Технология машиностроения и ремонта горных машин

Федеральное агентство по образованию

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра

Технология машиностроения и ремонта горных машин.

 

Методическое учебное пособие для проведения занятий по дисциплине “Программирование обработки деталей горных машин на станках с ЧПУ”

 

 

Занятие 1 и 2.

Изучение панели управления станка с ЧПУ.

Технологические функции,основные и вспомогательные движения рабочих органов,программируемые на станках с ЧПУ.

Автоматическое выполнение цикла обработки на станках с ЧПУ достигается путем предварительного программирования соответствующих технологические функции, основных и вспомогательных перемещений рабочих органов станка, обеспечивающих выполнение требуемых технологических переходов и операций.

Основные технологические переходы определяют непосредственно процесс резания, т. е. процесс формообразования изготовляемых деталей. Вспомогатель­ные переходы включают работы по загрузке и выгрузке заготовок, замене режущего инструмента, выполнение контроля и управления циклом работы станка. Т.о. для реализации на станках с ЧПУ автоматического цикла обработки деталей необходимо осуществить:

1. Непосредственное задание размеров изготовляемых дета­лей как исходной геометрической информации в виде массива цифровых данных.

2. Цифровое задание необходимой технологической инфор­мации, определяющей на каждом из переходов частоту вращения шпинделя, скорость рабочей и ускоренной подачи, глубину ре­зания и др.

3. Автоматическое управление всеми вспомогательными пере­ходами и командами по автоматической замене инструмента, включение и выключение СОЖ, замена и закрепление загото­вок и др.

4. Выполнение предусматриваемой коррекции размерной на­стройки режущих инструментов и режимов резания.

Эта информация задается станку в виде набора последовательно выполняемых команд. Задание этих команд может осуществляться вручную через клавиатуру пульта управления станком или с помощью предусмотренных программоносителей.

С этой целью на современных станках с ЧПУ класса CNC на панели оператора предусматривается вся необходимая клавиатура, обозначаемая в соответствии с принятой международной символикой.

На рис. 2.10 представлен фрагмент панели управления станком с определенными функциональными клавишами:

1. – включение и выключение шпинделя;

2. – включение и выключение СОЖ;

3. – задание направления перемещения;

4. – переключатель процентного изменения рабочей подачи;

5. – рукоятка включения подачи;

6. – маховичок ручного перемещения рабочего органа.

Рис.2.10 Фрагмент панели управления станком.

 

При положении переключателя 4 в положении 100 происходит полное соблюдение заданного в программе значения рабочей подачи. В положении 50 рабочая подача уменьшается в два раза, а в положении 150 подача увеличивается в 1,5 раза.

Для введения с пульта данных управляющей программы на панели управления расположена необходимая цифровая и буквенная клавиатура (см. рис.2.11). Буквенная клавиатура определяет адрес вводимой информации, а цифровая определяет численные значения параметров.

Рис.2.11 Цифровая и буквенная клавиатура панели управления станком.

 

В результате соответствующим набором кодовых букв и цифр представляется возможным:

1. выбрать необходимый режущий инструмент «T…»;

2. задать требуемые режимы обработки - частоту вращения шпинделя «S…»; величину продольной подачи «F…»;

3. задать направление « + , - » и координаты продольного перемещения «X…,Y…, Z…» рабочих органов;

4. задать направление « + , - » и величину поворота круглого стола «C»;

5. выбрать необходимые подготовительные функции «G»;

6. выбрать необходимые вспомогательные функции «M»;

7. осуществить покадровый ввод и просмотр программы;

8. выбрать необходимый по номеру «N» кадр программы и осуществить его редактирование.

9. выполнить прогон программы без резания заготовки; и др.

Для задания основных подготовительных функции, применяемых практически во всех программах, на панели управления предусмотрены самостоятельные клавиши:

G00 – перемещение на ускоренной подаче;

G01 - линейная интерполяция;

G02 и G03 - круговое перемещение соответственно по и против часовой стрелки.

