АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Обработка на станках с ЧПУ
Системы позиционного и контурного управления
При использовании систем позиционного управления обработка осуществляется путём программирования координат опорных точек А и В (рис. 28, а). При этом перемещения выполняют поочередно в направлении одной из координатных осей с контролем длины перемещения и скорости. В таких системах обычно не предусматривается функциональное согласование движений по нескольким координатным направлениям. Эти системы применяют на фрезерных, токарных и шлифовальных станках (рис. 28, а, б).
Рис. 28. Примеры решения технологических задач в системах позиционного и контурного управления:
а – сверление отверстий путей программирования
отдельных точек; б – фрезерование прямолинейных
пазов путем программирования отрезков прямых;
в – фрезерование криволинейной поверхности
путем программирования
В системах контурного управления формообразование деталей происходит в результате одновременного согласования движений в направлении нескольких координатных осей. При этом обеспечивается перемещение режущего инструмента по требуемой траектории с заданной результирующей скоростью (рис. 28, в). Таким образом обеспечивается непрерывное управление перемещениями по двум, трем управляемым координатам и более. Программу управления приводами подач при контурной или объемной обработке рассчитывают в комплексе исходя из требуемой формы детали и необходимой результирующей скорости движения. Контурные системы ЧПУ являются наиболее сложными, их применяют в основном на токарных и фрезерных станках.
Комбинированные системы управления могут выполнять функции как позиционных, так и контурных систем ЧПУ. Они значительно расширяют технологические возможности оборудования, и их применяют на многоцелевых станках фрезерно-расточного типа.
Координатные системы станков
Для управления движением формообразования необходимо однозначно определить все точки рабочего пространства станка. С этой целью используют координатную систему станка, в которой ориентируют изготовляемую деталь и составляют управляющую программу.
Координатные оси системы обозначают по правилу правой руки (рис. 29). Ось Z совмещается с осью шпинделя, ей соответствует средний палец правой руки. Ось X, которой соответствует крайний палец, всегда располагается горизонтально.
Рис. 29. Расположение координатных систем на станках с ЧПУ
горизонтальной (а) и вертикальной (б) компоновки
Направление координатных осей указывает на положительное перемещение режущего инструмента относительно неподвижной детали. При перемещении детали относительно неподвижного инструмента ее положительные перемещения направлены в обратном направлении, и их обозначают индексом соответствующей оси со штрихом X', Y', Z'. За положительное направление вращения А, В, С вокруг соответствующей оси X, Y или Z принято вращение по часовой стрелке при взгляде вдоль положительного направления оси.
Положение координатной системы станка определяется нулевой точкой М - нуль станка (рис. 30).
Рис. 30. Расположение координатной системы и характерных
точек в рабочей зоне станка с ЧПУ
Точное положение нуля станка, как и направление осей координат, указывают в руководстве ЧПУ станка. Нулевая точка Д детали, представляющая начало отсчета ее координатной системы, а также нулевая точка N инструмента, относительно которой выставляется инструмент на размер, определенным образом располагаются в системе координат станка. Исходная точка R, определяющая начало отсчета при перемещении рабочих органов по программе, также привязана относительно нулевой точки станка.
Числовое программное управление металлорежущими станками обеспечивает гибкую автоматизацию процесса обработки заготовки на станке в соответствии с заданной управляющей программой, составленной в алфавитно-цифровом коде.
В качестве программоносителя используют перфоленту, кассету магнитной ленты, дискету. Для записи управляющей программы на восьмидорожковую перфоленту в системах ЧПУ применяют единый метод кодирования информации, основанный на применении международного семиразрядного кода ISO-7bit. Значение буквенных символов латинского алфавита, используемых в ISO-7bit, дано в табл. 2. Управляющая программа содержит информацию о геометрических параметрах изготовляемой детали и технологических командах, определяющих процесс изготовления детали на станке.
