Что такое настроечная точка инструмента
Инфо Решения
Тема 1.3. Системы координат станка, детали и инструмента
В качестве единой системы координат для всех станков с ЧПУ принята стандартная прямоугольная (правая) система, при которой оси X Y, Z (рис.) указывают положительные перемещения инструментов относительно подвижных частей станка. Положительные направления движения заготовки относительно неподвижных частей станка и указывают оси X, У, Z’, направленные противоположно осям X, Y, Z. Таким образом, положительными всегда являются такие движения, при которых инструмент и заготовка удаляются друг от друга.
Стандартная система координат станков с ЧПУ
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 D 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.
У станков различных типов и моделей системы координат размещают по-разному, определяя при этом положительные направления осей и размещение начала координат (нуль станка М).
Размещение координатных систем у различных станков с ЧПУ:
а— карусельный; б— вертикально-фрезерный
для суппорта токарно-револьверного 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. Система координат вертикально-сверлильного станка с ЧПУ). В технической документации пределы возможных смещений рабочих органов, как правило, указывают пределами смещения базовых точек.
В стандартной системе координат станка положительные направления осей координат определяются по правилу правой руки. Большой палец (рис. а) указывает положительное направление оси абсцисс (X), указательный — оси ординат (У), средний — оси аппликат (Z). Положительные направления вращении 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. б).
Правило правой руки:
Ориентация осей стандартной системы координат станка связывается с направлением движения при сверлении на сверлильных, расточных, фрезерных и токарных станках. Направление вывода сверла из заготовки принято в качестве положительного для оси Z, т. е. ось Z всегда связывается с вращающимся элементом станка — шпинделем. Ось X перпендикулярна оси Z H 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.
Для того чтобы отсчет перемещений стола по осям X и Y всегда был положительным, нуль станка М принимают размещенным в одном из углов рабочей зоны (см. рис. Размещение координатных систем у различных станков с ЧПУ, б). Естественно, что положение точки М является фиксированным и неизменным, и в этом случае точка М будет являться началом координат станка. Тогда положение (Обозначение координат тремя буквами позволяет однозначно определить эти координаты. Первая буква (например, X) показывает Направление (ось) отсчитываемой координаты, вторая буква (например, М) указывает исходную точку отсчета, третья буква (например, F) определяет конечную точку, т. е. точку данной координаты. Так, обозначение XMF показывает, что координата (расстояние) представляется в направлении оси Х, исходит из точки М и определяет положение точки F) точки F может быть задано координатами xMF и yMF относительно точки М.
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.
Таким образом, если на данном станке обрабатывать деталь с использованием абсолютного отсчета, то все ее координаты
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. 3.6). При описании всего разнообразия инструментов для станков с ЧПУ удобно использовать единую систему координат инструмента ХИ ZИ, 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. 3.6, в).
Рис.3.6. Система координат инструмента:
а – резец; б – сверло; в – схема базирования инструмента
Режущая часть инструмента характеризуется положением его вершины и режущих кромок. Вершина инструмента задается радиусом закругления r и координатами хИTP и zИТР ее настроечной точки Р (рис. 3.6, а), положение которой относительно начала системы координат инструмента обеспечивается наладкой инструментального блока вне станка на специальном приспособлении.
Положение режущей кромки резца задается главным j и вспомогательным j1 углами в плане, а сверла (рис. 3.6, б) — углом 2j при вершине и диаметром D. Вершина вращающегося инструмента лежит на оси вращения, и поэтому для ее задания достаточно указать аппликату zкТР.
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 (рис. 3.6, а).
^
Связь систем координат.
При обработке детали на станке с ЧПУ, например на токарном (рис. 3.7, а), можно выделить три координатные системы. Первая — система координат станка X М Z,имеющая начало отсчета в точке М — нуль станка (рис. 3.7, б). В этой системе определяются положения базовых точек отдельных узлов станка, причем числовые значения координат тех или иных точек (например, точки F на суппорте станка) выводятся на табло цифровой индикации станка. Вторая координатная система — это система координат детали или программы обработки Детали XДWZД (рис. 3.7, в). И третья система — система координат инструмента XИТZИ (рис. 3.7, г), в которой определено положение центра Р инструмента относительно базовой точки F(K, T) элемента станка, несущего инструмент.