Клавиатура панели управления соответствует типу станка с ЧПУ, уровню его автоматизации и принятой версии языка программирования. Ниже в табл. 2.1 даны основные символы клавиатуры, применяемой на пультах управления УЧПУ в соответствии с ГОСТ 24505.

Таблица 2.1

Базовые символы на пультах управления УЧПУ

    Смысловое значение символа   Символ …  

Задание положения опорных точек абсолютными размерами.

	Р1	Р2	Р3	Р4	Р5	Р6	Р7	Р8	Р9
X	0	20	20	70	70	100	100	70	0
Y	0	0	20	20	0	0	40	70	70

Однако, если за начало отсчета выбрать точку Р2, то большинство программи­руемых координат необходимо пересчитывать.

Для задания размеров в приращениях более удобным является простановка размеров на чертеже по цепному методу (см. рис. 3.3).

При цепном методе каждый задаваемый размер исходит из предыдущей точки. Поэтому при программировании в приращениях необходимо соблюдать последовательность прохождения опорных точек, а размеры, поставленные цепным методом, следует представить как приращения от предыдущей образмеренной точки.

С этой целью удобно использовать "малую" скользящую систему координат O_iX_iY_i (см. рис. 3.3б), которую последовательно смещают от одной образмеренной точки к другой. Мысленно поместив эту систему в определенную точку P_i (x_i,, y_i), определяют в ней координаты последующей точки P_i+1 (x_i+1, y_i+1), которые представляют собой размеры в приращениях, используемые при программировании. Так например, если поместить скользящую систему O_iX_iY_i в точку Р8, то положение последующей точки Р9 будет определено в приращениях размерами X=-70, Y= 0. Размеры в приращениях, определяющие положение опорных точек в рассматриваемой детали, приведены в табл. 3.2

Таблица 3.2

Задание положения опорных точек размерами в приращениях

 

	Р1	Р2	Р3	Р4	Р5	Р6	Р7	Р8	Р9
X	0	20	0	50	-20	30	0	-30	-70
Y	0	0	20	0	0	0	40	30	0

 

Таким образом, полученные координаты опорных точек образуют исходный, основой массив данных, в виде абсолютных размеров или размеров в приращениях, необходимых для программирования траектории относительного перемещения режущего инструмента.

Если на чертеже детали ее размеры определены в допусках, как например , то задание положения опорных точек в абсолютных размерах или в приращениях необходимо выполнять по средним размерам детали. В данном примере среднее значение размера составит . Это делается с целью уменьшения влияния, возможной погрешности обработки, т. к. отклонения, возникаю­щие в процессе обработки, с равной вероятностью могут быть на­правлены как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения размера.

При несимметричном расположении допусков относительно номиналов средние значения размеров необходимо рассчитывать по приведенным ниже формулам (3.3), (3.4).

Среднее значение координатного раз­мера , образуемого несколькими цепными звеньями (размерами) :

, (3.3)

где - номинальные размеры цепных звеньев;

- пре­дельные отклонения размеров цепных звеньев;

- число цепных звеньев, определяющих значение координатного звена.

 

Согласно этой формуле среднее значение размера составит:

В свою очередь среднее значение цепного звена, образованного двумя коор­динатными размерами ,составит:

где: - номинальные размеры двух координатных звень­ев;

- верхние и нижние предельные отклонения размеров двух координатных звеньев.

Современные системы числового программного управления позволяют осуществить обработку детали при программировании геометрии детали как в абсолютных размерах, так и в приращениях. Однако в большинстве случаев программирование в абсолютных размерах имеет преимущество: ошибка в одном размере (в координате одной точки) не влияет на остальные размеры, кроме того, при этом в процессе программирования имеет место большая наглядность.

В свою очередь программирование в приращениях также имеет свои преимущества. Так, например, если отдельные участки контура детали повторяются, то и соответствующие части программы можно также повторить, что существенно упрощает разработку программы.