Таблица 2
Буквенные символы, используемые в ISO-7 bit
для кодирования информации
| Символ | Содержание |
| А В С D Е F G Н I J К L М N О Р Q R S Т U V W X Y Z | Поворот вокруг оси X Поворот вокруг оси Y Поворот вокруг оси Z Коррекция инструмента Вторая функция подачи Подача Подготовительная функция Свободен для функционального кодирования Параметр интерполяции или шаг резьбы параллельно оси X Параметр интерполяции или шаг резьбы параллельно оси Y Параметр интерполяции или шаг резьбы параллельно оси Z Не определен Вспомогательная функция Номер кадра Свободен для функционального кодирования Третичное перемещение параллельно оси X Третичное перемещение параллельно оси Y Перемещение на быстром ходу по оси Z или третичное перемещение параллельно оси Z Частота вращения шпинделя Инструмент Вторичное перемещение параллельно оси X Вторичное перемещение параллельно оси Y Вторичное перемещение параллельно оси Z Перемещение параллельно оси X Перемещение параллельно оси Y Перемещение параллельно оси Z |
Управляющая программа состоит из последовательно записанных кадров, каждый из которых включает определенное число программных слов, записанных в фиксированном порядке. Каждое слово, в свою очередь, состоит из адресной буквы, определяющей код соответствующей команды, и последующей группы цифр. Таким образом, все кадры программы имеют единый формат
N3.G2.X + 33.Y + 33.Z + 32.B32.F2.S2.T2.M2.ПС,
где N3 – номер кадра, определяемый трехзначным числом, например № 001, № Q02;
G2 – подготовительные команды, кодируемые двузначным числом, например GOO; G01 и так далее до G99; они определяют режим работы ЧПУ;
X + 33 – перемещение вдоль оси X со знаками «+» или «–», указывающими направление движения, определяется шестизначным числом, обозначающим координату перемещения, мм; при этом первые три цифры до запятой определяют значение координаты в целых долях, а цифры после запятой – значение координаты в десятичных долях, X + 154.125;
Y + 33 – перемещение вдоль оси Y;
Z + 32 – перемещение вдоль оси Z; при этом значение координаты после запятой определяется двумя цифрами, например Z – 068.34;
В32 – поворот вокруг оси Y с указанием пятизначным числом его координаты; первые три цифры указывают градусы, а последующие две – его десятые и сотые доли, например В180.00;
F2 – скорость подачи, величина которой кодируется двузначным числом, например F28;
S2 – частота вращения шпинделя, кодируемая двузначным числом, например S54;
Т2 – код инструмента, номер которого определяется двузначным числом, например Т12;
М2 – вспомогательные функции, кодируемые двузначным числом от М00 до М99, например М03 означает включение вращения шпинделя по часовой стрелке;
ПС – символ окончания кадра, обозначающий перевод строки.
Начало программы обозначается символом «%». При составлении программы некоторые слова в отдельных кадрах могут быть опущены, однако последовательность записи слов сохраняется. В табл. 2 даны значения адресных букв латинского алфавита от Aдо Z, используемых для программирования в коде IS0-7bit. Подготовительные команды от G00 до G99 определяют в целом режим работы системы (характер позиционирования), выбор требуемых постоянных циклов, переход к соответствующей системе отсчета (абсолютной или в приращениях) (табл. 3).
В руководстве ЧПУ для определенного станка формат кадра конкретизируется и даются указания по программированию с учетом конструкции станка, комплекта управляемых координат и применяемой системы ЧПУ. Линейные размеры задают в миллиметрах и их десятичных долях, угловые – в градусах илирадианах. Скорость подачи может иметь единицу измерения миллиметр в минуту или миллиметр на оборот. В первом случае её кодируют подготовительной функцией G94, а во втором – функцией G95. Скорость главного движения может быть задана в мм/мин; при этом используют подготовительную функцию G96, или как частота вращения шпинделя, оборот в минуту, тогда используют подготовительную функцию G97.
Таблица 3
Основные подготовительные команды
| Кодирование | Содержание |
| G00 G01 G02, G03 G04 G09 G17, G18, G19 G45 – G52 G54, G55, G56 G60 G80 G81 – G89 G90, G91 | Позиционирование. Перемещение взаданную точку на быстром ходу Перемещение в точку попрямой с заданной подачей. Линейная интерполяция Перемещение по дуге с заданной подачей по часовой и против часовой стрелки. Круговая интерполяция Пауза в отработке на время, заданное на пульте или в кадре Торможение. Плавное уменьшение скорости подачи до фиксированного значения в заданной точке Выбор плоскости обработки соответственно XY, ZX, YZ Коррекция по диаметру или радиусу инструмента Смещение нулевой точки детали в направлении осей X,Y,Z Точное позиционирование Отмена постоянного цикла Постоянные циклы Отсчет перемещений в абсолютной системе или в приращениях |
При кодировании числовых значений скорости подачи и главного движении применяют методы прямого обозначения, геометрической и арифметической прогрессии или символического соответствия. Наиболее удобным является прямое обозначение, когда, например, подачу 25 мм/мин кодируют F25.
Значения основных вспомогательных команд, определяемых адресом M00–M99, приведены в табл. 4.
Таблица 4
Основные вспомогательные команды
| Кодирование | Содержание |
| М00 М02 М03, М04 М05 M06 М08, М09 М10,М11 М60 М68 М78 М79 | Программируемый стол Конец программы Вращение шпинделя соответственно по часовой и против часовой стрелки Останов шпинделя Замена инструмента Включение и выключение охлаждения Зажим инструмента, снятие зажима Замена заготовки Зажим заготовки Зажим стола Отжим стола |