👨🏼‍🚀 🎷 ⏭️ Modèle de simulation du processus de traitement des matériaux par découpe sur un tour CNC 🌖 🤵 🧑

introduction

La méthodologie pour le développement de modèles de simulation et de simulateurs dans diverses disciplines techniques est principalement axée sur la réduction du niveau d'abstraction du matériel éducatif. Parallèlement au matériel pédagogique théorique, la simulation visuelle d'un processus ou d'une opération technologique particulier permet à l'étudiant de mieux maîtriser le matériel enseigné avec une approximation maximale des conditions naturelles. Dans ce cas, les modèles de simulation et les simulateurs ne peuvent être considérés que comme un outil auxiliaire dans le processus éducatif. L'objectif principal de cette catégorie de ressources pédagogiques est une familiarisation de base (initiale) avec les principes de fonctionnement des installations techniques complexes en l'absence de la possibilité d'utiliser un équipement industriel réel,ou afin d'augmenter préalablement les compétences de l'étudiant avant de suivre une formation pratique.

La méthodologie pour combiner des tâches éducatives avec des tâches d'ingénierie et appliquées dans une seule boîte à outils qui répond au niveau actuel de développement de la technologie et de l'industrie dans son ensemble est particulièrement pertinente. Nous parlons ici de l'implémentation intégrée des fonctions de conception assistée par ordinateur (CAD / CAM) et des principes de simulation-simulation numérique des processus technologiques.

La principale tendance à introduire des modèles de formation par simulation dans la pratique de l'enseignement de l'ingénierie est d'atteindre une interactivité maximale. Une condition préalable ici est la capacité d'effectuer des actions «erronées» par les étudiants et une réponse adéquate du modèle de simulation à ces actions afin d'atteindre le niveau requis de compréhension du matériel éducatif pour les étudiants. Plus le degré de liberté de l'objet simulé (appareil ou machine) est élevé, plus l'effet d'une interaction réelle est grand dans le processus d'apprentissage.

Le but et les objectifs du projet

L'objectif du projet présenté est de développer un produit logiciel pédagogique et méthodologique (modèle de simulation ou simulateur), destiné à la familiarisation de base des ingénieurs débutants avec les principes de programmation des opérations de tournage de pièces à l'aide d'un code G / M standard.

Les domaines d'application du logiciel couvrent principalement le processus éducatif utilisant la technologie informatique sous forme de cours de laboratoire pour les étudiants en cours d'informatique, l'enseignement à distance, ainsi que le support de démonstration de matériel de cours dans le groupe de domaines de formation et de spécialités (OKSO) «Métallurgie, génie mécanique et traitement des matériaux». La flexibilité et la fonctionnalité du produit logiciel lui permettent également d'être utilisé comme un outil d'application pour la vérification et les tests préliminaires de programmes de contrôle pour les opérations de tournage de matériaux sur des machines à commande numérique (CNC) en utilisant le code de programme Fanuc (système de code A).

La fonctionnalité du simulateur doit fournir les tâches suivantes:

G/M ;
, ;
;
;
.

L'avantage technique du simulateur en cours de développement est sa consommation de ressources relativement faible et sa prise en charge multiplateforme, vous permettant d'utiliser ce produit logiciel sur divers appareils informatiques, y compris les tableaux blancs interactifs, les smartphones, les tablettes et les ordinateurs de bureau, ce qui, à son tour, augmente la flexibilité et la mobilité du processus éducatif, correspondant au niveau moderne des informations éducation.

Objet de modélisation

La base du modèle de simulation en trois dimensions est le tour TS1625FZ fabriqué par l'usine de machines-outils Tver de StankoMashKompleks JSC avec un lit horizontal et un ensemble classique d'unités, équipé d'un système CNC, d'une tourelle à huit positions, d'une cartouche de tournage à trois mâchoires, d'une poupée mobile, d'un système d'alimentation en lubrifiant-réfrigérant et d'autres unités. Le traitement des matériaux s'effectue en deux coordonnées dans le plan horizontal de la machine. Les principales caractéristiques techniques du prototype d'équipement sont présentées dans le tableau 1.

Le simulateur simule un ensemble d'outils de coupe (outils de tournage préfabriqués et forets), comprenant 185 articles. Les types d'inserts de coupe remplaçables utilisés pour les outils de tournage sont présentés dans le tableau 2.

Également dans le modèle, des fraises avec des plaques de coupe-fil et des forets spéciaux sont utilisés. La figure 1 montre un modèle géométrique d'un outil de tournage préfabriqué.

Figure 1 - Modèle géométrique d'un outil de tournage préfabriqué et désignation des principales caractéristiques d'une plaquette de coupe amovible: l'angle principal en termes de φ1, l'angle auxiliaire en termes de φ2, le diamètre du cercle inscrit D, le rayon d'arrondi au sommet R

Une brève description de la méthode de modélisation géométrique de la formation des pièces lors du tournage

Dans le projet considéré, un modèle simplifié de mise en forme de la pièce est utilisé, basé sur l'hypothèse que la symétrie axiale de la pièce est constante tout au long du processus de tournage [1, 2]. Ce modèle exclut la possibilité de construire des surfaces hélicoïdales, et les éléments filetés des pièces sont représentés conditionnellement - par des sections de nervures concentriques. Les calculs de base utilisant cette technique sont formalisés par le problème géométrique d'intersection de deux boucles fermées plates dans le plan de travail de la machine - le contour de la pièce et le contour de l'outil de coupe. Sur la base du contour de formation de forme, qui est une différence logique à l'intersection de deux contours source,une surface tridimensionnelle de la pièce simulée est formée en tournant uniformément le contour de formage autour de l'axe principal de la machine (axe de rotation de la pièce). La méthode appliquée permet de simuler la mise en forme d'une pièce telle qu'un corps de révolution en temps réel à des coûts de calcul relativement faibles.

L'étape initiale de l'algorithme est la formation de nombreux points Wi du contour de la pièce (Fig. 2.a). Dans l'état initial (avant le début du processus de traitement), le contour de la pièce comprend quatre points, tandis que la section longitudinale de la pièce est représentée par un rectangle. Dans les itérations suivantes de l'algorithme, le contour initial de la pièce est le contour de mise en forme calculé précédemment. Le contour est décrit dans le sens antihoraire.

Au deuxième stade de l'algorithme, le contour de la plaquette de coupe de l'outil de tournage est formé en tenant compte de ses caractéristiques géométriques - dimensions globales, angle principal en plan et rayon d'arrondi au sommet. Le contour de l'insert est décrit par des points Cj en sens inverse par rapport au contour de la pièce (sens horaire).

Figure 2- à la tâche de calcul du contour de mise en forme de la pièce: l'
intersection des contours d'origine de la pièce et de l'insert de coupe (a); obtenir le contour de mise en forme de la pièce comme différence logique des contours source (b)

La troisième étape de l'algorithme consiste à déterminer l'ensemble des points d'intersection Ik des contours source. Dans ce cas, les points d'intersection trouvés sont indexés en fonction de leur rapprochement avec le point de départ du contour de la pièce et sont inclus dans l'ensemble généralisé de points des deux contours dans l'ordre d'indexation. Les coordonnées des points d'intersection sont déterminées pour deux segments appartenant à deux contours différents (Fig. 3).

Figure 3 - Vers la détermination des coordonnées du point d'intersection de deux segments

Pour les segments P1 - P2 et P3 - P4 appartenant à deux droites sécantes L1 et L2, il s'ensuit:

Les coordonnées x, y du point d'intersection des lignes L1 et L2 sont déterminées par l'équation matricielle:

donc: les

points de l'ensemble généralisé appartenant au contour de la plaquette de coupe sont en dehors des intervalles entre les points les intersections sont exclues de l'ensemble généralisé de points des deux contours. Ainsi, l'ensemble final de points Fn est formé qui décrit le contour de mise en forme de la pièce (figure 2.b). Le contour résultant est décrit dans le même sens que le contour d'origine de la pièce.

L'algorithme considéré est une version simplifiée de l'algorithme de coupure de Weiler - Azerton [3]. Un certain nombre de simplifications de l'algorithme sont dues aux caractéristiques géométriques du problème résolu, à savoir: une condition constante pour la convexité du contour de la plaquette de coupe, les conditions pour détecter les collisions d'éléments inopérants de la fraise (support) avec la pièce, la condition pour exclure la partie complètement coupée de la pièce du processus de calcul lors de la modélisation des segments d'opération, etc.

Du fait que la mise en forme de la pièce est réalisée lors du déplacement de l'outil de coupe, à chaque itération de l'algorithme, un changement discret des coordonnées des points du contour de la plaquette de coupe par rapport au contour de la pièce se produit. L'étape de discrétion dans ce cas est due à un paramètre donné du mouvement de l'outil de coupe (la valeur de l'avance de travail) et le temps d'itération du cycle de simulation. Dans ce cas, l'étape de discrétion du mouvement de l'outil (δ) peut dépasser les dimensions linéaires de la zone de chevauchement des contours de la plaquette de coupe et de la pièce (Fig. 4.a), ce qui conduit à l'apparition d'artefacts (sections «non coupées») du contour de formage de la pièce (Fig. 4.b )

Figure 4 - Le problème de la discrétion du calcul des intersections de contours

Une solution au problème décrit est la méthode Jarvis, qui consiste à construire une coque convexe minimale autour de l'ensemble des sommets des contours de la plaquette de coupe dans les états discrets actuels et précédents (Fig.5).

