadas del punto de intersección de dos segmentos

Para los segmentos P1 - P2 y P3 - P4 que pertenecen a dos líneas rectas de intersección L1 y L2, se sigue:

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Las coordenadas x, y del punto de intersección de las líneas rectas L1 y L2 están determinadas por la ecuación matricial:

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por lo tanto: Los

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puntos del conjunto generalizado que pertenecen al contorno del inserto de corte están fuera de los intervalos entre los puntos las intersecciones se excluyen del conjunto generalizado de puntos de ambos contornos. Por lo tanto, se forma el conjunto final de puntos Fn que describe el contorno formador de la pieza (Fig. 2.b). El contorno resultante se describe en la misma dirección que el contorno original de la pieza.

El algoritmo considerado es una versión simplificada del algoritmo de corte Weiler - Azerton [3]. Una serie de simplificaciones del algoritmo se debe a las características geométricas del problema que se está resolviendo, a saber: una condición constante para la convexidad del contorno del inserto de corte, condiciones para detectar colisiones de elementos inoperantes del cortador (soporte) con la pieza de trabajo, la condición para excluir la parte completamente cortada de la parte del proceso computacional al modelar los segmentos de operación, etc.

Debido al hecho de que la conformación de la pieza se lleva a cabo durante el movimiento de la herramienta de corte, en cada iteración del algoritmo, se produce un cambio discreto en las coordenadas de los puntos del contorno del inserto de corte en relación con el contorno de la pieza de trabajo. El paso de discreción en este caso se debe a un parámetro dado del movimiento de la herramienta de corte (valor del avance de trabajo) y el tiempo de iteración del ciclo de simulación. En este caso, el paso de discreción de movimiento de la herramienta (δ) puede exceder las dimensiones lineales del área superpuesta de los contornos del inserto de corte y la pieza de trabajo (Fig. 4.a), lo que conduce a la aparición de artefactos (secciones "sin cortar") del contorno de formación de la pieza (Fig. 4.b )

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Figura 4 - El problema de la discreción de calcular las intersecciones de contornos

Una solución al problema descrito es el método Jarvis, que consiste en construir un casco convexo mínimo alrededor del conjunto de vértices de los contornos del inserto de corte en los estados discretos actuales y anteriores (Fig. 5).

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Figura 5 - Construcción del casco convexo mínimo alrededor de los contornos del inserto de corte en dos estados discretos sucesivos

En este caso, se calcula la intersección del contorno de la pieza de trabajo con el contorno de la carcasa convexa mínima, lo que proporciona el área de superposición requerida en los espacios entre los estados discretos de la herramienta de corte. Cuando se construye un casco convexo mínimo, la condición de invariancia de la elusión de su contorno es especialmente importante. El casco convexo mínimo puede cubrir varios estados discretos del inserto de corte, siempre que la dirección del avance de trabajo del cortador no cambie en estos estados (el cortador se mueve a lo largo de una trayectoria recta).

En el proyecto en consideración, se utiliza un método alternativo para eliminar los artefactos del contorno formativo, basado en el algoritmo de generalización Ramer - Douglas - Peker [4, 5], que se usa ampliamente en problemas de topografía y cartografía. El objetivo principal del procedimiento de generalización recursiva es reducir el número de vértices de la polilínea en función de un valor umbral dado de la distancia entre los vértices. La condición inicial para que el algoritmo funcione es seleccionar el punto más distante con respecto al punto inicial de la polilínea del contorno. En iteraciones posteriores del algoritmo, las distancias entre los puntos intermedios de la polilínea se determinan y comparan con el valor umbral. La conexión de puntos en la polilínea aproximada se realiza siempre que la distancia entre ellos exceda un valor umbral predeterminado (Fig. 6).

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Figura 6- Iteraciones del algoritmo de generalización Ramer-Douglas-Pecker usando un ejemplo de una línea discontinua arbitraria.

Técnicamente, el procedimiento para aproximar el contorno de formación de forma de una parte se combina con la etapa inicial del algoritmo de modelado general, en el que se forman muchos vértices del contorno inicial de la pieza de trabajo.

La formación de la superficie tridimensional de la parte simulada se lleva a cabo calculando las coordenadas de los puntos en los círculos de las secciones transversales de la parte a lo largo del contorno que forma la forma, seguido de la combinación de estos puntos en facetas triangulares (entre secciones). La longitud del radio vector Ri de cada punto del contorno de formación se calcula como la distancia desde este punto al eje principal de la máquina (Fig. 7).

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Figura 7- Modelo poligonal de una parte, como un cuerpo de revolución en una sección (no se muestra la división de polígonos en facetas triangulares)

El orden de recorrido de los vértices al ensamblar un marco tridimensional está estrictamente definido. Cada polígono de una superficie tridimensional se divide en 2 facetas triangulares, uniendo 4 vértices (Fig. 8). La suavidad radial de la superficie tridimensional formada depende de un número dado de segmentos (sectores circulares) en la sección de la parte simulada. El procedimiento para ensamblar una estructura de alambre tridimensional también calcula los vectores normales en cada vértice (Fig. 9) y las coordenadas de textura de los rayos UV. Según las coordenadas de textura calculadas, la superficie de la pieza se dibuja con una imagen superpuesta de la textura del metal, lo que a su vez aumenta la percepción realista del proceso simulado.

Por lo tanto, el modelo tridimensional final de la pieza de trabajo le permite visualizar los resultados de la eliminación de material por parte del cortador en dinámica en tiempo real con el grado de realismo requerido.

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Figura 8 - El esqueleto facetario de un modelo tridimensional de la pieza de trabajo, inscrito en el cilindro general de la pieza original

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Figura 9 - Vectores normales en los vértices del modelo facetario de la pieza de trabajo

Los principios de simulación del control numérico del programa del proceso de torneado de materiales.


La lista de funciones básicas de control de programa de la máquina.


Como base lingüística para programar las operaciones tecnológicas básicas durante el torneado de materiales, se seleccionaron los códigos GM del sistema de control numérico Fanuc:

G00 / G01 - interpolación lineal en alimentación acelerada / de trabajo;
G02 / G03 - interpolación circular en sentido horario / antihorario;
G04 - retraso de tiempo;
G20 / G21 - ingreso de datos en pulgadas / milímetros;
G32 / G34 - roscado con paso constante / variable en una pasada;
G50 : ajuste de la velocidad máxima del husillo;
G53 - G59 - cambio entre los sistemas de coordenadas de trabajo No. 1–6;
G70 - G76 - ciclos de giro principales;
G80 - G83- ciclos de mecanizado de agujeros;
G90 - el ciclo del giro principal del diámetro exterior / interior;
G92 - ciclo de roscado de paso constante;
G94 - ciclo del torneado principal externo / interno final;
G96 / G97 - velocidad de corte / rotación constante del husillo;
G98 / G99 - velocidad de alimentación [mm / min] / velocidad de alimentación [mm / rev];
M00 / M01 - parada suave con confirmación;
M02 / M30 - finalización del programa de control;
M03 / M04 : iniciar la rotación del husillo en sentido horario / antihorario;
M05 - parada de rotación del husillo;
M07 - M09 - encendido / apagado del suministro de refrigerante;
M38 / M39- apertura / cierre de puertas automáticas;
M97 - M99 - llamada y fin de rutinas internas / externas.

La estructura y el formato del código del programa de control.


El código del programa de control se representa como una secuencia de líneas (cuadros). El simulador le permite desarrollar y ejecutar programas de control de hasta 999 cuadros (teniendo en cuenta la primera línea no editable que contiene el número del programa de control). Cada cuadro consta de una secuencia de palabras, que es una combinación de una dirección alfabética y un parámetro numérico. No se permiten espacios entre la dirección y el parámetro. La tipificación del programa de control se lleva a cabo en caracteres alfanuméricos utilizando una fuente monoespacial. Se permiten algunos caracteres especiales. Cualquier grupo de caracteres que no se pueda analizar se debe incluir entre paréntesis o escribir después de los caracteres ";" o "/". Esta información se considera un comentario sobre el código y no se analiza durante la simulación.Las direcciones de las funciones preparatorias (G) y auxiliares (M) se programan con parámetros enteros que definen los números de estas funciones. Los parámetros de posicionamiento numérico (después de las direcciones X, Z, U, W, I, K, R, etc.) se pueden especificar en valores fraccionarios o enteros. El signo menos está permitido aquí.

Después de comenzar el proceso de simulación, el código del programa de control se verifica automáticamente para verificar el cumplimiento del formato. En caso de errores, se muestran los mensajes correspondientes.

