Значение системы координат в станках с программным управлением

Любой станок с ЧПУ использует в своей работе оси X, Y и Z для того, чтобы определить координатное пространство внутри устройства и задать направляющие линии для рабочих инструментов (ножа, экструдера, лазерного луча и т. д.). Технология перемещения может совершенствоваться, но основы координатной системы при этом остаются прежними.

• Что такое система координат станка с ЧПУ и зачем нужна?
• Конструкция современных координат
• Отсчет перемещения
• Как ЧПУ-станок использует координаты?
• Как программировать станок?
• Взаимодействие станка с ЧПУ и координат
• Коррекция инструмента
• Заключение

Что такое система координат станка с ЧПУ и зачем нужна?

Координатная система  станка с ЧПУ  представляет собой расчетную систему, которая предназначена для определения перемещения рабочих органов устройства. Рабочие процессы на таких машинах автоматизированы, и движения производятся в соответствии с программой, заранее разработанной оператором.

В ней описываются исходные параметры для каждого движения рабочих инструментов, удерживающих ножи, и органов, удерживающих непосредственно заготовку. Для того чтобы изготавливаемая деталь соответствовала заданным параметрам, положение материала внутри устройства должно быть строго закоординировано. Учтены при этом должны быть все виды перемещений инструмента: прямолинейные, поворотные, положительные и отрицательные.

Так как рабочие органы станков с ЧПУ могут совершать практически все типы движений, было крайне важно договориться о том, чтобы все устройства, выпускаемые мировыми производителями, имели стандартные обозначения координатной сетки.

Все это привело к разработке международного стандарта ИСО 841–74, который содержит описания осей координатной системы станка с ЧПУ и направления движения его рабочих органов. В Российской Федерации также был разработан ГОСТ 23597–79, который в полной мере соответствует международному стандарту. Правила, указанные в стандарте ИСО 841–74 и ГОСТ 23597–79, гласят, что в станках с ЧПУ могут быть  3 координатные оси  – X, Y, Z (линейные) и 3 круговые – A, B, C. Использоваться при этом может координатная система прямоугольного или полярного вида.

Конструкция современных координат

Прямоугольная система координат станка с ЧПУ предполагает, что местоположение точки на плоскости должно быть задано двумя координатами, а в пространстве – тремя. Оси координат в данной системе параллельны линейным направляющим устройства.

Основным признаком, характеризующим прямоугольную систему координат, является перпендикулярное расположение координатных осей относительно друг друга. При этом они должны иметь единую точку пересечения, которая является началом отсчета координат, и один и тот же геометрический масштаб.

Указанный стандарт устанавливает обозначения движений в устройствах с ЧПУ таким образом, чтобы методика составления управляющих программ не была зависима от того, как движется рабочий инструмент или заготовка. Основой при этом признается перемещение рабочего инструмента относительно недвижимой заготовки. Положительное направление движения должно соответствовать отводу рабочего органа станка от изделия.

Ось Z в системе координат определяется, исходя из положения шпинделя главного движения (вращающего рабочий инструмент).

Ось X располагается горизонтально и должна быть параллельна поверхности, на которой закреплена заготовка.

Ось Y должна быть расположена так, чтобы образовывать прямоугольную систему координат вместе с двумя другими осями.

Развитие современной промышленности часто приводит к тому, что обрабатывать на станках с ЧПУ приходится детали сложных форм, положение которых невозможно описать, используя три основные оси координат. В таких случаях система дополняется круговыми координатными осями, располагающимися вокруг основных осей.

 ВАЖНО!  Координатная система станка предполагает, что положительным направлением движения круговых осей будет считаться движение по часовой стрелке, отрицательным – движение против часовой стрелки.

Ряд современных программируемых станков кроме основных (первичных) движений X, Y и Z имеет и вторичные движения, которые должны быть параллельны основным. Они обозначаются буквами U, V и W. Если станок использует также дополнительные круговые движения, обозначение происходит с помощью букв D и Е.

В полярной системе координат, в отличии от прямоугольных систем, положение точки в пространстве определяется исходя из радиуса, который высчитывается на основании расстояния от точки до начала координат и угла α, который находится между указанной координатной осью и радиусом.

