Для чего вводят системы координат в станках с чпу
Система координат чпу, кодирование и запись информации
Система координат чпу это основная расчетная система, которая определяет перемещение рабочих органов станка. Обработка заготовок на станке с ЧПУ производится автоматически в соответствии с заранее составленной управляющей программой, в которой заданы величины отдельных перемещений рабочих органов, несущих заготовку и режущий инструмент. Для получения требуемых размеров на заготовке ее положение в рабочей зоне станка должно быть строго закоординировано. При этом необходимо учитывать необходимые виды движений рабочих органов станка (прямолинейные и круговые (поворотные)), положительные и отрицательные направления этих движений.
Рабочие органы станков имеют самые разнообразные движения. Поэтому было очень важно договориться и строго установить что бы станки с ЧПУ, выпускаемые фирмами разных стран имели стандартные обозначения всех возможных координат движений, а также единое правило определения положительных и отрицательных направлений движений по этим координатам рабочих органов станка, несущих заготовку и режущий инструмент. Был разработан международный стандарт ИСО 841–74, который устанавливает обозначения осей системы координат чпу и направлений движений рабочих органов станков с ЧПУ. В нашей стране был выпущен ГОСТ 23597–79, который полностью соответствует данному международному стандарту. По этому стандарту в станках с ЧПУ может быть три линейных координаты (X, Y, Z) и три круговых (A, B, C) (рис. 1). При этом используются системы координат двух видов: прямоугольная и полярная.
Прямоугольная системы координат чпу
В правой, прямоугольной системе координат чпу положение точки на плоскости задается двумя координатами, а в пространстве — тремя координатами. Оси данных координатных систем параллельны прямолинейным направляющим станка. При этом значения координат точек в плоскости и пространстве могут быть как положительными, так и отрицательными.
Рис. 1. Система координат чпу: α — обозначение координатных движений; б — положительное направление круговой (поворотной) координаты А
Для прямоугольной системы координат характерны следующие признаки: координатные оси располагаются взаимно перпендикулярно, они имеют общую точку пересечения (начало отсчета координат) и одинаковый геометрический масштаб.
Указанный выше стандарт устанавливает обозначения осей координат и направлений движений в станках с ЧПУ так, чтобы программирование операций обработки не зависело от того, перемещается режущий инструмент или заготовка.
За основу принимается перемещение инструмента относительно системы координат неподвижной заготовки. Положительное направление движения рабочего органа станка соответствует направлению отвода инструмента от заготовки (рис. 2).
Рис. 2. Системы координат чпу с обозначением положительных направлений прямолинейных перемещений рабочих органов с инструментом: α — на токарном станке с ЧПУ; б — на фрезерном станке с ЧПУ
При этом на схемах станков направления движения рабочих органов, несущих инструмент, обозначаются буквами без штриха, а несущих заготовку — буквами со штрихом; при этом положительное направление движения, обозначаемое буквой со штрихом, противоположно соответствующему движению, обозначаемому той же буквой без штриха.
Ось Z (см. рис. 2) в системе координат чпу определяется по отношению к шпинделю главного движения, т.е. шпинделю, вращающему инструмент в станках сверлильно фрезерно расточной группы, или шпинделю, вращающему заготовку в станках токарной группы. Движение по оси Z в положительном направлений должно соответствовать направлению отвода инструмента от заготовки (см. рис. 2).
Ось X должна быть расположена предпочтительно горизонтально и параллельно поверхности крепления заготовки. На станках с вращающейся заготовкой, например токарных, движение по оси X направлено по радиусу заготовки и параллельно поперечным направляющим. Положительное движение по оси X происходит, когда инструмент, установленный на главном резцедержателе поперечных салазок, отходит от оси вращения заготовки (рис. 1, α). На станках с вращающимся инструментом, например фрезерных, сверлильных, при вертикальной оси Z положительное перемещение по оси X направлено вправо (рис. 1, б).
Положительное направление движения по оси Y в системе координат чпу следует выбирать так, чтобы ось Y вместе с осями Z и X образовывала правую прямоугольную систему координат (см. рис. 1, б).