Breve descripción del algoritmo de análisis del programa de control


El análisis sintáctico (análisis) del código del programa de control (UE) y la simulación de su ejecución se llevan a cabo de acuerdo con el algoritmo estándar [6], cuyo diagrama de bloques se muestra en la Figura 10.

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Figura 10 - Diagrama de bloques del algoritmo de análisis de UE

De acuerdo con el diagrama de bloques mostrado en la Figura 10 El esquema de análisis del programa de control comienza con la formación de una lista de cuadros. Para cada cuadro, se genera una lista de palabras. Una palabra es una estructura de datos: un comando que incluye una dirección de letra y un parámetro numérico. Los equipos se clasifican condicionalmente como modal y posicional.

Los comandos modales cambian el estado del modelo de simulación de la máquina y determinan su estado actual: el modo de movimiento de la herramienta (movimiento en avance acelerado o de trabajo, tipo de interpolación), modo de rotación del husillo, posición de las puertas automáticas, estado del sistema de enfriamiento, etc. A su vez, los comandos posicionales determinan directamente los parámetros de los movimientos: las coordenadas de los puntos finales, los parámetros de los arcos durante la interpolación circular, etc.

Según los parámetros de movimiento obtenidos, se interpolan las coordenadas de la herramienta de corte, los ángulos de rotación de los elementos giratorios de la máquina, la posición de las puertas automáticas, etc., por lo que se produce una simulación cuadro por cuadro del programa de control. Cuando se alcanza el último cuadro, finaliza el proceso de simulación.

Implementación de control de movimiento de herramienta de torneado


Por analogía con un sistema CNC real, el movimiento de la herramienta de corte se programa mediante métodos de interpolación lineal y circular. La interpolación lineal es el tipo principal de movimiento cuando se mecaniza en un torno CNC. Con la interpolación lineal, la herramienta se mueve a lo largo de una ruta recta con las coordenadas conocidas de su principio y fin (Fig. 11).

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Figura 11 - La trayectoria de la herramienta durante la interpolación lineal

Cuando el punto C calculado se mueve del punto A al punto B a lo largo de una sección rectilínea con una velocidad de avance constante, ambas coordenadas se interpolan linealmente en el tiempo. Al designar el tiempo de inicio del movimiento como tA y el tiempo de finalización como tB, las coordenadas actuales del punto C correspondientes al tiempo actual tC pueden determinarse mediante fórmulas de interpolación lineal:

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El tiempo de viaje final se define como:

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donde tS es el tiempo empleado en un viaje directo a una velocidad de alimentación constante F (mm / min):

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La interpolación lineal en alimentación rápida se programa con la función modal G00 (esta función está activa en el estado inicial del sistema CNC). La interpolación lineal a la velocidad de avance se programa con la función modal G01. Después de estas funciones, se establecen las coordenadas del punto final de la sección recta de la ruta. La posición actual de la herramienta siempre se toma como punto de partida. La velocidad de avance establecida para el desplazamiento rápido se ignora. Las coordenadas del punto final se pueden especificar en valores absolutos (X, Z), es decir, en relación con cero del sistema de coordenadas de trabajo, o en valores relativos (incrementales) (U, W), es decir, en relación con el punto de partida de una trayectoria rectilínea. Si se omite una de las coordenadas, el movimiento a lo largo de su eje no se lleva a cabo.

La interpolación circular se usa para moler superficies curvas, cuya forma se describe mediante un arco de un círculo de cierto radio. Se utilizan dos métodos de programación de arco. El primer método es establecer las coordenadas del centro del arco y el punto final, mientras que el radio del arco se calcula automáticamente. El segundo método implica especificar el radio del arco y las coordenadas del punto final, mientras que las coordenadas del centro del arco se calculan automáticamente. La interpolación circular en sentido horario se especifica utilizando la función G02, y la interpolación circular en sentido antihorario se especifica mediante la función G03, respectivamente.

Considere uno de los casos de interpolación circular en sentido antihorario con el centro del arco (Fig. 12.a). Cuando el punto C calculado se mueve del punto A al punto B a lo largo de un arco con una velocidad de avance constante, ambas coordenadas también se pueden interpolar en el tiempo. La trayectoria del movimiento está determinada por la posición del punto final B y la posición del centro del arco O en coordenadas incrementales (i, k) con respecto al punto de inicio A. La

posición angular de los vectores de radio OA, OB y ​​OC se describe mediante los ángulos trigonométricos φA, φB y φC, respectivamente.

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Figura 12 - La trayectoria de la herramienta durante la interpolación circular en sentido antihorario con la tarea: el centro del arco (a); radio de arco (b)

Al designar el tiempo de inicio del movimiento como tA y el tiempo final como tB, el ángulo φC correspondiente al tiempo actual tC se puede determinar mediante la fórmula de interpolación lineal:

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donde φA, φB son los ángulos trigonométricos de los vectores de radio de los puntos de inicio y finalización del arco:

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Nota: al calcular trigonométricos En los ángulos de los puntos extremos del arco, es necesario tener en cuenta situaciones en las que la función de arco tangente toma valores singulares.

Las coordenadas cartesianas del punto C se definen como:

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donde

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El tiempo final de desplazamiento está determinado por la expresión (6). En este caso, el tiempo tS dedicado a moverse a lo largo del arco a una velocidad de avance constante F (mm / min) se puede determinar utilizando la expresión para la longitud del arco:

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Las coordenadas incrementales del centro del arco se programan con las direcciones I y K en las direcciones de los ejes X y Z, respectivamente. Al programar la interpolación circular con una indicación del centro del arco, es necesario que los vectores de radio de los puntos inicial y final del arco tengan la misma longitud.

La interpolación circular siempre se realiza en la velocidad de avance.

El segundo método para programar un arco es especificar el radio del círculo del arco. En este caso, se permiten dos casos de configuración del radio, con un valor positivo o negativo. Si el valor del radio es positivo, el ángulo del arco es inferior a 180 grados. De lo contrario, el ángulo del arco es superior a 180 grados (Fig. 12.b). Al definir un arco con un radio, el TNC determina automáticamente la posición del centro del arco (O + u O– dependiendo del signo del radio). En este método de especificación del arco, la condición debe cumplirse: el módulo de radio no puede ser inferior a la mitad de la longitud de la cuerda (AB) del arco.

La Figura 13 muestra un ejemplo de la formación de una superficie curva cuando se programa la interpolación circular en sentido antihorario.

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Figura 13 - La formación de una superficie curva al programar la interpolación circular en sentido antihorario

Implementación de funciones de trabajo con sistemas de coordenadas.


El modelo de simulación presentado incluye varios sistemas de coordenadas (Fig. 14). El sistema de coordenadas principal e invariable es el sistema de coordenadas de la máquina con el origen correspondiente al punto cero M de la máquina, que coincide geométricamente con el punto de intersección del plano final del huso y su eje de rotación.

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Figura 14 - El sistema de coordenadas básico del modelo de simulación El

segundo sistema de coordenadas importante es el sistema de coordenadas de referencia con el origen correspondiente al punto de referencia R o al punto de cambio de herramienta. En este sistema de coordenadas, se calculan los movimientos básicos de las partes móviles de la máquina y se determinan las colisiones de la herramienta con los elementos estructurales de la máquina al modelar posibles situaciones de emergencia.

La programación del proceso de torneado se realiza en el sistema de coordenadas de trabajo. El simulador proporciona 6 sistemas de coordenadas de trabajo independientes con cero puntos W1–6. Los ajustes iniciales para la posición de estos ceros los establece el usuario en los parámetros del modelo de simulación y se designan como correcciones cero.

Las direcciones de los ejes en cada sistema de coordenadas son las mismas. El eje longitudinal Z siempre se dirige desde el mandril giratorio hacia el contrapunto de la máquina. El eje transversal X (o el eje de los diámetros) se dirige hacia la pinza (hacia usted con una vista frontal de la máquina). El eje Y es el normal al plano de trabajo ZX y se dirige verticalmente hacia arriba. Los movimientos en la dirección del eje Y en el modelo considerado de la máquina no se llevan a cabo.

