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
Нулевая точка детали в системе координат
Система координат чпу детали задается технологом-программистом при разработке технологического процесса изготовления детали на станке с ЧПУ и составлении управляющей программы. Исходная точка, от которой система ЧПУ отсчитывает перемещения исполнительных органов станка при обработке заготовки по управляющей программе, называется нулевой точкой детали. Нулевая точка детали не имеет постоянных координат и каждый раз назначается заново — в зависимости от конфигурации детали, технологии обработки и удобства наладки станка.
Для станка с ЧПУ чертеж детали и ее размеры должны задаваться в системе координат детали для определения координат опорных точек контура при составлении УП. Для более сложных деталей при составлении управляющей программы приходится, как правило, выполнять в достаточно большом объеме геометрические расчеты недостающих координат характерных точек на профиле детали.
При составлении управляющей программы и расчете величины перемещений рабочих органов станка с ЧПУ применяются два способа отсчета координат: абсолютный и относительный (в приращениях). При абсолютном отсчете измерение перемещений производится от нулевой точки детали, т.е. используются абсолютные значения координат последовательно расположенных точек. При относительном отсчете используются приращения координат системы ЧПУ для последовательного перемещения от точки к точке.
Структура управляющей программы, ее формат, а также правила кодирования информации, записываемой на носители данных (перфоленту, магнитную ленту, магнитный диск) или вводимой с дистанционного источника информации (например, ЭВМ высшего ранга), и требования к технической документации на УЧПУ устанавливает ГОСТ 20999–83. В соответствии с этим ГОСТом УП записывается на носитель данных в виде последовательности кадров (рис. 4). Под кадром управляющей программы понимают составляющую часть УП, вводимую и отрабатываемую как единое целое и содержащую не менее одной команды.
Рис. 4. Структура записи управляющей программы «Электроника НЦ 80-31»
Каждый кадр состоит из слов, расположенных в определенном порядке. Под словом понимают составляющую часть кадра, содержащую данные о параметре процесса обработки заготовки и (или) другие данные по выполнению управления. Слово в начале кадра, определяющее последовательность кадров в УП, называют номером кадра. Номер кадра задается адресом N и целым десятичным числом.
Часть слова УП, определяющую назначение следующих за ним данных, содержащих в этом слове, называют адресом. Значения символов адресов установлены ГОСТ 20999–83.
После кодирования информация управляющей программы в виде последовательности кадров в соответствии с изложенными выше правилами записывается на программоноситель, в качестве которого иногда применяют восьмидорожковую бумажную (или из другого материала) перфорационную ленту шириной 25,4 мм (1 дюйм). В современных УЧПУ управляющая программа может вводиться непосредственно в память с помощью буквенно-цифровых и индексных клавиш. Форму, размеры и расположение перфорационных отверстий кодовых дорожек на ленте регламентирует ГОСТ 10860–83. Запись информации на перфоленте производится с использованием международного кода ISO — 7bit.
