👦🏼 ✒️ ✔️ Modelo de simulação do processo de processamento de material cortando um torno CNC 🏺 🛣️ 📫

Introdução

A metodologia para o desenvolvimento de modelos de simulação e simuladores em várias disciplinas técnicas está focada principalmente na redução do nível de abstração do material educacional. Juntamente com o material de ensino teórico, a simulação visual de um processo ou operação tecnológica específica permite que o aluno domine mais completamente o material ensinado com a máxima aproximação às condições naturais. Nesse caso, modelos e simuladores de simulação só podem ser considerados como ferramenta auxiliar no processo educacional. O principal objetivo desta categoria de recursos educacionais é uma familiarização básica (inicial) com os princípios de operação de instalações técnicas complexas, na ausência da possibilidade de usar equipamentos industriais reais,ou a fim de aumentar preliminarmente a competência do aluno antes de receber treinamento prático.

De particular relevância é a metodologia para combinar tarefas educacionais com tarefas de engenharia e aplicadas em um único conjunto de ferramentas que atende ao nível atual de desenvolvimento da tecnologia e da indústria como um todo. Aqui estamos falando sobre a implementação integrada de funções de projeto auxiliado por computador (CAD / CAM) e os princípios da simulação numérica de simulação de processos tecnológicos.

A principal tendência na introdução de modelos de treinamento em simulação na prática de ensino de engenharia é alcançar a máxima interatividade. Um pré-requisito aqui é a capacidade de executar ações "errôneas" por parte dos alunos e a resposta adequada do modelo de simulação a essas ações, a fim de atingir o nível exigido de compreensão do material educacional para os alunos. Quanto maior o grau de liberdade do objeto simulado (dispositivo ou máquina), maior o efeito da interação real é alcançado no processo de aprendizagem.

O objetivo e os objetivos do projeto

O objetivo do projeto apresentado é desenvolver um produto de software educacional e metodológico (modelo ou simulador de simulação) destinado à familiarização básica de especialistas em engenharia iniciantes com os princípios de programação de operações de torneamento de peças usando um código G / M padrão.

Os campos de aplicação do produto de software abrangem principalmente o processo educacional, usando tecnologia de computador na forma de aulas de laboratório para alunos em aulas de informática, ensino a distância, bem como apoio demonstrativo de material de aula no grupo de áreas de treinamento e especialidades (OKSO) “Metalurgia, engenharia mecânica e processamento de materiais”. A funcionalidade flexível e a mobilidade do produto de software também permitem que ele seja usado como uma ferramenta de aplicação para verificação e teste preliminar de programas de controle para transformar operações de materiais em máquinas numericamente controladas (CNC) usando o código do programa Fanuc (sistema de código A).

A funcionalidade do simulador deve fornecer as seguintes tarefas:

G/M ;
, ;
;
;
.

A vantagem técnica do simulador em desenvolvimento é seu consumo de recursos e suporte multiplataforma relativamente baixos, permitindo que você use este produto de software em vários dispositivos de computação, incluindo quadros interativos, smartphones, tablets e computadores de mesa, o que, por sua vez, aumenta a flexibilidade e a mobilidade do processo educacional, correspondendo ao nível moderno de informações. Educação.

Objeto de modelagem

A base do modelo de simulação tridimensional é o torno TS1625FZ fabricado pela fábrica de máquinas-ferramentas Tver da StankoMashKompleks JSC com um leito horizontal e um conjunto clássico de unidades, equipado com um sistema CNC, uma torre de oito posições, um cartucho rotativo de três garras, um cabeçote móvel, um sistema de fornecimento de lubrificante e refrigerante e outras unidades. O processamento do material é realizado em duas coordenadas no plano horizontal da máquina. As principais características técnicas do protótipo do equipamento são apresentadas na tabela 1.

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O simulador simula um conjunto de ferramentas de corte (ferramentas de torneamento e brocas pré-fabricadas), incluindo 185 itens. Os tipos de insertos de corte substituíveis usados para ferramentas de torneamento são apresentados na tabela 2.

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Também no modelo, são utilizadas fresas com chapas e brocas especiais para cortar roscas. A Figura 1 mostra um modelo geométrico de uma ferramenta de torneamento pré-fabricada.

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Figura 1 - Modelo geométrico de uma ferramenta de torneamento pré-fabricada e designação das principais características de uma pastilha removível: o ângulo principal em termos de φ1, o ângulo auxiliar em termos de φ2, o diâmetro do círculo inscrito D, o raio de arredondamento no vértice R

Uma breve descrição do método de modelagem geométrica da formação de peças durante o torneamento

No projeto em consideração, é utilizado um modelo simplificado de modelagem da peça, com base no pressuposto de que a simetria axial da peça é constante durante todo o processo de torneamento [1, 2]. Este modelo exclui a possibilidade de construção de superfícies helicoidais e os elementos roscados das peças são representados condicionalmente - por seções de nervuras concêntricas. Os cálculos básicos usando esta técnica são formalizados pelo problema geométrico de interseção de duas alças planas e fechadas no plano de trabalho da máquina - o contorno da peça de trabalho e o contorno da ferramenta de corte. Com base no contorno de forma, que é uma diferença lógica na interseção de dois contornos de origem,uma superfície tridimensional da peça simulada é formada girando uniformemente o contorno de formação em torno do eixo principal da máquina (eixo de rotação da peça). O método aplicado torna possível simular a modelagem de uma peça, como um corpo de revolução em tempo real, a custos computacionais relativamente baixos.

O estágio inicial do algoritmo é a formação de muitos pontos Wi do contorno da peça de trabalho (Fig. 2.a). No estado inicial (antes do início do processo de processamento), o contorno da peça inclui quatro pontos, enquanto a seção longitudinal da peça é representada por um retângulo. Nas iterações subsequentes do algoritmo, o contorno inicial da peça é o contorno de formação de forma calculado anteriormente. O contorno é descrito no sentido anti-horário.

No segundo estágio do algoritmo, o contorno da pastilha de corte da ferramenta de torneamento é formado, levando em consideração suas características geométricas - dimensões gerais, o ângulo principal no plano e o raio de arredondamento no ápice. O contorno da pastilha é descrito pelos pontos Cj na direção oposta em relação ao contorno da peça (sentido horário).

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Figura 2- À tarefa de calcular o contorno de forma da peça: a
interseção dos contornos originais da peça e o inserto de corte (a); obtenção do contorno de forma da peça como a diferença lógica dos contornos da fonte (b)

O terceiro estágio do algoritmo é determinar o conjunto de pontos de interseção Ik dos contornos da fonte. Além disso, os pontos de interseção encontrados são indexados de acordo com o quanto eles estão mais próximos do ponto de partida do contorno da peça e são incluídos no conjunto generalizado de pontos de ambos os contornos na ordem de indexação. As coordenadas dos pontos de interseção são determinadas para dois segmentos pertencentes a dois contornos diferentes (Fig. 3).

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Figura 3 - Para determinar as coordenadas do ponto de interseção de dois segmentos

Para os segmentos P1 - P2 e P3 - P4 pertencentes a duas linhas retas que se cruzam L1 e L2, segue-se:

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As coordenadas x, y do ponto de interseção das linhas L1 e L2 são determinadas pela equação da matriz:

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portanto: Os

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pontos do conjunto generalizado pertencente ao contorno da pastilha de corte estão fora dos intervalos entre os pontos interseções são excluídas do conjunto generalizado de pontos de ambos os contornos. Assim, o conjunto final de pontos Fn é formado, descrevendo o contorno de forma da peça (Fig. 2.b). O contorno resultante é descrito na mesma direção que o contorno original da peça.

O algoritmo considerado é uma versão simplificada do algoritmo de corte de Weiler - Azerton [3]. Uma série de simplificações do algoritmo se deve às características geométricas do problema que está sendo resolvido, a saber: uma condição constante para a convexidade do contorno da pastilha de corte, condições para detectar colisões de elementos inoperantes do cortador (suporte) com a peça de trabalho, a condição para excluir a parte completamente cortada da peça do processo computacional ao modelar os segmentos de operação, etc.

Devido ao fato de a modelagem da peça ser realizada durante o movimento da ferramenta de corte, a cada iteração do algoritmo, ocorre uma alteração discreta nas coordenadas dos pontos do contorno da pastilha de corte em relação ao contorno da peça de trabalho. O passo discreto neste caso é devido a um dado parâmetro do movimento da ferramenta de corte (o valor da alimentação de trabalho) e o tempo de iteração do ciclo de simulação. Nesse caso, a etapa de discretude de movimento da ferramenta (δ) pode exceder as dimensões lineares da área sobreposta dos contornos da pastilha de corte e da peça de trabalho (Fig. 4.a), o que leva ao aparecimento de artefatos (seções "sem cortes") do contorno de formação da peça (Fig. 4.b )

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Figura 4 - O problema da discrição das interseções computacionais de contornos

Uma solução para o problema descrito é o método Jarvis, que consiste em construir um casco convexo mínimo em torno do conjunto de vértices dos contornos da pastilha de corte nos estados discretos atuais e anteriores (Fig. 5).