El cambio entre sistemas de coordenadas de trabajo se lleva a cabo mediante programación utilizando las funciones correspondientes G54 - G59 (para sistemas de coordenadas con cero puntos W1 - W6, respectivamente). Las coordenadas cero W1–6 se calculan en el sistema de coordenadas de máquina en relación con la máquina cero M. La sintaxis de las funciones G54 - G59 sugiere dos formas posibles de usarlas. En la primera versión, las funciones se establecen sin especificar las coordenadas X y Z. En este caso, la posición del sistema de coordenadas de trabajo seleccionado está determinada por las compensaciones de cero predefinidas. En este caso, las funciones G54 - G59 pueden programarse por separado en un bloque individual o en un bloque con otros comandos. La segunda opción para usar las funciones G54 - G59 implica el desplazamiento programado de los ejes del sistema de coordenadas de trabajo seleccionado en relación con un cero W1 predefinido.En este caso, los desplazamientos de los ejes X y Z se programan inmediatamente después de la función en el mismo bloque (por ejemplo, "G54 X30.5 Z15"). La Figura 15 muestra la posición del primer origen de coordenadas después de cambiar programáticamente los ejes a un punto [X = 10, Z = –20] en relación con la posición cero inicial W1 especificada en el bloque de ajustes del corrector cero.

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Figura 15 - Ilustración del desplazamiento programado de los ejes del sistema de coordenadas de trabajo No. 1

La programación con respecto a la máquina cero se lleva a cabo utilizando la función G53. Esta función no es modal y se ejecuta en el bloque en el que está programada. La función cancela temporalmente las funciones modales del G54-G59. En este caso, todos los movimientos se cuentan en el sistema de coordenadas de la máquina con el comienzo en el punto M, y el corrector de cero activo se cancela temporalmente. La función G53 debe programarse siempre que sea necesario indicar las coordenadas relacionadas con la máquina cero. La sintaxis de la función no implica la presencia de parámetros después de la palabra G53. La función se programa en cualquier bloque que tenga comandos de control de ruta (por ejemplo, "G53 G00 X0 Z120"). La Figura 16 muestra la posición del origen del sistema de coordenadas de trabajo durante la operación de la función G53.

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Figura 16 - Ilustración de la posición del origen del sistema de coordenadas de trabajo durante el funcionamiento de la función G53

Implementación de ciclos básicos de torneado y mecanizado de agujeros.


El algoritmo de análisis del programa de control implementado permite simular la ejecución de los ciclos de torneado y taladrado del sistema Fanuc. Cuando se realiza cada ciclo, se crea una llamada lista de cuadros de búfer en la memoria del dispositivo informático, incluidos los movimientos intermedios de la herramienta cuando se recibe un contorno de parte programado. Los ciclos de torneado se definen por uno o dos cuadros de iniciación consecutivos, en los que se prescriben los parámetros principales del ciclo: tolerancias de desbaste y acabado, profundidad de corte durante el desbaste con el cortador, el número de pasadas de desbaste con el corte, la cantidad de corte, parámetros del modo de procesamiento, etc. El contorno de la parte se programa mediante una secuencia de cuadros con la numeración requerida del primer y último cuadro.

El ciclo de eliminación de existencias paralelo al eje Z se inicia mediante la función G71. Los parámetros del ciclo se programan en dos bloques consecutivos en el formato: donde en el primer bloque: U es la profundidad de procesamiento para pasadas aproximadas (modo de programación en radios), R es la distancia de la retracción del cortador después del final de cada pasada; en el segundo cuadro: P es el número de secuencia del primer cuadro de descripción del circuito procesado; Q es el número de serie del último fotograma de la descripción del contorno mecanizado, U es el tamaño y la dirección de eliminación de la tolerancia de acabado a lo largo del eje X (modo de programación en diámetros), W es el valor y la dirección de eliminación de la tolerancia final a lo largo del eje Z, F es la velocidad de avance para desbastadoras, S - velocidad del husillo o velocidad de corte durante el acabado.

G71 U_ R_
G71 P_ Q_ U_ W_ F_ S_



La Figura 17 muestra los recorridos de la herramienta durante el ciclo de giro del G71. Las líneas verdes muestran los movimientos del cortador en el avance de trabajo, las líneas moradas muestran el avance acelerado. Como se puede ver en la figura, el circuito procesado puede incluir secciones curvas programadas por el método de interpolación circular.

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Figura 17 - Trayectorias de la herramienta de corte durante el ciclo de giro G71 y un fragmento de código del programa de control

La función G72 inicia el ciclo de eliminación de la asignación paralela al eje X. El principio de programación de este ciclo es similar al ciclo G71. La ejecución de pasadas aproximadas por el cortador se lleva a cabo en la dirección del eje X del sistema de coordenadas de trabajo. Los parámetros del bucle se programan en dos bloques consecutivos en el formato:

G72 W_ R_
G72 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

donde en el primer cuadro: W es la profundidad de trabajo para pasadas aproximadas, R es la distancia de la retracción del cortador después del final de cada pasada; en el segundo marco: P - número de serie del primer marco de descripción del contorno mecanizado, Q - número de serie del último marco de descripción del contorno mecanizado, U - tamaño y dirección de eliminación del margen de acabado a lo largo del eje X (modo de programación en diámetros), W - tamaño y dirección de eliminación del margen final a lo largo del eje Z, F es la velocidad de avance para pasadas rugosas con un cortador, S es la velocidad del husillo o la velocidad de corte durante el acabado.

La Figura 18 muestra las trayectorias de la herramienta durante el ciclo de giro del G72.

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Figura 18 - Trayectorias de la herramienta de corte durante la ejecución del ciclo de giro G72 y un fragmento de código del programa de control

El ciclo de eliminación de existencias paralelo al contorno especificado se inicia con la función G73. Los parámetros del bucle se programan en dos bloques consecutivos en el formato:

G73 U_ W_ R_
G73 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

donde en el primer cuadro: U es el tamaño y la dirección de eliminación de la asignación total a lo largo del eje X (modo de programación en radios), W es el valor y la dirección de eliminación de la asignación total a lo largo del eje Z, R es el número de pasadas consecutivas cuando se elimina la asignación aproximada, incluyendo un medio pase; en el segundo cuadro: P es el número de secuencia del primer cuadro de descripción del circuito procesado; Q - número de serie del último cuadro de descripción del circuito procesado; U es el valor y la dirección de eliminación de la tolerancia de acabado a lo largo del eje X (modo de programación en diámetros), W es el valor y la dirección de eliminación de la tolerancia final a lo largo del eje Z, F es la velocidad de avance para cortes bruscos, S es la velocidad del husillo o la velocidad de corte durante el acabado .

La Figura 19 muestra las trayectorias de la herramienta durante el ciclo de giro del G73.

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Figura 19 - Trayectorias de la herramienta de corte durante el ciclo de torneado G73 y un fragmento de código del programa de control

El ciclo final de remoción de stock se inicia mediante la función G70. Los parámetros del ciclo se programan en un

G70 P_ Q_ F_ S_

bloque en el formato: donde P es el número de secuencia del primer cuadro de descripción del contorno mecanizado, Q es el número de secuencia del último cuadro de descripción del contorno mecanizado, F es la velocidad de avance durante el acabado, S es la velocidad del husillo o la velocidad de corte durante el acabado.

El ciclo de acabado G70 complementa los ciclos G71, G72 y G73. Le permite terminar el contorno después de aplicar los ciclos de torneado brusco. Usar el ciclo G70 como un ciclo independiente no es práctico.

La programación del mecanizado de las ranuras exterior / interior y extremo se lleva a cabo utilizando ciclos especiales G74 y G75.

Fin del ciclo de ranurado / rebote iniciado por la función G74. Los parámetros del ciclo se programan en dos bloques consecutivos en el formato: donde en el primer bloque: R es la distancia a la que se retrae la herramienta de corte después de completar el paso de ranurado; en el segundo cuadro: X (U) - coordenada del punto final en el eje X, Z (W) - coordenada del punto final en el eje Z, P - paso de la ranura en el eje X en micras, Q - paso de la ranura en el eje Z en micras, F - tasa de alimentación.

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



La Figura 20 muestra los recorridos de la herramienta durante el ciclo de ranurado de las ranuras finales G74. Al realizar este ciclo, la herramienta después de cada pasada de trabajo se retrae por el valor de rebote especificado para eliminar las virutas de la ranura mecanizada. El ciclo G74 también se puede usar cuando se programa la operación de perforación del orificio final.

