Специальный раздел Раздел 6 Классификация станков с ЧПУ • Классификация станков с ЧПУ — группировка станочных приборов с числовым программным управлением по характерным для них признакам. • Задача классификации состоит в том, чтобы упростить пользователям поиск оборудования, необходимого для осуществления их целей. • Станки с числовым программным управлением представлены сотнями различных моделей, имеющими свою особенность. Для их разделения не существует единой классификации. Виды классификаций Наиболее важными факторами, от которых зависят виды классификации, являются: • • • • • • • • характер выполняемой работы; показатель точности; степень универсальности; размещение шпинделя; вес; габариты; уровень автоматизации; предназначение. Классификация станков с ЧПУ • По характеру выполняемых работ: токарные, фрезерные, сверлильные, координатно-расточные, шлифовальные, электроэрозионные, листогибочные, дыропробивные и др. • По степени универсальности: универсальные (для обработки деталей широкой номенклатуры), специализированные (для обработки однотипных деталей в определенном диапазоне размеров), специальные (для обработки одной определенной детали, реже нескольких однотипных деталей). • По степени точности: нормальной точности (Н), повышенной точности (П), высокой точности (В), особо высокой точности (А), особо точные (С) станки. Зарубежная градация: обычный (без обозначения), высокой точности (H), прецизионный (P), суперпрецизионный (SP), ультрапрецизионный (UP). • По массе: легкие (до 1 т), средние (до 10 т), тяжелые (до 100 т) станки, уникальные (более 100 т). Классификация станков с ЧПУ • По расположению шпинделя: горизонтальные, вертикальные, наклонные и комбинированные. • По степени автоматизации: полуавтоматы (станок, работающий с автоматическим циклом, для повторения которого требуется вмешательство рабочего), автоматы (производит все рабочие и вспомогательные движения цикла технологической операции и повторяет их без участия рабочего, который лишь наблюдает за работой станка, контролирует качество обработки и, при необходимости, подналаживает станок). • По типоразмерам (по наибольшему размеру обрабатываемой детали, по размерам стола и тд.) • По назначению: одноцелевые и многоцелевые Характеристика станков с ЧПУ включает следующие параметры: 1. Число программируемых координат; тип системы. 2. Дискретность задания координат, мм. 16. Ввод программы (ручной ввод; с перфоленты; магнитной ленты, диска). 17. Максимальная скорость привода (быстрота перемещений ), мм/мин. объемная 18. Предельная скорость рабочей подачи, мм/мин. 3. Вид интерполяции (линейная; круговая; линейная; винтовая). 4. Смещение нуля отсчета (программированное; с пульта). 19. Данные технологической памяти микроЭВМ. 5. Зеркальная отработка программы. 6. Отработка программы в масштабах. 7. Коррекция размеров инструмента и элементов станка. 20. Системы диагностики и самодиагностики. 21. Расширение функции языка программирования. 22. Наличие диалогового режима. 8. Наличие индикации (индикация положения, функций и 23. Возможность адаптивного управления. кадров дисплея). 9. Возможность управления от ЭВМ. 24. Вариантность и блочность построения системы. 10. Способ задания размеров (в приращениях; в координатах). 25. Тип управляемого привода. 11. Наличие смещения нуля с пульта системы. 26. Защитные функции. 12. Наличие постоянных циклов. 27. Вводы-выводы (интерфейс и др.). 13. Наличие системы редактирования УП. 28. Габаритные размеры (масса). 14. Наличие выхода на внешний носитель. 29. Конструктивные особенности. 15. Способ задания перемещений функциями (параметры). 30. Эргономическое решение. КОНСТРУКЦИЯ СТАНКОВ С ЧПУ Базовые элементы • Станины, колонны, основания являются базовыми элементами. Их изготавливают с повышенной жесткостью и виброустойчивостью, за счет введения дополнительных ребер жесткости. • Станины бывают: литые чугунные, сварные стальные, бетонные, гранитные и керамические. Направляющие • Направляющие станков с ЧПУ имеют высокую износостойкость и обеспечивают малое трение, что позволяет снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений. • Они бывают нескольких видов: направляющие скольжения, качения и комбинированные. • Направляющие скольжения для уменьшения коэффициента трения создают в виде пары скольжения «сталь (или чугун) — пластиковое покрытие». • Направляющие качения имеют высокую долговечность и характеризуются небольшим трением. В таких направляющих используют стальные закаленные планки, по которым перемещаются роликовые опоры. Привод главного движения • Привод главного движения должен иметь возможность бесступенчатого регулирования скорости, воспринимать большие перегрузки и работать в загрязненной среде. • Обычно в качестве приводов служат асинхронные электродвигатели, реже регулируемые электродвигатели постоянного тока и электродвигатели совместно с гидроусилителями. Привод подач • Привод подач является одним из важнейших элементов станка, определяющий суммарную погрешность обработки. Привод движения подач характеризуется минимально возможными зазорами, малым временем разгона и торможения, плавностью хода, небольшими силами трения, повышенной жесткостью кинематических цепей, расширенным диапазоном регулирования подач. В качестве привода используют синхронные (вентильные) двигатели на постоянных магнитах, их оснащают датчиками обратной связи и тормозами. Реже применяют асинхронные двигатели. Шпиндель станков • Шпиндель станков должен иметь повышенную жесткость, высокую точность вращения, повышенную износостойкость посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя значительно усложняется из-за встроенных в него устройств автоматического разжима и зажима инструмента, системы теплоотвода, датчиков. Вспомогательные элементы • Вспомогательные элементы станков с ЧПУ включают в себя устройства смены инструмента (магазины, автооператоры, револьверные головки), систему смазывания, загрузочные устройства, зажимные приспособления, устройства для уборки стружки и т.д. Принцип работы станков с чпу • • • Система ЧПУ состоит из устройств ввода информации, блока запоминания информации БЗИ, блока интерполяции БИ, блока управления приводами подач в виде цифроаналоговых преобразователей ЦАП и двух следящих приводов по осям X и V станка. Следящие приводы состоят из усилителей мощности УМХ и УМУ, сравнивающих устройств УСХ и УСУ, датчиков обратной связи в виде вращающихся трансформаторов ВТХ и ВТУ, кинематически связанных с ходовыми винтами станка, и двигателей подач Мх и Му, которые приводят во вращение ходовые винты станка. В результате вращения винтов перемещаются стол станка и его ползун с фрезой, совместное движение которых определяет конфигурацию изготовляемой детали согласно заложенной программе. Основные движения и системы координат станка с ЧПУ Системы координат станка с ЧПУ Плоская система координат • Прямоугольная система • Полярная система координат координат Объемная система координат • Декартова система координат в пространстве • Цилиндрическая система координат • Сферическая система координат Системы координат станков с ЧПУ В станках с ЧПУ наиболее широко используют следующие виды координат: прямоугольные и полярные (реже цилиндрические) системы координат. трехмерная система Двумерная P1: X = 30, Y = 20, Z = 0; P2: X= 30, Y = 0, Z = –10 P1: X = 80, Y = 40; P2: X = –80, Y = 70; P3: X = – 50, Y = –40; P4: X = 40, Y = –70 Прямоугольная система координат является наиболее распространенной системой координат для станков с ЧПУ. Она содержит либо две оси координат (двухмерная система) для определения положения точек на плоскости, либо три оси (трехмерная система) - для определения положения точек в пространстве. Для прямоугольной системы координат характерны следующие признаки: 1. координатные оси располагаются взаимно перпендикулярно; 2. . координатные оси имеют общую точку пересечения (начало отсчета координат); 3. координатные оси имеют одинаковый геометрический масштаб Стандартная система координат Оси координат располагают параллельно направляющим, что позволяет при программировании обработки указывать направления и величины перемещений рабочих органов станка. В качестве единой системы координат для станков с ЧПУ в соответствии с ГОСТ 23597 – 79 принята стандартная система координат. Эта правая прямоугольная система координат, в которой координатные оси правой ветви (обозначены сплошной линией) указывают положительные линейные и круговые перемещения инструмента относительно неподвижных частей станка, а координатные оси левой ветви (обозначены пунктирной линией) - положительные линейные и круговые перемещения заготовки детали относительно неподвижных частей станка. Правая система координат. Принятая для станков с ЧПУ пространственная прямоугольная система координат имеет определенную ориентацию координатных осей друг относительно друга. Эта ориентацию подчиняется правилу правой руки, при которой пальцы правой руки указывают положительное направление каждой оси. Поэтому данная система координат получила название правой системы. Правило правой руки В цилиндрической системе координат точка М задается радиусом-вектором r, центральным углом f, определяющим положе-ние проекции точки на основной плоскости, и В полярной (сферической) системе координатами точки N являются радиус-вектор r, долгота f и полярный угол q Первичная Вторичная Третичная Если у станка имеется несколько рабочих органов, несущих инструмент, для задания их перемещений используются различные системы координат. Оси, обозначенные буквами X, У, Z, относятся к