Работа станка с ЧПУ тесно связана с системами координат. Оси координат располагают параллельно направляю­щим станка, что позволяет при програм­мировании обработки указывать направ­ления и величины перемещения рабочих органов. В качестве единой системы координат для всех станков с ЧПУ соответствии с ГОСТ 23597—79 * (СТ СЭВ 3135—81) принята стандартная (правая) система, при которой оси X, У, Z (рис. 2.2) указывают положи­тельные перемещения инструментов от­носительно подвижных частей станка. Положительные направления движения заготовки относительно неподвижных

Рис. 2,2. Стандартная система координат станков с ЧПУ

Частей станка указывают оси X', У, Z', Направленные противоположно осям X, У, Z. Таким образом, положительными всегда являются такие движения, при которых инструмент и заготовка уда­ляются друг от друга.

Круговые перемещения инструмента (например, угловое смещение оси шпин­деля фрезерного станка) обозначают буквами А (вокруг оси X), В (вокруг оси У), С (вокруг оси Z), а круговые перемещения заготовки (например, уп­равляемый по программе поворот стола на расточном станке) — соответственно буквами А', В', С. В понятие «круговые перемещения» не входит вращение шпин­деля, несущего инструмент, или шпинде­ля токарного станка. Для обозначения вторичных угловых движений вокруг специальных осей используют буквы Д и Е.

Для обозначения направления пере­мещения двух рабочих органов вдоль одной прямой используют так называе­мые вторичные оси: U (параллельно X), V (параллельно У), W (параллельно Z). При трех перемещениях в одном направ­лении применяют еще и так называемые третичные оси: Р, Q, R (см. рис. 2.2).

Система координат станка. У станков различных типов и моделей системы координат размещают по-разному (рис. 2.3), определяя при этом положи­тельные направления осей и положение начала координат (нуль станка М).

Система координат станка является главной расчетной системой, в которой определяются предельные перемещения, начальные и текущие положения рабочих органов станка. При этом положения ра­бочих органов станка характеризуют их базовые точки, выбираемые с учетом конструктивных особенностей отдельных управляемых по программе узлов станка. Так, базовыми служат точки: для шпин­дельного узла — точка N пересечения торца шпинделя с осью его вращения (рис. 2.4); для суппорта токарно-револь - верного станка — центр поворота резце­держателя в плоскости, параллельной направляющим суппорта и проходящей через ось вращения шпинделя, или точка базирования инструментального блока; для крестового стола — точка пересече­ния его диагоналей или специальная настроечная точка, определяемая конст­рукцией приспособления; для поворотно­го стола — центр поворота на зеркале стола и т. д.

Базовая точка может быть материаль­но выражена точным базовым отверстием в центре стола станка (например, точка F На рис. 2.4).

В технической документации пределы возможных смещений рабочих органов, как правило, указывают пределами сме­щения базовых точек.

Систему координат станка, выбран­ную в соответствии с рекомендациями ГОСТ 23597—79* (см. рис. 2.2), принято называть стандартной. В этой системе по­ложительные направления осей коорди­нат определяются по правилу правой руки. Большой палец (рис. 2.5, а) ука­зывает положительное направление оси абсцисс (Я), указательный — оси орди­нат — (Y), средний — оси аппликат (Z). Положительные направления вращений вокруг этих осей определяются другим правилом правой руки. Согласно этому правилу, если расположить большой палец по направлению оси, то остальные согнутые пальцы укажут положительное направление вращения (рис. 2.5,6).

3*

67

Ориентация осей стандартной систе­мы координат станка связывается с на­правлением движения при сверлении на сверлильных, расточных, фрезерных и то­карных станках. Направление вывода

Рис. 2.3. Размещение координатных систем у различных станков с ЧПУ: о — карусель­ный; б — вертикально-фрезерный

Сверла из заготовки принято в качестве положительного для оси Z, т. е. ось Z всегда связывается с вращающимся эле­ментом станка — шпинделем. Ось X перпендикулярна к оси Z и параллельна плоскости установки заготовки. Если та­кому определению соответствуют две оси, то за ось X принимают ту, вдоль которой возможно большее перемещение узла станка. При известных осях X и Z ось Y Однозначно определяется из условия рас­положения осей в правой прямоугольной системе координат.

