Должиков В.П. Основы программирования и наладки станков с ЧПУ

Подождите немного. Документ загружается.

ные УЧПУ. Поэтому в каждом случае рассматриваются конкретный

комплекс УЧПУ – станок. Устройства ЧПУ, выпускаемые в последние

годы, как правило, имеют встроенную ЭВМ и в обозначении имеют аб-

бревиатуру CNC, а УЧПУ, не имеющие встроенную ЭВМ имеют аббре-

виатуру NC.

1.3. Особенности проектирования технологического

процесса на станках с ЧПУ

На станке с ЧПУ реализуется какая-то часть технологического про-

цесса по изготовлению детали. В связи с тем, что станок с ЧПУ работает

по управляющей программе без участия человека, в управляющую про-

грамму необходимо заложить все особенности механообработки. Для

этого необходимо:

• знать характеристику станка (мощность главного привода,

максимальную массу

заготовки, устанавливаемой на станке, диапазон

регулирования частоты вращения привода, диапазон регулирования

подач, величину отрабатываемого минимального перемещения, коли-

чество инструментов в инструментальной головке, величины скоро-

стей холостого и рабочего перемещения, применяемую систему коор-

динат, положение нуля станка, наличие и возможности дополнитель-

ного оборудования и т. д.);

• знать характеристику устройства ЧПУ (язык

программирова-

ния, число управляемых осей и число одновременно работающих осей,

величину минимального отрабатываемого перемещения, наличие встро-

енных циклов и макроциклов, список функций станка, которые могут

быть перепрограммированы, наличие специальных функций при высо-

коскоростной обработке и др.);

• уметь выполнить расчет или по справочникам сделать выбор

режимов резания с учетом имеющегося

припуска;

• иметь сведения о применяемом режущем и вспомогательном

инструменте (параметры державки, вылет, углы заточки, для отрезного

резца ширину лезвия, наличие центрового отверстия у фрезы, величину

перемычки у сверла и т. п.);

• знать способы достижения заданной точности и шероховатости

обрабатываемой заготовки;

• знать особенности задания перемещений и способы формирования

отдельных

конструкторско-технологических элементов на станке с ЧПУ;

• знать особенности программирования для конкретного станка;

• уметь разрабатывать и читать необходимую технологическую до-

кументацию (расчетно-технологическую карту, карту кодирования ин-

формации (ККИ) и карту наладки (КН) в соответствии с ГОСТ 3.1404-86).

Вначале определяют систему координат и базовые точки станка с

ЧПУ.

1.4. Система координат и базовые точки станка

В качестве единой системы координат для всех станков с ЧПУ в

соответствии с ГОСТ 23597–79 принята стандартная (правая) система

координат, при которой оси X, Y, Z указывают положительные переме-

щения инструментов относительно подвижных частей станка. Система

координат станка является главной расчетной системой, в которой оп-

ределяются предельные перемещения, начальные и текущие положения

рабочих органов

станка. Нулевая (базовая) точка системы координат

станка (синоним «Нуль станка») обозначается буквой М.

Нуль станка – точка, принятая за начало координат станка, – такое

определенное положение рабочих органов, в которое они могут быть

перемещены с помощью клавиш на пульте управления, станком или со-

ответствующими командами управляющей программы.

Заготовка

Стол

Шпиндель

Рис. 1.2. Нули фрезерного станка

Довольно часто базовая точка имеет материальное выражение. Это

может быть пересечение плоскостей (рис. 1.2), или точное отверстие в

центре стола. Кроме нуля станка имеется еще несколько базовых точек:

• точка R – точка исходного состояния. Данная точка фиксирует-

ся предельными выключателями. Выход в эту точку необходим при ка-

ждом включении станка или сбое питания

;

• точка W – нуль заготовки. Положение точки W определяется

программно в зависимости от конфигурации заготовки или необходи-

мости облегчения программирования. Точка имеет другое название –

плавающий нуль;

• точка N – нуль инструмента. Во многих моделях станков данная

точка имеет материальное выражение – точка пересечения торца шпин-

деля с его осью (рис. 1.2).

Оси координат ориентированы на

станке определенным образом.

Ось Z всегда связана с вращающимся элементом станка – шпинделем.

Ось Х связана с направлением наибольшего перемещения исполнитель-

ного органа станка.

Относительно системы координат станка определяются подсисте-

мы заготовки, инструмента и др.

1.5. Структура управляющей программы

Для управления станком с ЧПУ необходимо разработать управ-

ляющую программу (УП). УП содержит всю необходимую информацию

для управления станком с ЧПУ при обработке конкретной детали.

