ShopMill/ShopTurn - Industry - Siemens

356

MECHANIK NR 5-6/2013

ShopMill/ShopTurn – efektywne programowanie technologiczne w sterowaniach CNC SINUMERIK 840D sl/828D Zapewne niejeden użytkownik nakładek technologicznych ShopMill/ShopTurn, które występują w sterowaniach CNC SINUMERIK 840D sl/828D, zadaje sobie pytanie, dlaczego tak wydajne narzędzia, przeznaczone do tworzenia programów sterujących do maszyn numerycznych, nie znalazły uznania wśród szerszego grona technologów i operatorów. Wprowadzone w 1997 r. nakładki ShopMill dla frezarek i ShopTurn do tokarek były początkiem programowania technologicznego, znacznie przybliżającego język komunikacji człowieka ze sterowaniem CNC do formy przewodnika technologicznego – podstawowego narzędzia komunikacji technologa z wydziałami produkcyjnymi, gdzie wytwarzano produkt. Jakże wygodne stało się przeniesienie przebiegu procesu technologicznego do sterowania CNC w formie bardzo zbliżonej do tej, którą opracowuje technolog – porozumiewa się i przekazuje jako dyspozycje w celu dalszego przetworzenia na kolejnych etapach (operacjach, zabiegach) produkcji. Nakładki technologiczne ShopMill/ShopTurn są bardzo przyjazne przy programowaniu obrabiarek, znajdują zastosowanie głównie w małych warsztatach, narzędziowniach i firmach produkcyjnych, czyli miejscach, które charakteryzuje bardzo duża zmienność produkcji przedmiotów, wiążąca się niejednokrotnie z zerwaniem dotychczasowego harmonogramu pracy maszyny. Stosowane są w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, w maszynach o zakresie 2 ÷ 5 osi. Wraz z rozwojem obrabiarek CNC zmieniał się obszar ich zastosowań. Pierwotnie maszyny te, głównie ze względu na cenę, wykorzystywane były do produkcji długoseryjnej i masowej, co umożliwiało ich szybką spłatę. Później ich zastosowanie przesunęło się z obszaru obróbki długich serii do produkcji małoseryjnej i jednostkowej. Pojawiło się zapotrzebowanie na programowanie technologiczne zdecydowanie szybsze i jednocześnie niewymagające dużych nakładów finansowych. Sterownik CNC SINUMERIK, wyposażony w nakładkę ShopMill/ShopTurn, umożliwia bardzo szybkie programowanie przedmiotu na maszynie. Ponadto przygotowanie programu sterującego można wykonać poza pulpitem maszyny dzięki zaimplementowaniu kernela (jądra systemu sterownika) do programu SinuTrain (obecna wersja to SinuTrain dla Sinumerik Operate V4.4 Ed.2). Sam kernel sterownika napisany został w programie Linux, co umożliwiło uzyskanie doskonałej stabilności pracy, charakterystycznej dla systemów uniksowych. Innym powodem małej popularności programowania poprzez ShopMill/ShopTurn jest szeroko rozpowszechnione używanie G-code – kodu sterującego do maszyn CNC. G-code – sposób zapisu przemieszczeń i funkcji, wywodzący się jeszcze z początków sterowania pracą obrabiarek, nie jest dla człowieka naturalnym sposobem komunikacji. Wykorzystywano go z racji jego uniwersalności i szerokiego zastosowania. Znajomość kodu na poziomie podstawowym wystarcza bowiem do programo-

Programowanie technologiczne* Programowaniem technologicznym obrabiarek sterowanych numerycznie nazywam naturalne zaimplementowanie przebiegu technologicznego (efektu pracy technologa) w układzie sterowania obrabiarki CNC. Przebieg technologiczny jest sporządzony w taki sposób, aby wystąpiły w nim wszystkie wielkości potrzebne do zdefiniowania cyklu wykonującego dany zabieg czy operację obróbkową. Taki zapis jest wspomagany już na etapie przyporządkowania do zabiegu danego narzędzia, które – przy wprowadzaniu do magazynu narzędzi w sterowaniu – otrzymuje różne cechy geometryczno-technologiczne, takie jak długość, odsadzenie/średnicę, promień ostrza, wielkość płytki, kąt nachylenia i wierzchołkowy, kierunek obrotów wrzeciona oraz włączenie chłodziwa. Następnie narzędzie to jest przyporządkowane w momencie wywołania do danego cyklu obróbkowego (dostępne tylko w ShopTurn, ShopMill). W parametrach cyklu określane są: szybkość skrawania (prędkość obrotowa), posuw i inne elementy technologiczne, co powoduje zamknięcie technologii bez wychodzenia poza cykl! Takie rozwiązanie umożliwia pisanie programu bez sięgania do G-code. * (pojęcie zdefiniowane dla potrzeb tego artykułu)