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Figura 5 - Construção do casco mínimo convexo ao redor dos contornos da pastilha de corte em dois estados discretos sucessivos

Nesse caso, é calculada a interseção do contorno da peça com o contorno da concha mínima convexa, que fornece a área de sobreposição necessária nas folgas entre os estados discretos da ferramenta de corte. Ao construir um casco convexo mínimo, a condição de invariância da contornar seu contorno é especialmente importante. O casco mínimo convexo pode cobrir vários estados discretos da pastilha de corte, desde que a direção da alimentação de trabalho da fresa não mude nesses estados (a fresa se move ao longo de um caminho reto).

No projeto em consideração, é utilizado um método alternativo de eliminação de artefatos do contorno formativo, baseado no algoritmo de generalização Ramer - Douglas - Peker [4, 5], amplamente utilizado em problemas de topografia e cartografia. O principal objetivo do procedimento de generalização recursiva é reduzir o número de vértices da polilinha com base em um determinado valor limite da distância entre os vértices. A condição inicial para o algoritmo funcionar é selecionar o ponto mais distante em relação ao ponto inicial da polilinha do contorno. Nas iterações subsequentes do algoritmo, as distâncias entre os pontos intermediários da polilinha são determinadas e comparadas com o valor limite. A conexão dos pontos na polilinha aproximada é realizada desde que a distância entre eles exceda um valor limite predeterminado (Fig. 6).

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Figura 6- Iterações do algoritmo de generalização Ramer-Douglas-Pecker usando um exemplo de uma linha tracejada arbitrária.

Tecnicamente, o procedimento para aproximar o contorno de forma de uma peça é combinado com o estágio inicial do algoritmo de modelagem geral, no qual são formados muitos vértices do contorno inicial da peça.

A formação da superfície tridimensional da peça simulada é realizada calculando as coordenadas dos pontos nos círculos das seções transversais da peça ao longo do comprimento do contorno de formação de forma, seguido pela combinação desses pontos em facetas triangulares (entre seções). O comprimento do vetor de raio Ri de cada ponto do contorno de formação é calculado como a distância desse ponto ao eixo principal da máquina (Fig. 7).

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Figura 7- Modelo poligonal de uma peça como um corpo de revolução em uma seção (partição de polígonos em facetas triangulares não mostradas).

A ordem de passagem dos vértices ao montar uma estrutura tridimensional é estritamente definida. Cada polígono de uma superfície tridimensional é dividido em 2 facetas triangulares, unindo 4 vértices (Fig. 8). A suavidade radial da superfície tridimensional formada depende de um determinado número de segmentos (setores circulares) na seção da peça simulada. O procedimento para montar um wireframe tridimensional também calcula os vetores normais em cada vértice (Fig. 9) e as coordenadas de textura dos UV. De acordo com as coordenadas de textura calculadas, a superfície da peça é desenhada com uma imagem sobreposta da textura de metal, o que, por sua vez, aumenta a percepção realista do processo simulado.

Assim, o modelo tridimensional final da peça de trabalho permite visualizar os resultados da remoção de material pelo cortador na dinâmica em tempo real com o grau de realismo necessário.

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Figura 8 - O esqueleto da faceta de um modelo tridimensional da peça, inscrito no cilindro geral da peça original.

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Figura 9 - Vetores normais nos vértices do modelo de faceta da peça

Os princípios da simulação do controle numérico do programa do processo de torneamento de material

A lista de funções básicas de controle de programa da máquina

Como base linguística para a programação das operações tecnológicas básicas durante a transformação do material, foram selecionados os códigos GM do sistema de controle numérico Fanuc:

G00 / G01 - interpolação linear na alimentação acelerada / em trabalho;
G02 / G03 - interpolação circular no sentido horário / anti-horário;
G04 - atraso de tempo;
G20 / G21 - entrada de dados em polegadas / milímetros;
G32 / G34 - rosqueamento com passo constante / variável em uma passagem;
G50 - ajuste da velocidade máxima do fuso;
G53 - G59 - alternar entre os sistemas de coordenadas de trabalho n ° 1–6;
G70 - G76 - principais ciclos de torneamento;
G80 - G83- ciclos de usinagem de furos;
G90 - o ciclo de rotação principal do diâmetro externo / interno;
G92 - ciclo de rosqueamento de passo constante;
G94 - ciclo do torneamento final externo / interno principal;
G96 / G97 - velocidade constante de corte / rotação do eixo;
G98 / G99 - taxa de avanço [mm / min] / taxa de avanço [mm / rev];
M00 / M01 - parada suave com confirmação;
M02 / M30 - conclusão do programa de controle;
M03 / M04 - inicia a rotação do eixo no sentido horário / anti-horário;
M05 - parada de rotação do fuso;
M07 - M09 - ligar / desligar o suprimento de refrigerante;
M38 / M39- abertura / fechamento de portas automáticas;
M97 - M99 - chamada e fim de rotinas internas / externas.

A estrutura e o formato do código do programa de controle

O código do programa de controle é representado como uma sequência de linhas (quadros). O simulador permite desenvolver e executar programas de controle de até 999 quadros (levando em consideração a primeira linha não editável que contém o número do programa de controle). Cada quadro consiste em uma sequência de palavras, que é uma combinação de um endereço alfabético e um parâmetro numérico. Não são permitidos espaços entre o endereço e o parâmetro. A digitação do programa de controle é realizada em caracteres alfanuméricos usando uma fonte monoespaçada. Alguns caracteres especiais são permitidos. Qualquer grupo de caracteres que não possa ser analisado deve ser colocado entre parênteses ou escrito após os caracteres “;” ou "/". Esta informação é considerada um comentário ao código e não é analisada durante a simulação.Os endereços das funções preparatórias (G) e auxiliares (M) são programados com parâmetros inteiros que definem os números dessas funções. Os parâmetros de posicionamento numérico (após os endereços X, Z, U, W, I, K, R, etc.) podem ser especificados em valores fracionais ou inteiros. O sinal de menos é permitido aqui.

Após o início do processo de simulação, o código do programa de controle é automaticamente verificado quanto à conformidade com o formato. Em caso de erros, as mensagens correspondentes são exibidas.

Breve descrição do algoritmo de análise de programa de controle

A análise sintática (análise) do código do programa de controle (UE) e a simulação de sua execução são realizadas de acordo com o algoritmo padrão [6], cujo diagrama de blocos é mostrado na Figura 10.

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Figura 10 - Diagrama de blocos do algoritmo de análise do UE

De acordo com o diagrama de blocos mostrado na Figura 10 o esquema de análise do programa de controle começa com a formação de uma lista de quadros. Para cada quadro, uma lista de palavras é gerada. Uma palavra é uma estrutura de dados - um comando que inclui um endereço de letra e um parâmetro numérico. As equipes são classificadas condicionalmente como modal e posicional.

Os comandos modais alteram o status do modelo de simulação da máquina e determinam seu estado atual - o modo de movimento da ferramenta (movimento com avanço acelerado ou de trabalho, tipo de interpolação), modo de rotação do fuso, posição das portas automáticas, condição do sistema de refrigeração, etc. Por sua vez, os comandos posicionais determinam diretamente os parâmetros dos movimentos - as coordenadas dos pontos finais, os parâmetros dos arcos durante a interpolação circular, etc.

De acordo com os parâmetros de movimento obtidos, as coordenadas da ferramenta de corte, os ângulos de rotação dos elementos rotativos da máquina, a posição das portas automáticas etc. são interpolados, assim ocorre uma simulação quadro a quadro do programa de controle. Quando o último quadro é atingido, o processo de simulação termina.

Implementação do controle de movimento da ferramenta de torneamento

Por analogia com um sistema CNC real, o movimento da ferramenta de corte é programado por métodos de interpolação linear e circular. A interpolação linear é o principal tipo de movimento ao usinar um torno CNC. Com interpolação linear, a ferramenta se move ao longo de um caminho reto com as coordenadas conhecidas de seu início e fim (Fig. 11).

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Figura 11 - Trajetória da ferramenta durante a interpolação linear

Quando o ponto calculado C se move do ponto A para o ponto B ao longo de uma seção de linha reta com uma taxa de avanço constante, ambas as coordenadas são interpoladas linearmente no tempo. Ao designar o horário inicial do movimento como tA e o horário final como tB, as coordenadas atuais do ponto C correspondentes ao horário atual tC podem ser determinadas por fórmulas de interpolação linear:

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O tempo final de viagem é definido como:

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onde tS é o tempo gasto em uma viagem reta a uma taxa de avanço constante F (mm / min):

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A interpolação linear em avanço rápido é programada com a função modal G00 (esta função está ativa no estado inicial do sistema CNC). A interpolação linear na taxa de avanço é programada com a função modal G01. Após essas funções, as coordenadas do ponto final da seção reta do caminho são definidas. A posição atual da ferramenta é sempre tomada como ponto de partida. O avanço definido para avanço rápido é ignorado. As coordenadas do ponto final podem ser especificadas em valores absolutos (X, Z), ou seja, relativos a zero do sistema de coordenadas de trabalho ou em valores relativos (incrementais) (U, W), ou seja, em relação ao ponto inicial de uma trajetória retilínea. Se uma das coordenadas for omitida, o movimento ao longo do seu eixo não será realizado.