Несмотря на то что с помощью трехкоординатной прямоугольной системы координат описывается положение любых точек в геометрическом пространстве, в современной механообработке часто возникает необходимость в изготовлении столь сложных поверхностей, когда недостаточно перемещений рабочих органов только по трем осям координат. В этом случае используют пространственную прямоугольную систему координат с дополнительными круговыми осями координат, которые располагаются вокруг основных линейных осей X, Y и Z (см. рис. 1, α). Ось вращения вокруг оси X обозначается как ось А, ось вращения вокруг оси Y — как ось B, ось вращения вокруг оси Z — как ось С.
Система координат ЧПУ предполагает, что за положительное направление круговой координатной оси принимается направление вращения по часовой стрелке, если смотреть в положительном направлении вдоль соответствующей ей линейной оси (см. рис. 1, б).
В ряде станков с ЧПУ дополнительно к основным (первичным) прямолинейным движениям X, Y и Z имеются вторичные движения параллельно им. Их следует обозначать соответственно буквами U, V и W. Если дополнительно имеются третичные движения, параллельные им, их следует обозначать соответственно буквами P, Q, R.
Если дополнительно к первичным круговым движениям имеются вторичные вращательные движения, параллельные или непараллельные А, В и С, их следует обозначать буквами D и Е.
Прямоугольную систему координат с дополнительными круговыми осями можно также представить как пространственную полярную систему координат (рис. 3).
В полярной системе координат положение точки Р на плоскости XY определяется расстоянием (радиусом) R от точки до начала координат и углом α между определенной осью координат и радиусом, проведенным в точку из начала координат (см. рис. 3). Как правило, в полярной системе координат чпу на плоскости XY угол α указывается от оси X. Угол α может иметь как положительное, так и отрицательное значение.
Рис. 3. Полярная система координат чпу
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?
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:
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:
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:
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.
Осваиваем систему координат в ЧПУ. Руководство для новичков
Все станки ЧПУ работают в системе координат. Сегодня мы расскажем о ней и выясним, зачем она в станке, и как ее освоить. Она используется повсеместно, и даже самые новые машины применяют оси X Y и Z для определения ориентации детали в пространстве.
Сейчас мы с вами поближе познакомимся с представленной системой в ЧПУ, учитывая и декартову, и систему смещения.
Важны ли координаты на самом деле?
Чтобы изготовить заготовку разной сложности и формы, недостаточно поставить материал на рабочий стол и запустить программу. Задача становится еще более сложной, если для работы нужно несколько инструментов. Они имеют разную длину и расстояние между работающей головкой и поверхностью. Выставленные параметры для одного из них не будут приемлемыми для другого.
Система координат – это возможность трехмерного восприятия пространства. Без нее устройство просто бы не определило, где заготовка, на каком расстоянии находиться инструмент, какие использовать движения и как обрабатывать деталь. Для новичка восприятие координат может быть непонятным и сложным, но, если разобраться, все оказывается гораздо проще.
Декартова система – основы
С координатной плоскостью Декарта, использующей оси X, Y и Z работают практически все существующие станки ЧПУ. Она позволяет устройству совершать поступательные движения вдоль плоскости в нужном направлении.
Если обратиться к основам, то это обычная числовая линия, на которой обязательно обозначается нулевая точка, все значения слева будут отрицательными, а справа – положительными.
Если объединить все три оси в нулевой точке под прямым углом, вы получите трехмерное пространство. Две из них, соединенные в нулевой точке, формируют единую плоскость. Лучше понять эту систему поможет одна простая манипуляция. Если правую руку поднять перед станком ладоней вверх и выровнять руку по работающей части ЧПУ, в этой имитируемой координатной системе средний палец, указательный и большой будут осями аппликат (Z) ординат (Y) и абсцисс (Х) соответственно.
Какие координаты использует станок?
Использование координатных плоскостей дает возможность управлять оборудованием вдоль каждой их трех осей:
· Ось абсцисс обеспечивает движение головки справа налево и слева направо.
· Z – снизу-вверх и наоборот.
Что уже позволяет резать объемные детали фрезером или лазерным лучом.
Где находится исходная точка на станке?
Любое устройство имеет собственную исходную точку. Она носит название MachineHome. При первой загрузке станок не видит этого значения, а, значит, его нужно откалибровать. Во время этой манипуляции все три оси машины двигаются к своему максимальному пределу. После его достижения контроллер отмечает исходное положение для каждой из осей.
Когда процесс завершился и все оси имеют свое первоначальное положение, устройство готово к работе. Так как модели различаются между собой, у одних есть специальный выключатель, он подает сигнал контроллеру, что устройство достигло предела, у других существует целая система, которая следит за процессом. Если положение координат смещается на 0,0005 мм, это мгновенно сообщается на контроллер.