Figure 5 - Construction de la coque convexe minimale autour des contours de l'insert de coupe dans deux états discrets successifs

Dans ce cas, l'intersection du contour de la pièce avec le contour de la coque convexe minimale est calculée, ce qui fournit la zone de chevauchement requise dans les espaces entre les états discrets de l'outil de coupe. Lors de la construction d'une coque convexe minimale, la condition d'invariance du contournement de son contour est particulièrement importante. La coque convexe minimale peut couvrir plusieurs états discrets de l'insert de coupe, à condition que la direction de l'avance de travail du couteau ne change pas dans ces états (le couteau se déplace le long d'une trajectoire droite).

Dans ce projet, une méthode alternative d'élimination des artefacts du contour formateur est utilisée, basée sur l'algorithme de généralisation Ramer-Douglas-Peker [4, 5], qui est largement utilisé dans les problèmes de topographie et de cartographie. L'objectif principal de la procédure de généralisation récursive est de réduire le nombre de sommets de la polyligne en fonction d'une valeur seuil donnée de la distance entre les sommets. La condition initiale pour que l'algorithme fonctionne est de sélectionner le point le plus éloigné par rapport au point de départ de la polyligne du contour. Dans les itérations suivantes de l'algorithme, les distances entre les points intermédiaires de la polyligne sont déterminées et comparées à la valeur de seuil. La connexion des points dans la polyligne approximative est effectuée à condition que la distance entre eux dépasse une valeur de seuil prédéterminée (figure 6).

Figure 6- Itérations de l'algorithme de généralisation Ramer-Douglas-Pecker à l'aide d'un exemple de ligne brisée arbitraire.

Techniquement, la procédure d'approximation du contour de mise en forme d'une pièce est combinée avec l'étape initiale de l'algorithme de modélisation générale, à laquelle de nombreux sommets du contour initial de la pièce sont formés.

La formation de la surface tridimensionnelle de la pièce simulée est effectuée en calculant les coordonnées des points dans les cercles des coupes transversales de la pièce sur la longueur du contour de mise en forme, puis en combinant ces points en facettes triangulaires (entre les coupes). La longueur du vecteur rayon Ri de chaque point du contour de formage est calculée comme la distance de ce point à l'axe principal de la machine (Fig. 7).

Figure 7- Modèle polygonal d'une pièce telle qu'un corps de révolution dans une section (partition des polygones en facettes triangulaires non représentées)

L'ordre de traversée des sommets lors de l'assemblage d'un cadre tridimensionnel est strictement défini. Chaque polygone d'une surface tridimensionnelle est divisé en 2 facettes triangulaires, unissant 4 sommets (Fig. 8). La régularité radiale de la surface tridimensionnelle formée dépend d'un nombre donné de segments (secteurs de cercle) dans la section de la pièce simulée. La procédure d'assemblage d'un filaire tridimensionnel calcule également les vecteurs normaux à chaque sommet (Fig. 9) et les coordonnées de texture des UV. Selon les coordonnées de texture calculées, la surface de la pièce est dessinée avec une image superposée de la texture métallique, ce qui augmente à son tour la perception réaliste du processus simulé.

Ainsi, le modèle tridimensionnel final de la pièce à usiner vous permet de visualiser les résultats de l'enlèvement de matière par l'outil de coupe en dynamique en temps réel avec le degré de réalisme requis.

Figure 8 - Le squelette de facette du modèle tridimensionnel de la pièce, inscrit dans le cylindre global de la pièce d'origine

Figure 9 - Vecteurs normaux aux sommets du modèle de facette de la pièce

Les principes de la simulation de la commande numérique du programme du processus de tournage du matériau

La liste des fonctions de base du contrôle de programme de la machine

Comme base linguistique pour la programmation des opérations technologiques de base lors du tournage des matériaux, les codes GM du système de contrôle numérique Fanuc ont été sélectionnés:

G00 / G01 - interpolation linéaire à l'avance accélérée / de travail;
G02 / G03 - interpolation circulaire dans le sens horaire / antihoraire;
G04 - temporisation;
G20 / G21 - saisie de données en pouces / millimètres;
G32 / G34 - filetage à pas constant / variable en un seul passage;
G50 - réglage de la vitesse maximale de la broche;
G53 - G59 - commutation entre les systèmes de coordonnées de travail n ° 1 à 6;
G70 - G76 - principaux cycles de tournage;
G80 - G83- cycles d'usinage de trous;
G90 - le cycle de la rotation principale du diamètre extérieur / intérieur;
G92 - cycle de filetage à pas constant;
G94 - cycle du tournage principal extérieur / intérieur;
G96 / G97 - vitesse de coupe / rotation constante de la broche;
G98 / G99 - vitesse d'avance [mm / min] / vitesse d'avance [mm / tr];
M00 / M01 - arrêt progressif avec confirmation;
M02 / M30 - achèvement du programme de contrôle;
M03 / M04 - démarrer la rotation de la broche dans le sens horaire / antihoraire;
M05 - arrêt de rotation de la broche;
M07 - M09 - ouverture / fermeture de l'alimentation en liquide de refroidissement;
M38 / M39- ouverture / fermeture des portes automatiques;
M97 - M99 - appel et fin des routines internes / externes.

La structure et le format du code du programme de commande

Le code du programme de commande est représenté comme une séquence de lignes (trames). Le simulateur vous permet de développer et d'exécuter des programmes de contrôle jusqu'à 999 trames (en tenant compte de la première ligne non modifiable contenant le numéro du programme de contrôle). Chaque trame se compose d'une séquence de mots, qui est une combinaison d'une adresse alphabétique et d'un paramètre numérique. Aucun espace n'est autorisé entre l'adresse et le paramètre. La saisie du programme de contrôle s'effectue en caractères alphanumériques à l'aide d'une police monospace. Certains caractères spéciaux sont autorisés. Tout groupe de caractères qui ne peut pas être analysé doit être placé entre parenthèses ou écrit après les caractères ";" ou "/". Ces informations sont considérées comme un commentaire sur le code et ne sont pas analysées lors de la simulation.Les adresses des fonctions préparatoire (G) et auxiliaire (M) sont programmées avec des paramètres entiers définissant les numéros de ces fonctions. Les paramètres de positionnement numériques (après les adresses X, Z, U, W, I, K, R, etc.) peuvent être spécifiés en valeurs fractionnaires ou entières. Le signe moins est autorisé ici.

Après le démarrage du processus de simulation, le code du programme de contrôle est automatiquement vérifié pour la conformité avec le format. En cas d'erreur, les messages correspondants s'affichent.

Brève description de l'algorithme d'analyse du programme de contrôle

L'analyse syntaxique (analyse) du code du programme de commande (UE) et la simulation de son exécution sont effectuées conformément à l'algorithme standard [6], dont le schéma fonctionnel est illustré à la figure 10.

Figure 10 - Schéma fonctionnel de l'algorithme d'analyse syntaxique UE

Conformément au schéma fonctionnel illustré à la figure 10 le schéma d'analyse du programme de contrôle commence par la formation d'une liste de trames. Pour chaque trame, une liste de mots est générée. Un mot est une structure de données - une commande qui comprend une adresse de lettre et un paramètre numérique. Les équipes sont conditionnellement classées comme modales et positionnelles.

Les commandes modales modifient l'état du modèle de simulation de la machine et déterminent son état actuel - le mode de déplacement de l'outil (déplacement à avance accélérée ou de travail, type d'interpolation), le mode de rotation de la broche, la position des portes automatiques, l'état du système de refroidissement, etc. À leur tour, les commandes de position déterminent directement les paramètres des mouvements - les coordonnées des points d'extrémité, les paramètres des arcs pendant l'interpolation circulaire, etc.

En fonction des paramètres de mouvement obtenus, les coordonnées de l'outil de coupe, les angles de rotation des éléments rotatifs de la machine, la position des portes automatiques, etc. sont interpolés. Ainsi, une simulation image par image du programme de commande se produit. Lorsque la dernière image est atteinte, le processus de simulation se termine.

Implémentation de la commande de mouvement des outils de tournage

Par analogie avec un véritable système CNC, le mouvement de l'outil de coupe est programmé par des méthodes d'interpolation linéaire et circulaire. L'interpolation linéaire est le principal type de mouvement lors de l'usinage sur un tour CNC. Avec une interpolation linéaire, l'outil se déplace le long d'une trajectoire rectiligne avec les coordonnées connues de son début et de sa fin (Fig. 11).

Figure 11 - Trajectoire de l'outil pendant une interpolation linéaire

Lorsque le point calculé C se déplace d'un point A à un point B le long d'une section droite avec une vitesse d'avance constante, les deux coordonnées sont interpolées linéairement dans le temps. En désignant l'heure de début du mouvement comme tA et l'heure de fin comme tB, les coordonnées actuelles du point C correspondant à l'heure actuelle tC peuvent être déterminées par des formules d'interpolation linéaire:

Le temps de déplacement final est défini comme:

où tS est le temps passé en déplacement droit à une vitesse d'avance constante F (mm / min):

L'interpolation linéaire à avance rapide est programmée avec la fonction modale G00 (cette fonction est active dans l'état initial du système CNC). L'interpolation linéaire à l'avance est programmée avec la fonction modale G01. Après ces fonctions, les coordonnées du point final de la section droite du chemin sont définies. La position actuelle de l'outil est toujours prise comme point de départ. La vitesse d'avance définie pour le déplacement rapide est ignorée. Les coordonnées du point final peuvent être spécifiées en valeurs absolues (X, Z), c'est-à-dire par rapport à zéro du système de coordonnées de travail, ou en valeurs relatives (incrémentielles) (U, W), c'est-à-dire par rapport au point de départ d'une trajectoire rectiligne. Si l'une des coordonnées est omise, aucun mouvement le long de son axe n'est effectué.

