Особенности обработки на станках с ЧПУ. Системы координат

Основой для составления технологической УП является информация о заготовке и детали, которая традиционно представляется графически на бумаге или дисплее САПР в виде чертежа. Все основные элементы детали можно разделить по способу их обработки (фрезерная, токарная, сверлильная). Среди них можно выделить следующие элементы поверхности, требующие многопроходной обработки: поверхности, получающиеся проходом фрезы вдоль контура; тела вращения ступенчатой и криволинейной формы; отверстия, получаемые перемещением вращающихся инструментов вокруг своей оси.

Для обработки каждого элемента детали существуют типовые схемы обработки. Основными элементами при обработке являются фрезы, резцы, сверла и им подобные инструменты. Режущая кромка инструмента не всегда имеет простую форму. Поэтому для правильного перемещения инструмента вдоль контура обработки нужно правильно задать траекторию инструмента, а также траекторию расчетной точки инструмента, которая в большинстве случаев не совпадает с контуром детали.

Одной из задач программиста или системы автоматизированной подготовки программ (САП), разрабатывающих УП, является задача проектирования траектории расчетной точки инструмента относительно контура детали представленной на чертеже. Однако при изготовлении детали последнее устанавливается неподвижно по станку или подвижно в РО станка, а инструмент закрепляется в державку и вместе с державкой устанавливается в другой РО станка. Задача разработчика УП – так рассчитать траекторию рабочих органов станка, чтобы расчетная точка инструмента двигалась по заранее определенной траектории. Для упрощения расчетов геометрических перемещений используют системы координат детали, инструмента и станка.

Система координат детали служит для расчета координат опорных точек траектории расчетной точки инструмента. Опорными называются такие точки начала, конца, пересечения или касания геометрических элементов, из которых образованы контуры детали и траектории инструментов. Чаще всего это прямые линии и дуги окружностей. В качестве системы координат детали применяется правая прямоугольная система. Иногда принимают цилиндрическую или сферическую системы координат. При выборе начала системы координат детали и ориентации ее осей следует обратить внимание на обеспечение простоты расчетов опорных точек траекторий.

Система координат инструмента предназначена для задания положения его режущей части относительно державки. Инструмент описывается в рабочем положении в сборе с державкой. При описании всего разнообразия инструмента для станков с ЧПУ удобно использовать единую систему координат xи, zи, оси которой параллельны осям стандартной системы координат и направлены в ту же сторону, а начало системы координат – в базовой точке U инструментального блока, выбираемой с учетом особенностей его установки на станке.

Режущая часть инструмента характеризуется положением его вершины и режущих кромок. Вершина инструмента задается радиусом закругления и координатами x_ив и z_ив ее построенной точки В, положение которой относительно системы координат инструментального блока обеспечивается настройкой инструментального блока вне станка на специальном приспособлении. Настроечная точка В резца используется в качестве расчетной при вычислении траектории инструмента, элементы которой параллельны координатным осям. Расчетной точкой криволинейной траектории резца обычно служит центр закругления при вершине инструмента.

Система координат станка ГОСТ 23597-79 (ст. СЭВ 3135-81). Оси координат и направлений движений являются главной расчетной системой, в которой определяются предельные перемещения, начальные и текущие перемещения РО.

Положение РО станка характеризуют их базовые точки. Базовыми точками служат следующие: для шпиндельного узла – точка пересечения торца шпинделя с осью его вращения; для суппорта токарно-револьверного станка – центр поворота резцедержателя в плоскости, параллельной направляющим суппорта и проходящей через ось вращения шпинделя; для крестовых столов – точка пересечения его диагоналей или специально построенная точка, определяема конструкцией приспособления; для поворотного стола – центр поворота

Систему координат станка, выбранную в соответствии с рекомендациями ИСО, называют стандартной. Она представляет собой прямоугольную декартовую систему координат, связанную с заготовкой, оси этой системы параллельны прямолинейным направляющим станка. Обозначение осей координат и направление движения устанавливается так, чтобы программирование операций обработки не зависело от того, перемещается ли инструмент или заготовка.