Какие координаты использует оператор?
Если устройство применяет в работе свою собственную систему координат, то оператор при написании программного обеспечения применяет систему WCS (рабочих координат). Она позволяет любую точку в материале определить, как исходную. Далее следует найти начальную точку внутри станка. В этом вам поможет искатель кромок или специальный датчик.
При поиске исходной точки всегда используйте только механические средства, но при этом учитывайте необходимые для следующих операций допуски.
Как взаимодействуют координаты, введенные оператором и ЧПУ?
Уже выше упоминалось, что машина и человек пользуются разными системами координат. Оборудование их потом выравнивает с небольшим смещением. Оно определяет расстояние между данными внесенными WCS и данными станка. Данные сохраняются в контроллере ЧПУ и их можно посмотреть в специальной таблице смещений.
Корректировка инструмента
Чаще всего для изготовления заготовок применяется несколько режущих инструментов. Учитывать разницу в длине в данном случае обязательно. Чтобы работать со станком стало легче, во многих фрезерах и граверах запрограммирована специальная корректировка инструмента. Она записывается несколькими методами:
1. Нужно передвинуть инструмент с текущего положения на ноль. Полученный отрезок замеряется и записывается, как смещение.
2. Разместите все инструменты в одной позиции, вверху рабочего блока.
3. Можно применить специальное приспособление (зонд). Он сам проводит корректировку. Это точный и эффективный, но дорогостоящий способ, так как потребуется специальное оборудование.
Как видите система координат не так страшна, как может показаться. Главное во всем внимательно разобраться и протестировать на практике.
Система координат станка с ЧПУ
Для определения координатного пространства внутри станка и пространства для перемещения инструмента (фрезы, резца, экструдера, лазерного луча и др.) во всех современных станках используются декартова система координат с осями X, Y и Z.
Декартова система координат — прямолинейная система координат с взаимно перпендикулярными осями. Это наиболее простая и поэтому часто используемая система координат:
Помимо линейных осей, станок может иметь несколько поворотных осей. Их обозначение зависит от того, вокруг какой линейной оси они вращаются. Ниже приведена схема системы координат с поворотными осями:
Для позиционирования инструмента в системе координат могут использоваться разные технические устройства и механизмы. В этой статье рассматриваются системы координат, используемые в станках с ЧПУ, включая рабочую систему координат (WCS), машинную систему координат (MCS) и систему смещения.
Роль системы координат
Станок должен понимать положение заготовки в физическом пространстве — просто поместить кусок металла в ЧПУ станок и нажать кнопку «Пуск» недостаточно. Для решения этой задачи используется рабочая система координат станка.
Задача усложняется, когда в процессе обработки используется несколько инструментов. Каждый из них имеет различную длину, которая изменяет расстояние между базовой точкой шпинделя и заготовкой. Например, точка начала для 3-мм фрезы с небольшой длиной будет отличаться от точки начала для 6-мм сверла, предназначенного для сверления глубоких отверстий.
Система координат позволяет сообщить управляющей программе:
где в пространстве находится заготовка;
как далеко от неё находится инструмент;
как должен двигаться инструмент в процессе обработки детали.
Используя декартову систему координат, можно управлять движением инструмента вдоль каждой оси, что уже позволит сделать из заготовки деталь.
Система координат классического фрезерного станка с точки зрения оператора:
ось X задаёт перемещение «влево» и «вправо»;
ось Y — «вперед» и «назад»;
ось Z — «вверх» и «вниз».
Система координат классического токарного станка:
ось X задаёт перемещение «вперед» и «назад»;
ось Z — «влево» и «вправо».
Многие современные токарные станки с ЧПУ оснащаются фрезерным инструментом. Но как быть, если токарный станок имеет всего две оси, а требуется обработать квадрат или шестигранник? Производители оборудования предлагают для таких случаев два решения.
1. Перейти от декартовой системы координат к полярной
Полярная система координат — это двумерная система координат, в которой каждая точка на плоскости определяется двумя числами — полярным углом и полярным радиусом. В случае с токарным станком полярный угол это угол поворота шпинделя относительно инструмента, а полярный радиус это положение инструмента по оси Х.