первому рабочему органу. Оси второго рабочего органа обозначают буквами U, V, W, третьего - Р, Q, R. Обозначение осей координат станков с ЧПУ Координатные оси рабочих органов, несущих заготовку, направлены противо-положно соответствующим осям рабочих органов, несущих инструмент. Обозначают их теме же буквами со штрихами, например X΄ ,Y΄ ,Z΄. Круговое перемещение рабочего органа станка, несущего инструмент, вокруг осей X, Y, Z обозначается при программировании соответственно буквами А, В, С, поворот рабочего органа станка с заготовкой вокруг осей X', Y', Z' - буквами А', В', С'. Вторичные угловые перемещения вокруг специальных осей обозначаются буквами D и E. Стандартная система координат в станках с ЧПУ Координатная система станка с ЧПУ Для станков с ЧПУ принята единая система координат, рекомендуемая Международной организацией по стандартизации (ISO), – прямоугольная система координат (ГОСТ 23597-79). Число координатных осей, их расположение в пространстве и начало отсчета (нулевая точка станка) устанавливаются производителем станка и не подлежит изменению пользователем. Система координат станка является основной расчетной системой для ЧПУ, в которой определяются предельные перемещения, начальные и текущие положения исполнительных органов станка. Для удобства программирования процесса обработки в станках с ЧПУ принято координатные оси всегда ориентировать параллельно направляющим станка. В зависимости от типа станка расположение осей координат в пространстве может быть различным, но существуют следующие общие правила: 1. Ось Z всегда совмещена с осью вращения шпинделя. Ее положительное направление всегда совпадает с направлением перемещения от устройства для крепления заготовки к режущему инструменту (направление отвода инструмента от заготовки). 2. Если в системе координат станка имеется хотя бы одна ось, расположенная горизонтально и не совпадающая с осью вращения шпинделя, то это будет обязательно ось X. 3. На станках с вращающейся заготовкой (токарные) движение по оси X направлено параллельно поперечным направляющим по радиусу заготовки. Положительное движение по оси X происходит, когда инструмент, установленный в главном резцедержателе поперечных салазок, отходит от оси вращения заготовки . 4. На станках с вращающимся инструментом (фрезерные, сверлильные) при горизонтальном расположении оси Z положительное перемещение по оси X направлено вправо, если смотреть от основного инструменталь-ного шпинделя в сторону изделия. При вертикальном расположении оси Z положительное перемещение по оси X вправо для одностоечных станков, а для двухстоечных – от основного инструментального шпинделя на левую стойку. 5. Положительное направление оси Y определяется по одному из следующих правил: – Смотря вдоль оси Z в положительном направлении, мысленно повернуть ось X на 90° по часовой стрелке вокруг оси Z. – Правило правой руки: если мысленно поместить ладонь правой руки в начало координат таким образом, чтобы ось Z выходила из ладони перпендикулярно ей, а отогнутый под углом 90° к ладони большой палец показывал положительное направление оси X, то Система координат инструмента (СКИ) Предназначена для задания положения его настроечной точки относительно державки или центра поворота инструментальной головки. Оси СКИ Хи, Zи параллельны осям стандартной СКС и направлены в одну и ту же сторону. При выборе начала СКИ должны учитываться особенности установки инструмента на станке (чаще его совмещают с базовой точкой инструментального блока). Положение настроечной точки инструмента В задается координатами xоив, zоив (рис. 12) Инструмент рассматривают в сборе с державкой. Настройка, как правило, осуществляется вне станка с помощью специальных приборов. Настроечная точка В является центром инструмента. У проходного, расточного и контурного резцов центром инструмента служит вершина резца или центр радиуса при вершине (рис. 13, а, б) у прорезного (канавочного) резца – левая вершина (рис. 13, в). Для сверла, зенкера, зенковки, цековки, плашки и метчика центром инструмента является центр рабочего торца (рис. 13, г). а) Рис. 12. Система координат инструмента б) в) г) Рис. 13. Центры инструментов: а – резца с острой вершиной; б – резца с радиусом при вершине; в – канавочного и отрез-ного резца; г – сверла Координатная система детали Начало СКД определяется технологом-программистом, исходя из анализа чертежа детали. Координатные оси СКД параллельны осям СКС. В зависимости от конструкции станка, заданное положение инструмента и заготовки при ее обработке, может быть получено либо перемещением инструмента при неподвижной заготовке, либо перемещением заготовки относительно неподвижного инструмента либо перемещением заготовки и инстру-мента одновременно. Так как учесть эти особенности сложно, то при разработке УП формируют траекторию перемещением инструмента, считая заготовку неподвижной т.е считается, что в процессе обработки все перемещения совершает только инструмент, а заготовка остается неподвижной. Учитывая это направление координатных осей СКД определяется по следующему правилу: Если обработка контура детали по данному координатному направ-лению, выполняется перемещением инструмента, то направление данной координатной оси СКД совпадает с направлением оси СКС. Если УП рассчитывалась при условии движения инструмента по координатному направлению, а подвижной является заготовка, то положительное направление оси СКД соответствует Для токарных станков, обработка детали выполняется движением инструмента, следовательно направление осей СКД и СКС совпадают. В СКД задаются координаты опорных точек контура детали, формирующие траекторию перемещения инструмента при её обработке. Опорными точками УП называются точки начала, конца, пересечения или касания геометрических элементов, из которых образованы линии траектории перемещения или контура детали. Начало СКД технолог-программист выбирает из следующих условий: 1. Геометрии заготовки, а также простановки размеров, описывающих её контур. 2. Базирования заготовки на станке и технологии её обработки. 3. Удобство размерной настройки инструментов. При выборе начала СКД рекомендуется иметь большинство координат опорных точек УП положительными, координатные плоскости совмещать с поверхностями технологических баз или осями симметрии детали Особенности определения направления осей СКД станков сверлильно - фрезерно расточной группы заключаются в следующем. Для станков с перемещающимся в процессе формообразования столом, в целях упрощения разработки УП, всегда считается подвижным инструмент. В связи с этим, возникают некоторые особенности в определе-нии направления осей СКД. На рис. 10 и 11 вертикальная подача по оси 2 осуществляется пинолью шпинделя с инструментом, а перемещение в горизонтальной плоскости ХУ подачей стола с заготовкой. Начало СКД (Хд Уд 2д ) совмещено с центром симметрии детали. Если СКД (Хд Уд 2д ) Рис 10 Неправильное направление осей СКД ориентирована так, как показа но на рис.10, то для обработки отверстия (рис.10 а), в УП будет записано: Х-200 У-200. Приводы станка, отрабатывают программные перемещения в СКС (Хст Уст 2ст), следовательно программное задание будет отработано подачей стола в отрицательном направлении оси Хст и оси Уст (рис.10. б), что вызовет неправильное позиционирование инструмента - Х200 У200. Если СКД ориентирована так, как показа но на рис.11, то для обработки отверстия (рис.10 а), в УП будет записано: Х200 У200. Приводы станка, отрабатывают программные задание в СКС (Хст Уст 2ст), подачей стола, в положительном направлении оси Хст и оси Уст (рис.11 б), что вызовет правильное Рис 11 Правильное направление осей СКД позиционирование инструмента - Х200 У200. Связь систем координат Начало системы координат станка Ос - базовая точка шпиндельного узла (точка пересечения торца шпинделя с осью его вращения). Настроечная точка В инструмента задается в системе его координат Xи, Zи и переводится в систему координат станка через базовую точку К суппорта (координаты Xо, Zо ). С точкой К совмещено начало Ои системы координат инструмента. Текущая точка А траектории инструмента переводится из системы координат детали в систему координат станка через базовую точку Б крепежного приспособления, которая определена в системе координат детали (координата ZOдБ) и станка (координата ZOcБ). Чаще точка Б совмещается с точкой Од, т. е. технологическая база совмещается с соответствующей опорной поверхностью приспособления. Начало системы координат XcYcZc сверлильно-расточного станка принято в базовой точке П при крайнем левом дальнем положении крестового поворотного стола (на стол следует смотреть со стороны шпиндельного узла). Настроечная точка В инструмента определена в системе координат XиZи при настройке его на размер и переводится в систему координат станка через базовую точку Ош шпиндельного узла (с точкой Ош совмещено начало системы координат инструмента). Любая точка А траектории инструмента переводится из системы координат детали XдYдZд в систему координат станка XcYcZc через базовую точку Б приспособления. Отсчет перемещений В современных станках с ЧПУ применяются два способа отсчета перемещений исполнительных органов станка – в абсолютной и относительной системах координат. В абсолютной системе координат все перемещения, выполняемые станком, задаются в такой системе координат, начало отсчета которой остается неизменным при всех перемещениях (см. рис. 14 а). В качестве неизменного (фиксированного) начала координат заранее выбирается некоторая точка в пространстве, лежащая в области перемещений