Управляющая программа составляются по определенным правилам с

использованием языков (кодов) программирования. В настоящее время

для программирования принят код ISO–7bit (ГОСТ 20999–83) (рис. 1.3).

Управляющая программа может быть разработана как

вручную, так и с

помощью систем автоматизированного проектирования (САПР). Рас-

смотрим порядок разработки УП неавтоматизированным способом.

Каждая управляющая программа начинается фразой «Начало про-

граммы». Эта фраза состоит из слова «Начало программы» и символа

«LF» – «Конец кадра». Слово «Начало программы» может состоять из

одного символа «%» или из символа «%» и номера УП (при

размещении

на одной перфоленте нескольких управляющих программ), например:

%LF

или

%015 LF.

Значение символа Символ

Дорожки

87654Т 321

Конец кадра LF (ПС)

Пропуск строки

Десятичная точка

Начало комментариев

Конец комментариев

Начало программы

Главный кадр

Пропуск кадра

Направление перемещения

Цифра

Поворот вокруг оси

Вторая функция

инструмента

подачи

Первая функция подачи

Подготовительная функция

Не определено

Параметр интерполяции

(X)

(Y)

(Z)

Не определено

Номер кадра

Не определено

Перемещение параллельно

Функция главного движения

Первая функция инструмента

Перемещение параллельно

Перемещение по оси

Забой строки

Вспомогательная функция

NUL (ПУС)

(

)

DEL (ЗБ)

Рис. 1.3.Описание кода ISO-7bit

Заканчивается управляющая программа признаком «Конец про-

граммы « – «М02». До фразы «Начало программы» часто записывается

служебная информация оператору или наладчику станка, которая уст-

ройством ЧПУ не воспринимается (рис. 1.4). Перед физическим концом

перфоленты рекомендуется записывать признак «Конец ленты» –

«МЗ0». Информация, записанная на перфоленте после признака «Конец

ленты» устройством ЧПУ не воспринимается и

не отрабатывается, но

может быть распечатана на устройстве подготовки данных на перфо-

ленте (УПДЛ) или на экране дисплея. Структурно текст управляющей

программы записывается в виде последовательности кадров. Кадры со-

стоят из последовательности слов. Слова состоят из буквенного симво-

ла, который называется адресом, и числовой информации, например:

X+200120, F1000, N021 и т. д. В

начале каждого кадра записывается слово

«Номер кадра», затем следуют информационные слова, а заканчивается

кадр символом «LF» (рис. 1.5, 1.6). Следует отметить, что в каждом кадре

не обязательно записывать все информационные слова. Ту информацию,

которая записана в предыдущем кадре и сохраняет свое значение, в

последующих кадрах можно не записывать. При записи УП на

перфо-

ленту (рис. 1.7) следует придерживаться следующих правил:

Начало

программы

Информационные

слова

Конец

программы

Служебная

информация

Слово

«Номер кадра»

Информационные

слова

Символ

«Конец кадра»

Рис. 1.4. Структура управляющей

программы

Рис. 1.5. Структура кадра УП

• между кадрами на перфоленте рекомендуется перфорировать

3...5 символов «Nul» (ПУС);

• в начале и в конце УП на перфоленте рекомендуется перфори-

ровать символ «Nul» (ПУС) участки ленты длиной по 300...500 милли-

метров;

• служебная информация записывается до символа «%».

Для УЧПУ типа CNC рекомендуется делать пробел между словами

при наборе управляющей программы.

}

конца кадра

Символ

Подача

по оси Z

перемещение

Размерное

по оси Х

перемещение

Размерное

кадра

Номер

функция

Подготовительная

N320G01X-142.556Z+18.742F1000LF

Рис. 1.6. Последовательность слов в кадре управляющей программы

{

Начало

программы

}

163

ПС

Кадр

Конец

программы

}

Символы

}

Символы

300 - 500 мм

(

)

(

300 - 500 мм)

Символы

ПУС

Рис. 1.7. Структура УП на перфоленте

В современных устройствах ЧПУ предусмотрена возможность про-

пускать при работе по программе некоторые фрагменты УП. Это позво-

ляет более гибко программировать обработку деталей. Например, можно

обрабатывать по одной УП детали, имеющие незначительные отличия.

Такой режим имеет наименование «Пропуск кадра». Он програм-

мируется путем записи в начале кадра перед символом «N» знака «/».