Начало стандартной системы коорди­нат станка обычно совмещают с базовой точкой узла, несущего заготовку, за­фиксированного в таком положении, при котором все перемещения рабочих орга­нов станка могли бы описываться поло­жительными координатами (см. рис. 2.3, 2.4). Точка М, принятая за начало отсче­та системы координат станка, называется нулевой точкой станка или нулем станка. В этом положении рабочие органы (базо­вые точки), несущие заготовку и инстру­мент, имеют наименьшее удаление друг от друга, а отсчетные элементы станка определяют нуль отсчета на табло цифро­вой индикации.

Рис. 2.4. Система координат вертикально-сверлильного станка с ЧПУ

Например, у вертикально-сверлильного станка (см. рис. 2.4) базовой точкой F стола является центр стола, в котором выполнено отверстие диаметром 40Н8. Базовой точкой шпинделя является точка N — центр отвер­стия шпинделя в плоскости торца шпинделя. Конструкцией станка определено, что стол может смещаться по оси X (продольная ось стола) на 400 мм вправо и влево относительно центрального положения базовой точки. Воз­можные смещения стола оси Y (попереч­ные) составляют 450 мм. Таким образом, прямоугольник (на рис. 2.4 заштрихован), образованный линиями возможного смещения точки F по осям X и Y, определяет возможную зону обработки заготовок инструментом, ось

^ ' F4-X(+YiMU+Z)

+А(+Вши+С)

Рис. 2.5. Правило правой руки; а — положи­тельные направления осей координат; б — положительные направления вращений

Которого совпадает с осью шпинделя. Эта зона (ее часто называют рабочей зоной) у рассматриваемого станка в плоскости огра­ничена размерами 800X450 мм.

Наличие данных о зоне обработки обязательно, так как они определяют воз­можности станка при программировании перемещений обрабатываемых заготовок.

Для того чтобы отсчет перемещений стола по осям X и У всегда был поло­жительным, нуль станка М принимают размещенным в одном из углов рабочей зоны (см. рис. 2.3,6). Естественно, что положение точки М является фиксиро­ванным и неизменным, и в этом случае точка М будет являться началом коорди­нат станка. Тогда положение точки F Может быть задано [3] координатами XMF и YMF относительно точки М.

Для рассматриваемого станка (см. рис. 2.4) положение точки F будет изменяться в пределах 0—800 мм по оси X и 0—450 мм По оси У. Возможное смешение торца шпинде­ля в направлении оси Z составит 380 мм (70— 450 мм). При этом за начало перемещения принимается нижнее (предельное) положение торца относительно зеркала стола, при кото­ром расстояние от торца до зеркала стола равно 70 мм.

При работе станка табло индикации на панели УЧПУ отражает истинное по­ложение базовых точек станка относи­тельно нуля станка.

Для рассматриваемого примера это поло­жение точки F относительно точки М и точки N Относительно нулевого уровня в соответствую­щей системе XYZ координат станка. Для взаимного положения рабочих органов станка, показанного на рис. 2.4, на табло индикации будут данные: Х250.00, Y235.00 и Z000.00. Для положения, когда ось шпинделя будет совмещена с точкой 133, табло индикации покажет Х800.00, Y450.00 и Z000.00. В положе­нии, когда точка N будет совмещена с точкой 313, на табло индикации будут значения: Х800.00, Y000.00 и Z380.00 и т. д.

На рассматриваемом станке в положении, когда ось шпинделя будет совмещена с нуле­вой точкой М, а его торец находится на расстоянии 70 мм от зеркала стола, на табло цифровой индикации по всем программируе­мым координатам (X, Y, Z) будут показаны нули.

Таким образом, если на данном станке обрабатывать деталь с использованием абсолютного отсчета, то все ее коорди­наты (рис. 2.6) должны быть определены относительно нулевой точки М станка.

Обычно в нулевую точку станка рабо­чие органы можно переместить путем нажатия кнопок на пульте управления станком или соответствующими команда­ми УП. Точный останов рабочих органов в нулевом положении по каждой из коор­динат обеспечивается датчиками нулево­го положения.

Движения рабочих органов станка за­даются в УП координатами или при­ращениями координат базовых точек в стандартной (правой) системе координат.

В рассматриваемом примере (см. рис. 2.4) это координаты XMF И YMF центра стола (базовой точки F) и координата ZN положе­ния по высоте торца шпинделя (базовой точки N относительно нулевого уровня).