wania prawie każdej maszyny CNC. Niestety, rzadko bywa wydajne w porównaniu ze wspomaganym komputerowo programowaniem technologicznym. Operatorzy i technolodzy zaczynają od nauki G-code i w tym kodzie programują później maszyny, unikając innych metod wprowadzania zmian w programach technologicznych. W tym należy upatrywać przyczyny braku powodzenia nakładek ShopMill/ShopTurn, mimo dużych możliwości ich zastosowania. Niektóre firmy zaczynają już używać kodu zmodyfikowanego (np. dialogowego). Pozwala on na szybszą interpretację przy wdrożeniu. Powszechną praktyką jest wprowadzanie cykli (podprogramów zapisanych w sterowaniu), jako krótkich programów opisujących poszczególne typy obróbki, np.: wiercenie, toczenie, rozwiercanie lub nawet złożone rodzaje obróbki ze zmianą danych geometrycznych, czy też wielkości naddatków, w tym naddatków pozostawionych przez poprzednie narzędzie.


357

transformację TRANSMIT do obróbki czoła. Rys. 3 przedstawia zapis dwóch programów zamieszczonych obok siebie – po lewej program napisany w ShopTurn, po prawej w G-code (program Guide). Można odnieść wrażenie, że te dwa programy nie różnią się. Zarówno w ShopTurn, jak i w G-code pełnią tę samą funkcję, a mianowicie skupiają instrukcje w grupy zabiegów technologicznych, dających się łatwo pogrupować w podobne lub związane ze sobą sekcje. Na końcu poszczególnych nazw grup (nazwę je klamrami) podany jest w minutach czas wykonania poszczególnych zabiegów. Po otwarciu takiej klamry ukazuje się wewnętrzny, merytoryczny zapis części programu. Rys. 1. Miejsca powstawania kodu dla maszyn CNC

Następnym powodem silnej pozycji G-code w programowaniu obrabiarek CNC jest wykorzystywanie go jako produktu wyjściowego postprocesora po obróbce w środowisku CAD/CAM, gdzie właściwie każda część konstruowana w CAD (np. Solid Edge czy NX CAD) może być poddana przetworzeniu technologicznemu w CAM (np. NX CAM). Powstaje wówczas G-code generowany przez komputer, którego wielkość może wynieść kilka tysięcy linijek. Człowiek może go sprawdzić jedynie poprzez symulację pracy danej obrabiarki wirtualnej (NX CAM), w oparciu o kod wyprodukowany właśnie przez jej postprocesor!

Rys. 3. Przykład programu w ShopTurn (po lewej) i G-code (po prawej)

Na rys. 4 pokazana jest po obu stronach zawartość klamry dla zabiegu . W ShopTurn (po lewej stronie) program ma wpisaną tylko jedną instrukcję cyklu „Kieszeń prostokątna, obróbka zgrubna”. Jest to typowa instrukcja programowana technologicznie. Po prawej stronie widoczny jest natomiast szereg instrukcji napisanych w G-code, które krok po kroku definiują zachowanie obrabiarki, począwszy od deklaracji narzędzia, poprzez definicję prędkości i kierunku obrotu wybranego wrzeciona, jego ustawienie kątowe, transformację przestrzeni obróbkowej, wysterowanie narzędzia na-

Rys. 2. Przykład obrobionego przedmiotu

Omówiony zostanie przykład programu w G-code i w ShopTurn dla przedmiotu przedstawionego na rys. 2. Z technologicznego punktu widzenia przedmiot ten jest ciekawy ze względu na zabiegi frezarskie, realizowane na tokarce z narzędziami napędzanymi. Zastosowano tu