Для симметричных деталей программирование в приращениях существенно упрощается, если систему координат детали расположить по осям симметрии с центральным расположением нулевой точки. При этом многие системы ЧПУ позволяют представить зеркаль­ное отражение геометрии детали по осям.

Занятие 4 и 5.

Программирование траектории относительного перемещения режущего инструмента.Линейная и круговая интерполяция.

Разработка управляющей программы для обработки деталей на станках с ЧПУ предусматривает определение траектории относительных перемещения режущего инструмента при выполнении рабочих, вспомогательных и установочных перемещений. Траектория перемещения режущего инструмента, при непосредственном процессе резания, в общем случае не совпадает с геометрией создаваемого контура детали. Она зависит от метода обработки, от принятой на станке схемы формообразования, от вида и геометрии применяемого режущего инструмента и других факторов, которые необходимо учитывать для достижения требуемой точности детали.

Траектория рабочих перемещений, представленная на рис.3.2, 3.3 программируемыми опорными точками P1….P9, может быть использована только для выполнения лазерной резки, когда роль режущего инструмента выполняет точка лазерного луча. Программа обработки заготовки режущим инструментом определяет перемещение характерной точки Р, расположенной на исполнительных поверхностях инструмента. Такой точкой обычно является центр режущей части инструмента. У концевой фрезы со сферическим торцом

это центр полусферы, у проходного резца – центр радиуса при вершине режущей кромки, у сверла, зенкера, развертки - центр диаметрального размера при вершине инструмента.

В случае фрезерования детали по контуру (см.рис.3.4) траектория рабочего перемещения инструмента должна определять центр перемещения концевой фрезы. Траектория перемещения центра фрезы является эквидистантой по отношению к контуру готовой детали. Она имеет постоянное смещение относительно контура детали на величину радиуса фрезы (рис.3.4а) и в случае применения фрезы другого диаметра ее необходимо корректировать.

а)

б)

в)

Рис.3.4 Формирование траектории перемещения центра концевой фрезы:

а – с учетом радиуса фрезы; б – по опорным точкам внешнего и внутреннего углов; в – с одной опорной точкой внешнего угла. 1 – контур детали; 2 – эквидистантаперемещения центра фрезы; 3 – радиус фрезы.

 

 

Эквидистантная траектория перемещения центра фрезы создается с помощью расположенных на эквидистанте опорных точек, выбор которых позволяет осуществить обход контура детали по различным вариантам. На рис.3.4б показан пример построение траектории перемещения центра фрезы с использованием трех опорных точек Р3, Р4,С1 для получения внешнего угла и четырех опорных точек Р5, Р6, Р7, С2 для получения внутреннего угла. На рис.3.4 в показан пример программирования траектории перемещения фрезы для получения внешнего угла с использованием одной опорной точки.

Токарную обработку выполняют резцами, которые имеют при вершине радиус закругления r (см. рис. 3.5а). Формирование диаметральных размеров при продольном точении осуществляет расположенная на закруглении калибрующая точка А, а формирование линейных размеров при поперечном точении калибрующая точка В. В соответствии с этим выставку инструмента вне станка на линейный и диаметральный размеры выполняют по этим точкам. Поперечная координата точки А - Z(А) и продольная координата точки В- X(В) определяют положение условной вершины С в системе координат режущего инструмента X_И Y_И Z_И

Z(C)=Z(А) X(C)=X(В).

Однако точка С (условная вершина инструмента) не находится на калибрующей режущей кромке. Поэтому задание траектории путем

программирования перемещения вершины резца (точки С) приводит к искажению получаемого профиля на конических и фасонных поверхностях детали (рис. 3.5б). Наибольшее отклонение профиля d по нормали к обрабатываемой поверхности имеет место при точении конуса с углом a=45°

d =0,41×r,

где r – радиус закругления при вершине резца.