В паспортах станков с ЧПУ всех типов указаны координаты, которые закрепле­ны за конкретным рабочим органом, и показаны направления всех осей, начало отсчета по каждой из осей и пределы возможных перемещений. Для того чтобы не было путаницы с положительными направлениями рабочих органов, связан­ных с заготовкой (обозначение осей со штрихом) и с инструментом (обозначение осей без штриха), при подготовке УП

Рис. 2.7. Система координат инструмента: а — резец; б — сверло

Всегда исходят из того, что инструмент движется относительно неподвижной за­готовки. В соответствии с этим и указы­вают положительные направления осей координат на расчетных схемах, эскизах и другой документации, используемой при программировании. Другими слова­ми, за основную при программировании принимают стандартную систему коорди­нат, в которой определены положения и размеры обрабатываемой детали, отно­сительно которой перемещается инстру­мент. Принятое допущение корректи­руется системой УЧПУ таким образом, что если для реализации запрограмми­рованного движения инструмента относи­тельно заготовки необходимо переместить рабочий орган с инструментом, то это движение выполняется с заданным в УП знаком, а если требуется переместить рабочий орган с заготовкой, то знак направления движения изменяется на противоположный.

Система координат инструмента. Си­стема координат инструмента предна­значена для задания положения его режущей части относительно державки.

Инструмент описывается в рабочем положении в сборе с державкой (рис. 2.7). При описании всего разнообразия инст­рументов для станков с ЧПУ удобно использовать единую систему координат инструмента X„Z„, оси которой парал­лельны соответствующим осям стандарт­ной системы координат станка и направ­лены в ту же сторону. Начало системы координат инструмента располагают в базовой точке Т инструментального бло­ка, выбираемой с учетом особенностей его установки на станке. При установке блока на станке точка Т часто совме­щается с базовой точкой элемента стан­ка, несущего инструмент, например с точкой N (рис. 2.8).

Режущая часть инструмента харак­теризуется положением его вершины и режущих кромок. Вершина инструмента задается радиусом закругления г и коор­динатами хкТР и ZKTP ее настроечной точки Р (см. рис. 2.7, а), положение которой относительно начала системы координат инструмента обеспечивается наладкой инструментального блока вне станка на специальном приспособлении. Положение режущей кромки резца за­дается главным ср и вспомогательным ф) углами в плане, а сверла — углом 2ср при вершине и диаметром D. Вершина вра­щающегося инструмента лежит на оси вращения, и поэтому для ее задания достаточно указать аппликату ZKTP.

Настроечная точка инструмента Р обычно используется в качестве расчет­ной при вычислении траектории инстру­мента, элементы которой параллельны координатным осям. Расчетной точкой криволинейной траектории служит центр закругления Ри при вершине инструмента (см. рис. 2.7, а).

Связь систем координат. Таким обра­Зом, при обработке детали на станке с ЧПУ (рис. 2.9, а) можно выделить три координатные системы. Первая — система координат станка XMZ, имею­щая начало отсчета в точке М — нуль станка (рис. 2.9,6). В этой системе оп­ределяются положения базовых точек отдельных узлов станка, причем числовые значения координат тех или иных точек (например, точки F) выводятся на табло цифровой индикации станка. Вторая ко­ординатная система — это система коор­динат детали или программы обработки детали XxWZa (рис. 2.9, в). И третья система — система координат инстру­мента XKTZ„ (рис. 2.9, г), в которой опре­делено положение центра Р инструмента относительно базовой точки F (К, Т) эле­мента станка, несущего инструмент.

Система координат детали — это си­стема, в которой определены все разме­ры данной детали и даны координаты всех опорных точек контура детали. Система координат детали переходит в систему координат программы — в систему, в которой даны координаты всех точек и определены все элементы, в том числе и размещение вспомогательных траекторий, которые необходимы для со­ставления УП по обработке данной дета­ли. Системы координат детали и про­граммы обычно совмещены и представ­ляются единои системой, в которой и производится программирование и вы­полняется обработка детали. Система назначается технологом-программистом в соответствии с координатной системой выбранного станка.

В этой системе, которая определяет положение детали в приспособлении, раз­мещение опорных элементов приспособ­ления, траектории движения инструмента и др., указывается так называемая точка начала обработки — исходная точ­ка (О). Она является первой точкой для обработки детали по программе. Часто точку О называют «нуль программы». Перед началом обработки центр Р инст­румента должен быть совмещен с этой точкой. Ее положение выбирает технолог - программист перед составлением про­граммы исходя из удобства отсчета раз­меров, размещения инструмента и заго­товок и др., стремясь во избежание излишних холостых ходов приблизить инструменты к обрабатываемой детали.