Rys. 4. Rozwinięcie zabiegu

358


Rys. 5. Kontury BLANCO i TERMCO na tle obrabianego przedmiotu

Rys. 6. Nagłówek w programie ShopMill

pędzanego i jego przejazdy. Przy konfrontacji tych zapisów widoczna jest siła programowania technologicznego z użyciem nakładki technologicznej, która jedną, kompleksową linią zastępuje kilkanaście instrukcji w G-code, niejednokrotnie trudnych do interpretacji. Wielką zaletą SINUMERIK Operate jest możliwość natychmiastowego sprawdzenia napisanego kodu, nawet tylko po jednej zapisanej linii, poprzez symulację graficzną. W ShopMill/ShopTurn dodatkowym ułatwieniem w interpretacji wprowadzonych danych są rysunki konturów: BLANCO (blanc contour – kontur przygotówki) i TERMCO (terminate contour – końcowy kontur obrabianego przedmiotu). Narysowane żółtym kolorem zarysy konturu na tle obrabianego przedmiotu (rys. 5) pomagają śledzić poprawność wprowadzonych danych, tym bardziej że naddatek pozostawiony pomiędzy konturami może być zdejmowany automatycznie, kilkoma narzędziami używanymi jedno po drugim, poprzez sukcesywne skrawanie pozostałości po obróbce poprzednim narzędziem. System zapamiętuje kontur niekompletnie zdjętego naddatku i traktuje go w dalszym przebiegu programu jako kontur przygotówki (zapisuje go w kartotece TEMP po fizycznym wykonaniu przedmiotu). Poprawność związania konturów ze sobą sygnalizowana jest poprzez klamerkę łączącą poszczególne ikony symbolizujące kontury. Na zakończenie kilka zdań na temat sztandarowej instrukcji, rozpoczynającej programowanie technologiczne

w ShopMill/ShopTurn, tj. „Nagłówka programu”. Jest to pierwsza instrukcja, wprowadzana zaraz po jego otworzeniu. Ta oraz kolejna – „Koniec programu”, stanowią kompletny program. Jego nagłówek określa przygotówkę do symulacji (w G-code czyni to instrukcja WORKPIECE) i wprowadza pierwsze, ważne dane. Dla programów tokarskich możliwe jest tutaj wprowadzenie wielkości odsunięcia czoła przedmiotu obrabianego od czoła uchwytu bezpośrednio przed obróbką (co pozwala zaoszczędzić kłopotliwego ustawiania – w osi Z – przesunięcia punktu zerowego) oraz innych danych dotyczących punktów przesunięć bezpiecznych narzędzia podczas pracy i zjazdu na punkt wymiany. Informacje te posłużą później do wprowadzenia automatyki przejazdów pomocniczych w programie, o które programujący w G-code musi zadbać samodzielnie, umieszczając je w swoim programie. Zwiększa w ten sposób ryzyko wystąpienia kolizji. Z kolei nagłówek programów frezarskich (rys. 6) określa typowe dane tego rodzaju obróbki. Oprócz nich wskazuje również – dla symulacji funkcję przygotowawczą dla punktu przesunięcia zerowego – płaszczyznę obróbki, wycofania, odstęp bezpieczny i kierunek obróbki, co później – przy podanej geometrii przesunięcia frezu, umożliwi skierowanie automatyczne narzędzia względem ścianki do góry (przodu) lub do dołu (tyłu). Mgr inż. Jan Aleszczyk – TOCK-AUTOMATYKA www.tock.pl

Zainteresowanym tematyką programowania technologicznego polecam zarejestrowanie się, ściągnięcie i testowanie (przez 60 dni) programu SinuTrain Operate* V4.4 Ed.2 ze strony http://www.cnc4you.siemens. com/cms/website.php?id=/en/cnc-downloads/trial-sinutrain-download –44-ed2.htm * SinuTrain Operate – symulator sterowania SINUMERIK na komputerze PC.

Osoby zainteresowane materiałami informacyjnymi, licencjami, szkoleniami w omawianym zakresie prosimy o kontakt na skrzynkę e-mailową: [email protected] Firma Siemens, dział Motion Control, dziękuje firmie TOCK-AUTOMATYKA KRZYSZTOF TOCZYDŁOWSKI i mgr. inż. Janowi Aleszczykowi za przygotowanie powyższego artykułu i promocję nakładek technologicznych ShopMill/ShopTurn

Siemens Sp. z o.o. I DT MC ul. Żupnicza 11, 03-821 Warszawa tel. 22 870 91 72 www.siemens.pl/sinumerik