Для устранения отклонений, получаемых вследствие разницы положения вершины С и режущей кромки, необходимо вносить коррекцию

на отдельных участках траектории. Искажение профиля d можно избежать, если траекторию перемещения резца задавать путем программирования перемещения центра Р дуги окружности при его вершине по эквидистанте к контуру детали (рис. 3.5в). При этом смещение эквидистанты относительно контура детали равно радиусу дуги r.

Таким образом, при выполнении точения резцом траектория рабочих перемещений определяет перемещение центра дуги окружности при вершине резца. Она является эквидистантой по отношению к контуру детали и в случае изменения радиуса при вершине или размерного износа резца требует внесения коррекции. При этом необходимо учитывать также расположение режущей кромки в одном из 4-х квадратов координатной системы (рис.3.5г).

а) б)

в) г)

Рис.3.5 Программирование перемещения резца: а – калибрующие точки на дуге

окружности при вершине резца; б – отклонение профиля при программировании перемещения вершины резца; в - траектория перемещения центра Р дуги окружности по эквидистанте к контуру детали; г – расположение режущей кромки в одном из квадратов 1,2,3,4 координатной системы.

 

Однако в ряде случаев траектория программируемых рабочих перемещений центра инструмента не соответствует эквидистанте получаемой поверхности и для достижения требуемой точности детали ее необходимо изменять по определенному закону. На рис. 3.6 а, б, в приведены примеры необходимости изменения эквидистанты при задании траектории перемещения центра концевой фрезы в процессе объемного фрезерования.

а) б) в)

Рис. 3.6. Коррекция траектории перемещения центра фрезы в соответствии с геометрией заданной поверхности: а –фрезерование вогнутой поверхности; б – фрезерование выпуклой поверхности; в - последовательное фрезерование прямой, наклонной и выпуклой поверхностей; 1 - требуемый контур детали; 2 – траектория перемещения центра фрезы.

 

В соответствии с этим в общем случае при программировании под эквидистантой понимают такую траекторию перемещения центра инструмента, при которой исключаются искажения профиля фрезы и обеспечивается достижение требуемой геометрической точности детали.

Таким образом, составляемая программа обработки детали определяет траекторию перемещения определенной рабочей точки инструмента:

- для проходного резца это центр дуги окружности при его вершине;

- для концевой фрезы, зенкера, развертки это центр на рабочем торце;

- для сверла это центр при вершине;

- для концевой фрезы со сферическим торцом это центр полусферы.

Траектория вспомогательных и подготовительных перемещений определяет положение перемещаемого инструмента от исходной точки начала движения до точки врезания. Эти перемещения обычно выполняют на

 

ускоренной подаче, они включают подвод инструмента с выходом на заданный размер, вывод инструмента из резания и прохождение определенного участка на ускоренной подаче, отвод инструмента по окончанию обработки. Траектория вспомогательных перемещений на многих переходах определяется применяемыми на станках с ЧПУ постоянными (стандартными) циклами.

Траектория рабочих и вспомогательных относительных перемещений инструмента, представленная в виде численных координат опорных точек, представляет собой основную часть управляющей программы станка. Опорные точки расставляют там, где происходит смена управляемых координат или принудительное изменение режимов резания.

Последовательно проставляемые опорные точки разделяют сложный обрабатываемый контур детали на отдельные более простые геометрические элементы, образующие траекторию относительного перемещения режущего инструмента. Такими геометрическими элементами являются отрезки прямых линии, дуги, окружности, отрезки определенных кривых, например параболы или сплайна.

В результате управляющая программа разрабатывается путем последовательного программирования элементов траектории, расположенных между опорными точками. Выполняемые в процессе обработки относительные движения рабочих органов станка создают элементы запрограммированной траектории, что обеспечивает получение требуемой геометрии изготавливаемой детали.