L'interpolation circulaire est utilisée pour rectifier des surfaces courbes, dont la forme est décrite par un arc de cercle d'un certain rayon. Deux méthodes de programmation d'arc sont utilisées. La première méthode consiste à définir les coordonnées du centre de l'arc et du point final, tandis que le rayon de l'arc est calculé automatiquement. La deuxième méthode consiste à spécifier le rayon de l'arc et les coordonnées du point final, tandis que les coordonnées du centre de l'arc sont calculées automatiquement. L'interpolation circulaire dans le sens horaire est spécifiée à l'aide de la fonction G02, et l'interpolation circulaire dans le sens antihoraire est spécifiée par la fonction G03, respectivement.

Considérons l'un des cas d'interpolation circulaire dans le sens antihoraire avec le centre de l'arc (Fig. 12.a). Lorsque le point calculé C se déplace du point A au point B le long d'un arc avec une vitesse d'avance constante, les deux coordonnées peuvent également être interpolées dans le temps. La trajectoire du mouvement est déterminée par la position du point final B et la position du centre de l'arc O en coordonnées incrémentales (i, k) par rapport au point de départ A. La

position angulaire des vecteurs de rayon OA, OB et OC est décrite par les angles trigonométriques φA, φB et φC, respectivement.

Figure 12 - La trajectoire de l'outil pendant l'interpolation circulaire dans le sens antihoraire avec la tâche: le centre de l'arc (a); rayon d'arc (b)

En désignant l'heure de début du mouvement comme tA et l'heure de fin comme tB, l'angle φC correspondant à l'heure actuelle tC peut être déterminé par la formule d'interpolation linéaire:

où φA, φB sont les angles trigonométriques des vecteurs de rayon des points de départ et d'arrivée de l'arc:

Remarque: lors du calcul de la trigonométrie les angles des points extrêmes de l'arc, il faut tenir compte des situations dans lesquelles la fonction tangente d'arc prend des valeurs singulières.

Les coordonnées cartésiennes du point C sont définies comme:

où

Le temps final de déplacement est déterminé par l'expression (6). Dans ce cas, le temps tS consacré à se déplacer le long de l'arc à une vitesse d'avance constante F (mm / min) peut être déterminé en utilisant l'expression de la longueur de l'arc:

Les coordonnées incrémentales du centre de l'arc sont programmées avec les adresses I et K dans les directions des axes X et Z, respectivement. Lors de la programmation d'une interpolation circulaire avec une indication du centre de l'arc, il est nécessaire que les vecteurs de rayon des points de début et de fin de l'arc aient la même longueur.

L'interpolation circulaire est toujours effectuée sur l'avance.

La deuxième méthode de programmation d'un arc consiste à spécifier le rayon du cercle d'arc. Dans ce cas, deux cas de réglage du rayon sont autorisés - avec une valeur positive ou négative. Si la valeur du rayon est positive, l'angle de l'arc est inférieur à 180 degrés. Sinon, l'angle de l'arc est supérieur à 180 degrés (Fig. 12.b). Lors de la définition d'un arc avec un rayon, la TNC détermine automatiquement la position du centre de l'arc (O + ou O– selon le signe du rayon). Dans cette méthode de spécification de l'arc, la condition doit être remplie: le module de rayon ne peut pas être inférieur à la moitié de la longueur de la corde (AB) de l'arc.

La figure 13 montre un exemple de la formation d'une surface courbe lors de la programmation d'une interpolation circulaire dans le sens antihoraire.

Figure 13 - La formation d'une surface courbe lors de la programmation de l'interpolation circulaire dans le sens antihoraire

Implémentation de fonctions de travail avec des systèmes de coordonnées

Le modèle de simulation présenté comprend plusieurs systèmes de coordonnées (Fig. 14). Le système de coordonnées principal et invariable est le système de coordonnées de la machine dont l'origine correspond au point zéro M de la machine, coïncidant géométriquement avec le point d'intersection du plan d'extrémité de la broche et de son axe de rotation.

Figure 14 - Le système de coordonnées de base du modèle de simulation Le

deuxième système de coordonnées important est le système de coordonnées de référence dont l'origine correspond au point de référence R ou au point de changement d'outil. Dans ce système de coordonnées, les mouvements de base des pièces mobiles de la machine sont calculés et les collisions de l'outil avec les éléments structurels de la machine sont déterminées lors de la modélisation de situations d'urgence possibles.

La programmation du tournage s'effectue dans le système de coordonnées de travail. Le simulateur fournit 6 systèmes de coordonnées de travail indépendants avec des points zéro W1–6. Les réglages initiaux pour la position de ces zéros sont définis par l'utilisateur dans les paramètres du modèle de simulation et sont désignés comme corrections nulles.

Les directions des axes dans chaque système de coordonnées sont les mêmes. L'axe longitudinal Z est toujours dirigé du mandrin tournant vers la poupée mobile de la machine. L'axe transversal X (ou l'axe des diamètres) est dirigé vers l'étrier (vers vous-même avec une vue de face vers la machine). L'axe des Y est la normale au plan de travail ZX et est dirigé verticalement vers le haut. Les mouvements dans la direction de l'axe Y dans le modèle considéré de la machine ne sont pas effectués.

La commutation entre les systèmes de coordonnées de travail est effectuée par programme en utilisant les fonctions correspondantes G54 - G59 (pour les systèmes de coordonnées avec des points zéro W1 - W6, respectivement). Les coordonnées zéro W1–6 sont calculées dans le système de coordonnées machine par rapport au zéro machine M. La syntaxe des fonctions G54 - G59 suggère deux manières possibles de les utiliser. Dans la première version, les fonctions sont définies sans spécifier les coordonnées X et Z. Dans ce cas, la position du système de coordonnées de travail sélectionné est déterminée par les décalages d'origine prédéfinis. Dans ce cas, les fonctions G54 - G59 peuvent être programmées séparément dans un bloc individuel ou dans un bloc avec d'autres commandes. La deuxième option pour utiliser les fonctions G54 - G59 implique le déplacement programmé des axes du système de coordonnées de travail sélectionné par rapport à un zéro W1 prédéfini.Dans ce cas, les décalages des axes X et Z sont programmés immédiatement après la fonction dans le même bloc (par exemple, «G54 X30.5 Z15»). La figure 15 montre la position de la première origine des coordonnées après le décalage programmé des axes vers un point [X = 10, Z = –20] par rapport à la position zéro initiale W1 spécifiée dans le bloc de paramètres du correcteur zéro.

Figure 15 - Illustration du décalage logiciel des axes du système de coordonnées de travail n ° 1

La programmation par rapport au zéro machine s'effectue à l'aide de la fonction G53. Cette fonction n'est pas modale et s'exécute dans le bloc dans lequel elle est programmée. La fonction annule temporairement les fonctions modales du G54-G59. Dans ce cas, tous les mouvements sont comptés dans le système de coordonnées de la machine avec le début au point M et le correcteur de zéro actif est temporairement annulé. La fonction G53 doit être programmée chaque fois qu'il est nécessaire d'indiquer les coordonnées relatives au zéro machine. La syntaxe de la fonction n'implique pas la présence de paramètres après le mot G53. La fonction est programmée dans n'importe quel bloc qui a des commandes de contrôle de chemin (par exemple, «G53 G00 X0 Z120»). La figure 16 montre la position de l'origine du système de coordonnées de travail pendant le fonctionnement de la fonction G53.

Figure 16 - Illustration de la position de l'origine du système de coordonnées de travail pendant le fonctionnement de la fonction G53

Mise en place de cycles basiques de tournage et d'usinage de trous

L'algorithme d'analyse du programme de contrôle mis en œuvre permet de simuler l'exécution des cycles de tournage et de perçage du système Fanuc. Lorsque chaque cycle est effectué, une soi-disant liste de tampons de trames est créée dans la mémoire du dispositif informatique, y compris les mouvements d'outil intermédiaires lorsqu'un contour de pièce programmé est reçu. Les cycles de tournage sont définis par un ou deux cadres d'initiation consécutifs, dans lesquels les principaux paramètres du cycle sont prescrits - marges d'ébauche et de finition, profondeur de coupe lors de l'ébauche avec la fraise, le nombre de passes d'ébauche avec la coupe, la quantité de coupe, les paramètres du mode de traitement, etc. Le contour de pièce est programmé par une séquence de trames avec la numérotation requise de la première et de la dernière trame.

Le cycle d'enlèvement de matière parallèle à l'axe Z est initié par la fonction G71. Les paramètres du cycle sont programmés en deux blocs consécutifs au format: où dans le premier bloc: U est la profondeur de traitement pour les passes grossières (mode de programmation en rayons), R est la distance de retrait de la fraise après la fin de chaque passe; dans la deuxième trame: P est le numéro de séquence de la première trame de description du circuit traité; Q est le numéro de série du dernier cadre de la description du contour usiné, U est la taille et la direction de retrait de la surépaisseur de finition le long de l'axe X (mode de programmation en diamètres), W est la valeur et la direction de retrait de la surépaisseur finale le long de l'axe Z, F est la vitesse d'avance des fraises d'ébauche, S - vitesse de broche ou vitesse de coupe lors de la finition.