Ориентация осей стандартной системы координат станка связывается с направлением движения при сверлении на сверлильных, расточных, фрезерных и токарных станках. Направление выхода сверла из заготовки принято в качестве положительного для оси z. Ось х перпендикулярна оси z и параллельна плоскости установа заготовки. Если такому определению соответствуют две оси, то за ось х принимают ту, по которой возможно большее перемещение узла станка. При известных z и х однозначно определяется Y.

Начало стандартной системы координат станка выбирается произвольно, но обычно совмещается с базовой точкой узла, несущего заготовку и зафиксированного в таком положении, при котором все перемещения РО станка могли бы описываться положительными координатами.

Движения РО станка задаются в УП координатами базовых точек в системе координатных осей, определенных в стандартной системе координат. Положительному направлению движения РО станка соответствует направление отвода инструмента от заготовки.

Координатные оси РО станка, несущих инструмент, обозначаются буквами X, Y, Z без штрихов. Если на станке есть несколько РО для перемещения инструментов, то указанные обозначения относятся к первичным осям. Для обозначения вторичных осей используются буквы U, V, W, а для третичных – P, Q, R. Координатные оси РО станка, перемещающие заготовку, направлены противоположно соответствующим осям РО, перемещающим инструмент и обозначаются теми же буквами, но со штрихами.

Поворот РО с инструментом вокруг осей X, Y, Z обозначается буквами A, B, C, а вокруг X’, Y’, Z’ – A’, B’, C’ соответственно. Начало отсчета углов поворота и положительные направления вращений так же, как и начало системы координат, определяется произвольно.

Для обозначения угловых движений вокруг специальных осей используют буквы D и E.

В УЧПУ направления координатных осей РО станка отображаются так, что если для реализации запрограммированного движения инструмента относительно заготовки необходимо переместить РО с инструментом, то это движение выполняется с заданным в УП знаком, а если необходимо переместить РО с заготовкой, то знак направления движения изменяется на противоположный.

При программировании и наладки станка для работы по УП используют некоторые характерные точки, называемые по ГОСТ 20523-80 нулевой, исходной и фиксированной точками станка.

Нулевая точка станка (нуль станка) – точка, принятая за начало системы координат станка. Она определяется относительно конструктивных элементов станка. Относительно нее задаются в УП абсолютные размеры перемещений РО станка, если начало отсчета не смещено с помощью средств «плавающего нуля». «Плавающий нуль» - это свойство УЧПУ сдвигать начало отсчета перемещение РО в любое положение относительно нулевой точки станка. Система координат со сдвинутым началом отсчета называется рабочей.

Исходная точка станка – точка, определенная относительно нулевой точки станка и используемая для начала работы по УП. С исходными точками станка совмещают базовые точки РО перед началом работы станка по УП. Исходные точки выбирают из условия минимизации вспомогательных ходов, обеспечивающие безопасности обслуживания персонала при смене инструмента и удобства закрепления инструмента на станке.

Фиксированная точка станка – точка, определенная относительно нулевой точки станка и используемая для определения положения РО станка. Базовые точки РО совмещаются с фиксированными точками станка с помощью вмонтированных в узлы станка специальных датчиков положения. В эту точку РО приводится в зону действия датчика по команде с пульта УЧПУ или по заданному в УП перемещению, а затем, с высокой точностью непосредственно в фиксированную точку станка, что позволяет исключить ранее накопленную погрешность РО. Современные станка с ЧПУ точно отрабатывают заданные в УП перемещения. Поэтому фиксированные точки станка используют только после переналадки станка перед изготовлением первой детали партии, а для последующих деталей партии расположение рабочих систем координат выбирают по возможности ближе к заготовке.