A interpolação circular é usada para moer superfícies curvas, cuja forma é descrita por um arco de um círculo de um determinado raio. Dois métodos de programação de arco são usados. O primeiro método é definir as coordenadas do centro do arco e o ponto final, enquanto o raio do arco é calculado automaticamente. O segundo método envolve a especificação do raio do arco e das coordenadas do ponto final, enquanto as coordenadas do centro do arco são calculadas automaticamente. A interpolação circular no sentido horário é especificada usando a função G02, e a interpolação circular no sentido anti-horário é especificada pela função G03, respectivamente.

Considere um dos casos de interpolação circular no sentido anti-horário com o centro do arco (Fig. 12.a). Quando o ponto calculado C se move do ponto A para o ponto B ao longo de um arco com uma taxa de avanço constante, as duas coordenadas também podem ser interpoladas no tempo. A trajetória de movimento é definida pela posição do ponto final B e pela posição do centro do arco O em coordenadas incrementais (i, k) em relação ao ponto inicial A. A

posição angular dos vetores de raio OA, OB e OC é descrita pelos ângulos trigonométricos φA, φB e φC, respectivamente.

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Figura 12 - O caminho da ferramenta durante a interpolação circular no sentido anti-horário com a tarefa: o centro do arco (a); raio do arco (b)

Ao designar a hora inicial do movimento como tA e a hora final como tB, o ângulo φC correspondente ao tempo atual tC pode ser determinado pela fórmula de interpolação linear:

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onde φA, φB são os ângulos trigonométricos dos vetores de raio dos pontos inicial e final do arco:

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Nota: ao calcular trigonometria Nos ângulos dos pontos extremos do arco, é necessário levar em consideração situações nas quais a função tangente ao arco assume valores singulares.

As coordenadas cartesianas do ponto C são definidas como:

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onde

O tempo final de deslocamento é determinado pela expressão (6). Nesse caso, o tempo tS gasto em movimento ao longo do arco a uma taxa de alimentação constante F (mm / min) pode ser determinado usando a expressão para o comprimento do arco:

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As coordenadas incrementais do centro do arco são programadas com os endereços I e K nas direções dos eixos X e Z, respectivamente. Ao programar interpolação circular com uma indicação do centro do arco, é necessário que os vetores de raio dos pontos inicial e final do arco tenham o mesmo comprimento.

A interpolação circular é sempre realizada no avanço.

O segundo método para programar um arco é especificar o raio do círculo do arco. Neste caso, dois casos de ajuste do raio são permitidos - com um valor positivo ou negativo. Se o valor do raio for positivo, o ângulo do arco é menor que 180 graus. Caso contrário, o ângulo do arco é superior a 180 graus (Fig. 12.b). Ao definir um arco com um raio, o TNC determina automaticamente a posição do centro do arco (O + ou O– dependendo do sinal do raio). Neste método de especificação do arco, a condição deve ser atendida: o módulo de raio não pode ter menos da metade do comprimento do acorde (AB) do arco.

A Figura 13 mostra um exemplo da formação de uma superfície curva ao programar a interpolação circular no sentido anti-horário.

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Figura 13 - A formação de uma superfície curva ao programar a interpolação circular no sentido anti-horário

Implementação de funções de trabalho com sistemas de coordenadas

O modelo de simulação apresentado inclui vários sistemas de coordenadas (Fig. 14). O sistema de coordenadas principal e invariável é o sistema de coordenadas da máquina com a origem correspondente ao ponto zero M da máquina, coincidindo geometricamente com o ponto de interseção do plano final do eixo-árvore e seu eixo de rotação.

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Figura 14 - O sistema de coordenadas básicas do modelo de simulação O

segundo sistema de coordenadas importante é o sistema de coordenadas de referência com a origem correspondente ao ponto de referência R ou ao ponto de troca da ferramenta. Nesse sistema de coordenadas, os movimentos básicos das partes móveis da máquina são calculados e colisões da ferramenta com os elementos estruturais da máquina são determinadas ao modelar possíveis situações de emergência.

A programação do processo de torneamento é realizada no sistema de coordenadas de trabalho. O simulador fornece 6 sistemas de coordenadas de trabalho independentes com zero pontos W1–6. As configurações iniciais para a posição desses zeros são definidas pelo usuário nos parâmetros do modelo de simulação e são designadas como correções zero.

As direções dos eixos em cada sistema de coordenadas são as mesmas. O eixo longitudinal Z é sempre direcionado do mandril de giro para o cabeçote móvel da máquina. O eixo transversal X (ou o eixo dos diâmetros) é direcionado na direção da pinça (na sua direção, com vista frontal para a máquina). O eixo Y é o normal para o plano de trabalho ZX e é direcionado verticalmente para cima. Movimentos na direção do eixo Y no modelo considerado da máquina não são executados.

A alternância entre os sistemas de coordenadas de trabalho é realizada de forma programática, utilizando as funções correspondentes G54 - G59 (para sistemas de coordenadas com zero ponto W1 - W6, respectivamente). As coordenadas zero W1–6 são calculadas no sistema de coordenadas da máquina em relação ao zero da máquina M. A sintaxe das funções G54 - G59 sugere duas maneiras possíveis de usá-las. Na primeira versão, as funções são definidas sem especificar as coordenadas X e Z. Nesse caso, a posição do sistema de coordenadas de trabalho selecionado é determinada pelos deslocamentos zero predefinidos. Nesse caso, as funções G54 - G59 podem ser programadas separadamente em um bloco individual ou em um bloco com outros comandos. A segunda opção para usar as funções G54 - G59 envolve o deslocamento programado dos eixos do sistema de coordenadas de trabalho selecionado em relação a um zero W1 predefinido.Nesse caso, os deslocamentos dos eixos X e Z são programados imediatamente após a função no mesmo bloco (por exemplo, “G54 X30.5 Z15”). A Figura 15 mostra a posição da origem da primeira coordenada após o deslocamento programático dos eixos para um ponto [X = 10, Z = –20] em relação à posição zero inicial W1 especificada no bloco de configurações do corretor zero.

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Figura 15 - Ilustração do deslocamento programado dos eixos do sistema de coordenadas de trabalho nº 1

A programação com relação ao zero da máquina é realizada usando a função G53. Esta função não é modal e é executada no bloco em que está programada. A função cancela temporariamente as funções modais do G54-G59. Nesse caso, todos os movimentos são contados no sistema de coordenadas da máquina com o início no ponto M e o corretor zero ativo é temporariamente cancelado. A função G53 deve ser programada sempre que for necessário indicar as coordenadas relacionadas ao zero da máquina. A sintaxe da função não implica a presença de parâmetros após a palavra G53. A função é programada em qualquer bloco que possua comandos de controle de caminho (por exemplo, “G53 G00 X0 Z120”). A Figura 16 mostra a posição da origem do sistema de coordenadas de trabalho durante a operação da função G53.

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Figura 16 - Ilustração da posição da origem do sistema de coordenadas de trabalho durante a operação da função G53

Implementação de ciclos básicos de torneamento e usinagem de furos

O algoritmo de análise do programa de controle implementado permite simular a execução dos ciclos de torneamento e furação do sistema Fanuc. Quando cada ciclo é realizado, uma chamada lista de quadros de buffer é criada na memória do dispositivo de computação, incluindo movimentos intermediários da ferramenta quando um contorno de peça programado é recebido. Os ciclos de torneamento são definidos por um ou dois quadros de inicialização consecutivos, nos quais os principais parâmetros do ciclo são prescritos - desbaste e acabamento, profundidade de corte com cortes brutos pelo cortador, número de cortes brutos pelo cortador, valor da retração do cortador, valor da retração do cortador, parâmetros do modo de processamento, etc. O contorno da peça é programado por uma sequência de quadros com a numeração necessária do primeiro e do último quadro.

O ciclo de remoção de material paralelo ao eixo Z é iniciado pela função G71. Os parâmetros do ciclo são programados em dois blocos consecutivos no formato: onde no primeiro bloco: U é a profundidade de processamento para passes irregulares (modo de programação em raios), R é a distância da retração da fresa após o final de cada passe; no segundo quadro: P é o número de sequência do primeiro quadro de descrição do circuito processado; Q é o número de série do último quadro da descrição do contorno usinado, U é o tamanho e a direção da remoção da tolerância de acabamento ao longo do eixo X (modo de programação em diâmetros), W é o valor e a direção da remoção da tolerância final ao longo do eixo Z, F é a taxa de avanço para as desbaste, S - velocidade do fuso ou velocidade de corte durante o acabamento.