исполнительных органов станка. Как правило, в этом качестве выбирается нулевая точка заготовки. В относительной системе координат каждое перемещение исполнительных органов станка задается относительно конечной точки предыдущего перемещения, т. е. задается в приращениях (см. рис. 14 б). а) б) Рис. 14. Отсчет перемещений в абсолютной (а) и относительной (б) системе координат Способ отсчета перемещений в абсолютной системе координат наиболее распространен и имеет ряд преимуществ, а именно: 1. расчеты в абсолютной системе координат менее сложны и требуют менее высокой квалификации оператора; 2. указание от одного и того же начала координат пути, пройденного режущим инструментом, позволяет проще отслеживать этапы реализации управляющей программы; 3. ошибка при программировании в абсолютной системе координат приводит к неправильному назначению координат только одной точки, тогда как в результате ошибки при назначении относительных координат ошибочным будет не только конкретное неправильно заданное перемещение, но и все последующие за ним перемещения; 4. изменения в перемещения, вносимые при доработке изделия или программы, не влияют на последующие перемещения; 5. погрешности изготовления и измерения, лежащие в пределах допустимых, не накапливаются (не суммируются) Тем не менее назначение перемещений в относительной системе координат в ряде случаев может оказаться более удобным для программирования, например в случае выполнения целого ряда перемещений, каждое из которых задано на чертеже в приращениях относительно предыдущего. Нулевые и исходные точки станков с ЧПУ Система координат станка является главной расчетной системой, в рамках которой определяются предельные перемещения исполнительных органов станка, а также их исходные и текущие положения. У различных станков с ЧПУ в зависимости от их типа и модели координатные системы располагаются по разному. Точка, представляющая собой начало отсчета координатной системы станка, называется нулем станка или нулевой точкой станка (ГОСТ 20523-80). Система координат детали является главной системой для программирования обработки и назначается чертежом или эскизом технологической документации. Она имеет свои оси координат и свое начало отсчета, относительно которого определены все размеры детали и задаются координаты всех опорных точек контуров детали. Точка начала отсчета координатной системы детали называется нулем детали или нулевой точкой детали. Система координат инструмента предназначена для задания положения его режущей части относительно базовой (нулевой) точки элемента станка, несущего державку с инструментом. Положение этой точки на станке устанавливается производителем и не подлежит изменению. Обычно нулевая точка инструмента располагается: у токарных станков – на пересечении оси державки револьверной головки и торца револьверной головки или центре поворота инструментальной головки; у фрезерных станков – на пересечении оси шпинделя и его торца. Исходная точка станка R используется для контроля над перемещения-ми исполнительных органов станка при отсчете перемещений в приращениях (в относительной системе координат). Координаты точки R имеют постоянное значение относительно точки М, при этом положение точки R по каждой оси координат фиксируется датчиком и учитывается управляющей программой. С помощью точки R устанавливается связь между нулевой точкой станка М и точкой автоматического выхода в нуль следящих приводов подач после каждого включения и выключения питания на станке. После включения питания на станке для калибровки системы отсчета относительных перемещений необходимо по каждой оси координат вывести исполнительные органы в точку R. Точка смены инструмента N является координатной точкой в рабочем пространстве станка, в которой происходит смена одного инструмента на другой. В большинстве систем ЧПУ положение точки замены инструмента является переменной величиной и назначается при составлении управляющей программы. Фиксированная точка станка определяется относительно нулевой и служит для нахождения положения его рабочего органа. Совмещение базовых точек рабочих органов с фиксированными точками станка производится с помощью датчиков положения. При изготовлении первой детали партии (после переналадки станка) фиксированные точки станка служат исходными. Для последующих деталей Нулевые и исходные точки основных систем координат, используемых при работе на станках с ЧПУ, как правило, имеют специальные обозначения. Пиктограмм а Буквенное обозначение Значение M Нулевая точка станка (нуль станка, машинная нулевая точка) R Исходная точка станка (относительная нулевая точка) W Нулевая точка заготовки (нулевая точка детали) E Нулевая точка инструмента (исходная точка инструмента) B Точка установки инструмента N Точка смены инструмента Нулевая точка станка M Как правило у токарных станков точка М располагается на оси вращения шпинделя на его базовом торце; у вертикально-фрезерных станков – на левом углу рабочего стола с лицевой стороны станка. Нулевая точка заготовки W Нулевая точка заготовки W является началом системы координат заготовки. Ее расположение в системе координат станка назначается свободно, исходя из особенностей процесса обработки данной заготовки. Из практических соображений обычно стремятся к совмещению точки W с началом отсчета размеров на чертеже. В этом случае при составлении управляющей программы можно использовать размерные данные непосредственно с чертежа. Для упрощения разработки управляющей программы при выборе координат расположения нулевой точки заготовки и ориентации ее координатной системы рекомендуется руководствоваться следующими правилами: 1. нуль заготовки назначать таким образом, чтобы все или как можно большая часть опорных точек имели положительные значения координат; 2. координатные оси заготовки совмещать с осями симметрии детали или с выносными линиями, относительно которых проставлено наибольшее количество размеров; 3. координатные плоскости заготовки совмещать с поверхностями технологических баз или располагать параллельно; 4. направление осей координат заготовки совмещать с направлением осей координат станка. Например, при токарной обработке точку W, как правило, назначают по оси вращения шпинделя по левому или правому торцу заготовки (в зависимости от относительного расположения инструмента). Расположение точки W в процессе обработки одной заготовки может меняться, если, например, заготовка обрабатывается с двух сторон. На чертежах фрезерных деталей за базу при простановке размеров обычно принимается один из углов ее наружного контура. Этот же угол рекомендуется выбирать для назначения нулевой точки заготовки W при составлении управляющей программы для фрезерной обработки Вместе с тем, нулевая точка заготовки W при работе на фрезерном станке с ЧПУ может располагаться в любом месте в пределах рабочей зоны станка Это могут быть угол заготовки, габаритный центр заготовки, центр отверстия, по оси Z – это либо верхняя плоскость, либо основание стола. Также в качестве точки отсчета предпочтительно иметь некую конструкторскую базу, от которой задается цепочка размеров, или технологическую базу, но не всегда это возможно осуществить на практике. На рисунке показано создание начала отсчета УП в системе PowerMILL Инженер-программист при разработке УП не учитывает положение ноля станка, поскольку это потребовало бы обеспечить точное положение заготовки относительно данной точки отсчета, что значительно затрудняет процесс наладки станка на обработку, Расположение нулевой точки заготовки задается относительно нулевой точки станка М. Расстояние между нулем станка M и нулем заготовки W называется смещением нуля отсчета, определяется как смещение по каждой из трех Xd, Yd, Zd осей координат. Численные значения смещения нуля отсчета должны быть обязательно учтены в управляющей программе. Последовательность действий при установке нулевой точки заготовки на фрезерном станке с ЧПУ Предварительные условия для установки: 1. геометрические размеры режущей части необходимых для обработки режущих инструментов измерены и учтены в управляющей программе; 2. отобранные инструменты закреплены в устройстве автоматической смены инструмента; 3. вылеты инструментов относительно устройства автоматической смены инструмента учтены в управляющей программе (если станок не укомплектован устройством коррекции вылета инструмента); 4. заготовка установлена и надежно закреплена на рабочем столе в положении, при котором ее оси координат параллельны осям координат станка; 5. первый по порядку применения инструмент установлен и закреплен в шпинделе; 6. вращение шпинделя включено. Рис. 23. Установка нулевой точки заготовки по оси Z (А), по оси Х (Б) и по оси Y (В) Установка нулевой точки заготовки по оси Z • Убедиться, что нижний торец рабочего инструмента гарантированно расположен выше верхней поверхности заготовки. • При помощи ручного управления или соответствующих клавиш на пульте станка переместить заготовку в плоскости XY под рабочий инструмент. • Осторожно подвести рабочий инструмент к верхней плоскости заготовки, коснуться поверхности заготовки вершиной режущей части инструмента до появления заметного визуально следа и остановить перемещение инструмента. • Определить по системе индикации ЧПУ текущее значение положения шпинделя станка по оси Z. • Ввести данное значение координаты в качестве смещения нуля отсчета в систему ЧПУ и нажать клавишу обнуления системы отсчета координат. Если необходимо учесть припуск на обработку верхней плоскости заготовки, то его рекомендуется учесть