G71 U_ R_
G71 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

La figure 17 montre les trajectoires d'outils pendant le cycle de tournage G71. Les lignes vertes montrent les mouvements de la fraise sur l'alimentation de travail, les lignes violettes montrent l'alimentation accélérée. Comme on peut le voir sur la figure, le circuit traité peut comprendre des sections courbes programmées par la méthode d'interpolation circulaire.

Figure 17 - Trajectoires de l'outil de coupe pendant le cycle de tournage G71 et un fragment de code du programme de commande

Le cycle de suppression de tolérance parallèle à l'axe X est initié par la fonction G72. Le principe de programmation de ce cycle est similaire au cycle G71. L'exécution des passes approximatives par la fraise s'effectue dans la direction de l'axe X du système de coordonnées de travail. Les paramètres de boucle sont programmés en deux blocs consécutifs au format:

G72 W_ R_
G72 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

où dans la première image: W est la profondeur de travail pour les passes rugueuses, R est la distance de rétraction de la fraise après la fin de chaque passe; dans le deuxième cadre: P - numéro de série du premier cadre de description du contour usiné, Q - numéro de série du dernier cadre de description du contour usiné, U - taille et sens de suppression de la surépaisseur de finition le long de l'axe X (mode de programmation en diamètres), W - taille et direction de suppression de la surépaisseur finale le long de l'axe Z, F est la vitesse d'avance pour les passes grossières avec une fraise, S est la vitesse de broche ou la vitesse de coupe pendant la finition.

La figure 18 montre les trajectoires d'outils pendant le cycle de tournage G72.

Figure 18 - Trajectoires de l'outil de coupe pendant l'exécution du cycle de tournage G72 et un fragment de code du programme de commande

Le cycle d'enlèvement de matière parallèle au contour spécifié est initié par la fonction G73. Les paramètres de boucle sont programmés en deux blocs consécutifs au format:

G73 U_ W_ R_
G73 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

où dans la première image: U est la taille et la direction de suppression de la tolérance totale le long de l'axe X (mode de programmation dans les rayons), W est la valeur et la direction de la suppression de la tolérance totale le long de l'axe Z, R est le nombre de passes consécutives lors de la suppression de la tolérance brute, y compris une demi-passe; dans la deuxième trame: P est le numéro de séquence de la première trame de description du circuit traité; Q - numéro de série de la dernière trame de description du circuit traité; U est la magnitude et la direction d'élimination de la surépaisseur de finition le long de l'axe X (mode de programmation en diamètres), W est la magnitude et la direction d'élimination de la surépaisseur finale le long de l'axe Z, F est la vitesse d'avance pour les ébauches, S est la vitesse de broche ou la vitesse de coupe pendant la finition .

La figure 19 montre les trajectoires d'outils pendant le cycle de tournage G73.

Figure 19 - Trajectoires de l'outil de coupe pendant le cycle de tournage G73 et un fragment de code du programme de contrôle

Le cycle final d'enlèvement de matière est initié par la fonction G70. Les paramètres du cycle sont programmés dans un

G70 P_ Q_ F_ S_

bloc au format: où P est le numéro de séquence du premier cadre de description du contour usiné, Q est le numéro de séquence du dernier cadre de description du contour usiné, F est l'avance pendant la finition, S est la vitesse de broche ou la vitesse de coupe pendant la finition.

Le cycle de finition G70 complète les cycles G71, G72 et G73. Il vous permet de terminer le contour après avoir appliqué les cycles de tournage grossier. L'utilisation du cycle G70 en tant que cycle indépendant n'est pas pratique.

La programmation de l'usinage des gorges extérieure / intérieure et d'extrémité s'effectue à l'aide des cycles spéciaux G74 et G75.

Fin du cycle de rainurage / rebond initié par la fonction G74. Les paramètres du cycle sont programmés en deux blocs consécutifs au format: où dans le premier bloc: R est la distance à laquelle l'outil de coupe se rétracte après avoir terminé l'étape de rainurage; dans le deuxième cadre: X (U) - coordonnée du point final sur l'axe X, Z (W) - coordonnée du point final sur l'axe Z, P - pas de la rainure sur l'axe X en microns, Q - pas de la rainure sur l'axe Z en microns, F - vitesse d'alimentation.

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

La figure 20 montre les trajectoires d'outil pendant le cycle de rainurage des rainures d'extrémité G74. Lors de l'exécution de ce cycle, l'outil après chaque passe de travail est rétracté de la valeur de rebond spécifiée afin d'éliminer les copeaux de la rainure usinée. Le cycle G74 peut également être utilisé lors de la programmation de l'opération de perçage de trou d'extrémité.

Figure 20 - Trajectoires de l'outil de coupe pendant l'exécution du cycle de rainurage des rainures d'extrémité G74 et un fragment de code du programme de commande

Le cycle de rainure des rainures externes / internes avec rebond est initié par la fonction G75. Le principe d'utilisation du cycle G75 est similaire au cycle G74. La rainure est réalisée dans la direction de l'axe X. La valeur de consigne du pas de rainure le long de l'axe Z permet un rainurage avec chevauchement. Après chaque passe de travail, l'outil est rétracté d'une valeur de rebond prédéterminée. Les paramètres du cycle sont programmés en deux blocs consécutifs au format: où dans le premier bloc: R est la distance à laquelle l'outil est rétracté après la fin de l'étape de rainurage; dans le deuxième cadre: X (U) - coordonnée du point final sur l'axe X, Z (W) - coordonnée du point final sur l'axe Z, P - pas de la rainure sur l'axe X en microns, Q - pas de la rainure sur l'axe Z en microns, F - vitesse d'alimentation.

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

La figure 21 montre les trajectoires d'outil pendant le cycle de rainurage de la rainure extérieure G75.

Figure 21 - Trajectoires de l'outil de coupe pendant le cycle de rainurage des rainures externes / internes G75 et un fragment de code du programme de commande.

Pour le traitement des joints filetés, un cycle de filetage à passes multiples initié par la fonction G76 est implémenté. Les paramètres de boucle sont programmés en deux blocs consécutifs au format:

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

où dans le premier cadre: xx est le nombre à deux chiffres de passes de vis avec un outil de filetage; yy est un nombre à deux chiffres qui définit la taille du chanfrein, zz est un nombre à deux chiffres qui détermine l'angle du tranchant de l'outil de coupe, Q est la profondeur minimale de filetage en microns (mode de programmation dans les rayons), R est la profondeur de coupe lors de la passe finale; dans le deuxième bloc: X (U) - coordonnée du point final de filetage sur l'axe X, Z (W) - coordonnée du point final de filetage sur l'axe Z, R - quantité de mouvement le long de l'axe X lors de la coupe du filetage conique (non programmé lors de la coupe du filetage cylindrique ), P est la hauteur de filetage en microns, Q est la profondeur d'enfilage pour le premier passage en microns, F est le pas de filetage le long de l'axe Z.

La figure 22 montre les trajectoires d'outil pendant un cycle de filetage cylindrique G76 à passes multiples. Les lignes bleues indiquent le mouvement de l'outil de filetage sur l'avance de travail.

Figure 22 - Trajectoires de l'outil de coupe pendant un cycle de coupe de filetage cylindrique à passes multiples G76 et un fragment de code du programme de commande

Cycle G76 vous permet également de programmer le traitement des filets coniques (Fig.23).

Figure 23 - Trajectoires de l'outil de coupe pendant un filetage conique à passes multiples G76 et un fragment de code du programme de commande

Lors de la programmation de l'usinage de joints filetés, un autre cycle de filetage à pas constant initié par la fonction G92 peut être utilisé. Les paramètres de cycle sont programmés dans un bloc au format:

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

où X (U) est la coordonnée du point final de la coupe du fil le long de l'axe X, Z (W) est la coordonnée du point final de la coupe du fil le long de l'axe Z, R est la quantité de mouvement le long de l'axe X lors de la coupe du filetage conique (pas est programmé lors de la coupe d'un filetage cylindrique), F est le pas de filetage le long de l'axe Z.

Chaque passe de travail avec un outil de filetage est programmée comme un bloc séparé qui va dans la séquence générale des images après le bloc d'initialisation du cycle G92. Dans ce cas, seule la coordonnée X est spécifiée, c'est-à-dire la valeur de diamètre à laquelle le point calculé de l'outil est situé sur la passe de travail actuelle.

La figure 24 montre les trajectoires d'outil pendant un cycle de conicité avec un pas constant de G92.

Figure 24 - Trajectoires de l'outil de coupe pendant le cycle de filetage avec une étape constante G92 et un fragment de code du programme de commande

Pour programmer le rainurage de longues sections cylindriques ou coniques de la pièce, le cycle de tournage principal du diamètre extérieur / intérieur initié par la fonction G90 est utilisé. La structure du cycle est similaire au cycle d'enfilage G92. Avant le début du cycle, le couteau est affiché au point de départ. Les paramètres du cycle sont programmés dans un bloc au format:

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

où X (U) est la coordonnée du point final le long de l'axe X, Z (W) est la coordonnée du point final le long de l'axe Z, R est le changement du rayon de la base du cône, F est la vitesse d'avance.