G71 U_ R_
G71 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

A Figura 17 mostra os caminhos da ferramenta durante o ciclo de torneamento G71. As linhas verdes mostram os movimentos do cortador na alimentação de trabalho, as linhas roxas mostram a alimentação acelerada. Como pode ser visto na figura, o circuito processado pode incluir seções curvas programadas pelo método de interpolação circular.

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Figura 17 - Trajetórias da ferramenta de corte durante o ciclo de torneamento G71 e um fragmento de código do programa de controle

O ciclo de remoção de tolerância paralelo ao eixo X é iniciado pela função G72. O princípio de programação deste ciclo é semelhante ao ciclo G71. A execução de passes irregulares pelo cortador é realizada na direção do eixo X do sistema de coordenadas de trabalho. Os parâmetros do loop são programados em dois blocos consecutivos no formato:

G72 W_ R_
G72 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

onde no primeiro quadro: W é a profundidade de trabalho para passes irregulares, R é a distância da retração da fresa após o final de cada passe; na segunda estrutura: P - número de série da primeira estrutura de descrição do contorno usinado, Q - número de série da última estrutura de descrição do contorno usinado, tamanho U e direção de remoção da margem de acabamento ao longo do eixo X (modo de programação em diâmetros), tamanho W e direção de remoção da margem final ao longo do eixo Z, F é a taxa de avanço para passes irregulares com um cortador, S é a velocidade do fuso ou velocidade de corte durante o acabamento.

A Figura 18 mostra os caminhos da ferramenta durante o ciclo de torneamento G72.

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Figura 18 - Trajetórias da ferramenta de corte durante a execução do ciclo de torneamento G72 e um fragmento de código do programa de controle

O ciclo de remoção de material paralelo ao contorno especificado é iniciado pela função G73. Os parâmetros do loop são programados em dois blocos consecutivos no formato:

G73 U_ W_ R_
G73 P_ Q_ U_ W_ F_ S_

em que no primeiro quadro: U é o tamanho e a direção da remoção da tolerância total ao longo do eixo X (modo de programação em raios), W é o valor e a direção da remoção da tolerância total ao longo do eixo Z, R é o número de passagens consecutivas ao remover a permissão aproximada, incluindo uma meia passagem; no segundo quadro: P é o número de sequência do primeiro quadro de descrição do circuito processado; Q - número de série do último quadro de descrição do circuito processado; U é a magnitude e a direção da remoção da permissão de acabamento ao longo do eixo X (modo de programação em diâmetros), W é a magnitude e a direção da remoção da permissão final ao longo do eixo Z, F é a taxa de avanço para cortes brutos, S é a velocidade do fuso ou a velocidade de corte durante o acabamento .

A Figura 19 mostra os caminhos da ferramenta durante o ciclo de torneamento G73.

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Figura 19 - As trajetórias da ferramenta de corte durante o ciclo de torneamento G73 e o fragmento de código do programa de controle

O ciclo de remoção da permissão de acabamento é iniciado pela função G70. Os parâmetros do ciclo são programados em um

G70 P_ Q_ F_ S_

bloco no formato: onde P é o número de sequência do primeiro quadro de descrição do contorno usinado, Q é o número de sequência do último quadro de descrição do contorno usinado, F é o avanço durante o acabamento, S é a velocidade do fuso ou velocidade de corte durante o acabamento.

O ciclo de acabamento G70 complementa os ciclos G71, G72 e G73. Ele permite que você termine o contorno após aplicar os ciclos de torneamento áspero. Usar o ciclo G70 como um ciclo independente é impraticável.

A programação da usinagem das ranhuras externa / interna e final é realizada usando os ciclos especiais G74 e G75.

Ciclo de ranhura / rebote final iniciado pela função G74. Os parâmetros do ciclo são programados em dois blocos consecutivos no formato: onde no primeiro bloco: R é a distância à qual a ferramenta de corte é retraída após a conclusão do passo de ranhura; no segundo quadro: X (U) - coordenada do ponto final no eixo X, Z (W) - coordenada do ponto final no eixo Z, P - degrau da ranhura no eixo X em mícrons, Q - degrau da ranhura no eixo Z em mícrons, F - taxa de alimentação.

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

A Figura 20 mostra os caminhos da ferramenta durante o ciclo de ranhura das ranhuras de extremidade G74. Ao executar esse ciclo, a ferramenta após cada passo de trabalho é retraída pelo valor de rebote especificado para remover cavacos da ranhura usinada. O ciclo G74 também pode ser usado ao programar a operação de perfuração do furo final.

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Figura 20 - Trajetórias da ferramenta de corte durante a execução do ciclo de ranhura das ranhuras finais G74 e um fragmento de código do programa de controle

O ciclo de ranhura das ranhuras externa / interna com rebote é iniciado pela função G75. O princípio do uso do ciclo G75 é semelhante ao ciclo G74. A ranhura da ranhura é realizada na direção do eixo X. O valor definido do passo da ranhura ao longo do eixo Z permite ranhurar com sobreposição. Após cada passagem de trabalho, a ferramenta é recolhida por um valor de recuperação pré-determinado. Os parâmetros do ciclo são programados em dois blocos consecutivos no formato: onde no primeiro bloco: R é a distância à qual a ferramenta é retraída após a conclusão da etapa de ranhura; no segundo quadro: X (U) - coordenada do ponto final no eixo X, Z (W) - coordenada do ponto final no eixo Z, P - passo da ranhura no eixo X em mícrons, Q - passo da ranhura no eixo Z em mícrons, F - taxa de alimentação.

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

A Figura 21 mostra os caminhos da ferramenta durante o ciclo de ranhura da ranhura externa G75.

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Figura 21 - Trajetórias da ferramenta de corte durante o ciclo de ranhura das ranhuras externa / interna G75 e um fragmento de código do programa de controle

Para o processamento de juntas roscadas, é implementado um ciclo de corte de rosca de várias passagens iniciado pela função G76. Os parâmetros do loop são programados em dois blocos consecutivos no formato:

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

em que no primeiro quadro: xx é o número de dois dígitos de passagens de parafuso com uma ferramenta de corte de rosca; yy é um número de dois dígitos que define o tamanho do chanfro, zz é um número de dois dígitos que determina o ângulo da aresta de corte da ferramenta de corte, Q é a profundidade mínima de rosqueamento em mícrons (modo de programação em raios), R é a profundidade de corte durante a passagem final; no segundo bloco: X (U) - coordenada do ponto final de rosqueamento no eixo X, Z (W) - coordenada do ponto final de rosqueamento no eixo Z, R - quantidade de movimento ao longo do eixo X ao cortar rosca cônica (não programada ao cortar rosca cilíndrica ), P é a altura da rosca em mícrons, Q é a profundidade da rosca para a primeira passagem em mícrons, F é o passo da rosca ao longo do eixo Z.

A Figura 22 mostra os caminhos da ferramenta durante um ciclo G76 de rosca cilíndrica de várias passagens. Linhas azuis indicam o movimento da ferramenta de corte de linha na alimentação de trabalho.

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Figura 22 - Trajetórias da ferramenta de corte durante um ciclo de corte de rosca cilíndrica G76 e um fragmento de código do programa de controle O

ciclo G76 também permite programar o processamento de roscas cônicas (Fig. 23).

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Figura 23 - Trajetórias da ferramenta de corte durante uma rosca cônica com várias passagens G76 e um fragmento de código do programa de controle

Ao programar a usinagem de juntas roscadas, um ciclo alternativo de rosqueamento de passo constante iniciado pela função G92 pode ser usado. Os parâmetros do ciclo são programados em um bloco no formato:

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

onde X (U) é a coordenada do ponto final do corte de rosca ao longo do eixo X, Z (W) é a coordenada do ponto final do corte de rosca ao longo do eixo Z, R é a quantidade de movimento ao longo do eixo X ao cortar roscas cônicas (não é programado ao cortar roscas cilíndricas), F é o passo da rosca ao longo do eixo Z.

Cada passo de trabalho com uma ferramenta de corte de rosca é programado como um bloco separado, que segue a sequência geral de quadros após o bloco de inicialização do ciclo G92. Nesse caso, apenas a coordenada X é especificada, ou seja, o valor do diâmetro no qual o ponto calculado do cortador está localizado na passagem de trabalho atual.

A Figura 24 mostra os caminhos da ferramenta durante um ciclo de conicidade com passo constante de G92.