Точное относительное перемещение инструмента по заданному элементу траектории на станках с ЧПУ обеспечивают соответствующие интерполяторы – линейные, круговые, параболические, сплайновые.

Линейный интерполятор обеспечивает точное перемещение инструмента по прямой, заданной координатами двух опорных точек (см.рис.3.7).

а) б)

Рис.3.7 Программирование перемещений по прямой:

а – при точении резцом; б – при фрезеровании.

 

Для задания перемещения по прямой на ускоренной подаче в кадре программы указывают код позиционирования G00 при перемещении в заданную точку на быстром ходу и координаты заданной точки, например 1,

G00 X… Y… Z…

В кадре задания перемещения по прямой на рабочей подаче указывается код линейной интерполяции G01, координаты конечной точки 2 X… Y… Z…, а также величина подачи под кодом F… и частота вращения шпинделя под кодом S…

G01 X… Y… Z… F… S…

При этом координаты исходной точки 1 уже были определены в предшествующем кадре программы. На рис. рис.3.7а,б показано программирование перемещения по прямой линии при точении резцом и при фрезеровании концевой фрезой. На участке от исходной точки 0 до точки врезания 1 перемещение осуществляется на ускоренной подаче, а в процессе резания на участке 1 –2 перемещение инструмента происходит на рабочей подаче.

В соответствии с удобством программирования и выбранной системой отсчета координаты конечной точки могут быть заданы в абсолютных значениях (рис.3.8а) или в приращениях (рис.3.8б).

а) б)

Рис.3.8 Задание координат конечной точки:

а – в абсолютных размерах; б – в приращениях.

 

Круговой интерполятор обеспечивает точное перемещение инструмента по окружности или по дуге окружности определенного радиуса в заданном направлении (см.рис.3.9). Кодирование кругового перемещения на рабочей подаче выполняют подготовительными функциями G02 при вращении по часовой стрелке и G03 при вращении против часовой стрелки. На рис. 3.9а, 3.9б показаны схемы перемещения по дуге резца и фрезы соответственно при точении и при фрезеровании.

а) б)

в)

Рис.3.9 Программирование перемещения по дуге в заданном направлении:

а – при точении; б – при фрезеровании; в – задание требуемых координат.

1 – точка начала дуги; 2 – точка конца дуги; 3 – центр дуги.

 

Программирование окружности выполняют путем задания координат ее центра X_ц ,Y_ц и величины радиуса R. Координаты центра окружности X_ц ,Y_ц задают под адресами X_ц = I…., Y_ц=J… .

Программирование дуги выполняют путем задания координат ее центра X_ц ,Y_ц, координат точки начала и точки конца дуги X… Y…. Координаты точки начала дуги обычно задают в предшествующем смежном кадре, а координаты центра задают в приращениях от точки начала дуги под адресами X_ц = I…., Y_ц=J… Для примера, приведенного на рис.3.9в, формат записи кадра имеет вид:

G02 X 60 Y30 I 130 J-10…..

Программирование дуги окружности в полярной системе координат (рис.3.10) осуществляют кадром следующего формата:

G03 R50 C80 I-40 J-30 ,

где: под адресом R задают радиус дуги R 50мм;

под адресом С задают полярный угол C 80°,

определяющий длину дуги;

под адресами I, J задают в приращениях координаты

центра дуги I-40, J-30 по оси X и Y.

Рис.3.10. Программирование дуги окружности в полярной системе

координат; 1 – точка начала дуги; 2 – точка конца дуги; 3 – центр дуги.

Занятие 6 и 7.

Кодирование геометрической и другой технологической информации в кодах ISO.

Числовое программное управление металлорежущими стан­ками обеспечивает гибкую автоматизацию процесса обработки заготовки на станке в соответствии с заданной управляющей программой, составленной в алфавитно-цифровом коде.