заранее перед вводом координаты текущего положения шпинделя в систему ЧПУ, внеся соответствующую коррекцию в численное значение этой координаты. Установка нулевой точки заготовки по оси X • При помощи ручного управления или соответствующих клавиш на пульте станка переместить рабочий инструмент вверх по оси Z на высоту, исключающую его соприкосновение с заготовкой. • Переместить заготовку вдоль оси X в сторону отрицательных значений координат в положение, при котором диаметральный габарит режущей части рабочего инструмента с гарантированным зазором выходит за габарит заготовки в указанном направлении. • Переместить рабочий инструмент по оси Z вниз до положения, при котором режущая часть инструмента будет расположена ниже верхней плоскости заготовки. • Осторожно подвести рабочий инструмент по оси X к боковой поверхности заготовки, коснуться поверхности заготовки вершиной режущей части инструмента до появления заметного визуально следа и остановить перемещение инструмента. • Определить по системе индикации ЧПУ текущее значение положения шпинделя станка по оси X. • Пересчитать данное значение координаты с учетом радиуса режущей части инструмента и внести полученное значение в систему ЧПУ в качестве смещения нуля отсчета. Например, если радиус фрезы равен 15 мм, то в систему ЧПУ вносится значение Xw = - 15. • Порядок установки нулевой точки заготовки по оси Y полностью идентичен порядку установки по оси X. Примечание: если по каким-либо причинам контакт режущего инструмента с заготовкой при установке нулевых точек должен быть исключен, то настройка производится при выключенном шпинделе с помощью концевых мер длины или измерительных индикаторов. Установка нулевой точки заготовки на токарном станке с ЧПУ Расположение нулевой точки заготовки задается относительно нулевой точки станка М. Нуль токарного станка в стандартной системе координат располагается на оси вращения шпинделя на его базовом торце Расстояние между нулем станка M и нулем заготовки W называется смещением нуля отсчета и обозначается как Zw. Численное значение смещения нуля отсчета должно быть обязательно учтено в управляющей программе. Последовательность действий при установке нулевой точки заготовки на токарном станке с ЧПУ Предварительные условия для установки: • геометрические размеры режущей части необходимых для обработки режущих инструментов измерены и учтены в управляющей программе; • отобранные инструменты закреплены в зажимных устройствах револьверной головки и выставлены в поперечном направлении; • вылеты инструментов относительно револьверной головки измерены и учтены в управляющей программе; • заготовка должным образом закреплена в шпинделе. • Убедиться, что при повороте револьверной головки исключено столкновение инструментов с закрепленной заготовкой и деталями станка. • Включить вращение шпинделя, выбрав направление вращение, соответствующее расположению режущих инструментов относительно закрепленной заготовки. • При помощи соответствующей команды с управляющего пульта переместить один из закрепленных в револьверной головке резцов (например, подрезной) в рабочее положение. • Осторожно подвести рабочий инструмент к свободной от шпинделя наружной торцевой поверхности заготовки либо при помощи ручного управления, либо при помощи соответствующих клавиш на пульте станка. • Коснуться вершиной режущей части инструмента поверхности вращающейся заготовки до появления заметного визуально следа и остановить перемещение инструмента. • Определить по системе индикации ЧПУ текущее значение положения суппорта станка по оси Z. • Ввести данное значение координаты в качестве смещения нуля отсчета в систему ЧПУ и нажать клавишу обнуления системы отсчета координат. Если необходимо учесть припуск на обработку торцевой поверхности заготовки, то его рекомендуется учесть заранее перед вводом координаты текущего положения суппорта в систему ЧПУ, внеся соответствующую коррекцию в численное значение этой координаты. Определить координаты точек Р1, Р2, Р3 Задать координаты конечной точки в абсолютных значениях и в приращениях Устройство систем с числовым программным управлением. Числовое программное управление станком – это управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме. КЛАССИФИКАЦИЯ УСТРОЙСТВ ЧПУ По характеру движения исполнительных органов системы ЧПУ классифицируются на: • позиционные, • контурные, • универсальные, • синхронные. По числу потоков информации системы могут быть: • разомкнутые (один поток от ЧПУ к станку), • замкнутые (два потока от ЧПУ к станку) и наоборот (датчики положения скорости), • адаптивные (самонастраивающиеся) системы. По способу реализации системы ЧПУ укрупненно можно классифицировать следующим образом: • системы с аппаратной реализацией алгоритмов управления; • системы, построенные на основе микроконтроллеров; • системы, построенные на основе ПЭВМ. КЛАССИФИКАЦИЯ УСТРОЙСТВ ЧПУ В зависимости от уровня использования средств вычислительной техники, системы ЧПУ классифицируются следующим образом: • Системы типа NC (Numerical Control) - числовое программное управление. Информация вводится с УП кадрами (порциями). • Системы типа MNC (Memory NC) или SNC (Stored NC) - оснащенны дополнительным блоком оперативной памяти, позволяющим хранить информацию об УП. Программа вводится сразу, проверяется, а затем выдается для обработки кадрами. • Системы типа HNC (Hand NC) - с ручным заданием управляющей программы на пульте управления. • Системы типа CNC (Computer NC) - системы управления со встроенными микропроцессорами и с программной реализацией алгоритмов, которые записываются в ПЗУ при изготовлении устройства ЧПУ. Имеют возможность формировать типовые циклы обработки применительно к различным технологическим задачам. • Система DNC (Direct Numerical Control) – система, управляющая группой станков от одной ЭВМ, имеющая общую память для хранения программ, распределяемых по запросам от станков. • Система PCNC (Personal Computer NC) –построена на основе ПК, основное отличие в наличии специальной интерфейсной платы, обеспечивающей сопряжение ПЭВМ с приводами, датчиками, электроавтоматикой станка. Такое построение позволяет удешевить систему ЧПУ, легко ее адаптировать к различным по функциональному назначению станкам • STEP-NC (пошаговая система управления) построена на основе систем PCNC, ее основная идея – исключить участие человека в подготовке к процессу обработки. В состав ее программного обеспечения обязательно входят пакеты CAD, CAPP, CAM. Позиционное управление При позиционном управлении перемещение рабочих органов станка происходит в заданные точки, причем траектория перемещения не задается (обеспечивают автоматическое перемещение рабочего органа станка в координату, заданную программой, без обработки в процессе перемещения). • Эти устройства применяют в сверлильно-расточных и других станках. Перемещение инструмента от одной точки (координаты) обработки к другой выполняется на ускоренных ходах. Специфичным для этого класса УЧПУ является требование обеспечения точности только при остановке в заданной координате. Вид траектории при перемещении из одной координаты в другую не задается. Однако время перемещения должно быть минимальным. Контурное управление Контурное управление характеризуется перемещением органов станка по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура детали. Контурное управление подразделяется на контурные прямоугольные системы ЧПУ, контурные криволинейные системы ЧПУ и синхронные системы ЧПУ. • • • Контурные прямоугольные системы ЧПУ используют в станках, у которых обработка проводится лишь при движении по одной координате и обрабатываемая поверхность параллельна направляющим данной координаты. В этих системах, как и в позиционных, программируются конечные координаты перемещения. Однако в программе задается скорость движения в соответствии с требуемым режимом резания, и перемещение выполняется поочередно по каждой из координатных осей. Прямоугольные системы управления используют в станках фрезерной, токарной и шлифовальной групп. Контурные криволинейные системы ЧПУ применяют в станках многих групп. Они обеспечивают формообразование при обработке в результате одновременного согласованного движения по нескольким управляемым координатам. Программу движения исполняемых органов по отдельным координатам при контурной и объемной обработках рассчитывают, исходя из заданной формы обрабатываемой поверхности детали и результирующей скорости движения, определяемой режимом резания. Синхронные системы ЧПУ являются разновидностью контурных систем. Применяются в основном в зубообрабатывающих станках. УЧПУ задает постоянное соотношение скоростей по двум или большему числу координатных осей станка, а формообразование обеспечивается благодаря конфигурации инструмента. Одна из координат станка (обычно главный привод) служит задающей и на ней устанавливают измерительный преобразователь (датчик). Такая система входит как составной элемент в УЧПУ токарновинторезных станков для обеспечения режима нарезания резьбы. Универсальное управление Сочетает в себе принципы позиционного и контурного, позволяет осуществлять позиционирование и движение рабочих органов станка по заданной траектории. Такое управление наиболее эффективно для многооперационных и многоцелевых станков. STEP-NC (пошаговая система управления) Функционирование осуществляется по шагам: • Система CAD обеспечивает автоматизацию разработки чертежа обрабатываемой детали и подготовку геометрической и технологической информаций к передаче в CAPP и системы САМ. • Система CAPP определяет