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Figura 24 - Trajetórias da ferramenta de corte durante o ciclo de rosqueamento com uma etapa constante G92 e um fragmento de código do programa de controle

Para programar a ranhura de seções cilíndricas ou cônicas longas da peça, é usado o principal ciclo de torneamento do diâmetro externo / interno iniciado pela função G90. A estrutura do ciclo é semelhante ao ciclo de rosqueamento G92. Antes do início do ciclo, o cortador é exibido no ponto inicial. Os parâmetros do ciclo são programados em um bloco no formato:

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

onde X (U) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo X, Z (W) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo Z, R é a alteração no raio da base do cone, F é o avanço.

Cada passo de trabalho com o cortador é programado por um bloco separado, que segue a sequência geral de quadros após o bloco de inicialização do ciclo G90. Nesse caso, apenas a coordenada X pode ser especificada, ou seja, o valor do diâmetro no qual o ponto calculado do cortador está localizado na passagem de trabalho atual. Também nos quadros da descrição das passagens de trabalho, a coordenada Z também pode ser configurada caso seja necessário processar a parte escalonada da peça. A Figura 25 mostra os caminhos da ferramenta durante o ciclo de torneamento principal do diâmetro externo / interno G90.

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Figura 25 - Trajetórias da ferramenta de corte durante a execução do ciclo principal de torneamento do diâmetro externo / interno G90 e um fragmento de código do programa de controle

A usinagem das superfícies finais das peças pode ser programada usando o ciclo de torneamento final externo / interno principal iniciado pela função G94. Os parâmetros do ciclo são programados em um bloco no formato:

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

onde X (U) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo X, Z (W) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo Z, R é a alteração no raio da base do cone, F é o avanço.

Por analogia com o ciclo G90, os passes do cortador são programados em blocos separados após o bloco de inicialização do ciclo G94. Nesse caso, para cada passagem, as coordenadas Z e / ou X podem ser definidas, bem como o parâmetro R, que determina a alteração no raio da base do cone. A Figura 26 mostra os caminhos da ferramenta durante o principal ciclo de torneamento final externo / interno G94.

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Figura 26- Trajetórias da ferramenta de corte durante a execução do principal ciclo de torneamento final externo / interno G94 e um fragmento de código do programa de controle O

modelo de simulação também permite programar operações de furação de topo usando ciclos constantes: furação simples de passagem única, furação simples com velocidade do obturador no fundo do furo e passagem múltipla (intermitente ) perfuração (Fig. 27).

O ciclo de furação simples de uma passagem é iniciado pela função G81 e possui o formato do chassi:

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

onde X (U) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo X, Z (W) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo Z, R é a coordenada absoluta do plano de retração da ferramenta ao longo do eixo Z, F - taxa de alimentação.

O ciclo de perfuração de passagem única com uma velocidade do obturador na parte inferior do furo é iniciado pela função G82 e possui o formato do chassi:

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

onde X (U) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo X, Z (W) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo Z, R é a coordenada absoluta do plano de retração da ferramenta ao longo eixo Z, P - tempo de espera no fundo do furo em milissegundos, F - taxa de alimentação.

O ciclo de perfuração intermitente é iniciado pela função G83 e possui o formato do chassi:

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

onde X (U) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo X, Z (W) é a coordenada do ponto final ao longo do eixo Z, R é a coordenada absoluta do plano de retração da ferramenta ao longo do eixo Z, P - o tempo de exposição no fundo do furo, em milissegundos, Q é a etapa de perfuração ao longo do eixo Z em mícrons, F é a taxa de alimentação.

O cancelamento do ciclo contínuo de usinagem de furos é realizado pela função G80.

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Figura 27 - Percursos de perfuração durante o ciclo de perfuração intermitente G83 e um fragmento de código do programa de controle

Implementação de funções gerais de controle numérico

A rotação do eixo é iniciada no sentido horário pela função modal M03 e no sentido anti-horário pela função M04, respectivamente. A rotação do fuso é interrompida usando a função M05. As funções M03 - M04 dão o comando para iniciar a rotação do eixo-árvore, mas não determinam os parâmetros de velocidade de rotação. Para este fim, a função principal de movimento S é usada com a velocidade de rotação (ou velocidade de corte) indicada. Neste caso, a velocidade do fuso é definida pelo endereço S, após o qual o número de rotações por minuto é indicado (se a função modal G97 estiver ativa). Caso o processamento ocorra a uma velocidade de corte constante (a função modal G96 está ativa), o número após o endereço S indica a velocidade de corte em m / min. Nesse caso, a velocidade real do fuso é determinada pelo cálculo com base na expressão:

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onde V é a velocidade de corte especificada m / min, d é o diâmetro atual do processamento, m, π = 3,14159.

O movimento dos suportes da máquina é realizado em avanços de trabalho e acelerados. O processamento do material por corte é realizado em uma alimentação de trabalho. O avanço é definido pelo avanço F de duas maneiras. Utilizando a função modal G98, é definido um modo no qual o avanço é definido em mm / min. O segundo modo de programação da quantidade de alimentação é realizado usando a função modal G99. A taxa de alimentação é definida em mm / rot. A função G99 está ativa no estado inicial do sistema CNC. Ao cortar uma linha com o endereço F, é programado um passo de linha constante ou o passo inicial no caso de uma linha com um passo variável (crescente ou decrescente).

A função da ferramenta T é usada para selecionar e alternar a posição de uma torre equipada com uma ferramenta de corte. A função é programada no formato "T0A0B", onde A é o número da posição de destino da torre, B é o número do corretor para o raio da ferramenta. No processo de alternar a posição da torre, a ferramenta retorna ao ponto de referência, onde o disco da ferramenta da torre é girado na distância mais curta.

O modelo de simulação implementa a capacidade de usar rotinas internas e externas. As rotinas internas são colocadas no código principal do programa após as funções de término do programa M02 ou M30. A chamada do subprograma interno é realizada pela função M97 no formato:

M97 P_ L_

onde P é o número do quadro do início do subprograma interno, L é o número de chamadas para o subprograma interno.

Subprogramas externos são textos autônomos com cabeçalhos e numeração de quadros próprios. O modelo de simulação suporta cinco programas de controle externo em uma sessão. A chamada de subprogramas externos é realizada pela função M98 no formato:

M98 Pxxyyyy

onde xx é o número de chamadas do subprograma externo; aaaa é o número da rotina externa (por exemplo, 0005).

A conclusão das rotinas interna e externa com o retorno subsequente ao programa principal é realizada usando a função M99.

Outras funções auxiliares do sistema CNC incluem: funções para interromper a execução do programa de controle M00 / M01, funções para concluir o programa de controle M02 / M30, funções para ativar / desativar o fornecimento de fluido de corte MZ / M08 / M09 e funções para abrir / fechar portas automáticas M38 / M39. Essas funções podem ser programadas em blocos separados e em conjunto com outros comandos. Depois de executar as funções M02 e M30, o processo de simulação termina - a ferramenta é levada ao ponto de referência, a rotação do fuso é interrompida, os dispositivos periféricos são desligados.

Descrição do simulador de torneamento CNC

Descrição geral do produto

O simulador de torneamento em uma máquina CNC é implementado na forma de uma aplicação gráfica multiplataforma . Tipo de dispositivo de computação de destino e plataforma suportada: computador pessoal compatível com IBM executando os sistemas operacionais Microsoft Windows e Linux, computador pessoal Apple Macintosh executando o sistema operacional MacOS, dispositivos móveis baseados nos sistemas operacionais Android e iOS. Além disso, a execução do programa é possível em um ambiente de navegador da Web com suporte para a tecnologia HTML5 e suporte de hardware para gráficos 3D (tecnologia WebGL). O componente gráfico do software usa a base de componentes do OpenGL 2.0. A interface gráfica do usuário do programa é implementada em russo e inglês.

Requisitos mínimos de sistema para um dispositivo de computação:

Velocidade do clock da CPU: 1.6 GHz;
Capacidade de RAM: 1 GB;
capacidade de memória de vídeo: 512 MB;
resolução da tela: 1024 × 768 (para computadores desktop);
suporte para OpenGL versão 2.0;
teclado e mouse de computador padrão com roda de rolagem (para computadores de mesa);
meios de reprodução de som (alto-falantes, alto-falantes ou fones de ouvido).

Ao trabalhar com versões da Web do aplicativo, é recomendável usar o navegador MicrosoftEdge, que faz parte do sistema operacional Windows 10.

Formato de Dados do Usuário

Durante a instalação do produto de software no diretório "Documentos" padrão do sistema operacional, o diretório raiz dos projetos do simulador é criado, incluindo vários subdiretórios com exemplos de programas de controle. Por exemplo, no sistema operacional Microsoft Windows 10, o diretório Documents está localizado em: C: \ Users \ Current User \ Documents. A criação, renomeação e exclusão de arquivos e subdiretórios devem ser feitas usando o gerenciador de arquivos padrão do sistema operacional.