Кадры

УП, перед которым записан знак «/» устройством ЧПУ, пропус-

каются и не отрабатываются, если на пульте устройства ЧПУ зажата

клавиша «Пропуск кадра». Если эта клавиша отжата, то эти кадры отра-

батываются так же как все прочие кадры УП. Например, в управляющей

программе:

% LF

N1G62G81X1500Y1500Z–1500R0F14S10T1L1LF

N2X4500Y500LF

N3X8000Y10000LF

/N4Y5000LF

/N5Y1500LF

N6X4500LF

N7R–20000M02M30LF

кадры N4 и N5 отрабатываться не будут при зажатой клавише «Пропуск

кадра» на пульте управления устройства ЧПУ.

СЛОВА. Как уже указывалось, каждый кадр УП состоит из после-

довательности слов. Структура слов для каждого конкретного устройства

УПУ определяется форматом управляющей программы (раздел 1.6).

Слово «Номер кадра» является первым словом в кадре и

состоит

из адреса N и порядкового номера кадра. Количество цифр в номере

кадра для конкретного УЧПУ определяется форматом. Например:

N0046, N348, N5. В некоторых случаях в слове «Номер кадра» вместо

адреса N записывается символ «:», например: :004, :348, :5.

Кадр, начинающийся символом «:», называется главным кадром,

а последовательность кадров, следующих за главным кадром до сле-

дующего главного кадра, называется главой

управляющей программы.

В главном кадре должна быть записана вся информация, необходимая

для начала или возобновления обработки. Эта информация распростра-

няется на всю главу.

Слово «Подготовительная функция» записывается в кадре после

слова «Номер кадра» и состоит из адреса G и двух цифр (или трех цифр

в новых устройствах ЧПУ), например: G01; G27; G81. Кодирование

содержание подготовительных функций изложено в разделе 1.7.

Слова «Размерные перемещения» структурно состоят из буквен-

ного адреса (X, Y, Z, U, V, W, P, Q, R, I, J, K, A, B, C, D, E), математиче-

ского знака «+» или «–» и числовой информации. Количество разрядов

числовой информации определяется форматом конкретной УП, напри-

мер: X+4348; Y–000470; Z–10800; R+18000. В зависимости от характе-

ристик конкретного УЧПУ размерные слова могут иметь постоянную

или переменную длину. При постоянной длине слов после адреса обяза-

тельно

записывается знак «+» или «–», недостающие разряд в числах

обязательно заполняются нулями, например: X+010000; Y–005480;

Z+000030; R+000400. При переменной длине слов знак «+» и нули перед

первыми значащими цифрами могут опускаться, например: X100000, Y–

5480, Z700, R500.

В зависимости от характеристик устройства числового программ-

ного управления (УЧПУ) размерные перемещения могут задаваться в

абсолютных значениях (отсчет от единой системы координат) или в

приращениях

(отсчет от точки к точке). Линейные размеры выражаются

в миллиметрах, угловые – в радианах или градусах. Десятичная запятая

не записывается, но ее место в числе строго регламентировано.

Например, размеры X = –125,43 миллиметров, Y = –5,05 миллимет-

ров, α = 47,5 градуса в УП для УЧПУ типа NC будут записаны X–12543,

Y–505, A4750; для УЧПУ типа CNC: X–125.43, Y–5.05, А47.5.

Слово «Функция подачи» состоит из

адреса F и числовой инфор-

мации, например: F0200, F1100, F20, F5. Если слово «Функция подачи»

задает скорость подачи по нескольким координатным осям, то оно запи-

сывается после последнего размерного слова. Установлены следующие

единицы измерения скорости подачи: для линейной подачи, не завися-

щей от скорости вращения шпинделя, – миллиметры в минуту (подгото-

вительная функция G94); для линейной подачи,

зависящей от скорости

шпинделя, – миллиметры на оборот (подготовительная функция G95);

для круговой подачи – радианы в секунду, обороты в минуту или граду-

сы в минуту.

Скорость подачи может быть записана в прямом виде или задана

кодовым числом.

Слово «Скорость шпинделя» состоит из адреса S и числа, которое

содержит информацию о скорости шпинделя в

прямой или закодиро-

ванной форме, например: S0630; S25; S5. Единицы измерения скорости

шпинделя радианы в секунду, обороты или градусы в градусы в минуту.

Вместе со словом «Скорость шпинделя» обязательно записывается сло-

во, указывающее направление вращения – по часовой стрелке или про-

тив часовой стрелки по адресу М (М03 или М04). Если скорость враще-

ния шпинделя может изменяться ступенчато, то необходимо дополни-

тельно указать по адресу М номер ступени (например, М41, или М42

или др.).