технологию обработки заготовки детали на оборудовании (устанавливает способы обработки, назначает режимы, устанавливается режущий и вспомогательный инструменты, устанавливает последовательнось и состав переходов обработки). • Система CАМ осуществляет по результатам предыдущих шагов расчет траектории перемещений инструмента, определение последовательности событий управления приводами и электроавтоматикой станка. Обычно результатом работы системы CAM является управляющая программа (УП), которая в дальнейшем отрабатывается оборудованием (это позволяет легко модернизировать существующие системы DNC и PCNC до STEP-NC), однако в настоящее время выполняется проектирование систем САМ, непосредственно управляющих СЧПУ станком без формирования УП. СЧПУ NC-201 СЧПУ класса PCNC может быть рассмотрена на примере широко распространенной системы NC-201 российского производства Структура УЧПУ включает: • блок управления (БУ), • пульт оператора (ПО), • блок питания (БП) Система ЧПУ фирмы Fanuc Системы ЧПУ компании GE Fanuc рассчитаны на такой широкий спектр операций, как шлифование, сверление, резка, фрезерование, перфорирование, токарная обработка и прочее. • • • Весь спектр ЧПУ открытого типа компании GE Fanuc представлен сериями 160i, 180i, 210i and 160is, 180is, 210is, разработанными на базе 16i, 18i и 21i серий. ЧПУ открытого типа обеспечивают высокоэффективную реализацию функций управления ЧПУ компании GE Fanuc одновременно с функциями персонального компьютера и возможностью их дальнейшего расширения. Устройство ЧПУ и станок могут управляться с помощью графического пользовательского интерфейса персонального компьютера. Система ЧПУ фирмы Siemens СЧПУ фирмы Siemens являются высококачественными системами управления для обрабатывающих станков. ЧПУ Siemens представлены такими сериями: SINUMERIK 802D, SINUMERIK 810D, SINUMERIK 840D Фирма Siemens разработала две группы УЧПУ: • Семейство SINUMERIK 802C, 802S, 802D, которое ориентировано на применение в простых токарных и фрезерных станках. Эти УЧПУ ограничены по количеству осей и имеют оптимальные функциональные возможности, соответствующие их назначению. • Семейство SINUMERIK 810D, 840D. SINUMERIK 810D – для станков с небольшими рабочими усилиями. SINUMERIK 840D – наиболее распространенное базовое модульное УЧПУ для широкого круга станков и технологических задач. Подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ Основные понятия и сведения о кодировании, управляющей программе. Определение кода, кодирования. Характеристика систем счисления: двоичная, двоично-десятичная система счисления. Вес кода. Определение управляющей программы, кадра, слова, адреса. Формат кадра управляющей программы Основы программирования Для разработки управляющей программы обработки деталей на станках с ЧПУ необходимо: 1. Спроектировать маршрутную технологию обработки в виде последовательности операций с выбором режущих и вспомогательных инструментов и приспособлений; 2. Разработать операционную технологию с расчетом режимов резания и определением траекторий движения режущих инструментов; 3. Определить координаты опорных точек для траекторий движения режущих инструментов; 4. Составить расчетно-технологическую карту и карту наладки станка; 5. Закодировать информацию; 6. Нанести информацию на программоноситель и переслать в память устройства ЧПУ станка или вручную набрать на пульте устройства ЧПУ; 6. Проконтролировать и при необходимости исправить программу. Для программирования необходимы чертеж детали, руководство по эксплуатации станка, инструкция по программированию, каталог режущих инструментов и нормативы режимов резания Понятия о коде, кодировании Кодирование информации – процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки, т.е. преобразование знаков или групп знаков одной знаковой системы в знаки или группы знаков другой знаковой системы. Декодирование – расшифровка кодированных знаков, преобразование кода символа в его изображение Код – система условных обозначений или сигналов используемых для кодирования Длина ( значность) кода – количество знаков (разрядов) n в кодовой комбинации, используемых для представления кодируемой информации. Каждый разряд может принимать значение 0 или 1. Вес кода - количество единиц в кодовой комбинации Например: кодовая комбинация 100101100 характеризуется значностью n=9 и весом =4. Главнейшим показателем кода является значность кода или алфавит выбранных элементарных символов (сигналов), используемых для записи информации в выбранном коде. Если выбирается алфавит из двух элементов (букв), например, 0 и 1, то такой код (алфавит) называют двоичным или бинарным, если число элементарных сигналов (букв) выбирают больше двух, то такой код (алфавит) называют многозначным (например, если количество Десятичная система Десятичные числа: ОСНОВАНИЕ 10 Наша десятичная система состоит из цифр от 0 до 9. Одна и та же цифра внутри одного числа в зависимости от положения (разряда) может иметь различное значение. Пример: число 72075 Двоичная система Двоичные числа: ОСНОВАНИЕ 2 В устройствах обработки данных при обработке информации оперируют толь-ко импульсами тока. Это означает, что компьютер может понимать только два состояния сигнала. Поэтому для представления знаков и цифр используется числовая система, которая состоит только из цифр 0 и 1. Элемент информации, у которого возможны только два состояния, называет-ся бит (англ. binary digit = двоичный шаг). Информационная единица из 8 бит называется байт. Преобразование “двоичное число — десятичное число” Преобразование “десятичное число — двоичное число” Вычислительные операции Все вычислительные операции в ЭВМ, такие как вычитание, умножение и деление, сводятся к сложению. Правила вычисления в двоичной системе при сложении те же, что и в десятичной системе, т. е. переносы прибавляются к следующему более высокому разряду. В двоично-десятичном кодировании, каждая десятичная цифра (сообщение) представляется группой двоичных символов, состоящих из 4-х элементов. Общее число возможных комбинаций двоичного 4-х разрядного числа составляет N = 24 = 16. Из них для представления десятичного числа используется только 10 комбинаций. Остальные 6 являются лишними (избыточными). 10 комбинаций дают возможность построить большее количество вариантов кода. При рассмотрении двоичного представления десятичных цифр видно, что использование первых 4-х степеней цифры 2 (20, 21, 22, 23) приводит к одному из возможных кодов 8-4-2-1. Каждый разряд этого кода имеет постоянный вес. Возможны и .другие двоично-десятичные коды с другими весами разрядов двоичного числа, например: Эти коды представляют десятичное число от 0 до 9, однако, они не имеют однозначности в изображении десятичных чисел. Например, код 4-3-2-1 дает определение числа 6 в виде: 0111 или 1010 Управляющая программа Согласно ГОСТ 20523-80 «Управляющей программой называется совокупность команд на языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки». Другими словами: УП для станка с ЧПУ представляет собой совокуп-ность элементарных команд, определяющих последовательность и характер перемещений и действий исполнительных органов станка при обработке конкретной заготовки. При этом вид и состав элементарных команд зависит от типа системы ЧПУ станка и языка программирования, принятого для данной системы. В настоящее время наибольшее распространение получил универсальный международный язык программирования ИСО-7бит, который иногда еще называют CNC-кодом или G и М -кодом. В нашей стране действует также специальный государственный стандарт ГОСТ 20999-83 «Устройства число-вого программного управления для металлообрабатывающего оборудования. Кодирование информации управляющих программ». Современные международные и отечественные требования к управляющим программам станков с ЧПУ в основном соответствуют друг другу. Кадр программы (фраза) - последовательность слов, расположенных в определенном порядке и несущих информацию об одной технологической рабочей операции. Кадр УП может состоять из одного или нескольких слов которые воспринимаются системой ЧПУ как единое целое и содержат как минимум одну команду. Отличительным признаком кадров как совокупности слов является то, что в них содержится вся геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, необходимая для выполнения рабочих или подготовительных действий исполнительных органов станка. Рабочее действие в данном случае означает обработку заготовки за счет однократного перемещения инструмента по одной элементарной траектории (прямолинейное перемещение, перемещение по дуге и т. п.), а подготовительное действие – действие исполнительных органов станка для выполнения или завершения рабочего действия. Пример записи кадра: N125 G01 Z-2.7 F30. Данный кадр состоит из четырех слов: порядкового номера кадра «N125» и трех слов «G01», «Z-2.7» и «F30», которыми задается прямолинейное перемещение инструмента по оси Z до точки с координатой Z=–2,7 мм со скоростью подачи F = 30 мм/мин. Слово программы – последовательность символов, находящихся в определенной связи как единое целое. Слово представляет собой комбинацию прописной буквы латинского алфавита и некоторого числового значения, в качестве которого может использоваться либо целое двузначное или трехзначное число, либо десятичная дробь, целая и дробная части которой могут отделяться как запятой, так и точкой. Пример записи слов: G01 Х136.728 Z-4.87 В некоторых случаях в слове кроме буквы и числа могут использоваться и другие текстовые символы; например, между буквой и числом при необходимости может