При многоинструментальной обра­ботке исходных точек может быть несколько — по числу используемых ин­струментов, поскольку каждому инстру-

+Z

Рис. 2.9. Системы координат при обработке на токарном станке

Менту задается своя траектория движе­ния.

Положение исходной точки О, как и любой другой точки траектории инст­румента, переводится в систему коорди­нат станка из системы координат про­граммы (детали) через базовую точку С Приспособления (О— W — С — М). Центр инструмента Р, заданный координатой в системе координат инструмента X„TZ„ (см. рис. 2.9, г), переводится в систему координат станка через базовую точку К суппорта, которая задана относительно базовой точки F(P— K — F — M).

Такая связь систем координат детали, станка и инструмента позволяет выдер­живать заданную точность при пере­установках заготовки и учитывать диапа­зон перемещений рабочих органов стан­ка при расчете траектории инструмента в процессе подготовки программного уп­равления.

Наладка станка для работы по УП упрощается, если нулевая точка станка находится в начале стандартной системы координат станка, базовые точки рабочих органов приведены в фиксированные точ­ки станка, а траектория инструмента за­дана в УП перемещениями базовой точки рабочего органа, несущего инструмент, в системе координат станка. Это возмож­но, если базовая точка С приспособления определена в системах координат детали и станка. Если же траектория инструмен­та задана в УП перемещениями вершины инструмента в системе координат детали, то для реализации такой УП используют «плавающий нуль».

При программировании в ряде слу­чаев за исходную принимают точку нача­ла системы координат программы (дета­ли). Тогда удобно, определив в системе положение базовых точек приспособле­ния для детали, строить траекторию дви­жения центра инструмента (см. гл. 1).

При токарной обработке чаще всего за начало координатной системы про­граммы принимают базовую точку детали на базовом торце, при установке детали в приспособлении она совпадает с базо­вой точкой С на плоскости приспособле­ния (рис. 2.10).

Исходная точка О назначается коор­динатами хйWO и Z3W0 (рис. 2.10, а) относительно начала системы координат программы в месте, которое зависит от вида используемого .инструмента, конст­рукции суппорта или револьверной го­ловки и координат вершины инструмента в системе координат инструмента.

Все три рассмотренные координатные системы на любом станке взаимосвязаны. В большинстве случаев в каждой данной программе расположение координатной системы программы неизменно относи­тельно начала координатной системы станка.

На токарном станке (рис. 2.10, а) нулевая точка станка М, размещаемая на торце шпинделя, определяет положе­ние координатных осей станка Z и X. От­носительно нулевой точки при работе станка в абсолютной системе координат ведется отсчет перемещений базовой точки суппорта F. При этом текущие значения координат XMF и ZMF выводят­ся на табло цифровой индикации. При обработке данной детали всегда должна быть известна величина zMC — расстоя­ние относительно точки М базовой точ­ки С плоскости приспособления (токар­ного патрона), с которой при установке заготовки совмещается ее базовая точ­ка В'.

Для координатной системы програм­мы XaWZA (см. рис. 2.9, в и 2.10, а) харак­терно наличие исходной точки О, опреде­ленной координатами ZMWO и XaWO Относительно осей координатной систе­мы, и точки WR — точки отсчета заготов­ки, имеющей размеры D3Xl-

В координатной системе программы задаются также все опорные точки программируемой траектории перемеще­ния центра инструмента (инструментов), обеспечивающей обработку данной де­тали.

У заготовки может быть также опре­делен припуск ZaWB' (положение точки В'), который должен быть удален при ее обработке во время второго установа, или смещение начала координатной системы (точки W) относительно базовой плоскости заготовки, т. е. величина ZAWB'.

На токарном станке начало системы координат инструмента (XHTZ„) прини­мают в базовой точке Т инструменталь­
ного блока в его рабочем положении (см. рис. 2.9, г). Положения базовых точек инструментальных блоков, устанав­ливаемых на одном разцедержателе, определяют относительно его центра К приращениями координат Z„KT и ХпКТ. На одном суппорте может быть несколько резцедержателей, и в зависимости от характера работ (в патроне или в цент­рах) разцедержатель может занимать на суппорте токарного станка различные положения. В связи с этим центр рез­цедержателя должен быть определен приращениями координат Z„FK и хиFK Относительно базовой точки суппорта F. В частном случае, когда на суппорте на­ходится один непереставляемый резце­держатель, базовая точка суппорта мо­жет быть совмещена с центром поворота резцедержателя или с базовой точкой инструментального блока.

