Останавливаться на подробном описании текущей среды разработки управляющего модуля не будем, так как существуют множество учебных пособий и справочников по работе в BorlandC++ Builder. При создании комплекса использовались материалы учебников [3],[5] и [6].
Также при разработке, написании и усовершенствовании программного комплекса использовались ранее полученные навыки и статьи из сети Интернета, взятые с источников [18], [17], а также с различных форумов.
При написании программ, как для контроллера, так и для модуля управления, немалое значение имел комплекс тестирования пакета PROTEUS - симулятор электронных устройств, поддерживает микроконтроллеры AVR, 8051, Microchip PIC10, PIC16, PIC18, Philips
ARM7, Motorola MC68HC11 [23], полная система проектирования. Возможность тестирования, начиная от идеи до результатов работы устройства и файлов для платы.
Большую роль в подобных системах играет успешное создание CAM-системы, предназначенной для решения задачи формирования управляющих программ для обработки деталей на станках с ЧПУ. То есть формирование управляющих блоков данных из исходной информации. В текущей работе, исходной информацией является файлы изображений, файлы векторных отверстий, которые необходимо конвертировать в требуемый формат команд.
В настоящее время CAM-система представляет собой сложный программный комплекс. За последнее десятилетие сменилось несколько поколений CAM-систем.
По мнению экспертов, современная отечественная CAM-система, способная противостоять лучшим западным образцам, должна иметь следующие характеристики [25].
1. Развитые средства импорта геометрических моделей.
Если представление геометрической модели в формате STL или VDA имеет определенные недостатки, связанные с точностью представления модели, а формат STFP еще не нашел должного распространения, то применение стандарта IGES вполне способно решить эту проблему. В настоящее время стандарт IGES является общепризнанным и обеспечивает передачу любой геометрической информации. Его поддерживают все современные системы автоматизированного проектирования.
2. Поддержка трехмерных объектов в NURBS-представлении.
Представление кривых и поверхностей в виде рациональных сплайнов, или NURBS обеспечивает высокую точность и компактность хранения данных. Кроме того, новейшие стойки ЧПУ будут иметь встроенные средства интерполяции по NURBS-кривым. По этой причине большинство существующих систем, работающих с аппроксимированными объектами, столкнется с необходимостью существенной доработки.
3. Поддержки трехмерных моделей любой сложности.
Современные CAM-системы позволяют создавать поверхностные и твердотельные модели высокой сложности (например, кузовные детали автомобиля). Обработка таких моделей возможна при отсутствии количественных и качественных ограничений в САМ-системе.
4. Средства доступа к элементарным объектам модели.
Реальная модель состоит из множества поверхностей. Система должна позволять оперировать отдельными поверхностями (или их группами), что необходимо для достижения оптимальных технологических решений.
5. Средства модификации геометрической модели.
Для обработки технологической оснастки используется геометрическая модель изделия. При этом зачастую необходимо модифицировать исходную модель. В оптимальном варианте система должна иметь полноценные средства ЗD-моделирования, однако выполнение этого требования существенно влияет на стоимость системы.
6. Функции построения вспомогательных геометрических объектов.
Оптимальная организация процесса обработки может потребовать выполнения операций над ограниченными зонами модели, или же, напротив, выделить «островки», для которых обработка запрещена. Система должна иметь средства, необходимые для построения контуров границ. Современные системы не имеют ограничений, как на количество таких границ, так и на их вложенность. Кроме того, контуры могут использоваться для управления траекторией движения инструмента.
7. Широкий спектр способов обработки.
Возможность выбора оптимального метода обработки позволяет существенно облегчить работу технолога и сократить время обработки на станке. В недалеком прошлом САМ-системы могли обходиться обработкой поверхности по изопараметрическим линиям. Сегодня модели, для которых этот способ применим, относятся к простейшим. Обработка реальных моделей требует наличия более сложных алгоритмов, обеспечивающих, например, перемещение инструмента вдоль кривых, полученных пересечением плоскостей с квазиэквидистантными поверхностями.
8. Автоматический контроль на подрезание.