Положение всех точек и элементов всех систем могут переводиться из одной в другую. Положение исходной точки 0, как и любой другой точки траектории инструмента, переводится в систему координат станка из системы координат программы (детали) через базовую точку С приспособления (O-W-C-M). Центр инструмента Р, заданный координатой в системе координат инструмента XИTZИ (см. рис. 3.7, г), переводится в систему координат станка через базовую точку К суппорта (рис. 3.7, а) которая задана относительно базовой точки F
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 программы управления.
Рис. 3.7. Система координат при работе на токарном станке
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 так называемый «плавающий нуль». В этом случае начало координат станка М условно смещают в начало координат программы W, и вся индикация значений в перемещениях центра инструмента в прямом соответствии с программой выводится на соответствующие элементы УЧПУ.
При программировании, как правило, за основную принимают точку начала системы координат детали W, организуя относительно ее всю УП. Естественно, при этом принимается во внимание характер расположения осей координат на выбранном станке. Тогда удобно, определив в системе положение базовых точек приспособления для детали, строить траекторию движения центра инструмента
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. 3.8). В эту точку С очень просто с пульта УЧПУ сместить начало координат М станка, поскольку расстояние zMC для заданного приспособления является величиной постоянной и неизменяемой при работе по всей данной управляющей программе.
Исходная точка ^ О (нуль программы) назначается координатами XДWO и ZДWO (рис. 3.8, 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. 3.8, а) нулевая точка станка M, размещаемая на торце шпинделя, определяет положение координатных осей станка Zи X.
Относительно точки М при работе станка в абсолютной системе координат ведется отсчет перемещений базовой точки суппорта F. При этом текущие значения координатxMF и zMF выводятся на табло цифровой индикации. При обработке данной детали всегда должна быть известна величина zMC — расстояние относительно точки Мбазовой точки С плоскости токарного патрона, с которой при установке заготовки совмещается ее базовая точка B’.
Рис. 3.8. Связь систем координат при обработке на токарном станке
В координатной системе программы XДWZД (см. рис. 3.7, в и 3.8, а) исходная точка О (нуль программы) определена координатами zДWO и xДWO относительно осей координатной системы. Задана также точка WR — точка отсчета заготовки, имеющей размеры D3 x l.
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 zДWB’ (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 ZДWB’.
На токарном станке начало системы координат инструмента (ХИTZИ) принимают в базовой точке T инструментального блока в его рабочем положении (см. рис. 3.7, г).Положения базовых точек инструментальных блоков, устанавливаемых на одном резцедержателе, определяют относительно его центра К приращениями координат ZИКT иXИКT. На одном суппорте может быть несколько резцедержателей, и в зависимости от характера работ (в патроне или в центрах) резцедержатель может занимать на суппорте токарного станка различные положения. В связи с этим центр резцедержателя должен быть определен приращениями координат zИFK и xИFK 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.
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 хИТР и zИТРопределен его наладкой, а положение точки Т (величины xИКТ и zИKT) относительно центра резцедержателя К задано технической характеристикой станка. Заданными должны быть и величины zИFK и xИFK определяющие положение точки К относительно базовой точки F. Тогда
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 к-т инструмента:
Естественно, что перед началом работы по программе (рис. 3.8, а) центр инструмента Р должен быть совмещен с исходной точкой О и его положение в координатной системе станка должно определяться координатами zMP0 и хМР0:
где zMO и 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. 3.9 заштрихована рабочая зона перемещения суппорта токарного станка, базовая точка которого F может находиться в любой точке плоскости, ограниченной абсцисса-ми хМFmax и xAМFmin и аппликатами zMFmax и zMFmin.
Рис. 3.9. Связь систем координат программы, станка и инструмента при токарной обработке несколькими инструментами
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.
Подобная же последовательность может быть определена и для работы инструментом на других станках.
Система координат инструмента
ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ (1-й семестр)
Виды систем координат
В станках с ЧПУ наиболее употребительны показанные на рисунке 1 прямоугольные (декартовы), цилиндрические и сферические системы координат, а в промышленных роботах могут встречаться и ангулярные (угловые).