Символ

Содержание

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R   S T U V W X Y Z

Поворот вокруг оси XПоворот вокруг оси У Поворот вокруг оса 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 У 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 У 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 У Вторичное перемещение параллельно оси Z Перемещение параллельно оси X Перемещение параллельно оси У Перемещение параллельно оси Z

В табл. 3.3 даны значения адресных букв латинского алфавита от А до Z, используемых для программирования в коде ISO-7bit.

Таблица 3.3

Буквенные символы, используемые в коде ISO-7 bit для кодирования информации

 

Подготовительные функции включают 100 команд от GOO до G99, которые определяют в целом режим работы системы - характер позиционирования, выбор требуемых постоянных циклов, переход к соответствующей си­стеме отсчета абсолютной или в приращениях. Основные подготовительные функции приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Основные подготовительные функции

Код функций	Наименование	Значение
G00	Позициониро- вание	. Перемещение в заданную точку на быстром ходу.
G01	Линейная интерполяция	Перемещение в точку по прямой с заданной подачей.
G02, (G03)	Круговая интерполяция	Перемещение по дуге с заданной подачей по часовой, (против часовой стрелки).
G04*	Пауза	Задержка в отработке на время, заданная на пульте или в кадре
G06	Параболическая интерполяция	Вид контурного управления для получения дуги параболы.
G08 *	Разгон.	Автоматическое плавное увеличение скорости переме­щения рабочих органов станка от исходного до запро­граммированного в УП значения.
G09 *	Торможение	. Автоматическое уменьшение скорости при приближении к заданной точке до запрограммиро­ванного значения
G16	Пространствен- ная интерполя- ция	Объединение вариантов плоской интерполяции в одном кадре
G17, G18, G19	Выбор плоскости	Плоскость обработки. Выбор плоскости обработки XY, XZ, YZ для задания плоскости интерполяции или плоскости коррекции инструмента
G24		Вызов подпрограммы
G25	Циклическое повторение.	Повторение группы кадров или программы
G26, G27	Условный переход	Выход из подпрограммы, проверка выполнения условия соответственно «больше», «меньше».
G33, G34, G35	Резьбонарезание с постоянным, с увеличивающи- мся и перменным шагом	Выбор режима нарезания резьбы соответственно с постоянным, с увеличивающимся и с уменьшающимся шагом
G40	Отмена коррекции.	Отмена коррекции на размер режущего инструмента
G41	Коррекция инструмента левая.	Коррекция на радиус фрезы при нахождении ее слева от обрабатываемой поверхности, если смотреть в направлении движения инструмента.
G42	Коррекция инструмента правая.	Коррекция на радиус фрезы при нахождении ее справа от обрабатываемой поверхности, если смотреть в направлении движения инструмента.
G43, G44	Коррекция длины инструмента	Коррекция длины инструмента соответственно положительная или отрицательная
От G45 до G52	Коррекция в плоскости двух координат	Коррекция инструмента по двум координатам с указанием знака коррекции по соответствующей координате +/- или отсутствия коррекции +/0, -/0
G53	Отмена линейного смещения	Отменяет установленные ранее связи координатных систем станка, инструмента, детали
От G54 до G59	Установка связи координатных систем.	Смещение нулевой точки детали соответственно в направлении осей X, Y, Z или по двум осям XY, XZ, YZ
От G60 доG62	Позициониро вание при подходе в заданную точку.	Задание соответственно точного позиционирования с малой подачей, менее точного с большей подачей и быстрого позиционирования, когда не требуется высокая точность.
G63*	Нарезание резьбы метчиком	Задание режима нарезания резьбы метчиком.
G80	Отмена постоянного цикла	Функция отменяющая ранее заданный постоянный цикл
ОтG81 доG89	Постоянные циклы.	Вызов необходимого постоянного цикла
G90	Абсолютный размер	Отсчет перемещений в абсолютных координатах от нулевой точки
G91	Размер в приращениях	Отсчет перемещений в приращениях относительно предыдущей запрограммированной точки.
G92*	Установка абсолютных накопителей положения	Изменение показании счетчиков координат текущего положения без движение исполнительных органов станка.
G93	Скорость подачи в функции, обратной времени	Указание, что число, следующее за адресом F, равно обратному значению времени в минутах, необходимому для отработки кадра.
G94, G95	Размерность подачи	Указание, что скорость подачи имеет размерность соответственно в м/мин и мм/об
G96	Постоянная скорость резания	Постоянство скорости резания в м/мин обеспечивается автоматическим регулированием частоты вращения шпинделя
G97	Частота враще- ия шпинделя	Размерность частоты вращения шпинделя об/мин