Chaque passe de travail avec le cutter est programmée par un bloc séparé, qui va dans la séquence générale des trames après le bloc d'initialisation du cycle G90. Dans ce cas, seule la coordonnée X peut être spécifiée, c'est-à-dire la valeur de diamètre à laquelle le point calculé de l'outil est situé sur la passe de travail actuelle. Toujours dans les cadres de la description des passages de travail, la coordonnée Z peut également être définie au cas où il serait nécessaire de traiter la partie étagée de la pièce. La figure 25 montre les trajectoires d'outil pendant le cycle de tournage principal du diamètre extérieur / intérieur G90.

Figure 25 - Trajectoires de l'outil de coupe pendant l'exécution du cycle de tournage principal du diamètre extérieur / intérieur G90 et un fragment de code du programme de commande

L'usinage des surfaces d'extrémité des pièces peut être programmé à l'aide du cycle principal de tournage externe / interne initié par la fonction G94. Les paramètres du cycle sont programmés dans un bloc au format:

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

où X (U) est la coordonnée du point final le long de l'axe X, Z (W) est la coordonnée du point final le long de l'axe Z, R est le changement du rayon de la base du cône, F est la vitesse d'avance.

Par analogie avec le cycle G90, les passes de coupe sont programmées dans des blocs séparés après le bloc d'initialisation du cycle G94. Dans ce cas, pour chaque passage, les coordonnées Z et / ou X peuvent être réglées, ainsi que le paramètre R, qui détermine la variation du rayon de la base du cône. La figure 26 montre les trajectoires d'outil pendant le cycle de tournage final externe / interne principal G94.

Figure 26- les trajectoires de l'outil de coupe au cours du cycle principal tournant extrémité externe / interne G94 et un fragment de code du programme de commande Le

modèle de simulation permet également d'opérations de forage de trou de fin de programme à l' aide de cycles constants: simple perçage de passage unique, le forage à passage unique avec maintien au fond du trou et à passages multiples (intermittents ) perçage (Fig.27).

Le cycle de forage simple en un seul passage est initié par la fonction G81 et a le format de cadre:

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

où X (U) est la coordonnée du point final le long de l'axe X, Z (W) est la coordonnée du point final le long de l'axe Z, R est la coordonnée absolue du plan de retrait de l'outil le long de l'axe Z, F - vitesse d'avance.

Le cycle de forage en un seul passage avec une vitesse d'obturation au fond du trou est initié par la fonction G82 et a le format de cadre:

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

où X (U) est la coordonnée du point final le long de l'axe X, Z (W) est la coordonnée du point final le long de l'axe Z, R est la coordonnée absolue du plan de rétraction de l'outil le long axe Z, P - temps de maintien au fond du trou en millisecondes, F - vitesse d'avance.

Le cycle de forage intermittent est initié par la fonction G83 et a le format de cadre:

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

où X (U) est la coordonnée du point final le long de l'axe X, Z (W) est la coordonnée du point final le long de l'axe Z, R est la coordonnée absolue du plan de rétraction de l'outil le long de l'axe Z, P - le temps d'exposition au fond du trou en millisecondes, Q est l'étape de forage le long de l'axe Z en microns, F est la vitesse d'avance.

L'annulation du cycle d'usinage de trous continus est effectuée par la fonction G80.

Figure 27 - Trajectoires de forage pendant le cycle de forage intermittent G83 et un fragment de code du programme de contrôle

Implémentation des fonctions générales de la commande numérique

La rotation de la broche est lancée dans le sens horaire par la fonction modale M03 et dans le sens antihoraire par la fonction M04, respectivement. La rotation de la broche est arrêtée à l'aide de la fonction M05. Les fonctions M03 - M04 donnent l'ordre de démarrer la rotation de la broche, mais ne déterminent pas les paramètres de vitesse de rotation. A cet effet, la fonction de mouvement principale S est utilisée avec la vitesse de rotation (ou vitesse de coupe) indiquée. Dans ce cas, la vitesse de broche est réglée par l'adresse S, après quoi le nombre de tours par minute est indiqué (si la fonction modale G97 est active). Dans le cas où le traitement se produit à vitesse de coupe constante (la fonction modale G96 est active), le nombre suivant l'adresse S indique la vitesse de coupe en m / min. Dans ce cas, la vitesse réelle de la broche est déterminée par le calcul basé sur l'expression:

où V est la vitesse de coupe spécifiée m / min, d est le diamètre de traitement actuel, m, π = 3,14159.

Le mouvement des supports de la machine s'effectue lors des avances de travail et accélérées. Le traitement des matériaux par découpe est effectué à une alimentation de travail. La vitesse d'avance est définie par la vitesse d'avance F de deux manières. En utilisant la fonction modale G98, un mode est défini dans lequel l'avance est réglée en mm / min. Le deuxième mode de programmation de la quantité d'alimentation s'effectue à l'aide de la fonction modale G99. La vitesse d'avance est réglée en mm / tr. La fonction G99 est active dans l'état initial du système CNC. Lors de la coupe d'un fil avec l'adresse F, un pas de fil constant ou le pas initial dans le cas d'un fil avec un pas variable (croissant ou décroissant) est programmé.

La fonction d'outil T permet de sélectionner et de commuter la position d'une tourelle équipée d'un outil de coupe. La fonction est programmée au format "T0A0B", où A est le numéro de la position cible de la tourelle, B est le numéro du correcteur pour le rayon de l'outil. Lors du changement de position de la tourelle, l'outil revient au point de référence, où le disque d'outil de la tourelle tourne sur la distance la plus courte.

Le modèle de simulation met en œuvre la possibilité d'utiliser des routines internes et externes. Les routines internes sont placées dans le code de programme principal après les fonctions de fin de programme M02 ou M30. L'appel du sous-programme interne est effectué par la fonction M97 au format:

M97 P_ L_

où P est le numéro de trame du début du sous-programme interne, L est le nombre d'appels au sous-programme interne.

Les sous-programmes externes sont des textes autonomes avec leurs propres titres et numéros de trame. Le modèle de simulation prend en charge cinq programmes de contrôle externes en une seule session. L'appel de sous-programmes externes est effectué par la fonction M98 au format:

M98 Pxxyyyy

où xx est le nombre d'appels du sous-programme externe; yyyy est le numéro de la routine externe (par exemple, 0005).

L'achèvement des routines internes et externes avec le retour ultérieur au programme principal s'effectue à l'aide de la fonction M99.

Les autres fonctions auxiliaires du système CNC comprennent: des fonctions pour arrêter l'exécution du programme de commande M00 / M01, des fonctions pour terminer le programme de commande M02 / M30, des fonctions pour activer / désactiver l'alimentation en fluide de coupe MZ / M08 / M09 et des fonctions pour ouvrir / fermer les portes automatiques M38 / M39. Ces fonctions peuvent être programmées à la fois dans des blocs séparés et en conjonction avec d'autres commandes. Après avoir exécuté les fonctions M02 et M30, le processus de simulation se termine - l'outil est amené au point de référence, la rotation de la broche est arrêtée, les périphériques sont éteints.

Description de CNC Turning Simulator

Description générale du produit

Le simulateur de tournage sur une machine CNC est implémenté sous la forme d'une application graphique multiplateforme . Type d'appareil informatique cible et plate-forme prise en charge: ordinateur personnel compatible IBM exécutant les systèmes d'exploitation Microsoft Windows et Linux, ordinateur personnel Apple Macintosh exécutant le système d'exploitation MacOS, appareils mobiles basés sur les systèmes d'exploitation Android et iOS. De plus, l'exécution du programme est possible dans un environnement de navigateur Web avec prise en charge de la technologie HTML5 et prise en charge matérielle des graphiques 3D (technologie WebGL). Le composant graphique du logiciel utilise la base de composants OpenGL 2.0. L'interface utilisateur graphique du programme est implémentée en russe et en anglais.

Configuration minimale requise pour un appareil informatique:

Vitesse d'horloge du processeur: 1,6 GHz;
Capacité de RAM: 1 Go;
capacité de mémoire vidéo: 512 Mo;
résolution d'écran: 1024 × 768 (pour les ordinateurs de bureau);
prise en charge d'OpenGL version 2.0;
clavier et souris d'ordinateur standard avec molette de défilement (pour les ordinateurs de bureau);
des moyens de reproduction du son (haut-parleurs, haut-parleurs audio ou casque).

Lorsque vous travaillez avec des versions Web de l'application, il est recommandé d'utiliser le navigateur Web MicrosoftEdge, qui fait partie du système d'exploitation Windows 10.

Format des données utilisateur

Lors de l'installation du produit logiciel dans le répertoire standard "Documents" du système d'exploitation, le répertoire racine des projets du simulateur est créé, qui comprend un certain nombre de sous-répertoires avec des exemples de programmes de contrôle. Par exemple, dans le système d'exploitation Microsoft Windows 10, le répertoire Documents se trouve dans: C: \ Users \ Current User \ Documents. La création, le changement de nom et la suppression de fichiers et de sous-répertoires doivent être effectués à l'aide du gestionnaire de fichiers standard du système d'exploitation.

Les fichiers de projet du simulateur ont l'extension * .csdata. À des fins d'optimisation, une entrée / sortie d'octets de données est effectuée, par conséquent, l'ouverture d'un fichier de projet dans un éditeur de texte externe n'est pas possible. La structure en octets du fichier est présentée dans le tableau 3.