находиться математический знак «+» или «–». Буквенная составляющая слова в теории ЧПУ называется адресом, потому что она определяет «назначение следующих за ним данных, содержащихся в этом слове» (ГОСТ 20523-80). Системы ЧПУ разных производителей имеют свои индивидуальные особенности в отношении буквенных символов, применяемых при составлении управляющих программ. Они во многом различаются как по перечню букв, так и по смысловому назначению команд. Стандарт РФ ГОСТ 20999-83 дает следующие определения значениям буквенных символов (см. табл). Буквы, используемые в качестве символов в управляющих программах, выбраны не случайным образом. Большинство из них представляют собой начальные буквы соответствующих терминов на английском языке. Например, в качестве символа величины контурной скорости подачи выбрана буква «F» – первая буква английского слова feed («подача»), в качестве символа скорости вращения шпинделя - буква «S» - первая буква английского слова speed («скорость»), в качестве символа номера инструмента – буква «T» - первая буква английского слова tool («инструмент»). В качестве числовой составляющей слов с буквенными символами G и М может использоваться только целое двузначное или трехзначное число. Десятичная дробь в словах с символами G и М использоваться не может, в отличие от слов с другими буквенными символами. Если числовая составляющая слова представляет собой десятичную дробь, в конце дробной части которой содержатся нули, то для упрощения записи и чтения программ незначащие нули дробной части в большинстве систем ЧПУ отбрасываются. В УП не принято записывать, например, числа 4,100 или 3,120, а принято писать 4,1 или 3,12. Приведенные в таблице буквенные символы являются не обязательными, а только рекомендуемыми для языков программирования. Если символы A, B, C, D, E, P, Q, R, U, V и W не используются для управления Международный стандарт содержит следующие общие рекомендации, относящиеся к формату кадра при ручном программировании: 1. Слова кадра, так же как и в обычном тексте, должны отделяться друг от друга интервалами (пробелами). (Необходимо отметить, что данное требование не всегда соблюдается во многих современных системах ЧПУ). 2. Каждый кадр начинается словом, обозначающим номер кадра. Данное слово – «номер кадра» – содержит буквенный символ N и число, соответствующее порядковому номеру кадра. 3. Каждый кадр рекомендуют заканчивать словом, обозначающим конец кадра. Рекомендуемый вариант написания данного слова для большинства импортных систем ЧПУ – LF, для отечественных систем ЧПУ – ПС. (В современных станках не пишут) 4. Командные и размерные слова, а также слова, задающие величины технологических параметров обработки деталей, располагаются в тексте кадра между словами «номер кадра» и «конец кадра» в порядке, определенным производителем системы ЧПУ. В одних системах ЧПУ он может быть только строго определенным, в других – произвольным. Для удобства работы международный стандарт рекомендует следующий порядок расположения слов в кадре: N..., G..., X..., Y..., Z..., U…, V…, W…, P…, Q…, R…, A…, B…, C…, I..., J..., K..., …, LF. Если задается скорость подачи по одной определенной оси координат, то слово, обозначающее скорость подачи, должно следовать непосредственно за словом, задающим перемещение по данной оси. Если задается скорость подачи одновременно по двум и более осям координат, то слово, обозначающее скорость подачи, должно следовать непосредственно за последним словом, задающим перемещение по данным осям. 5. Не допускается наличие в одном кадре слов с одинаковыми буквенными символами. В то же время любое слово может быть пропущено, если оно не является обязательным в данном кадре. 6. С целью уменьшения объема текста управляющей программы в каждом кадре записывается только новая информация по отношению к предыдущему кадру, при этом неизменяемая часть информации из предыдущего кадра воспринимается системой ЧПУ по умолчанию как действующая. Пример записи и анализа структуры кадра: N75 G01 Z-10.75 F0.3 S1800 T03 M08 LF Структура управляющей программы В соответствии с международными стандартами и ГОСТ 20999-83 структура управляющей программы в общем случае подчиняется следующим правилам: 1. В тексте управляющей программы должна содержаться геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, которая необходима для проведения заданной обработки. В каждом кадре программы записывается только та информация, которая изменяется по отношению к предыдущему кадру. При этом выполнение системой ЧПУ оставшейся неизменной информации прекращается только после поступления команды на ее отмену (вид этой команды и способ отмены определяется особенностями конкретной системы ЧПУ). 2. Каждая управляющая программа начинается символом «начало программы», подающим системе управления сигнал о начале выполнения программы. Вид символа «начало программы» зависит от особенностей применяемой системы ЧПУ. Наиболее часто в отечественных и зарубежных системах ЧПУ используется символ %. При этом кадр с символом «начало программы» не нумеруется. Нумерация кадров начинается с последующего кадра. 3. Если управляющей программе необходимо присвоить обозначение, то его располагают в кадре с символом «начало программы» непосредственно за символом. 4. Если текст управляющей программы необходимо сопроводить комментарием, например сведениями об особенностях наладки станка, то его размещают перед символом «начало программы». 5. Управляющая программа должна заканчиваться символом «конец программы», подающим системе управления сигнал на прекращение выполнения управляющей программы, останов шпинделя, приводов подач и выключение охлаждения. Информация, помещенная в тексте управляющей программы после этого символа не должна восприниматься системой ЧПУ. 6. Информация, расположенная в тексте управляющей программы между символами «начало программы» и «конец программы» и заключенная в круглые скобки не должна приниматься системой ЧПУ к исполнению. При этом в тексте внутри скобок не должны применяться символы «начало программы» и «главный кадр». методы программирования обработки для станков с ЧПУ Ручное программирование является довольно утомительным занятием. Однако все технологипрограммисты должны иметь хорошее представление о технике ручного программирования независимо от того, как на самом деле они работают. Это как начальные классы в школе, обучение в которых дает нам базу для последующего образования. В нашей стране существует еще немало предприятий, на которых используется метод ручного программирования. Действительно, если завод имеет несколько станков с ЧПУ, а изготавливаемые детали просты, то грамотный программист способен довольно успешно работать и без средств автоматизации собственного труда. Метод программирования на пульте УЧПУ приобрел особую популярность лишь в последние годы. Это связано с техническим развитием систем ЧПУ, улучшением их интерфейса и возможностей. В этом случае, программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ, используя клавиатуру и дисплей. Современные системы ЧПУ действительно позволяют работать очень эффективно. Например, оператор станка может произвести верификацию УП или выбрать требуемый постоянный цикл при помощи специальных пиктограмм и вставить его в код УЛ. Некоторые системы ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования, который значительно упрощает процесс создания УП, делает "общение" с ЧПУ удобным для оператора Программирование при помощи CAD/САМ системы позволяет "поднять" процесс написания программ обработки на более высокий уровень. Работая с CAD/CAM системой, технологпрограммист избавляет себя от трудоемких математических расчетов и получает инструменты, значительно повышающие скорость написания УП. Ручное программирование • G-code это условное именование языка для программирования устройств с ЧПУ (CNC)(Числовое программное управление). Был создан компанией Electronic Industries Alliance в начале 1960-х. Финальная доработка была одобрена в феврале 1980-о года как RS274D стандарт. Комитет ИСО утвердил G-code, как стандарт ISO 6983-1:1982, Госкомитет по стандартам СССР — как ГОСТ 20999-83. В советской технической литературе G-code обозначается, как код ИСО7 бит. • Производители систем управления используют G-code в качестве базового подмножества языка программирования, расширяя его по своему усмотрению. • Программа, написанная с использованием G-code, имеет жесткую структуру. Все команды управления объединяются в кадры — группы, состоящие из одной или более команд. Завершается программа командой M02 или M30. «Словарь»-языка программирования G-code Движения станка Основные движения – это движения исполнительных органов станка, благодаря которым непосредственно осуществляется процесс снятия стружки режущим инструментом с обрабатываемой заготовки. Вспомогательные движения в станках не связаны непосредственно с процессом резания, но обеспечивают подготовку к его осуществлению. Главным движением в станке является то движение, которое определяет скорость резания, т. е. скорость снятия стружки с заготовки. Главное движение может быть вращательным или прямолинейным. Закрепление заготовки Движение подачи, совершаемое заготовкой или инструментом, или тем и другим вместе, — это такое движение в станке, которое обеспечивает подвод к инструменту все новых и новых участков заготовки для снятия с них стружки. При этом движений подач в станке может быть несколько и среди них может быть, например, продольная, поперечная, круговая, тангенциальная подача Закрепление режущего инструмента