При закреплении заготовки на станке (рис. 2.10, а) технологическая база для обработки детали в данном установе совмещается с соответствующей опорной поверхностью приспособления (совме­щаются точки С и В'). Это позволяет увязать между собой системы координат программы и станка.

ZAWB"(Z„WC)

Рис. 2.10. Связь систем координат при обработке на токарном станке

Так как оси вращения шпинделя то­карного станка и обрабатываемой детали совпадают, достаточно для увязки этих систем координат определить аппликату точки W начала системы координат программы в системе координат станка. Для случая, когда оси аппликат систем координат программы и станка направ­лены в одну сторону, ZMW = ZMC — Z^WB', где ZMC и ZWB' — аппликаты базовых точек в системах координат станка и программы с соответствующими знаками. В данном случае (см. рис. 2.10, а) ZMW=ZMC— (—ZaWB') =ZMC + ZaWB'. Если же оси аппликат этих систем на­правлены в противоположные стороны (рис. 2.10, б), то ZMW = ZMC + ZRWB", Где ZAWB" — аппликата положения базо­вой точки В" детали при обработке ее на втором установе. Естественно, в дан­ном случае принято, что положение базо-

Вой точки С приспособления относитель­но точки М остается постоянным, т. е. равным гМС, как и при обработке детали на первом установе.

Тогда положение точки О, заданное координатами XnWO и ZAWO в системе координат программы, определится коор­динатами хМО и ZMO в системе коорди­нат станка:

ХМО = х0; ZMO = ZMW±Z0,

Где знак « + » ставится при одинаковых, а знак «—» при противоположных на­правлениях осей аппликат обеих систем координат. Координаты хо и г0 опреде­ляют положение точки О в системе коор­динат детали (программы).

Таким образом, с учетом размещения координатной системы программы и коор­динатной системы инструмента относи­тельно базовых точек станка М и F можно определить текущие значения координат (ZMP и хМР) центра инструмента Р В координатной системе станка XMZ. При этом следует иметь в виду, что вылет инструмента х„ТР и Z„TP определен его наладкой, а положение точки Т (вели­чины х„КТ и Z„KT) относительно центра резцедержателя К задано технической характеристикой станка. Заданными должны быть и величины ZKFK и XKFK, Определяющие положение точки К отно­сительно базовой точки F. Тогда

XMP = XMF + XKFK + X„KT + X„TP- ZMP = ZMF + Z«FK + Z„KT + Z„TP.

При определении координат хМР и zMP необходимо учитывать направления составляющих величин.

Если базовая точка суппорта F Совмещена с базовой точкой инструмен­тального блока Т, то текущие значения координат центра инструмента опреде­лятся лишь с учетом вылета инстру­мента, т. е. его координат в системе координат инструмента:

XMP = XMF(T)+X»TP ZMP = ZMF(T) + ZJP. Естественно, что перед началом рабо­ты по программе (рис. 2.10, а) центр инструмента Р должен быть совмещен с исходной точкой О и его положение в координатной системе станка долж­
но определяться координатами zMPО и ХМР0:

ZMP0 = zMW + z^WO = zMO;

XMP0 = XzWO = XMO,

Где ZMO, хМО — координаты исходной точки в системе координат станка.

При программировании следует при­нимать во внимание диапазон переме­щений рабочих органов станка (рабочую зону), который задается предельными ко­ординатами базовых точек этих органов в стандартной системе координат станка. На рис. 2.11 заштрихована рабочая зона перемещения суппорта токарного станка, базовая точка которого F может нахо­диться в любой точке плоскости, ограни­ченной абсциссами xMFmax и XMFmin и аппликатами ZMFmax и ZMFmin.

Сказанное справедливо для каждого из инструментов, используемых в работе по программе при обработке детали на то­карном станке. Перед началом работы центр каждого инструмента (точка Р) должен быть выведен в исходную точку О, от которой программируется траекто­рия инструментов для обработки тех или иных поверхностей. На рис. 2.11 штриха­ми показана последовательность перево­да в систему координат станка траекто­рии центра инструмента (Р — Т — К — F — М) и текущей точки О этой траек­тории (0-W-C-M).

Деталь

Рис. 2.12. Связь систем координат на сверлильно-расточном станке

Подобная же последовательность может быть определена и для работы инструментом на сверлильно-расточном станке (рис. 2.12).