Structure GUI

Le simulateur fonctionne en mode graphique plein écran. Les tailles des éléments structurels de l'interface graphique varient de manière adaptative en fonction du format (rapport d'aspect) de l'écran. Ainsi, l'exécution du programme est possible sur des écrans avec des proportions différentes, à la fois proches de 1.0 (résolutions 1024x768, 1280x1024, etc.) et 2.0 (résolutions 1920x1080, 2160x1080, etc.).

L'interaction avec les éléments de l'interface graphique s'effectue à l'aide d'une souris d'ordinateur standard (lorsque vous travaillez sur un ordinateur de bureau) ou par interaction sensorielle avec l'écran (lorsque vous travaillez sur un tableau interactif, une tablette ou un smartphone).

L'écran principal du programme est représenté par une scène en trois dimensions, dont l'objet principal est un modèle polygonal graphique d'un tour placé dans un environnement spatial conditionnel (Fig.28).

Figure 28 - Vue de l'écran principal du programme

Tout au long de la session avec le programme, une barre de navigation s'affiche sur le côté droit de l'écran. Le premier bouton (de haut en bas) du panneau est conçu pour ouvrir la boîte de dialogue de fin de programme. La boîte de dialogue d'arrêt du programme affiche des informations d'avertissement sur une éventuelle perte de données si le projet en cours n'a pas été enregistré dans un fichier. La fermeture de l'écran de dialogue s'effectue également en appuyant plusieurs fois sur le bouton correspondant du panneau de navigation. Le deuxième bouton du panneau de navigation affiche l'écran de dialogue du gestionnaire de fichiers intégré (Fig. 29). Les éléments de cet écran de dialogue sont trois boutons disposés verticalement: "Nouveau projet", "Ouvrir le projet" et "Enregistrer le projet". Le premier bouton de fonction (de haut en bas) réinitialise tous les paramètres du projet en cours aux valeurs par défaut.Cette action est accompagnée d'une boîte de dialogue de confirmation supplémentaire. Le deuxième bouton affiche les éléments du système de fichiers dans la représentation la plus traditionnelle (Fig. 30).

Figure 29 - Écran de dialogue du gestionnaire de fichiers intégré La

liste des répertoires est présentée dans la partie gauche de la boîte de dialogue d'ouverture de fichier. Le répertoire racine est créé dans le système lors de l'installation du programme. Les répertoires situés au-dessus de la hiérarchie racine ne sont pas accessibles via le gestionnaire de fichiers intégré.

Figure 30 - La boîte de dialogue pour ouvrir un fichier de projet

Le côté droit de la boîte de dialogue pour ouvrir un fichier affiche une liste de fichiers dans le répertoire actif actuel. Les fichiers sont filtrés par extension correspondant au type de fichiers programme (les fichiers avec une extension différente ne sont pas affichés dans la liste).

La navigation dans la structure du répertoire s'effectue par un simple clic de souris (ou un simple clic sur l'écran tactile) sur le nom du répertoire dans la liste. Le retour au niveau hiérarchique supérieur s'effectue en cliquant sur la ligne vide supérieure avec l'icône correspondante (Fig. 31).

Figure 31 - Image de la ligne de retour au niveau supérieur des répertoires

Le fichier est sélectionné par un simple clic similaire sur le nom du fichier dans la liste de droite. Le nom du fichier sélectionné s'affiche en vert clair (Fig. 32).

Figure 32 - Mettre en surbrillance le nom en couleur lors de la sélection d'un fichier. Le

répertoire et les listes de fichiers sont équipés de barres de défilement verticales et horizontales, vous permettant de placer un nombre illimité d'éléments de liste dans un champ de taille fixe.

Le troisième bouton de l'écran de dialogue du gestionnaire de fichiers affiche une boîte de dialogue d'enregistrement de fichier, similaire à la boîte de dialogue ouverte, mais équipée d'une zone de texte pour entrer le nom du fichier (Fig. 33).

Figure 33 - Écran de dialogue pour enregistrer un fichier de projet

Le champ de texte situé en haut de l'écran est destiné à la saisie au clavier du nom de fichier. Si vous travaillez sur un appareil sans clavier physique, vous êtes censé utiliser un clavier virtuel, qui est un composant du système d'exploitation ou une application d'arrière-plan autonome. Entrez le nom du fichier sans extension. Lors de la saisie de texte dans un champ, seuls le texte et les caractères numériques sont pris en charge. La longueur maximale du texte saisi est de 128 caractères. Si vous souhaitez remplacer un fichier de projet existant, vous devez le sélectionner dans la liste des fichiers. Dans ce cas, le nom réel du fichier sélectionné sera affiché dans le champ du nom de fichier.

La confirmation (ou l'annulation) de l'action dans les écrans de dialogue d'ouverture et de sauvegarde des fichiers s'effectue à l'aide des boutons correspondants situés dans le coin inférieur droit de l'écran.

Le troisième bouton du panneau de navigation fait apparaître la boîte de dialogue de réglage des paramètres de la pièce (Fig. 34).

Figure 34 - Écran de dialogue pour définir des paramètres vierges

Les principaux éléments de l'écran des paramètres vierges sont le champ de référence dimensionnelle et le panneau des paramètres vierges. Le champ de référence dimensionnel montre la zone de travail du tour avec une vue de dessus. Le dessin conditionnel montre les principales pièces mobiles de la machine: un mandrin à trois mors, une tourelle et une poupée mobile (pour les pièces longues). En utilisant les boutons appropriés pour augmenter / diminuer les valeurs numériques des quatre premiers paramètres (sur le panneau de droite), les dimensions de base de la pièce et son départ du mandrin sont définies (tableau 4).

Les paramètres L1 et L2 sont les dimensions fixes du mandrin à trois mors, qui sont mis à part le point zéro de la machine indiqué par la lettre M. Le paramètre L3 représente le porte-à-faux réel de la pièce et dépend des paramètres L, D et L4 définis par l'utilisateur.

Le groupe de dix paramètres situé dans la partie inférieure du panneau de droite est destiné à modifier les valeurs des corrections zéro machine ou, en d'autres termes, à positionner les zéros W2–6 de cinq systèmes de coordonnées de travail supplémentaires, dont le basculement s'effectue par programmation à l'aide des fonctions correspondantes G55 - G59. Les coordonnées des zéros des systèmes de coordonnées supplémentaires sont comptées à partir du point zéro machine. Le système de coordonnées de travail principal avec zéro W1 est toujours positionné à l'extrémité droite de la pièce, fixé dans le mandrin, en tenant compte de la tolérance pour l'usinage de face primaire L5. Les systèmes de coordonnées de travail et leurs zéros sont représentés sur le dessin avec des axes colorés et des icônes correspondantes (Fig. 35).

Figure 35 - Fragment d'un dessin de la référence dimensionnelle de la pièce

Avec la pièce, une tourelle avec un outil installé est représentée dans le champ du dessin de référence dimensionnel. Si la tourelle est équipée d'un outil axial, le dessin montre simultanément un foret avec une portée longitudinale nominale de Zm et une fraise pour l'usinage externe avec une portée latérale nominale de Xm (Fig. 36.a). Lors de l'utilisation d'outils uniquement pour un usinage externe, l'outil axial n'est pas représenté sur le dessin (Fig. 36.b).

Figure 36 - Diverses options de configuration pour la tourelle lors de l'utilisation d'un outil axial (a) et sans utiliser d'outil axial (b)

La position de référence de la tourelle est déterminée de telle sorte qu'un outil théorique avec des porte-à-faux nominaux Zm et Xm présente des retraits longitudinaux sûrs Z 'et transversaux X' à partir du coin inférieur droit du contour de la pièce dans le plan. Les marges de sécurité Z 'et X' ne sont pas réglables et sont de 30 mm.

Lors du réglage des dimensions de la pièce, le respect des conditions de précharge des pièces longues par le centre arrière est contrôlé automatiquement. Ainsi, si la valeur de décalage L3 dépasse 3 diamètres de la pièce, la contre-pointe avec le centre arrière installé dedans est affichée dans le champ de dessin. Lors du changement de réglage de la pièce après le premier usinage, la machine n'est pas réajustée par rapport au serrage de la pièce et aux zéros des systèmes de coordonnées de travail.

Le quatrième bouton du panneau de navigation fait apparaître la boîte de dialogue de réglage des paramètres d'outil (Fig. 37). Sur le côté gauche de l'écran se trouve une liste (catalogue) d'outils, comprenant 185 noms de divers outils pour le traitement externe et interne des pièces. Chaque élément de la liste commence par une icône d'outil interactif qui décrit la forme de la plaque et les directions recommandées pour les flux. À droite de l'icône de l'outil se trouvent un numéro de série et une brève description textuelle de l'outil, y compris ses caractéristiques géométriques et le type de tournage dans lequel il est recommandé d'utiliser cet outil. La liste d'outils possède une barre de défilement verticale.

Sur le côté droit de l'écran de paramétrage des outils, une rangée de cellules carrées avec des numéros de série de 1 à 8 se trouve en haut, ce qui correspond aux positions de la tourelle.

Figure 37 - Écran de dialogue pour définir les paramètres de l'outil

Pour placer l'outil dans la position souhaitée de la tourelle, vous devez survoler l'icône avec l'image de l'outil dans la liste, puis appuyez sur le bouton gauche de la souris et maintenez-le enfoncé, déplacez l'icône vers une cellule libre dans la partie supérieure droite de l'écran, puis relâchez le bouton de la souris. Si l'outil se déplace vers une position déjà occupée, il sera automatiquement renvoyé au catalogue. Lorsque vous travaillez sur un appareil avec un écran tactile, le mouvement des icônes d'outils s'effectue de manière similaire en touchant l'écran en continu en se déplaçant sur l'écran.