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Figura 20 - Trayectorias de la herramienta de corte durante la ejecución del ciclo de ranurado de las ranuras finales G74 y un fragmento de código del programa de control

La función G75 inicia el ciclo de ranura de las ranuras externas / internas con un rebote. El principio de usar el ciclo G75 es similar al ciclo G74. El surco del surco se realiza en la dirección del eje X. El valor establecido del paso del surco a lo largo del eje Z permite el ranurado con solapamiento. Después de cada pasada de trabajo, la herramienta se retrae mediante un valor de rebote predeterminado. Los parámetros del ciclo se programan en dos bloques consecutivos en el formato: donde en el primer bloque: R es la distancia a la que se retrae la herramienta después de completar el paso de ranurado; en el segundo cuadro: X (U) - coordenada del punto final en el eje X, Z (W) - coordenada del punto final en el eje Z, P - paso de la ranura en el eje X en micras, Q - paso de la ranura en el eje Z en micras, F - tasa de alimentación.

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



La figura 21 muestra las trayectorias de la herramienta durante el ciclo de ranurado de la ranura exterior G75.

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Figura 21 - Trayectorias de la herramienta de corte durante el ciclo de ranurado de las ranuras externas / internas G75 y un fragmento de código del programa de

control.Para procesar uniones roscadas, se implementa un ciclo de corte de rosca de múltiples pasos iniciado por la función G76. Los parámetros del bucle se programan en dos bloques consecutivos en el formato:

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

donde en el primer cuadro: xx es el número de dos dígitos de pases de tornillo con una herramienta de corte de hilo; yy es un número de dos dígitos que define el tamaño del chaflán, zz es un número de dos dígitos que determina el ángulo del filo de la herramienta de corte, Q es la profundidad mínima de roscado en micrones (modo de programación en radios), R es la profundidad de corte durante el paso final; en el segundo bloque: X (U) - coordenada del punto final de enhebrado en el eje X, Z (W) - coordenada del punto final de enhebrado en el eje Z, R - cantidad de movimiento a lo largo del eje X al cortar hilo cónico (no programado al cortar hilo cilíndrico ), P es la altura del hilo en micras, Q es la profundidad de roscado para la primera pasada en micras, F es el paso del hilo a lo largo del eje Z.

La Figura 22 muestra los recorridos de la herramienta durante un ciclo G76 de rosca cilíndrica de múltiples pasadas. Las líneas azules indican el movimiento de la herramienta de corte de hilo en el avance de trabajo.

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Figura 22 - Trayectorias de la herramienta de corte durante un ciclo de corte de hilo de múltiples pasadas G76 y un fragmento de código del programa de control El

ciclo G76 también le permite programar el procesamiento de hilos cónicos (Fig. 23).

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Figura 23 - Trayectorias de la herramienta de corte durante un hilo cónico de pasadas múltiples G76 y un fragmento de código del programa de control

Al programar el mecanizado de juntas roscadas, se puede utilizar un ciclo alternativo de roscado de paso constante iniciado por la función G92. Los parámetros del ciclo se programan en un bloque en el formato:

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

donde X (U) es la coordenada del punto final del corte del hilo a lo largo del eje X, Z (W) es la coordenada del punto final del corte del hilo a lo largo del eje Z, R es la cantidad de movimiento a lo largo del eje X al cortar hilo cónico (no se programa al cortar hilos cilíndricos), F es el paso del hilo a lo largo del eje Z.

Cada pasada de trabajo con una herramienta de corte de hilo se programa como un bloque separado, que va en la secuencia general de cuadros después del bloque de inicialización del ciclo G92. En este caso, solo se especifica la coordenada X, es decir, el valor del diámetro en el que se encuentra el punto calculado de la fresa en el paso de trabajo actual.

La Figura 24 muestra los recorridos de la herramienta durante un ciclo cónico con un paso constante de G92.

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Figura 24 - Trayectorias de la herramienta de corte durante el ciclo de roscado con un paso constante G92 y un fragmento de código del programa de control

Para programar el ranurado de largas secciones cilíndricas o cónicas de la pieza, se utiliza el ciclo de torneado principal del diámetro exterior / interior iniciado por la función G90. La estructura del ciclo es similar al ciclo de roscado G92. Antes del inicio del ciclo, la fresa se muestra en el punto de inicio. Los parámetros del ciclo se programan en un bloque en el formato:

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

donde X (U) es la coordenada del punto final a lo largo del eje X, Z (W) es la coordenada del punto final a lo largo del eje Z, R es el cambio en el radio de la base del cono, F es la velocidad de avance.

Cada pasada de trabajo con la cortadora se programa mediante un bloque separado, que va en la secuencia general de cuadros después del bloque de inicialización del ciclo G90. En este caso, solo se puede especificar la coordenada X, es decir, el valor del diámetro en el que se encuentra el punto calculado de la fresa en el paso de trabajo actual. También en los marcos de la descripción de los pasajes de trabajo, la coordenada Z también se puede establecer en caso de que sea necesario procesar la parte escalonada de la parte. La Figura 25 muestra las trayectorias de la herramienta durante el ciclo de giro principal del diámetro exterior / interior G90.

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Figura 25 - Trayectorias de la herramienta de corte durante la ejecución del ciclo de giro principal del diámetro exterior / interior G90 y un fragmento de código del programa de control

El mecanizado de las superficies finales de las piezas se puede programar utilizando el ciclo principal de giro final externo / interno iniciado por la función G94. Los parámetros del ciclo se programan en un bloque en el formato:

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

donde X (U) es la coordenada del punto final a lo largo del eje X, Z (W) es la coordenada del punto final a lo largo del eje Z, R es el cambio en el radio de la base del cono, F es la velocidad de avance.

Por analogía con el ciclo G90, las pasadas del cortador se programan en bloques separados después del bloque de inicialización del ciclo G94. En este caso, para cada pasaje, se pueden establecer las coordenadas Z y / o X, así como el parámetro R, que determina el cambio en el radio de la base del cono. La Figura 26 muestra los recorridos de la herramienta durante el ciclo principal de giro final externo / interno G94.

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Dibujo 26- Trayectorias de la herramienta de corte durante el ciclo principal de giro final externo / interno G94 y un fragmento de código del programa de control. El

modelo de simulación también le permite programar operaciones de perforación de pozo final utilizando ciclos constantes: perforación simple de un solo paso, perforación de un solo paso con sujeción en la parte inferior del agujero y paso múltiple (intermitente) ) perforación (Fig. 27).

La función G81 inicia el ciclo de perforación simple de una pasada y tiene el formato de marco:

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

donde X (U) es la coordenada del punto final a lo largo del eje X, Z (W) es la coordenada del punto final a lo largo del eje Z, R es la coordenada absoluta del plano de retracción de la herramienta a lo largo del eje Z, F - velocidad de alimentación.

La función G82 inicia el ciclo de perforación de paso único con una velocidad de obturación en el fondo del pozo y tiene el formato de marco:

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

donde X (U) es la coordenada del punto final a lo largo del eje X, Z (W) es la coordenada del punto final a lo largo del eje Z, R es la coordenada absoluta del plano de retracción de la herramienta a lo largo eje Z, P - tiempo de retención en el fondo del agujero en milisegundos, F - velocidad de alimentación.

El ciclo de perforación intermitente se inicia mediante la función G83 y tiene el formato de marco:

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

donde X (U) es la coordenada del punto final a lo largo del eje X, Z (W) es la coordenada del punto final a lo largo del eje Z, R es la coordenada absoluta del plano de retracción de la herramienta a lo largo del eje Z, P - El tiempo de exposición en el fondo del agujero en milisegundos, Q es el paso de perforación a lo largo del eje Z en micras, F es la velocidad de alimentación.

La cancelación del ciclo continuo de mecanizado de agujeros se realiza mediante la función G80.

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Dibujo 27 - Rutas de perforación durante el ciclo de perforación intermitente G83 y un fragmento de código del programa de control

Implementación de funciones generales de control numérico.


La rotación del husillo se inicia en el sentido de las agujas del reloj mediante la función modal M03, y en sentido contrario a las agujas del reloj mediante la función M04, respectivamente. La rotación del husillo se detiene con la función M05. Las funciones M03 - M04 dan el comando para iniciar la rotación del husillo, pero no determinan los parámetros de velocidad de rotación. Para este propósito, la función de movimiento principal S se usa con la velocidad de rotación (o velocidad de corte) indicada. En este caso, la velocidad del husillo se establece mediante la dirección S, después de lo cual se indica el número de revoluciones por minuto (si la función modal G97 está activa). En el caso de que el procesamiento se produzca a una velocidad de corte constante (la función modal G96 está activa), el número que sigue a la dirección S indica la velocidad de corte en m / min. En este caso, la velocidad real del husillo se determina mediante el cálculo basado en la expresión:

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donde V es la velocidad de corte especificada m / min, d es el diámetro de procesamiento actual, m, π = 3.14159.