Отсчет перемещения

Любой станок с компьютерным управлением должен иметь собственную исходную точку, которая имеет название Machine Home. Она определяется оператором при первом запуске устройства в процессе калибровки. В процессе отладки все оси станка направляются на максимально возможное технически удаление. Когда предел достигнут, контроллер устройства получает соответствующий сигнал, который запоминает исходные положения координатных осей.

Как ЧПУ-станок использует координаты?

Благодаря существующей декартовой координатной системе оператор может управлять станком вдоль каждой из осей, что позволяет создавать заданные детали из заготовок. Оператор может выполнять следующие движения:

• с помощью оси X – влево и вправо;
• с помощью оси Y – вперед и назад;
• с помощью оси Z – вверх и вниз.

В совокупности движения вдоль заданных координатных осей позволяют не только разрезать материал в плоскости, но регулировать глубину надреза.

Координирование действий станка с ЧПУ основано на том, что движения производятся рабочим органом устройства, а не поверхностью, на которой лежит заготовка.

Например, если оператор устанавливает параметры оси X, которые приводят к перемещению рабочего стола вправо, с точки зрения режущего инструмента это именно он движется влево относительно заготовки, закрепленной на рабочей поверхности.

Как программировать станок?

При создании управляющей программы для станка с ЧПУ оператор использует дополнительную координатную систему, которая имеет название WCS. Эта система определяет точку отсчета в блоке материала (чаще всего в программном обеспечении САМ).

Оператор может назначить исходной точкой в блоке материала любую позицию. После этого соответствующие ей координаты определяются внутри станка. Для этого используется искатель кромок, индикаторы набора номера, датчики, установленные внутри и другие методы ориентирования в пространстве, позволяющие определить местонахождение заданных координат.

Определение исходной точки для системы WCS крайне важен для дальнейшего процесса и требует особого внимания при планировании. Для того чтобы оптимизировать процесс, необходимо следовать следующим правилам:

• Точка отсчета должна быть найдена механически. Для этой цели следует применить искатель края или зонд.
• При замене деталей идентичные источники могут существенно сократить временные затраты.
• Источник должен быть определен таким образом, чтобы учесть необходимые допуски операций, следующих далее.

Взаимодействие станка с ЧПУ и координат

Операторы станков с ЧПУ используют систему WCS, позволяющую обеспечить корректную работу устройства при простом наборе координат для создания управляющей программы. Так как координатная сетка в этом случае имеет существенные отличия от координатной сетки станка, выравнивание на нем происходит со смещениями.

Станки в работе с такой программой применяют параметры, называемые рабочим смещением. Это необходимо для того, чтобы определить разницу в расстоянии между системой WCS и исходным положением точки координат станка. Числовые характеристики таких смещений хранятся в контроллере станка и к ним можно обратиться при необходимости.

Коррекция инструмента

Чаще всего для изготовления детали на станке с ЧПУ используется сразу несколько рабочих инструментов. Это определяет необходимость разработки система учета их характеристик, в том числе длины. Программирование смещения инструмента позволяет оператору контролировать расстояние от удерживающего устройства до обрабатываемой заготовки.

Существует несколько способов прописать такую коррекцию:

1. Беговая. Для того чтобы провести коррекцию, инструмент необходимо переместить в исходную точку. Пройденное в процессе расстояние замеряется и указывается в управляющей программе как параметр смещения рабочего инструмента.
2. Использование прецизионного блока. Все инструменты станка переводятся в общую позицию Z в верхней части прецизионного блока 1-2-3, лежащего на рабочей поверхности стола.
3. Зондирование. Встроенный зонд в этом случае используется для того, чтобы определить степень корректировки инструмента в автоматическом режиме. Это самый точный и эффективный метод из всех перечисленных, но и самый дорогостоящий. Высокая цена обусловлена необходимостью закупать дополнительное измерительное оборудование.

Работа современных станков с ЧПУ и разработка управляющих ими программ неразрывно связаны с используемыми координатными системами. В соответствии с мировыми стандартами, определенными ИСО 841–74, подавляющее большинство станков с ЧПУ использует прямоугольную систему координат, в которой основные координатные оси Z, X и Y расположены параллельно направляющим станка и позволяют при разработке программ указывать направления и величины смещений рабочих инструментов.