Рисунок 1 –Системы координат:
а) прямоугольная; б) цилиндрическая; в) сферическая; г) ангулярная.
В прямоугольной системе координатами некоторой точки А называются взятые с определенным знаком расстояния х, у и z от этой точки до трех взаимно перпендикулярных координатных плоскостей. Точка пересечения координатных плоскостей называется началом координат, а координаты х, у, z – соответственно абсциссой, ординатой и аппликатой. Начало координат и точка А лежат в противоположных углах воображаемого прямоугольного параллелепипеда размерами x×y×z (рис. 1, а). Прямоугольная система координат используется в большинстве типов оборудования с ЧПУ.
В цилиндрической системе координат положение точки в пространстве задается полярными координатами: радиусом ρ и центральным углом φ (положение проекции точки на основной плоскости), а также аппликатой z – расстоянием от точки до основной плоскости. Точка А лежит на образующей воображаемого цилиндра радиуса ρ и высоты z, ось которого проходит через начало координат, а основание лежит в основной плоскости (рис. 1, б). Такая система координат находит применение в карусельных станках и ПР с простыми типами манипуляторов (в автоматических линиях на операциях штамповки).
В сферической системе координат точка задается длиной радиус-вектора R, долготой ψ и полярным углом θ. Точка А лежит на поверхности воображаемой сферы радиуса R, центр которой лежит в начале координат (рис. 1, в). Эта система координат используется в станках с пятикоординатной обработкой и ПР с простыми типами манипуляторов (в литейном производстве).
Ангулярная (угловая) система координат (наряду с прямоугольной) используется в ПР с антропоморфными манипуляторами и характеризуется тем, что положение точки А определяется избыточным количеством переменных:: переносными углами s1…s3 и ориентирующими углами о1…о3, под которыми располагаются сочленения манипулятора (рис. 1, г). Количество и направление переносных и ориентирующих углов зависят от конструкции манипулятора, поэтому и виды ангулярных систем координат достаточно разнообразны.
Системы координат станков с ЧПУ
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 прямоугольная система координат, при которой оси X, Y, Z (рис. 1) указывают положительные перемещения инструментов относительно подвижных частей станка. Переход к стандартной системе координат от любой другой выполняется путем несложных преобразований.
 | Рисунок 1. Стандартная система координат станков с ЧПУ |
Положительные направления движения заготовки относительно неподвижных частей станка указывают оси X’, Y’, Z’, направленные противоположно осям X, Y, 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 Y), 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 D и E.
Для обозначения направления перемещения двух рабочих органов вдоль одной прямой используют так называемые вторичные оси: U (параллельно X), V (параллельно Y), W (параллельно Z). При трех перемещениях в одном направлении применяют еще и так называемые третичные оси: Р, Q, R (см. рис. 1).
 а) |  б) |
 в) |  г) |
 д) | Рисунок 2.Системы координат станков различных групп: а) токарных; б) карусельных; в) с крестовым столом; г) с поворотной стойкой; д) электроэрозионных. |
У станков различных типов и моделей системы координат размещают по-разному (рис. 2), 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.
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, в); для суппорта токарного станка – центр поворота резцедержателя K или точка базирования инструментального блока (рис. 2, а); для крестового стола – точка пересечения его диагоналей или специальная настроечная точка, определяемая конструкцией приспособления; для поворотного стола – центр поворота на зеркале стола; для рамок электроэрозионного станка – нижний ролик (рис. 2, д) и т. д.
Базовая точка может быть материально выражена точным базовым отверстием в центре стола станка (например, точка F на рис. 2, б, в, г). Ноль станка 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). В этом положении рабочие органы, несущие заготовку и инструмент, имеют наименьшее удаление друг от друга.
В технической документации пределы возможных смещений рабочих органов, как правило, указывают пределами смещения базовых точек.
В стандартной системе положительные направления осей координат определяются по правилу правой руки. Большой палец (рис. 3, а)указывает положительное направление оси абсцисс (X), 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. 3, б).
а)
б)