El movimiento de los soportes de la máquina se realiza en alimentaciones de trabajo y aceleradas. El procesamiento del material por corte se realiza en una alimentación de trabajo. El avance se establece mediante el avance F de dos maneras. Usando la función modal G98, se establece un modo en el que la velocidad de avance se establece en mm / min. El segundo modo de programación de la cantidad de alimentación se lleva a cabo utilizando la función modal G99. La velocidad de alimentación se establece en mm / rev. La función G99 está activa en el estado inicial del sistema CNC. Al cortar un hilo con dirección F, se programa un paso de hilo constante o el paso inicial en el caso de un hilo con un paso variable (creciente o decreciente).

La función de herramienta T se usa para seleccionar y cambiar la posición de una torreta equipada con una herramienta de corte. La función se programa en el formato "T0A0B", donde A es el número de la posición objetivo de la torreta, B es el número del corrector para el radio de la herramienta. En el proceso de cambiar la posición de la torreta, la herramienta regresa al punto de referencia, donde el disco de la herramienta de la torreta gira sobre la distancia más corta.

El modelo de simulación implementa la capacidad de usar rutinas internas y externas. Las rutinas internas se colocan en el código del programa principal después de las funciones de terminación del programa M02 o M30. La llamada del subprograma interno se realiza mediante la función M97 en el formato:

M97 P_ L_

donde P es el número de trama del inicio del subprograma interno, L es el número de llamadas al subprograma interno.

Los subprogramas externos son textos autónomos con sus propios títulos y numeración de cuadros. El modelo de simulación admite cinco programas de control externo en una sesión. La llamada de subprogramas externos se realiza mediante la función M98 en el formato:

M98 Pxxyyyy

donde xx es el número de llamadas del subprograma externo; aaaa es el número de la rutina externa (por ejemplo, 0005).

La finalización de las rutinas internas y externas con el posterior retorno al programa principal se lleva a cabo utilizando la función M99.

Otras funciones auxiliares del sistema CNC incluyen: funciones para detener la ejecución del programa de control M00 / M01, funciones para completar el programa de control M02 / M30, funciones para encender / apagar el suministro de fluido de corte MZ / M08 / M09 y funciones para abrir / cerrar puertas automáticas M38 / M39. Estas funciones se pueden programar tanto en bloques separados como en combinación con otros comandos. Después de realizar las funciones M02 y M30, finaliza el proceso de simulación: la herramienta se lleva al punto de referencia, la rotación del husillo se detiene y los dispositivos periféricos se apagan.

Descripción del simulador de torneado CNC


Descripción general del producto.


El simulador de torneado en una máquina CNC se implementa en forma de una aplicación gráfica multiplataforma . Tipo de dispositivo informático de destino y plataforma compatible: computadora personal compatible con IBM con sistemas operativos Microsoft Windows y Linux, computadora personal Apple Macintosh con sistema operativo MacOS, dispositivos móviles basados ​​en sistemas operativos Android e iOS. Además, la ejecución del programa es posible en un entorno de navegador web con soporte para tecnología HTML5 y soporte de hardware para gráficos 3D (tecnología WebGL). El componente gráfico del software utiliza la base del componente OpenGL 2.0. La interfaz gráfica de usuario del programa se implementa en ruso e inglés.

Requisitos mínimos del sistema para un dispositivo informático:

  • Velocidad de reloj de la CPU: 1.6 GHz;
  • Capacidad de RAM: 1 GB;
  • capacidad de memoria de video: 512 MB;
  • resolución de pantalla: 1024 × 768 (para computadoras de escritorio);
  • soporte para OpenGL versión 2.0;
  • teclado estándar y mouse de computadora con rueda de desplazamiento (para computadoras de escritorio);
  • medios de reproducción de sonido (altavoces, altavoces de audio o auriculares).

Al trabajar con versiones web de la aplicación, se recomienda utilizar el navegador web MicrosoftEdge, que forma parte del sistema operativo Windows 10.

Formato de datos del usuario


Durante la instalación del producto de software en el directorio estándar "Documentos" del sistema operativo, se crea el directorio raíz de los proyectos del simulador, que incluye varios subdirectorios con ejemplos de programas de control. Por ejemplo, en el sistema operativo Microsoft Windows 10, el directorio Documentos se encuentra en: C: \ Usuarios \ Usuario actual \ Documentos. La creación, el cambio de nombre y la eliminación de archivos y subdirectorios deben realizarse utilizando el administrador de archivos estándar del sistema operativo.

Los archivos de proyecto del simulador tienen la extensión * .csdata. Para fines de optimización, se realiza la entrada / salida de bytes de datos, por lo tanto, no es posible abrir un archivo de proyecto en un editor de texto externo. La estructura de bytes del archivo se presenta en la tabla 3.

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Estructura GUI


El simulador se ejecuta en modo gráfico de pantalla completa. Los tamaños de los elementos estructurales de la interfaz gráfica varían de forma adaptativa según el formato (relación de aspecto) de la pantalla. Por lo tanto, la ejecución del programa es posible en pantallas con diferentes relaciones de aspecto, ambas cercanas a 1.0 (resolución 1024x768, 1280x1024, etc.) y 2.0 (resolución 1920x1080, 2160x1080, etc.).

La interacción con elementos de la interfaz gráfica se lleva a cabo utilizando un mouse de computadora estándar (cuando se trabaja en una computadora de escritorio) o mediante interacción sensorial con la pantalla (cuando se trabaja en una pizarra interactiva, tableta o teléfono inteligente).

La pantalla principal del programa está representada por una escena tridimensional, cuyo objeto principal es un modelo poligonal gráfico de un torno colocado en un entorno espacial condicional (Fig. 28).

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Figura 28 - Vista de la pantalla principal del programa

Durante toda la sesión con el programa, se muestra una barra de navegación en el lado derecho de la pantalla. El primer botón (de arriba a abajo) en el panel está diseñado para abrir el cuadro de diálogo de finalización del programa. El cuadro de diálogo de apagado del programa muestra información de advertencia sobre una posible pérdida de datos si el proyecto actual no se ha guardado en un archivo. El cierre de la pantalla de diálogo también se lleva a cabo presionando repetidamente el botón correspondiente en el panel de navegación. El segundo botón del panel de navegación muestra la pantalla de diálogo del administrador de archivos incorporado (Fig. 29). Los elementos de esta pantalla de diálogo son tres botones dispuestos verticalmente: "Nuevo proyecto", "Abrir proyecto" y "Guardar proyecto". El primer botón de función (de arriba a abajo) restablece todos los parámetros del proyecto actual a los valores predeterminados.Esta acción va acompañada de un cuadro de diálogo de confirmación adicional. El segundo botón muestra los elementos del sistema de archivos en la representación más tradicional (Fig. 30).

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Figura 29 - Pantalla de diálogo del administrador de archivos incorporado La

lista de directorios se presenta en la parte izquierda del diálogo de abrir archivo. El directorio raíz se crea en el sistema durante la instalación del programa. A los directorios ubicados por encima de la jerarquía raíz no se accede a través del administrador de archivos incorporado.

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Figura 30 : cuadro de diálogo para abrir un archivo de proyecto

El lado derecho del cuadro de diálogo para abrir un archivo muestra una lista de archivos en el directorio activo actual. Los archivos se filtran por extensión correspondiente al tipo de archivos de programa (los archivos con una extensión diferente no se muestran en la lista).

La navegación en la estructura del directorio se realiza con un solo clic del mouse (o un solo clic en la pantalla táctil) en el nombre del directorio en la lista. El retorno al nivel jerárquico superior se realiza haciendo clic en la línea vacía superior con el icono correspondiente (Fig. 31).

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Figura 31 - Imagen de la línea de retorno al nivel superior de directorios.

El archivo se selecciona con un solo clic similar en el nombre del archivo en la lista de la derecha. El nombre del archivo seleccionado se muestra en verde brillante (Fig. 32).

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Figura 32 : resaltar el nombre en color al seleccionar un archivo. Las

listas de directorios y archivos están equipadas con barras de desplazamiento verticales y horizontales, lo que le permite colocar cualquier cantidad de elementos de la lista en un campo de tamaño fijo.

El tercer botón en la pantalla del cuadro de diálogo del administrador de archivos muestra un cuadro de diálogo para guardar archivos, similar al cuadro de diálogo abierto, pero equipado con un cuadro de texto para ingresar el nombre del archivo (Fig. 33).

