Система координат станка с ЧПУ

Для определения координатного пространства внутри станка и пространства для перемещения инструмента (фрезы, резца, экструдера, лазерного луча и др.) во всех современных станках используются декартова система координат с осями X, Y и Z.

Декартова система координат — прямолинейная система координат с взаимно перпендикулярными осями. Это наиболее простая и поэтому часто используемая система координат:

Помимо линейных осей, станок может иметь несколько поворотных осей. Их обозначение зависит от того, вокруг какой линейной оси они вращаются. Ниже приведена схема системы координат с поворотными осями:

Для позиционирования инструмента в системе координат могут использоваться разные технические устройства и механизмы. В этой статье рассматриваются системы координат, используемые в станках с ЧПУ, включая рабочую систему координат (WCS), машинную систему координат (MCS) и систему смещения.

Роль системы координат

Станок должен понимать положение заготовки в физическом пространстве — просто поместить кусок металла в ЧПУ станок и нажать кнопку «Пуск» недостаточно. Для решения этой задачи используется рабочая система координат станка.

Задача усложняется, когда в процессе обработки используется несколько инструментов. Каждый из них имеет различную длину, которая изменяет расстояние между базовой точкой шпинделя и заготовкой. Например, точка начала для 3-мм фрезы с небольшой длиной будет отличаться от точки начала для 6-мм сверла, предназначенного для сверления глубоких отверстий.

Система координат позволяет сообщить управляющей программе:

• где в пространстве находится заготовка;

• как далеко от неё находится инструмент;

• как должен двигаться инструмент в процессе обработки детали.

Используя декартову систему координат, можно управлять движением инструмента вдоль каждой оси, что уже позволит сделать из заготовки деталь. 

Система координат классического фрезерного станка с точки зрения оператора:

• ось X задаёт перемещение «влево» и «вправо»;

• ось Y — «вперед» и «назад»;

• ось Z — «вверх» и «вниз».

Система координат классического токарного станка:

• ось X задаёт перемещение «вперед» и «назад»;

• ось Z — «влево» и «вправо».

Многие современные токарные станки с ЧПУ оснащаются фрезерным инструментом. Но как быть, если токарный станок имеет всего две оси, а требуется обработать квадрат или шестигранник? Производители оборудования предлагают для таких случаев два решения. 

       1. Перейти от декартовой системы координат к полярной

Полярная система координат — это двумерная система координат, в которой каждая точка на плоскости определяется двумя числами — полярным углом и полярным радиусом. В случае с токарным станком полярный угол это угол поворота шпинделя относительно инструмента, а полярный радиус это положение инструмента по оси Х. 

Иными словами, чтобы определить точку в пространстве, необходимо указать радиус и угол отклонения от оси Х. На практике использовать такую систему координат, как правило, неудобно, поэтому ЧПУ преобразовывает угловое значение поворота шпинделя в более понятную линейную координату. При программировании в полярных координатах необязательно пересчитывать углы. Кроме того, обработка в полярных координатах не позволяет выполнять некоторые фрезерные операции.

       2. Использовать дополнительную ось перемещения

Вторым способом является установка дополнительной оси перемещения (ось Y). Такая опция позволяет значительно расширить возможности станка, и, в отличие от полярных координат, пригодна для выполнения любых фрезерных операций. Недостаток такой опции — это её стоимость и сравнительно небольшой диапазон перемещений. 

Движение вдоль системы координат всегда основано на том, как движется инструмент, а не стол с заготовкой. Например, увеличение значения координаты X приведёт к смещению стола влево, но если смотреть с точки зрения инструмента, он движется вправо вдоль заготовки.

Кроме трёх или двух осей, в любой системе координат задаётся исходная точка. Каждый станок с ЧПУ имеет свою собственную внутреннюю исходную точку, которая называется Machine Home или Референтная позиция. 

Привязка системы координат

Чтобы упростить написание программ ЧПУ, используется система рабочих координат или WCS. WCS определяет конкретную исходную точку в блоке материала, обычно в программном обеспечении САМ.

Перед началом выполнения управляющей программы станку необходимо указать расположение заготовки относительно его системы координат (MCS).

Для этого оператор должен указать величину смещения по каждой оси станка. Это можно сделать несколькими способами, но на многих современных станках существует возможность оснащения его автоматической системой измерения заготовки.

Такая система представляет собой высокоточный датчик, который устанавливается в шпинделе станка (фрезерный станок) или в инструментальной револьверной головке (токарный станок). Датчик на медленной подаче производит касание заготовки и передает сигнал на ЧПУ, которая в свою очередь заносит в память величину смещения вдоль соответствующей оси. Такое устройство позволяет значительно ускорить наладку станка. 

Выбор исходной точки для WCS требует тщательного планирования. Необходимо учитывать несколько условий:

• исходная точка должен быть найдена механическими средствами с помощью искателя края или зонда;

• одинаковые исходные точки помогают экономить время при замене деталей;

• исходная точка должна учитывать требуемые допуски для всех последующих операций.

Если на станке обрабатывается несколько деталей в одном задании, для каждой детали может быть назначено собственное смещение. Это позволяет станку с ЧПУ точно связать свою систему координат с системами нескольких деталей в разных местах и выполнять несколько настроек одновременно.

Коррекция инструмента

Обычно для изготовления одной и той же детали используется несколько инструментов. Как отмечалось выше, разный инструмент имеет разные геометрические параметры, которые станок должен учитывать при перемещении. Для этого в станке существует таблица смещения инструмента, в которой указываются геометрические параметры инструмента (для токарных резцов: смещение от нулевой точки станка, для фрезерного инструмента длина и диаметр). Для записи коррекции используют несколько способов:

• Измерения касанием. Этот способ не требует каких либо специальных технических средств или дополнительного оснащения, но вместе с этим является наименее точным. Суть заключается в касании заготовки инструментом либо напрямую, либо через концевые меры. 

• Использование пресетера (необходимо наличие в цеху специального устройства — пресетора).

Пресетер позволяет точно измерить длину и диаметр инструмента. Это наиболее точный метод измерения, но вместе с тем наиболее затратный и наименее удобный, так как для проведения измерений инструмент необходимо извлекать из станка. 

• Измерение при помощи датчика измерения инструмента. В зависимости от типа датчика этот способ не уступает по точности предыдущему, но при этом менее затратный и наиболее эффективный, так как привязку инструмента можно осуществлять в автоматическом режиме. Суть данного способа заключается в установке в рабочую зону станка высокоточного датчика для измерения инструмента:

Инструмент касается контактной поверхности датчика, а датчик в свою очередь передает сигнал на ЧПУ, которая фиксирует данные в таблице инструментов. Измерение может проводиться как в ручном режиме, так и в автоматическом (в зависимости от типа датчика). 

С помощью инструментов нашего портала Вы сможете легко сравнить между собой станки от разных производителей и принять верное решение о покупке оборудования!

Также вы можете обратиться за помощью к специалистам Центра технологической поддержки портала СТАНКОТЕКА — для этого оставьте заявку на сайте или позвоните по телефону, указанному на странице «Контакты».