Слово «Функция инструмента» состоит из адреса Т и числа, ко-

личество цифр в котором определяется форматом конкретного УЧПУ,

например: Т06; Т16; Т1. Число в слове «Функция инструмента» опреде-

ляет

номер инструмента, которым необходимо вести обработку. В неко-

торых УЧПУ слово «Функция инструмента» включает также информа-

цию о коррекции инструмента на длину, положение или диаметр. Если в

слове «Функция инструмента» записывается только номер инструмента,

то информация о коррекции записывается по адресу D. Например, Т2

D1. В ряде устройств ЧПУ слово «Функция инструмента

» содержит че-

тыре цифры, из которых две последние указывают номер корректора.

Состав и положение слова «Функция инструмента» в кадре определяет-

ся форматом конкретного УЧПУ.

Слово «Вспомогательная функция» состоит из буквы М и дву-

значного числа, например: М00; М30; M39. Кодирование и содержание

вспомогательных функций изложено ниже (раздел 1.9).

1.6. Формат управляющей программы

На машиностроительном предприятии эксплуатируются металло-

режущие станки с различными устройствами ЧПУ. Технологу–програм-

мисту держать в памяти программирование для каждого из них очень

сложно. Поэтому была предложена краткая запись основ программиро-

вания в виде формата управляющей программы.

Формат кадра управляющий программы – это условная запись

структуры кадра с максимально возможным объемом

информации. Фор-

мат характеризует структуру кадра управляющей программы конкретного

комплекса: УЧПУ – станок. Он определяет набор применяемых слов, по-

рядок их расположения и объем информации каждого слова.

Формат УП записывается по следующим правилам:

1.Символ « LF «– «Конец кадра» обозначается звездочкой *.

2. Используемые слова записываются в следующей последовательно-

сти адресов: N, G, X, Y, Z, U, V, W, P, Q, R, I, J, K, A, B, C, D, E, F, S, T, M.

3. За адресом каждого слова «

Размерное перемещение» записыва-

ется знак «плюс», если размеры могут быть либо положительными, ли-

бо отрицательными. Если размеры только положительные, то знак

«плюс» после адреса не записывается.

4. В размерах словах за адресом или знаком «плюс» записываются

две цифры. Первая цифра показывает количество разрядов в размерном

слове до подразумеваемой десятичной запятой, т.е. количество разрядов

целой части слова. Вторая цифра показывает количество разрядов в раз-

мерном слове после запятой. Если между двумя цифрами стоит точка,

то это означает,

что в управляющей программе дробная часть числа от-

деляется от целой запятой (для УЧПУ зарубежного производства – точ-

кой). Когда в слове «Размерное перемещение» допускается опускать ну-

ли, то дополнительно к этим двум цифрам дописывается цифра «нуль».

Если нуль записан на первом месте, то это означает, что допускается

опускать нули перед значащими

цифрами, а если нуль записан на по-

следнем месте, то допускается опускать нули после значащих цифр. На-

пример, размер X = –38,2 мм для различных форматов УП будет сле-

дующим образом:

Характеристика формата Запись слова в УП

X+42 X–003820

X+042 X–3820

X+420 X–00382

X+04.20 X–38.2

6. За адресом неразмерных слов записывается одна цифра, показы-

вающая количество цифр в слове. Если допускается опускать нули,

стоящие перед первой значащей цифрой, то за адресом безразмерных

слов дополнительно записывается цифра «нуль».

Для сверлильного станка с ЧПУ, имеющего три линейных переме-

щения по координатам X,Y,Z и стол, поворачивающийся вокруг оси Y,

формат УП

будет иметь вид:

N04G02X+04.30Y+04.30Z+03.30В1F04S04T02M02*

Здесь:

N04 – четырехразрядное слово «Номер кадра». Нули перед первой

значащей цифрой могут быть опущены.

G02 – двухразрядное слово «Подготовительная функция». Нули

перед первой значащей цифрой могут быть опущены.

X+04.30 – перемещение по оси X со знаком «плюс» или «минус»,

четыре цифры целой части числа и три дробной. Нули перед целой ча

стью числа и после дробной части могут быть опущены.

Y+04.30 – то же для оси Y.

Z+03.30 – перемещение по оси Y со знаком «плюс» или «минус»,

три цифры целой части числа и три дробной. Нули перед целой частью

числа и после дробной части могут быть опущены.