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Figura 33 - Pantalla de diálogo para guardar un archivo de proyecto

El campo de texto ubicado en la parte superior de la pantalla está destinado a la entrada del nombre del archivo mediante el teclado. Si trabaja en un dispositivo sin un teclado físico, se supone que debe usar un teclado virtual, que es un componente del sistema operativo o una aplicación de fondo independiente. Ingrese el nombre del archivo sin extensión. Al ingresar texto en un campo, solo se admiten texto y caracteres numéricos. La longitud máxima del texto de entrada es de 128 caracteres. Si desea sobrescribir un archivo de proyecto existente, debe seleccionarlo en la lista de archivos. En este caso, el nombre real del archivo seleccionado se mostrará en el campo de nombre de archivo.

La confirmación (o cancelación) de la acción en las pantallas de diálogo para abrir y guardar archivos se lleva a cabo utilizando los botones correspondientes ubicados en la esquina inferior derecha de la pantalla.

El tercer botón del panel de navegación muestra el cuadro de diálogo para configurar los parámetros de la pieza de trabajo (Fig. 34).

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Figura 34 - Pantalla de diálogo para configurar parámetros en blanco

Los elementos principales de la pantalla de configuración en blanco son el campo de referencia dimensional y el panel de parámetros en blanco. El campo de referencia dimensional muestra el área de trabajo del torno con una vista superior. El dibujo condicional muestra las principales partes móviles de la máquina: un mandril de tres mordazas, torreta y contrapunto (para piezas de trabajo largas). Usando los botones apropiados para aumentar / disminuir los valores numéricos de los primeros cuatro parámetros (en el panel derecho), se establecen las dimensiones básicas de la pieza de trabajo y su salida del portabrocas (tabla 4).

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Los parámetros L1 y L2 son las dimensiones fijas del mandril de tres mordazas, que se separan del punto cero de la máquina indicado por la letra M. El parámetro L3 representa el voladizo real de la pieza de trabajo y depende de los parámetros L, D y L4 establecidos por el usuario.

El grupo de diez parámetros ubicados en la parte inferior del panel derecho está diseñado para cambiar los valores de las correcciones de cero de la máquina o, en otras palabras, para colocar los ceros W2–6 de cinco sistemas de coordenadas de trabajo adicionales, el cambio entre ellos se lleva a cabo mediante programación usando las funciones correspondientes G55 - G59. Las coordenadas de los ceros de los sistemas de coordenadas adicionales se cuentan desde el punto de máquina cero. El sistema de coordenadas de trabajo principal con cero W1 siempre se coloca en el lado derecho de la pieza de trabajo, se fija en el portabrocas, teniendo en cuenta la tolerancia para el mecanizado de cara principal L5. Los sistemas de coordenadas de trabajo y sus ceros se muestran en el dibujo con ejes de colores e iconos correspondientes (Fig. 35).

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Figura 35 - Fragmento de un dibujo de la referencia dimensional de la pieza de trabajo.

Junto con la pieza de trabajo, se muestra una torreta con una herramienta instalada en el campo del dibujo de referencia dimensional. Si la torreta está equipada con una herramienta axial, el dibujo muestra simultáneamente un taladro con un desplazamiento longitudinal nominal Zm y un cortador para mecanizado externo con un desplazamiento lateral nominal Xm (Fig. 36.a). Cuando se utilizan herramientas solo para mecanizado externo, la herramienta axial no se muestra en el dibujo (Fig. 36.b).

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Figura 36 : varias opciones de configuración para la torreta cuando se usa una herramienta axial (a) y sin usar una herramienta axial (b)

La posición de referencia de la torreta se determina de tal manera que una herramienta teórica con voladizos nominales Zm y Xm tenga seguras longitudinales Z 'y X' transversales seguras desde la esquina inferior derecha del contorno de la pieza de trabajo en planta. Los márgenes de seguridad Z 'y X' no son ajustables y son de 30 mm.

Al establecer las dimensiones de la pieza de trabajo, el cumplimiento de las condiciones para precargar piezas de trabajo largas por el centro trasero se controla automáticamente. Por lo tanto, si el valor de desplazamiento L3 excede los 3 diámetros de la pieza de trabajo, la pluma del contrapunto con el centro posterior instalado se muestra en el campo de dibujo. Al cambiar la configuración de la pieza después del primer mecanizado, la máquina no se reajusta con respecto a la unión de la pieza de trabajo y los ceros de los sistemas de coordenadas de trabajo.

El cuarto botón del panel de navegación muestra el cuadro de diálogo para configurar los parámetros de la herramienta (Fig. 37). En el lado izquierdo de la pantalla hay una lista (catálogo) de herramientas, que incluye 185 nombres de varias herramientas para el procesamiento externo e interno de piezas. Cada elemento de la lista comienza con un icono de herramienta interactiva que describe la forma de la placa y las instrucciones recomendadas para los feeds. A la derecha del icono de la herramienta hay un número de serie y una breve descripción de texto de la herramienta, incluidas sus características geométricas y el tipo de giro en el que se recomienda utilizar esta herramienta. La lista de herramientas tiene una barra de desplazamiento vertical.

En el lado derecho de la pantalla de configuración de parámetros de herramienta, una fila de celdas cuadradas con números de serie del 1 al 8 se encuentra en la parte superior, que corresponde a las posiciones de la torreta.

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Figura 37 - Pantalla de diálogo para configurar los parámetros de la herramienta

Para configurar la herramienta en la posición deseada de la torreta, debe pasar el cursor sobre el icono con la imagen de la herramienta en la lista, luego presionar el botón izquierdo del mouse y mantenerlo presionado, mover el icono a una celda libre en la parte superior derecha de la pantalla y luego soltar el botón del mouse. Si la herramienta se mueve a una posición ya ocupada, se devolverá automáticamente al catálogo. Cuando se trabaja en un dispositivo con una pantalla táctil, el movimiento de los iconos de herramientas se realiza de manera similar al tocar continuamente la pantalla y moverse por la pantalla.

La herramienta instalada se devuelve al catálogo mediante un movimiento similar del icono. En este caso, es suficiente para mover el icono de la herramienta devuelta a cualquier área del campo de la lista de herramientas.

Para reorganizar una herramienta ya instalada de una posición a otra (libre u ocupada por otra herramienta), es suficiente mover el icono dentro del bloque de posición de la torreta. Si al mismo tiempo la celda a la que se mueve la herramienta ya está ocupada por otra herramienta, estas herramientas se intercambiarán.

Debajo del bloque de posiciones del cabezal de la torreta hay un dibujo de la referencia dimensional de la herramienta, que muestra el modelo de la herramienta y el equipo en planta, los valores reales de los vuelos longitudinales y transversales, así como el diagrama geométrico del inserto de la herramienta en la planta.

La posición del punto cero de la herramienta, indicada por el icono correspondiente, no se puede cambiar y corresponde al centro del orificio en el plano de la superficie frontal de la torreta.

Las salidas de la herramienta se pueden cambiar según el tipo de herramienta que utiliza los botones para aumentar / disminuir el valor de desplazamiento ubicado en la parte inferior derecha del campo de dibujo de referencia de dimensión (Figura 38). Para herramientas externas, el desplazamiento lateral a lo largo del eje X cambia a un lado más pequeño, y para herramientas axiales, el desplazamiento longitudinal a lo largo del eje Z cambia a un lado mayor o menor.

La configuración de salidas de herramientas es una de las etapas de la configuración de la máquina. Acortar el alcance de las herramientas axiales al profundizarlas en la cavidad del equipo tecnológico (y, en consecuencia, la torreta) le permite expandir los límites del espacio de trabajo de la máquina al mecanizar la superficie exterior cerca del cartucho, siempre que tanto las herramientas axiales como las herramientas para el procesamiento externo estén fijadas en la torreta.

El cambio entre las herramientas instaladas en la torreta se realiza utilizando los botones izquierdo / derecho correspondientes ubicados en la esquina superior derecha del campo de dibujo de dibujo dimensional. Los principales parámetros geométricos de la herramienta se muestran en la parte inferior del dibujo.

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Figura 38 - Vista de dibujo de la referencia dimensional de la herramienta La herramienta

axial no se utiliza en caso de precargar la pieza de trabajo por el centro posterior. Además, si la torreta está pre-equipada con una herramienta axial, y las dimensiones de la pieza de trabajo se cambian en segundo lugar, como resultado de lo cual está involucrado el centro trasero, la herramienta axial vuelve automáticamente al catálogo. Para evitar esta situación, la torreta debe completarse después del ajuste dimensional de la pieza de trabajo.