L'outil installé est renvoyé au catalogue par un mouvement similaire de l'icône. Dans ce cas, il suffit de déplacer l'icône de l'outil renvoyé vers n'importe quelle zone du champ de liste d'outils.

Pour réorganiser un outil déjà installé d'une position à une autre (libre ou occupé par un autre outil), il suffit de déplacer l'icône dans le bloc de position de la tourelle. Si en même temps la cellule dans laquelle l'outil se déplace est déjà occupée par un autre outil, ces outils seront échangés.

Sous le bloc de positions de la tête de tourelle se trouve un dessin de la référence dimensionnelle de l'outil, montrant le modèle de l'outil et de l'équipement en plan, les valeurs réelles des vols longitudinal et transversal, ainsi que le diagramme géométrique de l'insert d'outil dans le plan.

La position du point zéro de l'outil, indiquée par l'icône correspondante, ne peut pas être modifiée et correspond au centre du trou dans le plan de la surface avant de la tourelle.

Les départs de l'outil peuvent être modifiés en fonction du type d'outil à l'aide des boutons pour augmenter / diminuer la valeur de décalage située dans la partie inférieure droite du champ du dessin de référence de cote (Figure 38). Pour les outils externes, le décalage latéral le long de l'axe X se transforme en un côté plus petit, et pour les outils axiaux, le décalage longitudinal le long de l'axe Z se transforme en un côté plus ou moins grand.

Le réglage des départs d'outils est l'une des étapes de la configuration de la machine. Raccourcir la portée des outils axiaux en les approfondissant dans la cavité de l'équipement technologique (et, par conséquent, la tourelle) vous permet d'élargir les limites de l'espace de travail de la machine lors de l'usinage de la surface extérieure près de la cartouche, à condition que les outils axiaux et les outils de traitement externe soient fixés dans la tourelle.

Le basculement entre les outils installés dans la tourelle s'effectue à l'aide des boutons correspondants «gauche» / «droit» situés dans le coin supérieur droit du champ du dessin de référence dimensionnel. Les principaux paramètres géométriques de l'outil sont affichés en bas du dessin.

Figure 38 - Vue en plan de la référence dimensionnelle de l'outil L'outil

axial n'est pas utilisé en cas de précharge de la pièce par le centre arrière. De plus, si la tourelle est pré-équipée d'un outil axial et que les dimensions de la pièce sont modifiées en deuxième lieu, ce qui entraîne le centre arrière, l'outil axial revient automatiquement au catalogue. Afin d'éviter cette situation, la tourelle doit être terminée après le réglage dimensionnel de la pièce.

Le cinquième bouton du panneau de navigation affiche sur l'écran principal du simulateur un éditeur de texte intégré de programmes de contrôle (Fig. 39). L'éditeur de texte a dans la partie supérieure un panneau de boutons fonctionnels nécessaires pour travailler avec le code du programme de contrôle de la machine. La partie principale de l'éditeur de texte est occupée par un champ de texte équipé de barres de défilement verticales et horizontales. Le bouton permettant d'afficher / masquer le clavier virtuel est situé dans la partie inférieure droite de l'éditeur.

Figure 39 - Vue de l'écran principal du simulateur avec un éditeur ouvert de programmes de contrôle La

saisie dans un champ de texte peut être effectuée à l'aide de claviers physiques et virtuels (Fig. 40).

Figure 40 - Clavier virtuel pour taper dans l'éditeur de code

Les opérations d'édition de texte de base dans l'éditeur de code sont similaires aux opérations d'édition de texte dans l'éditeur de texte Bloc-notes standard du système d'exploitation Microsoft Windows. L'éditeur vous permet d'effectuer des opérations d'édition de texte standard, y compris le transfert de données via le presse-papiers du système (copier, couper et coller des fragments de texte). Les fragments de texte sont sélectionnés de trois manières, y compris les opérations utilisant les touches de curseur du clavier physique (avec la touche Maj enfoncée), les boutons de la souris et l'interaction tactile avec l'écran (en utilisant le bouton spécial Select Start sur le clavier virtuel).

Le panneau de boutons fonctionnels d'un éditeur de texte comprend 8 boutons (Fig.41), dont l'état d'activité dépend de l'état actuel du processus de simulation, ainsi que de la présence du fragment de texte sélectionné.

Figure 41 - Panneau des boutons fonctionnels de l'éditeur de code

Si aucun fragment n'est sélectionné dans le texte du programme de commande, le bouton Copier (1) a une inscription supplémentaire «TOUS». Cela signifie que lorsque vous cliquez sur ce bouton, tout le texte du programme de contrôle est copié dans le presse-papiers. Sinon (s'il existe un fragment de texte sélectionné), seul le texte sélectionné est copié dans le presse-papiers. Le bouton «Couper» (2) est activé lorsqu'il y a un fragment de texte sélectionné. Lorsque vous cliquez sur ce bouton, une opération de copie standard est effectuée avec la suppression ultérieure du fragment sélectionné du texte. Le bouton Coller (3) est activé lorsqu'il y a du texte dans le presse-papiers. L'insert est à la position du curseur vacillant (chariot). Si un fragment est sélectionné dans le texte, ce fragment de texte est remplacé.Le bouton «Supprimer» (4) est conçu pour supprimer instantanément tout le texte du programme de commande avec confirmation. Les boutons Start, Pause, Stop (5-7) sont utilisés pour contrôler le processus de simulation. Pour démarrer l'exécution du programme de contrôle, vous devez cliquer sur le bouton "Démarrer". Pendant la simulation, l'édition du programme de contrôle n'est pas disponible. Le bouton "Répertoire des codes utilisés" (8) est destiné à afficher à l'écran une liste des codes G / M utilisés avec une brève description de leur format.Le bouton "Répertoire des codes utilisés" (8) est destiné à afficher à l'écran une liste des codes G / M utilisés avec une brève description de leur format.Le bouton "Répertoire des codes utilisés" (8) est destiné à afficher à l'écran une liste des codes G / M utilisés avec une brève description de leur format.

Sous le panneau des boutons fonctionnels de l'éditeur de texte des programmes de contrôle, il y a 5 onglets interactifs avec les noms des programmes de contrôle du projet en cours. Ces onglets permettent de basculer entre les programmes de contrôle. Lorsque le processus de simulation démarre, le programme de commande ouvert en cours est exécuté.

Sur le côté gauche de l'écran principal du simulateur, il y a des boutons de fonction supplémentaires (Fig. 42) qui sont responsables de divers réglages de programme.

Figure 42 - Boutons fonctionnels supplémentaires de l'écran principal du programme

Le bouton «À propos du programme» (1) affiche à l'écran des informations sur la version actuelle du programme, les coordonnées du développeur, ainsi que des informations sur la licence. Le bouton «Changer de langue» (2) permet de changer les paramètres de langue de l'interface graphique du programme. En fonction de la langue actuelle, l'image sur le bouton change. Par défaut, après l'installation, le programme s'exécute en anglais. Le bouton «Activer / désactiver le son» (3) est utilisé pour activer / désactiver l'accompagnement sonore du processus de simulation. Le bouton "Changer le mode graphique" (4) permet de changer le mode d'affichage du modèle 3D de la machine et de l'environnement. Dans ce cas, deux modes d'affichage sont disponibles - le mode high poly (activé par défaut) et le mode low poly, conçu pour masquer les éléments graphiques mineurs.En mode low poly, le modèle géométrique de la machine est considérablement simplifié et est représenté en blocs translucides monochromes. Dans ce mode, les textures graphiques ne sont pas affichées, il n'y a aucune imitation de l'environnement, coupant le fluide et les copeaux. Le mode low poly est utilisé s'il est nécessaire de concentrer l'attention de l'utilisateur sur le contour de la pièce et les trajectoires d'outils. Selon le mode graphique actuel, l'image sur le bouton change. Le bouton «Activer / désactiver la géométrie 2D» (5) permet d'activer / désactiver les constructions géométriques bidimensionnelles dans l'espace tridimensionnel du simulateur. La géométrie 2D fait référence à des éléments graphiques tels que les axes de coordonnées, les icônes de point zéro et les contours de la pièce et de l'outil.Lors du traitement des surfaces internes d'une pièce (perçage et alésage), l'affichage maximal du contour 2D d'une pièce contribue au contrôle visuel du traitement des surfaces internes. Le bouton «On / Off tool trajectories» (6) permet d'activer / désactiver la fonction d'affichage des trajectoires d'outils et des forets dans le plan de coupe. Le calcul de la trajectoire de mouvement de chaque outil installé dans la tourelle est effectué depuis le lancement de la simulation jusqu'à son achèvement. Les trajectoires sont représentées par des lignes de couleur unie.Le bouton «On / Off tool trajectories» (6) permet d'activer / désactiver la fonction d'affichage des trajectoires d'outils et des forets dans le plan de coupe. Le calcul de la trajectoire de mouvement de chaque outil installé dans la tourelle est effectué depuis le lancement de la simulation jusqu'à son achèvement. Les trajectoires sont représentées par des lignes de couleur unie.Le bouton «On / Off tool trajectories» (6) permet d'activer / désactiver la fonction d'affichage des trajectoires d'outils et des forets dans le plan de coupe. Le calcul de la trajectoire de mouvement de chaque outil installé dans la tourelle est effectué depuis le lancement de la simulation jusqu'à son achèvement. Les trajectoires sont représentées par des lignes de couleur unie.