 

Приведенные значения подготовительных функций соответствуют рекомендациям ГОСТ 20999-83, однако в конкретных версиях ЧПУ могут быть отдельные отклонения, на которые указывают в инструкции по программированию станка.

В соответствии с характером решаемых задач подготовительные функции можно разделить по признакам на группы, в каждую из которых входят взаимоисключающие функций (см. табл.3.5).

Таблица 3.5

Формирование подготовительных функций по группам

 

№ группы	Кадровая информация	Подготовительные функции
	Позиционирование, интерполяция	G00, G01, G02, G03,G06, G33…G35
	Плоскость обработки	G17, G18, G19
	Коррекция инструмента	G40, G41, G42, G43, G44…G52
	Сдвиг координатной системы	G53, G54, G55, G56… G59
	Точность позиционирования	G60 G61, G62, G63
	Постоянные циклы	G80, G81, G82… G89
	Отсчет размеров	G90, G91, G92
	Задание подачи	G93, G94, G95
	Задание скорости	G96, G97

В рамках каждой группы может постоянно действовать только одна из функций. Она действует до ее отмены или до ввода следующей функции из этой группы. Напри­мер, функция G00 действует до тех пор, пока в УП не будут записаны функции G01, G02, G03 или G06; функция G60 действуют до ввода функ­ций G61 или G62.

Действие подготовительных функций обычно выходит за рамки одного кадра. Однако функции, обозначенные признаком * (G04, G08, G09, G63, G92), действуют только в том кадре, в котором они записаны. Остальные функции, один раз записанные, действуют посто­янно, до ввода следующей функции из той же группы.

Т.о. одновременно могут действовать по одной подготовительной функций из каждой группы, а функции, принадлежащие к одной группе, заменяются только функциями своей группы.

Если в конкретных УЧПУ определенные функции, как, например G53...G63 в прямом назначении не используются, то они становятся неопределенными и могут быть определены для специальных целей.

Вспомогательные функции включают 100 команд технологического назначения, которые задают словами под адресом М и двухзначным десятичным кодовым числом от М00 до М99 (см. табл. 3.6). Каждая из них определяет конкретную команду исполнительному органу станка или УЧПУ.

Таблица 3.6

Основные вспомогательные команды

Кодирование	Содержание
М00	Программируемый останов
М01	Останов с подтверждением
М02	Конец программы
М03	Вращение шпинделя по часовой стрелке
М04	Вращение шпинделя против часовой стрелки
М05	Останов шпинделя
М06	Смена инструмента
М07, М08, М50, М51	Включение соответствующей системы охлаждения №1,№2,№3,№4
М09	Отключение системы охлаждения
М10 ,(М11)	Зажим, (отжим)
М13, (М14)	Вращение шпинделя по часовой стрелке, (против часовой стрелке) и включение охла­ждения
М15, (М16)	Перемещение положительное (отрицательное)
М19	Останов шпинделя в заданной угловой позиции
МЗО	Конец ленты
М31	Отмена блокировки
М36, (М37)	Диапазон подач №1, (№2)
М38, (М39)	Диапазон оборотов шпинделя №1, (№2)
М55, (М56)	Линейное смещение инструмента в положение 1, (в положение 2)
М60	Смена заготовки
М61, (М62)	Линейное смещение заготовки в положение 1, (в положение 2)
М71, (М72)	Угловое смещение заготовки в положение 1, (в положение 2)

Т.о. вспомогательные функции предназначены для программирования раз­личных технологических команд. Согласно ГОСТ 20999-83 за номерами (кодами) вспомогательных функций закрепляются следующие функциональные назначения.