El quinto botón del panel de navegación muestra en la pantalla principal del simulador un editor de texto incorporado de los programas de control (Fig. 39). El editor de texto tiene en la parte superior un panel de botones funcionales necesarios para trabajar con el código del programa de control de la máquina. La parte principal del editor de texto está ocupada por un campo de texto equipado con barras de desplazamiento verticales y horizontales. El botón para mostrar / ocultar el teclado virtual se encuentra en la parte inferior derecha del editor.

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Figura 39 - Vista de la pantalla principal del simulador con un editor abierto de programas de control. La

escritura en un campo de texto se puede realizar utilizando teclados físicos y virtuales (Fig. 40).

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Figura 40 - Teclado virtual para escribir en el editor de código

Las operaciones básicas de edición de texto en el editor de código son similares a las operaciones de edición de texto en el editor de texto de Bloc de notas estándar del sistema operativo Microsoft Windows. El editor le permite realizar operaciones de edición de texto estándar, incluida la transferencia de datos a través del portapapeles del sistema (copiar, cortar y pegar fragmentos de texto). Los fragmentos de texto se seleccionan de tres maneras, incluidas las operaciones que usan las teclas del cursor del teclado físico (con la tecla Mayús presionada), los botones del mouse y la interacción táctil con la pantalla (usando el botón especial Seleccionar Inicio en el teclado virtual).

El panel de botones funcionales de un editor de texto incluye 8 botones (Fig. 41), cuyo estado de actividad depende del estado actual del proceso de simulación, así como de la presencia del fragmento de texto seleccionado.

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Figura 41 - Panel de botones funcionales del editor de código

Si no se selecciona un solo fragmento en el texto del programa de control, el botón Copiar (1) tiene una inscripción adicional "TODO". Esto significa que cuando hace clic en este botón, todo el texto del programa de control se copiará en el portapapeles. De lo contrario (si hay un fragmento de texto seleccionado), solo el texto seleccionado se copia al portapapeles. El botón "Cortar" (2) se activa cuando hay un fragmento de texto seleccionado. Cuando hace clic en este botón, se realiza una operación de copia estándar con la posterior eliminación del fragmento seleccionado del texto. El botón Pegar (3) se activa cuando hay texto en el portapapeles. La inserción está en la posición del cursor parpadeante (carro). Si se selecciona un fragmento en el texto, este fragmento de texto se reemplaza.El botón "Eliminar" (4) está diseñado para eliminar instantáneamente todo el texto del programa de control con confirmación. Los botones Start, Pause, Stop (5-7) se usan para controlar el proceso de simulación. Para iniciar la ejecución del programa de control, debe hacer clic en el botón "Inicio". Durante la simulación, la edición del programa de control no está disponible. El botón "Directorio de códigos usados" (8) está destinado a mostrar en la pantalla una lista de códigos G / M usados ​​con una breve descripción de su formato.El botón "Directorio de códigos usados" (8) está destinado a mostrar en la pantalla una lista de códigos G / M usados ​​con una breve descripción de su formato.El botón "Directorio de códigos usados" (8) está destinado a mostrar en la pantalla una lista de códigos G / M usados ​​con una breve descripción de su formato.

Debajo del panel de botones funcionales del editor de texto de los programas de control, hay 5 pestañas interactivas con los nombres de los programas de control del proyecto actual. Usando estas pestañas, se realiza el cambio entre los programas de control. Cuando comienza el proceso de simulación, se ejecuta el programa de control abierto actual.

En el lado izquierdo de la pantalla principal del simulador hay botones de función adicionales (Fig. 42) que son responsables de varias configuraciones del programa.

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Figura 42 - Botones funcionales adicionales de la pantalla principal del programa

El botón "Acerca del programa" (1) muestra en la pantalla información sobre la versión actual del programa, información de contacto del desarrollador, así como información con licencia. El botón "Cambiar idioma" (2) se utiliza para cambiar la configuración de idioma de la interfaz gráfica del programa. Dependiendo del idioma actual, la imagen en el botón cambia. Por defecto, después de la instalación, el programa se ejecuta en inglés. El botón "Activar / desactivar sonido" (3) se utiliza para activar / desactivar el acompañamiento de sonido del proceso de simulación. El botón "Cambio del modo gráfico" (4) se utiliza para cambiar el modo de visualización del modelo 3D de la máquina y el entorno. En este caso, hay dos modos de visualización disponibles: el modo de alta poli (habilitado de forma predeterminada) y el modo de baja poli, diseñado para ocultar elementos gráficos menores.En el modo low-poly, el modelo geométrico de la máquina se simplifica significativamente y se muestra en bloques translúcidos monocromáticos. En este modo, las texturas gráficas no se muestran, no hay imitación del entorno, cortando fluidos y astillas. El modo low-poly se usa si es necesario concentrar la atención del usuario en el contorno de la pieza de trabajo y los recorridos de la herramienta. Dependiendo del modo gráfico actual, la imagen en el botón cambia. El botón "Activar / desactivar geometría 2D" (5) se utiliza para activar / desactivar construcciones geométricas bidimensionales en el espacio tridimensional del simulador. La geometría 2D se refiere a elementos gráficos como ejes de coordenadas, iconos de punto cero y los contornos de la pieza de trabajo y la herramienta.Cuando se procesan superficies internas de una parte (perforación y perforación), mostrar un contorno 2D de una parte en la mayor medida contribuye al control visual del procesamiento de las superficies internas. El botón "Activar / Desactivar trayectorias de herramienta" (6) se utiliza para habilitar / deshabilitar la función de mostrar trayectorias de herramienta y ejercicios en el plano de corte. El cálculo de la trayectoria de movimiento de cada herramienta instalada en la torreta se realiza desde el momento en que se inicia la simulación hasta su finalización. Las trayectorias se muestran con líneas de colores sólidos.El botón "Activar / Desactivar trayectorias de herramienta" (6) se utiliza para habilitar / deshabilitar la función de mostrar trayectorias de herramienta y ejercicios en el plano de corte. El cálculo de la trayectoria de movimiento de cada herramienta instalada en la torreta se realiza desde el momento en que se inicia la simulación hasta su finalización. Las trayectorias se muestran con líneas de colores sólidos.El botón "Activar / Desactivar trayectorias de herramienta" (6) se utiliza para habilitar / deshabilitar la función de mostrar trayectorias de herramienta y ejercicios en el plano de corte. El cálculo de la trayectoria de movimiento de cada herramienta instalada en la torreta se realiza desde el momento en que se inicia la simulación hasta su finalización. Las trayectorias se muestran con líneas de colores sólidos.

También en la pantalla principal del programa se muestra información textual adicional: el número de la configuración actual de la pieza, el tiempo de simulación actual, las coordenadas del punto calculado de la cortadora, los parámetros del modo de procesamiento de alta velocidad. Si el editor de texto de los programas de control se cierra durante la simulación, los botones para controlar el proceso de simulación "Inicio", "Pausa", "Parar" y la línea del cuadro ejecutado actualmente se muestran en la parte superior de la pantalla principal (Fig. 43).

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Figura 43 - Elementos adicionales de la pantalla principal del programa durante la simulación con un editor de texto cerrado

Después de procesar la pieza desde la primera instalación, se muestra un botón adicional para cambiar la instalación en el lado izquierdo de la pantalla principal (Fig. 44.a). Después de cambiar la configuración del primer al segundo contorno de la pieza, se refleja en relación con el centro de masa de la pieza de trabajo inicial en la dirección del eje Z, y la pantalla muestra tres botones adicionales para el desplazamiento longitudinal de la pieza (Fig. 44.b). Al presionar el botón 1 se produce un desplazamiento longitudinal discreto de la pieza hacia la izquierda (hacia el punto cero de la máquina). Al presionar el botón 2 se desplaza la parte hacia la derecha. El botón 3 se usa para restablecer los desplazamientos especificados de la pieza. Debe tenerse en cuenta que la pieza de trabajo no se vuelve a hacer referencia (la ubicación de las compensaciones de cero se guarda de la configuración anterior).

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Figura 44 - Botones adicionales para configurar la configuración de la pieza

Al recuperar el cuadro de diálogo de parámetros de la pieza de trabajo después de mecanizar la pieza desde la primera configuración, se inicia el diálogo para confirmar el restablecimiento de los cambios en el contorno de la pieza.