Снятие заготовки или её замена Смена режущего инструмента Движения приборов для автоматического контроля размеров Движения деления реализуют для осуществления необходимого углового (или линейного) перемещения заготовки относительно инструмента. Делительное движение может быть непрерывным (в зубодолбежных, зубофрезерных, зубострогальных, затыловочных и других станках) и прерывистым (например, в делительных машинах при нарезании штрихов на линейке). Прерывистое движение осуществляется с помощью храпового колеса, мальтийского креста или делительной головки Подводом инструмента к обрабатываемым поверхностям и его отводом Движения, связанные с настройкой и наладкой станка Движение обката — это согласованное движение режущего инструмента и заготовки, вос-производящее при формообразовании зацепление определенной кинематической пары. Например, при зубодолблении долбяк и заготовка воспроизводят зацепление двух зубча-тых колес. Движение обката необходимо для формообразования в зубообрабатывающих станках: зубофрезерных, зубострогальных, зубодолбежных, зубошлифовальных (при об-работке цилиндрических и конических колес). Дифференциальное движение добавляется к какому-либо движению заготовки или инструмента. Для этого в кинематическую цепь вводятся суммирующие механизмы. Следует отметить, что суммировать можно только однородные движения: вращательное с вращательным, поступательное с поступательным. Дифференциальные движения необходимы в зубофрезерных, зубострогальных, зубошлифовальных, затыловочных и других станках. Подача охлаждающей жидкости и удаление стружки Перед тем как начать писать программу обработки, для заготовки необходимо задать точку привязки, относительно которой будут задаваться координаты. В конце Вы можете задать контур заготовки с помощью функций контура и координат в программе обработки. Такая система привязки называется системой привязки заготовки. • • С помощью системы привязки однозначно задаются координаты положения на плоскости или в рабочем пространстве станка. Данные координаты положения всегда привязаны к определенной точке, которая описана с помощью координат. Станок имеет жесткую систему привязки – система привязки станка, которая была задана станкопроизводителем. Пользователь может задать любую систему привязки для заготовки: система ЧПУ знает начало координат и положение этой системы привязки относительно системы привязки станка. Благодаря этому система ЧПУ может корректно переносить данные положения из NC-программы на заготовок • G90 - режим абсолютного позиционирования. • В режиме абсолютного позиционирования G90 перемещения исполнительных органов производятся относительно нулевой точки рабочей системы координат G54-G59 (программируется, куда должен двигаться инструмент). Код G90 отменяется при помощи кода относительного позиционирования G91. • G91 - режим относительного позиционирования. • В режиме относительного (инкрементального) позиционирования G91 за нулевое положение каждый раз принимается положение исполнительного органа, которое он занимал перед началом перемещения к следующей опорной точке (программируется, на сколько должен переместиться инструмент). Код G91 отменяется при помощи кода абсолютного позиционирования G90. • G52 - локальная система координат. • ЧПУ позволяет устанавливать кроме стандартных рабочих систем координат (G54-G59) еще и локальные. Когда СЧПУ станка выполняет команду G52, то начало действующей рабочей системы координат смещается на значение указанное при помощи слов данных X, Y и Z. Код G52 автоматически отменяется с помощью команды G52 Х0 Y0 Z0. • G68 - вращение координат. • Код G68 позволяет выполнить поворот координатной системы на определенный угол. Для выполнения поворота требуется указать плоскость вращения, центр вращения и угол поворота. Плоскость вращения устанавливается при помощи кодов G17, G18 и G19. Центр вращения устанавливается относительно нулевой точки активной рабочей системы координат (G54 - G59). Угол вращения указывается при помощи R. Например: G17 G68 X0. Y0. R120. • • • • • • • • • • • • • • • • • • Дополнительные функции и символы X, Y, Z - команды осевого перемещения. А, В, С - команды кругового перемещения вокруг осей X, Y, Z соответственно. I, J, К - параметры круговой интерполяции параллельные осям X, Y, Z соответственно. R При круговой интерполяции (G02 или G03) R определяет радиус, который соединяет начальную и конечную точки дуги. В постоянных циклах R определяет положение плоскости отвода. При работе с командой вращения R определяет угол поворота координатной системы. Р При постоянных циклах обработки отверстий Р определяет время выдержки на дне отверстия. Совместно с кодом вызова подпрограммы М98 - номер вызываемой подпрограммы. Q В циклах прерывистого сверления Q определяет относительную глубину каждого рабочего хода инструмента. В цикле растачивания - расстояние сдвига расточного инструмента от стенки обработанного отверстия для обеспечения аккуратного вывода инструмента из отверстия. D - значение коррекции на радиус инструмента. Н - значение компенсации длины инструмента. F - функция подачи. S - функция главного движения. Т - значение определяющее номер инструмента, который необходимо переместить в позицию смены, путем поворота инструментального магазина. N - нумерация кадров УП. / - пропуск кадра. (...) - комментарии в УП. Ускоренное перемещение – G00 Rapid positioning • • • • • • • • Код G00 используется для ускоренного перемещения. Это максимальная скорость перемещения рабочих частей станка, необходимая для быстрого перемещения инструмента к позиции обработки или вывода инструмента в зону безопасности. Современные станки с ЧПУ в этом режиме могут развивать скорость от 30 метров в минуту и более. Команда G00 отменяется при последующем вводе команды G01. При ускоренном движении инструмента к детали по трем осям сначала лучше выполнить позиционирование по осям X и Y, а уже затем по оси Z: N15 G00 X200.0 Y400.0 N20 Z1.5 Если закреплённая деталь не имеет дополнительных выступающих элементов крепления, и нет препятствий на пути к начальной точке подхода инструмента, перемещение можно выполнить по трём координатам одновременно: N15 G00 X200.0 Y400.0 Z1.5 Заготовка, устанавливаемая на рабочую поверхность станка, имеет допустимые отклонения от номинального размера, поэтому при подходе к детали по оси Z, оставляется безопасное расстояние, обычно от 1.5 до 5 мм. Линейная интерполяция – G01 Linear interpolation • Линейная интерполяция - это перемещение по прямой линии. Код G01 используется для рабочего перемещения, его параметр F задаёт скорость перемещения в мм/мин. • Код G01 отменяется с помощью кодов G00,G02 и G03. • Пример: • N25 G01 X6.0 Y6.0 F80 • N35 Y12.0 • N45 Х8.0 Y14.0 Круговая интерполяция – G02/G03 • • • • • • • • • • • Circular / Helical interpolation Функции G02 и G03 используются для перемещения инструмента по круговой траектории (дуге), на скорости подачи, заданной F. G02 (clockwise) – круговая интерполяция по часовой стрелке CW. G03 (counterclockwise) – круговая интерполяция против часовой стрелки CCW. Существует два способа для формирования кадра круговой интерполяции: заданием центра окружности с помощью I,J,K; заданием радиуса окружности с помощью R. Большинство современных станков с ЧПУ поддерживают оба варианта записи. Пример: N50 G03 X0. Y-17. I0. J17. Пример: N50 G03 X0. Y-17. R 17 Интерполяция траектории F – Функция скорости подачи Feed rate definition • Функция скорости подачи использует адрес F, за которым следует число, указывающее на скорость подачи при обработке.Установленная скорость подачи остается неизменной, до тех пор, пока не указано новое числовое значение вместе с F или не изменен режим перемещений при помощи G00. • N45 G01 Z-l F40 – перемещение на глубину 1 мм на подаче (40 мм/мин) • N50 G01 Х12 Y22 – перемещение инструмента (40 мм/мин) • N55 G01 Y50 – перемещение инструмента (40 мм/мин) • N60 G01 Y50 F22 – перемещение инструмента (22 мм/мин) • N65 G01 Х30 Y120 – перемещение инструмента (22 мм/мин) • N70 G00 Z5 – быстрое перемещение по Z • N75 Х00 Y00 – быстрое перемещение • М – Вспомогательные функции Miscellaneous function • Вспомогательные функции (или М – коды) программируются с помощью адресного слова М. Вспомогательные функции используются для управления программой и электроавтоматикой станка – включения/выключения шпинделя, охлаждающей жидкости, смены инструмента и др. • M00 – программируемый останов • M01 – останов с подтверждением • M02 – конец программы • M03 – вращение шпинделя по часовой стрелке • M04 – вращение шпинделя против часовой стрелки • M05 – останов шпинделя • M06 – смена инструмента • M07 – включение дополнительного охлаждения • M08 – включение охлаждения • M09 – отключение охлаждения • M30 – останов и переход в начало управляющей программы Строка безопасности • • • • • • Строкой безопасности называется кадр, содержащий G коды, которые переводят СЧПУ в определенный стандартный режим, отменяют ненужные функции и обеспечивают безопасную работу с управляющей программой или вводят СЧПУ в некоторый стандартный режим. Пример строки безопасности: G40G90G99 Код G40 отменяет автоматическую коррекцию на радиус инструмента (будет рассмотрена в следующей лабораторной работе). Коррекция на радиус инструмента предназначена для автоматического смещения инструмента от запрограммированной траектории. Коррекция может быть активна, если вы в конце предыдущей программы забыли се отменить (выключить). Результатом этого может стать неправильная траектория перемещения инструмента и, как