Os arquivos de projeto do simulador têm a extensão * .csdata. Para fins de otimização, a entrada / saída de dados de bytes é executada, portanto, não é possível abrir um arquivo de projeto em um editor de texto externo. A estrutura de bytes do arquivo é apresentada na tabela 3.

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Estrutura da GUI

O simulador é executado no modo gráfico em tela cheia. Os tamanhos dos elementos estruturais da interface gráfica variam de forma adaptativa, dependendo do formato (proporção) da tela. Assim, a execução do programa é possível em telas com diferentes proporções, ambas próximas a 1.0 (resoluções 1024x768, 1280x1024, etc.) e 2.0 (resoluções 1920x1080, 2160x1080, etc.).

A interação com elementos da interface gráfica é realizada usando um mouse de computador padrão (ao trabalhar em um computador desktop) ou por interação sensorial com a tela (ao trabalhar em um quadro interativo, tablet ou smartphone).

A tela principal do programa é representada por uma cena tridimensional, cujo objeto principal é um modelo gráfico poligonal de um torno colocado em um ambiente espacial condicional (Fig. 28).

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Figura 28 - Vista da tela principal do programa

Durante toda a sessão com o programa, uma barra de navegação é exibida no lado direito da tela. O primeiro botão (de cima para baixo) no painel foi projetado para abrir a caixa de diálogo de encerramento do programa. A caixa de diálogo de encerramento do programa exibe informações de aviso sobre uma possível perda de dados se o projeto atual não tiver sido salvo em um arquivo. O fechamento da tela de diálogo também é realizado pressionando repetidamente o botão correspondente no painel de navegação. O segundo botão do painel de navegação exibe a tela de diálogo do gerenciador de arquivos embutido (Fig. 29). Os elementos dessa tela de diálogo são três botões dispostos verticalmente: "Novo projeto", "Abrir projeto" e "Salvar projeto". O primeiro botão de função (de cima para baixo) redefine todos os parâmetros do projeto atual para os valores padrão.Esta ação é acompanhada por um diálogo de confirmação adicional. O segundo botão exibe os elementos do sistema de arquivos na representação mais tradicional (Fig. 30).

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Figura 29 - Tela de diálogo do gerenciador de arquivos embutido A

lista de diretórios é apresentada na parte esquerda da caixa de diálogo de abertura de arquivo. O diretório raiz é criado no sistema durante a instalação do programa. Diretórios localizados acima da hierarquia raiz não são acessados através do gerenciador de arquivos interno.

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Figura 30 - A caixa de diálogo para abrir um arquivo de projeto

O lado direito da caixa de diálogo para abrir um arquivo mostra uma lista de arquivos no diretório ativo atual. Os arquivos são filtrados por extensão correspondente ao tipo de arquivo de programa (arquivos com uma extensão diferente não são exibidos na lista).

A navegação na estrutura de diretórios é realizada com um único clique do mouse (ou um único clique na tela de toque) no nome do diretório na lista. O retorno ao nível hierárquico superior é realizado clicando na linha vazia superior com o ícone correspondente (Fig. 31).

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Figura 31 - Imagem da linha de retorno para o nível superior dos diretórios.O

arquivo é selecionado com um único clique semelhante no nome do arquivo na lista à direita. O nome do arquivo selecionado é exibido em verde brilhante (Fig. 32).

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Figura 32 - Destacando o nome em cores ao selecionar um arquivo:

Diretórios e listas de arquivos são equipados com barras de rolagem verticais e horizontais, permitindo que você coloque qualquer número de itens da lista em um campo de tamanho fixo.

O terceiro botão na tela de diálogo do gerenciador de arquivos exibe uma caixa de diálogo para salvar arquivos, semelhante à caixa de diálogo aberta, mas equipada com uma caixa de texto para inserir o nome do arquivo (Fig. 33).

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Figura 33 - Tela de diálogo para salvar um arquivo de projeto

O campo de texto localizado na parte superior da tela é destinado à entrada do teclado com o nome do arquivo. Se você trabalha em um dispositivo sem teclado físico, deve usar um teclado virtual, que é um componente do sistema operacional ou de um aplicativo em segundo plano independente. Digite o nome do arquivo sem extensão. Ao inserir texto em um campo, apenas texto e caracteres numéricos são suportados. O comprimento máximo do texto de entrada é de 128 caracteres. Se você deseja sobrescrever um arquivo de projeto existente, selecione-o na lista de arquivos. Nesse caso, o nome real do arquivo selecionado será exibido no campo nome do arquivo.

A confirmação (ou cancelamento) da ação nas telas de diálogo para abrir e salvar arquivos é realizada usando os botões correspondentes localizados no canto inferior direito da tela.

O terceiro botão do painel de navegação exibe a caixa de diálogo para definir os parâmetros da peça (Fig. 34).

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Figura 34 - Tela de diálogo para definir parâmetros em branco

Os principais elementos da tela de configurações em branco são o campo de referência dimensional e o painel de parâmetros em branco. O campo de referência dimensional mostra a área de trabalho do torno com uma vista superior. O desenho condicional mostra as principais partes móveis da máquina: um mandril de três garras, torre e cabeçote móvel (para peças longas). Usando os botões apropriados para aumentar / diminuir os valores numéricos dos quatro primeiros parâmetros (no painel direito), são definidas as principais dimensões da peça de trabalho e seu afastamento do mandril (tabela 4).

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Os parâmetros L1 e L2 são as dimensões fixas do mandril de três garras, que são separadas do ponto zero da máquina indicado pela letra M. O parâmetro L3 representa a saliência real da peça de trabalho e depende dos parâmetros L, D e L4 definidos pelo usuário.

O grupo de dez parâmetros localizado na parte inferior do painel direito destina-se a alterar os valores das correções de zero da máquina ou, em outras palavras, para posicionar os zeros W2–6 de cinco sistemas de coordenadas de trabalho adicionais, a alternância entre eles é realizada programaticamente usando as funções correspondentes G55 - G59. As coordenadas dos zeros de sistemas de coordenadas adicionais são contadas a partir do ponto zero da máquina. O sistema principal de coordenadas de trabalho com zero W1 está sempre posicionado na extremidade direita da peça, fixada no mandril, levando em consideração a tolerância para usinagem de face primária L5. Os sistemas de coordenadas de trabalho e seus zeros são mostrados no desenho com eixos coloridos e ícones correspondentes (Fig. 35).

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Figura 35 - Fragmento de um desenho da referência dimensional da peça

Junto com a peça de trabalho, uma torre com uma ferramenta instalada é mostrada no campo do desenho de referência dimensional. Se a torre estiver equipada com uma ferramenta axial, o desenho mostra simultaneamente uma broca com um alcance longitudinal nominal de Zm e uma fresa para usinagem externa com um alcance lateral nominal de Xm (Fig. 36.a). Ao usar ferramentas apenas para usinagem externa, a ferramenta axial não é mostrada no desenho (Fig. 36.b).

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Figura 36 - Várias opções de configuração da torre ao usar uma ferramenta axial (a) e sem usar uma ferramenta axial (b)

A posição de referência da torre é determinada de modo que uma ferramenta teórica com balanços nominais Zm e Xm possua recuos longitudinais Z 'e transversais X' seguros a partir do canto inferior direito do contorno da peça no plano. As margens de segurança Z 'e X' não são ajustáveis e são 30 mm.

Ao definir as dimensões da peça de trabalho, a conformidade com as condições de pré-carregamento de peças longas pelo centro traseiro é automaticamente controlada. Portanto, se o valor de correção L3 exceder 3 diâmetros da peça, a pena do cabeçote móvel com o centro traseiro instalado nela é exibida no campo de desenho. Ao alterar a configuração da peça após a primeira usinagem, a máquina não é reajustada em relação à ligação da peça e aos zeros dos sistemas de coordenadas de trabalho.

O quarto botão do painel de navegação exibe a caixa de diálogo para definir os parâmetros da ferramenta (Fig. 37). No lado esquerdo da tela, há uma lista (catálogo) de ferramentas, incluindo 185 nomes de várias ferramentas para processamento externo e interno de peças. Cada item da lista começa com um ícone de ferramenta interativa que descreve o formato da placa e as instruções recomendadas para os feeds. À direita do ícone da ferramenta, encontra-se um número de série e uma breve descrição em texto da ferramenta, incluindo suas características geométricas e o tipo de torneamento em que é recomendado o uso dessa ferramenta. A lista de ferramentas possui uma barra de rolagem vertical.

No lado direito da tela de configurações de parâmetros da ferramenta, uma linha de células quadradas com números de série de 1 a 8 está localizada na parte superior, o que corresponde às posições da torre.