Également sur l'écran principal du programme, des informations textuelles supplémentaires sont affichées: le numéro du réglage actuel de la pièce, le temps de simulation actuel, les coordonnées du point calculé de l'outil, les paramètres du mode de traitement à grande vitesse. Si l'éditeur de texte des programmes de contrôle est fermé pendant la simulation, les boutons de contrôle du processus de simulation «Démarrer», «Pause», «Arrêter» et la ligne du cadre en cours d'exécution s'affichent en haut de l'écran principal (Fig. 43).

Figure 43 - Éléments supplémentaires de l'écran principal du programme pendant la simulation avec un éditeur de texte fermé

Après l'usinage de la pièce de la première installation, un bouton supplémentaire pour changer l'installation s'affiche sur le côté gauche de l'écran principal (Fig. 44.a). Après avoir modifié la configuration du premier au deuxième contour de la pièce, elle est reflétée par rapport au centre de masse de la pièce d'origine dans la direction de l'axe Z, et l'écran affiche trois boutons supplémentaires pour le déplacement longitudinal de la pièce (Fig.44.b). Une pression sur le bouton 1 entraîne un déplacement longitudinal discret de la pièce vers la gauche (vers le point zéro machine). Une pression sur le bouton 2 déplace la pièce vers la droite. Le bouton 3 permet de réinitialiser les déplacements spécifiés de la pièce. Il ne faut pas oublier que la pièce n'est pas re-référencée (l'emplacement des décalages d'origine est sauvegardé par rapport au réglage précédent).

Figure 44 - Boutons supplémentaires pour définir le réglage des pièces

Le rappel de la boîte de dialogue des paramètres de la pièce après usinage de la pièce à partir du premier réglage ouvre la boîte de dialogue pour confirmer la réinitialisation des modifications du contour de la pièce.

Dans la partie inférieure de l'écran principal du programme, les informations système sur les ressources sont affichées en petits caractères: la valeur actuelle de la fréquence d'image (Frame Per Second), la quantité de mémoire vidéo utilisée en mégaoctets, le nombre de facettes polygonales affichées à l'écran à la fois, le nombre de dessins chargés dans la mémoire, le nombre de sprites graphiques utilisés et le temps rendus d'une image plein écran en quelques secondes.

Dans le coin inférieur gauche de l'écran principal, il y a un bouton pour changer le mode de la caméra virtuelle (Fig.45). Le bouton indique le numéro du mode de caméra cible (suivant) vers lequel l'écran sera commuté. Au total, 5 modes de fonctionnement de la caméra sont fournis.

Figure 45 - Le bouton pour commuter le mode de caméra virtuelle dans diverses options d'affichage

Le mode de caméra virtuelle n ° 1 est contrôlable. Dans ce cas, la caméra se déplace dans un système de coordonnées sphériques autour du point focal (Fig. 46). Le point AF de la caméra peut être déplacé dans le plan frontal vertical de l'espace du modèle. De plus, la caméra peut s'éloigner du point AF à une distance arbitraire limitée par les dimensions de l'espace.

Les principales manipulations avec l'appareil photo en mode n ° 1 sont effectuées à l'aide d'une souris d'ordinateur (le contrôle tactile est décrit ci-dessous). En même temps, le fait de maintenir enfoncé le bouton gauche de la souris avec le mouvement d'accompagnement de la souris déplace le point de mise au point de la caméra dans le plan frontal de l'espace. Appuyer et maintenir le bouton droit de la souris avec le mouvement de souris associé fait pivoter la caméra par rapport au point AF. Les angles de rotation (azimut et élévation) de la caméra sont limités par les dimensions de l'espace du modèle. La modification de la distance de la caméra s'effectue en tournant la molette de défilement dans les directions avant et arrière.

Figure 46 - Diagramme de contrôle de la caméra en mode n ° 1

À droite du bouton de changement de mode de la caméra (en mode n ° 1), un bouton pour désactiver le contrôle de la caméra avec la souris s'affiche (Fig. 47.a).

Figure 47 - Bouton de commutation du mode de caméra virtuelle dans diverses options d'affichage

Lorsque vous désactivez le contrôle de la caméra avec la souris, un groupe de boutons de commutation (Fig.47.b) s'affiche en bas de l'écran principal pour effectuer le contrôle tactile de la caméra dans le mode n ° 1. Le bouton 1 active l'opération de décalage du point AF de la caméra, le bouton 2 - l'opération de rotation de l'appareil photo par rapport au point AF, et le bouton 3 - l'opération de modification de la distance de l'appareil photo au point AF, respectivement. Les manipulations elles-mêmes sont effectuées en interagissant avec l'écran tactile.

Les modes de caméra n ° 2 à 5 sont conçus pour positionner la caméra à un point à angle fixe. Le mode n ° 2 positionne la caméra au-dessus du haut de l'instrument actuel (vue de dessus). Les distorsions de caméra en perspective sont désactivées dans ce mode (la projection orthogonale est utilisée). En mode n ° 3, la caméra fonctionne en isométrie. Les modes n ° 4 et n ° 5 fixent la caméra à deux points de vue supplémentaires.

Tous les paramètres du programme, y compris la position de la caméra, sont enregistrés lors de l'arrêt.

Le simulateur ne simule pas de logiciel système CNC spécifique. Le panneau de commande de la machine est représenté par un affichage conditionnel sur lequel les principales informations technologiques sont affichées pendant la simulation (Fig.48). Les coordonnées actuelles du point calculé de l'outil de coupe le long des axes X et Z sont présentées dans la partie supérieure gauche de l'écran. Il s'agit des coordonnées du point programmable se trouvant sur la trajectoire de l'outil à l'heure actuelle. Dans l'état initial, ces valeurs sont présentées en millimètres. Lors d'un changement de système de mesure par programme, les coordonnées (ainsi que la valeur d'avance) sont affichées en pouces. Les unités sont affichées à droite des coordonnées numériques elles-mêmes. Tous les mouvements latéraux sont programmés pour le diamètre de la pièce. Par conséquent, les axes de coordonnées X et Z ont des échelles différentes.

Les paramètres technologiques actuels sont affichés (en jaune) en bas à gauche de l'écran: vitesse de broche S (tr / min), avance F (mm / min) et position actuelle de la tourelle numéro T.Il

y a 6 cellules en bas à droite de l'écran pour l'affichage fonctions modales actives du système CNC. De gauche à droite, les fonctions suivantes sont affichées dans les cellules: sens de rotation de la broche M03 / M04, fonctionnement du système de refroidissement M07 - M09, système de coordonnées de travail actuel G53 - G59, type d'avance de travail G98 / G99 et type d'interpolation G00 - G03.

Figure 48 - Apparence de l'affichage du système de contrôle du modèle de simulation de la machine

Perspectives de développement de projet

Les perspectives immédiates pour le développement du projet présenté comprennent un certain nombre de tâches.

Tâche n ° 1: étendre la fonctionnalité du produit logiciel en termes de technologie de tournage, y compris: préparation automatisée d'un calcul et d'une carte technologique du produit transformé, un système pour contrôler la taille des produits à toutes les étapes de la simulation de processus, la compatibilité des formats de programme de contrôle et la prise en charge des normes des packages CAD / CAM existants .

Tâche n ° 2: réalisation de la possibilité de configuration utilisateur de la machine simulée, comprenant: sélection du type de disposition des principaux composants de la machine, sélection et changement de types d'équipements technologiques et d'outils, simulation des étapes de mise en place de la machine pour des opérations technologiques spécifiques.

Tâche n ° 3: étendre les fonctionnalités en termes de commande numérique de la machine, notamment: prise en charge de systèmes CNC supplémentaires, simulation de l'interface du panneau de commande de systèmes CNC spécifiques, mise en œuvre de capacités de macro-programmation et programmation de dialogue d'opérations technologiques.

Tâche n ° 4: mise en œuvre d'un modèle physique et mathématique du processus de tournage prenant en compte les propriétés des matériaux, et construisant sur sa base une composante d'un système expert qui s'engage dans un dialogue avec l'utilisateur sous forme de recommandations et d'invites correctives.

Tâche n ° 5: modification de l'algorithme de formage de la pièce, qui permet de simuler des opérations de fraisage à l'aide de l'outil d'entraînement approprié.

Parallèlement aux tâches principales répertoriées, il est nécessaire d'introduire un certain nombre d'optimisations dans la fonctionnalité générale du produit logiciel.

Conclusions et conclusions

À ce jour, les résultats obtenus pour le projet sont pleinement conformes aux buts et objectifs fixés au début des travaux. Le produit logiciel a été testé dans le cadre du processus éducatif sur la base de plusieurs organisations éducatives, notamment l'Université technologique d'État de Maikop, l'ANO "UTsDPO CityMasterov-NN" et l'Université centrale du Queensland (CQUniversity, Australie). Les versions mobiles de l'application sont testées auprès d'utilisateurs privés via les plateformes GooglePlay et AppStore . L'extension des fonctionnalités en termes de mise en œuvre des tâches de perspective ci-dessus améliorera les indicateurs de performance du produit logiciel et augmentera sa compétitivité en général.

Liste bibliographique

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Modèle de simulation du processus de traitement des matériaux par découpe sur un tour CNC