следствие, испорченная деталь. Код G90 активизирует работу с абсолютными координатами. Хотя большинство программ обработки создается в абсолютных координатах, возможны случаи, когда требуется выполнять перемещения инструмента в относительных координатах (G91). Код G99 определяет оборотную подачу. N2 G71 G95 M8 X23 Z11 F0.2 • - В этом кадре включается охлаждение (M8), инструмент перемещается в точку X23 Z11 на подаче 0.2 мм/об (F0.2); G71 - программирование в миллиметрах (G70 программирование в дюймах), G95 - подача в мм/об (G94 - скорость подачи осей в мм/мин или дюйм/мин). Пример программы • • • • • • • N1 T1 S1 1000 F0.2 G95 Включение оборотов шпинделя S1 1000 (1-диапазон оборотов 1000-количество оборотов вминуту). Инструмент 1 (T1). Подача 0,2 мм\об (F0.2). G95 - выбирает режим подачи мм/об, (G94 - мм/мин). N2 X11 Z0 E M8 E - быстрый ход, игнорирует (но не отменяет) значение F (действует только в одном кадре). M8 - включение охлаждения. Инструмент перемещается на быстром ходу в точку X11 Z0 N3 G10 G10 - функция постоянной скорости резания. N4 U-11 (подрезка торца) N5 W1 E N6 U10 E N7 W-11 N8 U2 N9 W-4 N10 U3 N11 W-3 N12 U7 N4-N12 Перемещения инструмента в приращениях (W - по оси Z, U - по оси X) от значения предыдущей точки положения инструмента. Программирование в приращениях часто применяется в цикле повтора (L11), если программа составлена на несколько деталей (на каждую деталь выбирается точка подхода инструмента и от нее программируются перемещения инструмента в приращениях). N13 G11 G11 - отмена функции постоянной скорости резания. N14 X40 Z0 E M9 Отход инструмента (в точку X40 Z0). M9 - выключение охлаждения. N15 M2 M2 - окончание программы, при этом инструмент перемещается в исходное положение. • • • • • • N1 G97 T1 M4 S1000Включение шпинделя 1000 об/мин(S1000). G97 - об/мин (G96 - постоянная скорость резания). M4 - обороты шпинделя против часовой стрелки (M3 - по часовой стрелке). Инструмент 1 (T1). N2 G0 G95 D1 X11 Z0 F0.2 M8 G0 - быстрый ход, игнорирует (но не отменяет) значение F. Подача 0,2 мм/об (F0.2). G95 - выбирает режим подачи мм/об, (G94- мм/мин). D1 номер корректора инструмента. M8 - включение охлаждения. Инструмент перемещается на быстром ходу в точку X11 Z0. N3 G1 X0 N4 G0 Z1 N5 X10 N6 G1 Z-11 N7 X12 N8 Z-15 N9 X15 N10 Z-18 N11 X22 N3-N11 Перемещения инструмента в абсолютных значениях. G1 - отменяет функцию G0 N12 G0 X100 Z100 M9 Отход инструмента (в точку X100 Z100). M9 - выключение охлаждения. N13 M2 M2 - окончание программы Подготовка управляющей программы складывается из следующих этапов: • • • • • • • • • • • • • • • 1. Корректировка чертежа изготавливаемой детали: · перевод размеров в плоскости обработки: · выбор технологической базы; · замена сложных траекторий прямыми линиями и дугами окружности. 2. Выбор технологических операций и переходов обработки. 3. Выбор режущего инструмента. 4. Расчет режимов резания: · определение скорости резания; · определение частоты вращения силового привода; · определение скорости подачи режущего инструмента. 5. Определение координат опорных точек контура детали. 1. Построение эквидистанты и нахождение координат опорных точек эквиднстанты. Ввод исходной точки режущего инструмента. 2. Построение схемы наладки, в которой в графической форме указывается взаимное расположение узлов станка, изготавливаемой детали и режущего инструмента перед началом обработки. 3. Составление карты подготовки информации, в которую сводится геометрическая (координаты опорных точек и расстояния между ними) и технологическая (режимы резания) информация. 4. Составление управляющей программы Траектория инструмента при токарной обработке (чистовой). САПР (системы автоматизированного проектирования) САПР САПР — программный пакет, предназначенный для проектирования (разработки) объектов производства, а также оформления конструкторской и/или технологической документации. Деятельность по созданию программных продуктов и технических средств для автоматизации проектных работ имеет общее название – САПР. 15.02.2024 Коккарева Е.С. 110 САПР по отраслевому назначению В настоящий момент выделяют три основные подгруппы САПР: машиностроительные САПР (MCAD - Mechanical Computer Aided Design) архитектурно-строительные САПР (CAD/AEC Architectural, Engineering, and Construction) САПР печатных плат (ECAD - Electronic CAD/EDA Electronic Design Automation) 15.02.2024 Коккарева Е.С. 111 • Компоненты многофункциональных систем САПР традиционно группируются в три основных блока CAD, САМ, САЕ. • CAD (Computer Aided Designed) – автоматизированное проектирование; • САМ (Computer Aided Manufacturing) – автоматизированное производство; • САЕ (Computer Aided Engineering) – автоматизированное проектирование. 15.02.2024 Коккарева Е.С. 112 САПР по целевому назначению CAD (Computer Aided Designed) Предназначены в основном для выполнения графических работ 15.02.2024 CAM (Computer Aided Manufacturing) Предназначены для решения задач технологической подготовки производства Коккарева Е.С. CAE (Computer Aided Engineering) Предназначены для инженерных расчетов, анализа и проверки проектных решений 113 • Существует большое количество пакетов САПР разного уровня. Значительное распространение получили системы, в которых основное внимание сосредоточено на создании "открытых" (т.е. допускающих расширение) базовых графических модулей CAD, а модули для выполнения расчетных или технологических задач (соответствующие блокам САМ и САЕ) остаются для разработки пользователям или организациям, специализированным на соответствующем программировании. Такие дополнительные модули могут использоваться и самостоятельно, без CAD-систем, что очень часто практикуется в строительном проектировании. Они сами могут представлять крупные программные комплексы, для которых разрабатываются свои приложения, позволяющие решать более узкие задачи. 15.02.2024 Коккарева Е.С. 114 САПР CAD (Computer Aided Designed) CAM (Computer Aided Manufacturing) CAE (Computer Aided Engineering) 15.02.2024 PDM (Product Data Management) CAPP (Сomputer Aided Process Planning) Коккарева Е.С. Система управления производственной информацией. Средства автоматизации планирования технологических процессов применяемые на стыке систем CAD и CAM. 115 Решаемые задачи автоматизация выпуска конструкторской и технологической документации (сокращения сроков выпуска документации); подготовка управляющих программ 2,5-осевого оборудования с ЧПУ «по электронному чертежу»; создание объемной модели изделия; определение инерционно-массовых, прочностных и прочих характеристик изделия (или его части/ей); моделирования всех видов ЧПУ - обработки; 15.02.2024 Коккарева Е.С. 116 Решаемые задачи конструирование детали с контролем технологичности; конструирование детали с учетом особенностей материала (пластмасса, металлический лист и т. д.); моделирование работы механизмов; динамический анализ сборки с имитацией сборочных приспособлений и инструмента; проектирование оснастки с моделированием процессов изготовления (штамповки, литья, гибки), что исключает брак в оснастке и изготовлении натурных макетов. … 15.02.2024 Коккарева Е.С. 117 CAD GstarCAD IronCAD MicroStation nanoCAD OmniCAD T-FLEX CAD 11 Pro/ENGINEER TurboCAD VariCAD ZWCAD SCAD Office КОМПАС КОМПАС-СПДС V12 SolidWorks …15.02.2024 Коккарева Е.С. 118 CAM Для создания и отлаживания управляющих программ для широкой гаммы станков с ЧПУ используются: PowerMILL (Delkam) FeatureCAM (Delkam) CATIA (компания Dassault Systemes) Unigraphics (Unigraphics Solution) Pro/Engineer (PTC) 15.02.2024 и др. Коккарева Е.С. 119 CAE CAE-системы — это разнообразные программные продукты, позволяющие при помощи расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств. 15.02.2024 Коккарева Е.С. 120 Этап ТПП Технологическая подготовка производства • Проектирование сложной формообразующей оснастки и инструмента – пресс-форм, штампов и электродов; • Моделирование процессов формообразования (литья, штамповки, ковки и др.) с целью выявления возможных дефектов и их последующего устранения, а также с целью экономии материала; • Формирование управляющих программ обработки деталей сложных форм на станках с ЧПУ; • Построение операционных эскизов при разработке технологических процессов 3D модели, полученные на этапе проектирования • Модели штампов и пресс-форм; • Модели приспособлений; • Модели режущего, вспомогательного и измерительного инструмента; • Модели проектируемого нестандартного оборудования; • Модели операционных заготовок; • Модели технологического оборудования с ЧПУ Собственные 3D модели Центральная роль 3D модели изделия Прием моделей из других CAD-систем Решение задач инженерного анализа Получение физической модели методами быстрого протоипирования Моделирование деталей и сборочных единиц Модель изделия Проектирование оснастки и инструмента Обмер изделияпрототипа Формирование чертежноконструкторской документации Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ Использованные источники • • • Морозов, В. В. Программирование обработки деталей на современных многофункциональных токарных станках с ЧПУ : учеб. пособие / В. В. Морозов, В. Г. Гусев ; Владим. гос. ун-т. – Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2009. – 236 с. Станки с ЧПУ: устройство, программирование, инструментальное обеспечение и оснастка [Электронный ресурс]: учеб. пособие / А.А. Жолобов, Ж.А. Мрочек, А.В. Аверченков, М.В. Терехов, В.А. Шкаберин. – 2-е изд., стер. – М. : ФЛИНТА, 2014. – 355 с. А.М.Александров Наладка и эксплуатация с ЧПУ: Учебное пособие. – СПб.: Изд-во ПИМаш, 2009. - 124 с