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Figura 37 - Tela de diálogo para definir os parâmetros da ferramenta

Para definir a ferramenta na posição desejada da torre, você deve passar o mouse sobre o ícone com a imagem da ferramenta na lista, pressione o botão esquerdo do mouse e mantenha-o pressionado, mova o ícone para uma célula livre na parte superior direita da tela e solte o botão do mouse. Se a ferramenta se mover para uma posição já ocupada, ela será automaticamente retornada ao catálogo. Ao trabalhar em um dispositivo com uma tela sensível ao toque, o movimento dos ícones da ferramenta é realizado de maneira semelhante, tocando continuamente na tela e movendo-se pela tela.

A ferramenta instalada é retornada ao catálogo por um movimento semelhante do ícone. Nesse caso, basta mover o ícone da ferramenta retornada para qualquer área do campo da lista de ferramentas.

Para reorganizar uma ferramenta já instalada de uma posição para outra (livre ou ocupada por outra ferramenta), basta mover o ícone dentro do bloco de posição da torre. Se, ao mesmo tempo, a célula na qual a ferramenta se move já estiver ocupada por outra ferramenta, essas ferramentas serão trocadas.

Abaixo do bloco de posições da cabeça da torre está um desenho da referência dimensional da ferramenta, mostrando o modelo da ferramenta e do equipamento em planejamento, os valores reais dos voos longitudinais e transversais, bem como o diagrama geométrico da inserção da ferramenta no plano.

A posição do ponto zero da ferramenta, indicada pelo ícone correspondente, não pode ser alterada e corresponde ao centro do furo no plano da superfície frontal da torre.

As partidas da ferramenta podem ser alteradas dependendo do tipo de ferramenta, usando os botões para aumentar / diminuir o valor do deslocamento localizado na parte inferior direita do campo de desenho de referência da cota (Figura 38). Para ferramentas externas, o deslocamento lateral ao longo do eixo X muda para um lado menor e, para ferramentas axiais, o deslocamento longitudinal ao longo do eixo Z muda para um lado maior ou menor.

A configuração das partidas da ferramenta é um dos estágios da instalação da máquina. Reduzir o alcance das ferramentas axiais, aprofundando-as na cavidade do equipamento tecnológico (e, consequentemente, a torre) permite expandir os limites do espaço de trabalho da máquina ao usinar a superfície externa perto do cartucho, desde que as ferramentas axiais e as ferramentas de processamento externo estejam fixadas na torre.

A alternância entre as ferramentas instaladas na torre é realizada usando os botões "esquerdo" / "direito" correspondentes, localizados no canto superior direito do campo de desenho de referência dimensional. Os principais parâmetros geométricos da ferramenta são exibidos na parte inferior do desenho.

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Figura 38 - Vista em desenho da referência dimensional da ferramenta A

ferramenta axial não é usada no caso de pré-carregamento da peça de trabalho pelo centro traseiro. Além disso, se a torre estiver pré-equipada com uma ferramenta axial e as dimensões da peça de trabalho forem alteradas em segundo lugar, como resultado do envolvimento do centro traseiro, a ferramenta axial retornará automaticamente ao catálogo. Para evitar essa situação, a torre deve ser concluída após o ajuste dimensional da peça de trabalho.

O quinto botão do painel de navegação exibe na tela principal do simulador um editor de texto embutido de programas de controle (Fig. 39). O editor de texto possui na parte superior um painel de botões funcionais necessários para trabalhar com o código do programa de controle da máquina. A parte principal do editor de texto é ocupada por um campo de texto equipado com barras de rolagem verticais e horizontais. O botão para mostrar / ocultar o teclado virtual está localizado na parte inferior direita do editor.

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Figura 39 - Vista da tela principal do simulador com um editor aberto de programas de controle A

digitação em um campo de texto pode ser realizada usando teclados físicos e virtuais (Fig. 40).

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Figura 40 - Teclado virtual para digitar no editor de código

As operações básicas de edição de texto no editor de código são semelhantes às operações de edição de texto no editor de texto padrão do Bloco de Notas do sistema operacional Microsoft Windows. O editor permite realizar operações padrão de edição de texto, incluindo a transferência de dados pela área de transferência do sistema (copiar, recortar e colar fragmentos de texto). A seleção de fragmentos de texto é realizada de três maneiras, incluindo operações com as teclas do cursor do teclado físico (com a tecla Shift pressionada), os botões do mouse e a interação do toque com a tela (usando o botão especial Selecionar Iniciar no teclado virtual).

O painel de botões funcionais de um editor de texto inclui 8 botões (Fig. 41), cujo status da atividade depende do estado atual do processo de simulação, bem como da presença do fragmento de texto selecionado.

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Figura 41 - Painel de botões funcionais do editor de código

Se nenhum fragmento for selecionado no texto do programa de controle, o botão Copiar (1) possui uma inscrição adicional “ALL”. Isso significa que, quando você clicar nesse botão, todo o texto do programa de controle será copiado para a área de transferência. Caso contrário (se houver um fragmento de texto selecionado), apenas o texto selecionado será copiado para a área de transferência. O botão “Recortar” (2) é ativado quando há um fragmento selecionado de texto. Quando você clica nesse botão, uma operação de cópia padrão é executada com a remoção subsequente do fragmento selecionado do texto. O botão Colar (3) é ativado quando houver texto na área de transferência. A inserção está na posição do cursor oscilante (carro). Se um fragmento for selecionado no texto, esse fragmento será substituído.O botão "Excluir" (4) foi projetado para excluir instantaneamente todo o texto do programa de controle com confirmação. Os botões Iniciar, Pausa, Parar (5-7) são usados para controlar o processo de simulação. Para iniciar a execução do programa de controle, você deve clicar no botão "Iniciar". Durante a simulação, a edição do programa de controle não está disponível. O botão "Diretório de códigos usados" (8) destina-se a exibir na tela uma lista de códigos G / M usados com uma breve descrição de seu formato.O botão "Diretório de códigos usados" (8) destina-se a exibir na tela uma lista de códigos G / M usados com uma breve descrição de seu formato.O botão "Diretório de códigos usados" (8) destina-se a exibir na tela uma lista de códigos G / M usados com uma breve descrição de seu formato.

Abaixo do painel de botões funcionais do editor de texto dos programas de controle, existem 5 guias interativas com os nomes dos programas de controle do projeto atual. Utilizando essas guias, é realizada a alternância entre programas de controle. Quando o processo de simulação é iniciado, o programa de controle aberto atual é executado.

No lado esquerdo da tela principal do simulador, existem botões de função adicionais (Fig. 42) que são responsáveis por várias configurações do programa.

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Figura 42 - Botões funcionais adicionais da tela principal do programa

O botão “Sobre o programa” (1) exibe na tela informações sobre a versão atual do programa, informações de contato do desenvolvedor e informações licenciadas. O botão "Alternar idioma" (2) é usado para alternar as configurações de idioma da interface gráfica do programa. Dependendo do idioma atual, a imagem no botão muda. Por padrão, após a instalação, o programa é executado em inglês. O botão “Ligar / desligar o som” (3) é usado para ligar / desligar o acompanhamento sonoro do processo de simulação. O botão "Alternar o modo gráfico" (4) é usado para alternar o modo de exibição do modelo 3D da máquina e do ambiente. Nesse caso, dois modos de exibição estão disponíveis - o modo alto poli (ativado por padrão) e o modo baixo poli, projetado para ocultar elementos gráficos secundários.No modo low-poly, o modelo geométrico da máquina é significativamente simplificado e é mostrado em blocos translúcidos monocromáticos. Nesse modo, as texturas gráficas não são exibidas, não há imitação do ambiente, fluidos de corte e lascas. O modo baixo poli é usado se for necessário concentrar a atenção do usuário no contorno da peça e nos caminhos da ferramenta. Dependendo do modo gráfico atual, a imagem no botão muda. O botão “Ativar / desativar a geometria 2D” (5) é usado para ativar / desativar as construções geométricas bidimensionais no espaço tridimensional do simulador. A geometria 2D refere-se a elementos gráficos, como eixos de coordenadas, ícones de ponto zero e os contornos da peça e da ferramenta.Ao processar superfícies internas de uma peça (perfuração e mandrilamento), exibir um contorno 2D de uma peça em toda a extensão contribui para o controle visual do processamento de superfícies internas. O botão “Trajetórias da ferramenta On / Off” (6) é usado para ativar / desativar a função de exibir caminhos da ferramenta e brocas no plano de corte. O cálculo da trajetória de movimento de cada ferramenta instalada na torre é realizado a partir do momento em que a simulação é iniciada até sua conclusão. Trajetórias são mostradas por linhas coloridas sólidas.O botão “Trajetórias da ferramenta On / Off” (6) é usado para ativar / desativar a função de exibir caminhos da ferramenta e brocas no plano de corte. O cálculo da trajetória de movimento de cada ferramenta instalada na torre é realizado a partir do momento em que a simulação é iniciada até sua conclusão. Trajetórias são mostradas por linhas coloridas sólidas.O botão “Trajetórias da ferramenta On / Off” (6) é usado para ativar / desativar a função de exibir caminhos da ferramenta e brocas no plano de corte. O cálculo da trajetória de movimento de cada ferramenta instalada na torre é realizado a partir do momento em que a simulação é iniciada até sua conclusão. Trajetórias são mostradas por linhas coloridas sólidas.