En la parte inferior de la pantalla principal del programa, la información del sistema sobre los recursos se muestra en letra pequeña: el valor actual de la frecuencia de cuadro (Cuadro por segundo), la cantidad de memoria de video utilizada en megabytes, la cantidad de facetas poligonales que se muestran en la pantalla a la vez, la cantidad de dibujos cargados en la memoria, la cantidad de sprites gráficos utilizados y el tiempo Representaciones de un cuadro de pantalla completa en segundos.

En la esquina inferior izquierda de la pantalla principal hay un botón para cambiar el modo de cámara virtual (Fig. 45). El botón muestra el número del modo de cámara objetivo (siguiente) al que se cambiará la pantalla. En total, se proporcionan 5 modos de funcionamiento de la cámara.

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Figura 45 - El botón para cambiar el modo de cámara virtual en varias opciones de visualización

El modo de cámara virtual No. 1 es controlable. En este caso, la cámara se mueve en un sistema de coordenadas esféricas alrededor del punto de enfoque (Fig. 46). El punto de enfoque de la cámara se puede mover en el plano frontal vertical del espacio del modelo. Además, la cámara puede distanciarse del punto de enfoque a una distancia arbitraria limitada por las dimensiones del espacio.

Las principales manipulaciones con la cámara en el modo No. 1 se llevan a cabo utilizando un mouse de computadora (el control táctil se describe a continuación). Al mismo tiempo, al presionar y mantener presionado el botón izquierdo del mouse con el movimiento del mouse, se mueve el punto de enfoque de la cámara en el plano frontal del espacio. Al presionar y mantener presionado el botón derecho del mouse con el movimiento del mouse asociado, la cámara gira con respecto al punto de enfoque. Los ángulos de rotación (acimut y elevación) de la cámara están limitados por las dimensiones del espacio modelo. El cambio de la distancia de la cámara se lleva a cabo girando la rueda de desplazamiento hacia adelante y hacia atrás.

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Figura 46 - Diagrama de control de la cámara en el modo No. 1

A la derecha del botón de cambio de modo de la cámara (en el modo No. 1), se muestra el botón para desactivar el control de la cámara con el mouse (Fig. 47.a).

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Figura 47 - Botón para cambiar el modo de cámara virtual en varias opciones de visualización

Al deshabilitar el control de la cámara con el mouse, se muestra un grupo de botones de cambio (Fig. 47.b) en la parte inferior de la pantalla principal para realizar el control táctil de la cámara en el modo No. 1. El botón 1 activa la operación de cambiar el punto de enfoque de la cámara, el botón 2, la operación de girar la cámara en relación con el punto de enfoque, y el botón 3, la operación de cambiar la distancia de la cámara al punto de enfoque, respectivamente. Las manipulaciones mismas se llevan a cabo interactuando con la pantalla táctil.

Los modos de cámara No. 2-5 están diseñados para colocar la cámara en un punto de ángulo fijo. El modo No. 2 posiciona la cámara sobre la parte superior del instrumento actual (vista superior). Las distorsiones de la cámara de perspectiva se deshabilitan en este modo (se utiliza la proyección ortogonal). En el modo No. 3, la cámara funciona en isometría. Los modos 4 y 5 fijan la cámara en dos puntos de vista adicionales.

Todos los ajustes del programa, incluida la posición de la cámara, se guardan al apagar.

El simulador no simula software de sistema CNC específico. El panel de control de la máquina está representado por una pantalla condicional en la que se muestra la información tecnológica principal durante la simulación (Fig. 48). Las coordenadas actuales del punto calculado del cortador a lo largo de los ejes X y Z se presentan en la parte superior izquierda de la pantalla. Estas son las coordenadas del punto programable que se encuentra en la trayectoria de la herramienta en el momento actual. En el estado inicial, estos valores se presentan en milímetros. Al cambiar programáticamente el sistema de medición, las coordenadas (así como el valor de alimentación) se muestran en pulgadas. Las unidades se muestran a la derecha de las coordenadas numéricas. Todos los movimientos laterales están programados para el diámetro de la pieza de trabajo. Por lo tanto, los ejes de coordenadas X y Z tienen diferentes escalas.

Los parámetros tecnológicos actuales se muestran (en amarillo) en la parte inferior izquierda de la pantalla: velocidad del husillo S (rpm), avance F (mm / min) y número de posición actual de la torreta T.

Hay 6 celdas en la parte inferior derecha de la pantalla para mostrar funciones modales activas del sistema CNC. De izquierda a derecha, se muestran las siguientes funciones en las celdas: dirección de rotación del husillo M03 / M04, funcionamiento del sistema de refrigeración M07 - M09, sistema de coordenadas de trabajo actual G53 - G59, tipo de alimentación de trabajo G98 / G99 y tipo de interpolación G00 - G03.

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Figura 48 - Aspecto de la pantalla del sistema de control del modelo de simulación de la máquina.

Perspectivas de desarrollo de proyectos


Las perspectivas inmediatas para el desarrollo del proyecto presentado incluyen una serie de tareas.

Tarea No. 1: expandir la funcionalidad del producto de software en términos de tecnología de torneado, que incluye: preparación automática de un mapa tecnológico y de cálculo del producto procesado, un sistema para controlar los tamaños del producto en todas las etapas de la simulación del proceso, compatibilidad de formatos de programas de control y soporte para estándares de paquetes CAD / CAM existentes .

Tarea No. 2: realización de la posibilidad de configuración del usuario de la máquina simulada, que incluye: selección del tipo de diseño de los componentes principales de la máquina, selección y cambio de tipos de equipos y herramientas tecnológicas, simulación de las etapas de configuración de la máquina para operaciones tecnológicas específicas.

Tarea No. 3: expandir la funcionalidad en términos de control numérico del programa de la máquina, que incluye: soporte para sistemas CNC adicionales, simulación de la interfaz del panel de control de sistemas CNC específicos, implementación de capacidades de programación macro y programación de diálogo de operaciones tecnológicas.

Tarea No. 4: implementación de un modelo físico y matemático del proceso de torneado teniendo en cuenta las propiedades de los materiales, y construyendo sobre una base un componente de un sistema experto que entabla un diálogo con el usuario en forma de recomendaciones y sugerencias correctivas.

Tarea n. ° 5: modificación del algoritmo de formación de la pieza, que permite simular operaciones de fresado utilizando la herramienta de accionamiento adecuada.

Junto con las tareas principales enumeradas, es necesario introducir una serie de optimizaciones en la funcionalidad general del producto de software.

Conclusiones y conclusiones


Hasta la fecha, los resultados alcanzados para el proyecto cumplen totalmente con las metas y objetivos establecidos al comienzo del trabajo. El producto de software ha sido probado en el proceso educativo sobre la base de varias organizaciones educativas, incluida la Universidad Tecnológica del Estado de Maikop, ANO "UTsDPO CityMasterov-NN" y la Universidad Central de Queensland (CQUniversity, Australia). Las versiones móviles de la aplicación se están probando entre usuarios privados a través de las plataformas GooglePlay y AppStore . La expansión de la funcionalidad en términos de la implementación de las tareas prometedoras descritas anteriormente mejorará los indicadores de rendimiento del producto de software y aumentará su competitividad en general.

Lista bibliográfica


1. Gökçe Harun - Polígono basado en modelado de objetos para software de simulación de torno CNC 3D // Journal of Polytechnic, 2016; 19 (2): 155-161.

2. Okan Topçu, Ersan Aslan - Simulación basada en web de un torno utilizando Java 3D API // 2º Simposio internacional sobre informática en ciencia e ingeniería. 2011.

3. Abramova O. F. - Análisis comparativo de algoritmos para eliminar líneas invisibles y superficies que trabajan en el espacio de la imagen / O.F. Abramova, N.S. Nikonova // NovaInfo. Ciencia técnica. 2015. No. 38-1.

4. David Douglas, Thomas Peucker - Algoritmos para la reducción del número de puntos necesarios para representar una línea digitalizada o su caricatura // The Canadian Cartographer 10 (2), 112-122 (1973).

5. John Hershberger, Jack Snoeyink - Acelerando el algoritmo de simplificación de línea Douglas-Peucker // Proc 5th Symp on Data Handling, 134-143 (1992).

6. Ahmet Gencoglu - Simulación del proceso de torneado basado en la física / Tesis presentada en cumplimiento parcial de los requisitos para el grado de Maestría en Ciencias Aplicadas // Universidad de Columbia Británica (Vancouver). Agosto de 2011. 122 p.

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