Построение квазиэквидистантных поверхностей позволяет исключить зарезания при расчете траектории движения инструмента. Однако с точки зрения математического аппарата – это наиболее сложная часть программы, если не учитывать аппроксимированные модели.
9. Средства автоматической идентификации зон недоработки.
Наличие таких средств позволяет заметно облегчить работу технолога.
10. Развитые средства управления параметрами технологических операций.
Режим выполнения операции может существенно изменяться в зависимости от выбранных параметров. Многообразие средств настройки позволяет даже при небольшом количестве способов обработки получить большое число вариантов обработки. Однако большое количество настраиваемых параметров существенно усложняет освоение и использование системы, поэтому представляется необходимым наличие средств автоматического определения значений параметров технологической операции в зависимости от габаритов модели, метода обработки, инструмента и т.д.
11. Поддержка различных типов режущего инструмента.
Система не должна накладывать ограничений на форму используемого инструмента. Выполнение этого требования существенно усложняет алгоритмы построения траектории перемещения инструмента.
12. Средства моделирования процесса и результата обработки.
Система формирует модель обработанной детали и ее фотореалистичное изображение. Это позволяет технологу оперативно проконтролировать результаты работы и своевременно обнаружить ошибки.
13. Постпроцессор со средствами настройки на произвольный формат управляющей программы.
Задача трансляции данных из промежуточного формата (например, CLDATA) не является особенно сложной. Однако многообразие систем числового программного управления порождает проблему обеспечения совместимости с произвольным оборудованием. Средства настройки должны быть доступны на уровне пользователя.
14. Средства динамической визуализации.
Характерной чертой современных систем является наличие развитых средств визуализации трехмерной модели. Использование таких технологий, как OpenGL или DirectX, позволяет добиться скорости генерации до нескольких кадров в секунду без использования дорогих аппаратных ускорителей, что позволяет динамически управлять ракурсом и масштабом изображения. Для решения этой задачи необходимо выполнить триангуляцию исходной модели, что не всегда просто при условии поддержки широкого набора форм представления трехмерных объектов.
15. Современный пользовательский интерфейс.
Уровень современной системы во многом определяется организацией пользовательского интерфейса. При этом обширный функциональный состав входит в противоречие с организацией удобного доступа к средствам управления и превращает проектирование интерфейса в настоящее искусство. Серьезной проблемой старых систем становится поддержка многочисленных атавизмов пользовательского интерфейса.
Перечисленный набор требований не претендует на полноту, однако позволяет сформировать наиболее общее представление о современной системе.
Наиболее известными отечественными CAM-модулями являются системы SprutCAM, Компас-ЧПУ, Гемма-3D и др.
Использование подобных систем не рассматривается, так как за приобретение подобных систем следует внести немалые финансовые вклады, а также приобрести и технику, которая рассчитана именно под определенную CAM-систему, что тоже очень дорого. Поэтому было решено разработать собственную CAM– систему, которая будет удовлетворять требованиям для решения поставленной задачи.
Глава II. Реализация необходимых модулей управления станком ЧПУ
§2.1. Физическая модель аппаратной части
В первую очередь были проанализированы методы создания аппаратно-программного комплекса с ЧПУ. При конструировании механической части станка с ЧПУ были использованы детали, используемые в матричных принтерах. В частности это:
- направляющие с каретками;
- шаговые двигатели;
- силовые микросхемы управления ШД;
- соединительные разъемы и шлейфы.
Направляющие с каретками были переоборудованы вместо бронзовых втулок на маятниковые подшипники, так как перемещение на бронзовых втулках с необходимыми нагрузками не представляется возможным из-за силы трения и малой мощности ШД. Подшипники обеспечивают свободное перемещение по координатам Х и У даже при значительных нагрузках (см. Рис.2.1.1).
Рис. 2.1.1. – применение маятниковых подшипников для кареток перемещения.
Все детали были надежно закреплены на листе ДСП. Для обеспечения перемещения шпинделя станка по оси Z были использованы детали из обыкновенного CD привода, в котором применена червячная передача для перемещения лазера над диском (см. Рис.2.1.2.).
Рис.2.1.2. – применение деталей от CD привода для оси Z.