Иными словами, чтобы определить точку в пространстве, необходимо указать радиус и угол отклонения от оси Х. На практике использовать такую систему координат, как правило, неудобно, поэтому ЧПУ преобразовывает угловое значение поворота шпинделя в более понятную линейную координату. При программировании в полярных координатах необязательно пересчитывать углы. Кроме того, обработка в полярных координатах не позволяет выполнять некоторые фрезерные операции.
2. Использовать дополнительную ось перемещения
Вторым способом является установка дополнительной оси перемещения (ось Y). Такая опция позволяет значительно расширить возможности станка, и, в отличие от полярных координат, пригодна для выполнения любых фрезерных операций. Недостаток такой опции — это её стоимость и сравнительно небольшой диапазон перемещений.
Движение вдоль системы координат всегда основано на том, как движется инструмент, а не стол с заготовкой. Например, увеличение значения координаты X приведёт к смещению стола влево, но если смотреть с точки зрения инструмента, он движется вправо вдоль заготовки.
Кроме трёх или двух осей, в любой системе координат задаётся исходная точка. Каждый станок с ЧПУ имеет свою собственную внутреннюю исходную точку, которая называется Machine Home или Референтная позиция.
Привязка системы координат
Чтобы упростить написание программ ЧПУ, используется система рабочих координат или WCS. WCS определяет конкретную исходную точку в блоке материала, обычно в программном обеспечении САМ.
Перед началом выполнения управляющей программы станку необходимо указать расположение заготовки относительно его системы координат (MCS).
Для этого оператор должен указать величину смещения по каждой оси станка. Это можно сделать несколькими способами, но на многих современных станках существует возможность оснащения его автоматической системой измерения заготовки.
Такая система представляет собой высокоточный датчик, который устанавливается в шпинделе станка (фрезерный станок) или в инструментальной револьверной головке (токарный станок). Датчик на медленной подаче производит касание заготовки и передает сигнал на ЧПУ, которая в свою очередь заносит в память величину смещения вдоль соответствующей оси. Такое устройство позволяет значительно ускорить наладку станка.
Выбор исходной точки для WCS требует тщательного планирования. Необходимо учитывать несколько условий:
исходная точка должен быть найдена механическими средствами с помощью искателя края или зонда;
одинаковые исходные точки помогают экономить время при замене деталей;
исходная точка должна учитывать требуемые допуски для всех последующих операций.
Если на станке обрабатывается несколько деталей в одном задании, для каждой детали может быть назначено собственное смещение. Это позволяет станку с ЧПУ точно связать свою систему координат с системами нескольких деталей в разных местах и выполнять несколько настроек одновременно.
Коррекция инструмента
Обычно для изготовления одной и той же детали используется несколько инструментов. Как отмечалось выше, разный инструмент имеет разные геометрические параметры, которые станок должен учитывать при перемещении. Для этого в станке существует таблица смещения инструмента, в которой указываются геометрические параметры инструмента (для токарных резцов: смещение от нулевой точки станка, для фрезерного инструмента длина и диаметр). Для записи коррекции используют несколько способов:
Измерения касанием. Этот способ не требует каких либо специальных технических средств или дополнительного оснащения, но вместе с этим является наименее точным. Суть заключается в касании заготовки инструментом либо напрямую, либо через концевые меры.
Использование пресетера (необходимо наличие в цеху специального устройства — пресетора).
Пресетер позволяет точно измерить длину и диаметр инструмента. Это наиболее точный метод измерения, но вместе с тем наиболее затратный и наименее удобный, так как для проведения измерений инструмент необходимо извлекать из станка.
Измерение при помощи датчика измерения инструмента. В зависимости от типа датчика этот способ не уступает по точности предыдущему, но при этом менее затратный и наиболее эффективный, так как привязку инструмента можно осуществлять в автоматическом режиме. Суть данного способа заключается в установке в рабочую зону станка высокоточного датчика для измерения инструмента:
Инструмент касается контактной поверхности датчика, а датчик в свою очередь передает сигнал на ЧПУ, которая фиксирует данные в таблице инструментов. Измерение может проводиться как в ручном режиме, так и в автоматическом (в зависимости от типа датчика).
С помощью инструментов нашего портала Вы сможете легко сравнить между собой станки от разных производителей и принять верное решение о покупке оборудования!
Также вы можете обратиться за помощью к специалистам Центра технологической поддержки портала СТАНКОТЕКА — для этого оставьте заявку на сайте или позвоните по телефону, указанному на странице «Контакты».