Também na tela principal do programa são exibidas informações textuais adicionais: o número da configuração atual da peça, o tempo atual da simulação, as coordenadas do ponto calculado do cortador e os parâmetros do modo de processamento em alta velocidade. Se o editor de texto dos programas de controle for fechado durante a simulação, os botões para controlar o processo de simulação “Iniciar”, “Pausar”, “Parar” e a linha do quadro atualmente executado são exibidos na parte superior da tela principal (Fig. 43).

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Figura 43 - Elementos adicionais da tela principal do programa durante a simulação com um editor de texto fechado

Após o processamento da peça da primeira instalação, um botão adicional para alterar a instalação é exibido no lado esquerdo da tela principal (Fig. 44.a). Após alterar a configuração do primeiro para o segundo contorno da peça, ela é espelhada em relação ao centro de massa da peça de trabalho original na direção do eixo Z, e a tela exibe três botões adicionais para deslocamento longitudinal da peça (Fig. 44.b). Pressionar o botão 1 leva a um deslocamento longitudinal discreto da peça para a esquerda (em direção ao ponto zero da máquina). Pressionar o botão 2 desloca a peça para a direita. O botão 3 é usado para redefinir os deslocamentos especificados da peça. Deve-se ter em mente que a peça de trabalho não é referenciada novamente (o local das compensações zero é salvo da configuração anterior).

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Figura 44 - Botões adicionais para definir a configuração da peça

A recuperação da caixa de diálogo dos parâmetros da peça de trabalho após a usinagem da peça desde a primeira configuração inicia a caixa de diálogo para confirmar a redefinição das alterações no contorno da peça.

Na parte inferior da tela principal do programa, as informações do sistema sobre os recursos são exibidas em letras pequenas: o valor atual da frequência do quadro (quadro por segundo), a quantidade de memória de vídeo usada em megabytes, o número de facetas poligonais exibidas na tela por vez, o número de desenhos carregados na memória, o número de sprites gráficos usados e o tempo renderizações de um quadro de tela cheia em segundos.

No canto inferior esquerdo da tela principal, há um botão para alternar o modo de câmera virtual (Fig. 45). O botão mostra o número do modo de câmera alvo (próximo) para o qual a tela será alternada. No total, são fornecidos 5 modos de operação da câmera.

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Figura 45 - O botão para alternar o modo de câmera virtual em várias opções de exibição

O modo de câmera virtual nº 1 é controlável. Nesse caso, a câmera se move em um sistema de coordenadas esféricas em torno do ponto de foco (Fig. 46). O ponto de foco da câmera pode ser movido no plano frontal vertical do espaço do modelo. Além disso, a câmera pode se distanciar do ponto de foco até uma distância arbitrária limitada pelas dimensões do espaço.

As principais manipulações com a câmera no modo nº 1 são realizadas usando um mouse de computador (o controle de toque é descrito abaixo). Ao mesmo tempo, pressionar e segurar o botão esquerdo do mouse com o movimento correspondente do mouse move o ponto de foco da câmera no plano frontal do espaço. Pressionar e segurar o botão direito do mouse com o movimento do mouse associado gira a câmera em relação ao ponto de foco. Os ângulos de rotação (azimute e elevação) da câmera são limitados pelas dimensões do espaço do modelo. A alteração da distância da câmera é realizada girando a roda de rolagem nas direções para frente e para trás.

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Figura 46 - Diagrama de controle da câmera no modo No. 1

À direita do botão de alternância do modo de câmera (no modo No. 1), o botão para desativar o controle da câmera com o mouse é exibido (Fig. 47.a).

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Figura 47 - Botão para alternar o modo da câmera virtual em várias opções de exibição

Ao desativar o controle da câmera com o mouse, um grupo de botões de alternância (Fig. 47.b) é exibido na parte inferior da tela principal para executar o controle de toque da câmera no modo n ° 1. O botão 1 ativa a operação de mudar o ponto de foco da câmera, o botão 2 - a operação de girar a câmera em relação ao ponto de foco e o botão 3 - a operação de alterar a distância da câmera ao ponto de foco, respectivamente. As manipulações são realizadas interagindo com a tela de toque.

Os modos de câmera nº 2-5 foram projetados para posicionar a câmera em um ponto de ângulo fixo. O modo nº 2 posiciona a câmera acima da parte superior do instrumento atual (vista superior). As distorções da câmera em perspectiva são desativadas neste modo (a projeção ortogonal é usada). No modo nº 3, a câmera opera em isometria. Os modos 4 e 5 fixam a câmera em dois pontos de vista adicionais.

Todas as configurações do programa, incluindo a posição da câmera, são salvas ao desligar.

O simulador não simula software específico do sistema CNC. O painel de controle da máquina é representado por uma exibição condicional na qual as principais informações tecnológicas são exibidas durante a simulação (Fig. 48). As coordenadas atuais do ponto calculado do cortador ao longo dos eixos X e Z são apresentadas na parte superior esquerda da tela. Essas são as coordenadas do ponto programável que estão no caminho da ferramenta no momento atual. No estado inicial, esses valores são apresentados em milímetros. Ao alterar programaticamente o sistema de medição, as coordenadas (assim como o valor da alimentação) são exibidas em polegadas. As unidades são exibidas à direita das coordenadas numéricas. Todos os movimentos laterais são programados para o diâmetro da peça de trabalho. Portanto, os eixos de coordenadas X e Z têm escalas diferentes.

Os parâmetros tecnológicos atuais são exibidos (em amarelo) na parte inferior esquerda da tela: velocidade do spindle S (rpm), velocidade de avanço F (mm / min) e número atual da posição da torre T.

Existem 6 células no canto inferior direito da tela para exibição funções modais ativas do sistema CNC. Da esquerda para a direita, as seguintes funções são exibidas nas células: sentido de rotação do spindle M03 / M04, operação do sistema de refrigeração M07 - M09, sistema de coordenadas de trabalho atual G53 - G59, tipo de avanço de trabalho G98 / G99 e tipo de interpolação G00 - G03.

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Figura 48 - Aparência da exibição do sistema de controle do modelo de simulação da máquina

Perspectivas de desenvolvimento do projeto

As perspectivas imediatas para o desenvolvimento do projeto apresentado incluem várias tarefas.

Tarefa nº 1: expandir a funcionalidade do produto de software em termos de tecnologia de torneamento, incluindo: preparação automatizada de um mapa tecnológico e de cálculo do produto processado, um sistema para controlar o tamanho do produto em todas as etapas da simulação do processo, compatibilidade dos formatos dos programas de controle e suporte aos padrões dos pacotes CAD / CAM existentes .

Tarefa n.º 2: realização da possibilidade de configuração do usuário da máquina simulada, incluindo: seleção do tipo de layout dos principais componentes da máquina, seleção e alteração de tipos de equipamentos e ferramentas tecnológicas, simulação das etapas de configuração da máquina para operações tecnológicas específicas.

Tarefa nº 3: expandir a funcionalidade em termos de controle numérico da máquina, incluindo: suporte a sistemas CNC adicionais, simulando a interface do painel de controle de sistemas CNC específicos, implementando recursos de programação macro e programação de diálogo das operações tecnológicas.

Tarefa nº 4: implementação de um modelo físico e matemático do processo de torneamento, levando em consideração as propriedades dos materiais, e construindo com base em um componente de um sistema especialista que se comunica com o usuário na forma de recomendações e orientações corretivas.

Tarefa nº 5: modificação do algoritmo de conformação da peça, que permite simular operações de fresagem usando a ferramenta de acionamento apropriada.

Juntamente com as principais tarefas listadas, é necessário introduzir várias otimizações na funcionalidade geral do produto de software.

Conclusões e Conclusões

Até o momento, os resultados alcançados para o projeto cumprem plenamente as metas e objetivos estabelecidos no início do trabalho. O produto de software foi testado no processo educacional com base em várias organizações educacionais, incluindo a Universidade Tecnológica do Estado de Maikop, a ANO "UTsDPO CityMasterov-NN" e a Universidade Central de Queensland (CQUniversity, Austrália). As versões móveis do aplicativo estão sendo testadas entre usuários particulares pelas plataformas GooglePlay e AppStore . A expansão da funcionalidade em termos da implementação das tarefas em perspectiva acima melhorará os indicadores de desempenho do produto de software e aumentará sua competitividade em geral.

Lista bibliográfica

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3. Abramova O. F. - Análise comparativa de algoritmos para remover linhas e superfícies invisíveis que trabalham no espaço da imagem / O.F. Abramova, N.S. Nikonova // NovaInfo. Ciência técnica. 2015. No. 38-1.

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Modelo de simulação do processo de processamento de material cortando um torno CNC