Покоманде М00- программируемый останов после выполнения, запи­санных в данном кадре команд, происходит останов шпинделя, охлажден и пода­чи. При этом информация, ранее записанная в УП и введенная в УЧПУ, не стирается. Работа по программе возобновляется после нажатия кнопки на пуль­те УЧПУ.

Команда М01-останов с подтверждениеманалогична М00, однако вы­полняется в том случае, когда на пульте УЧПУ нажата соответствующая клавиша.

М02-конец программы указывает на завершение отработ­ки программы. После выполнения всех команд в кадре происходит останов шпинделя, подачи, выключение охлаждения. Команду используют для приведения в исходное положение исполнительных органов станка или управляющего устройства, например для пере­мотки перфоленты в начало до символа "начало программы".

По командеМ05- останов шпинделяпроисходит остановка вращения шпинделя и выключение охлаждения.

КомандаМ06- смена инструментаозначаетавтоматическую или ручную смену инструмента, при этом поиск инструмента не производится. Эта команда является подготовительной для слова "функция инструмента", которое за­писывается под адресом Т. В некоторых УЧПУ по команде М06 выключается вращение шпинделя и охлаждение.

По командеМ09-отключение охлаждения отменяются команды М07, М08, М50, М51.

По командам М10-зажим, М11-разжимсистема выполняет соответственно зажим или разжим подвижных органов станка, например стола с заготовкой при растачивании отверстий, с целью повышения точности обработки.

Команды M15 и M16 использу­ют для выбора направления перемещения на быстром ходу или на рабочей подаче.

По командеМ19- останов шпинделя в заданной позициипроисходит останов­ка вращения шпинделя, причем шпиндель останавливается в определенном угловом положении. Это необходимо, например, для вывода борштанги из отвер­стия при растачивании или для перемещения установленной на шпинделе заготовки в требуемое положение.

Функция МЗО- конец лентыозначает завершение отработки программы детали. После выполнения всех команд в кадре происходит выключение вращения шпинделя, подачи и системы охлаждения. КомандуМЗОиспользуют для установки в ис­ходное положение УЧПУ и (или) исполнительных органов станка. Любая информация, записанная на перфо­ленте после команды МЗО, устройством УЧПУ не воспринимается.

По команде М31- отмена блокировкипроисходитвременное отключение обычно дейст­вующей блокировки.

Команды М36 и М37 используют для за­дания одного из двух диапазонов подачи путем переключения кинематиче­ских связей станка. Команды М38 и М39 исполь­зуют для задания одного из двух диапазонов частоты вращения шпинде­ля путем переключения кинематической связи.

По коман­дам М55и М56 происходит линейное смещение инструмента в фиксиро­ванное положение, определяемое датчиками , жестким механическим или дру­гими видами упоров.

По команде М6О- смена заготовкипроисходит включение цикла замены заготовки в рабочей позиции. Замена может производиться с помощью встроенного манипулятора или промышленного робота.

По командам М61, М62, М71, М72 выполняется линейное или угловое смещение заготовки в фиксированное положение, определяемое механическими, электрическими и другими видами упоров.

Функции М17, М18, М20...М29,М46...М49, М52...М54. М57...М59, М63...М70, М73...М80, М90...М99 не определены и предназначены для индивидуаль­ного применения в конкретных УЧПУ.

 

 

Занятие 8,9 и 10.

Составление управляющей программы.Структура кадров программы и применяемые программоносители.

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 программоносителей используют перфоленту, магнитную ленту, дискету, компакт-диск, а также флэш-память (Flash Memory) (см. рис.3.11).

Рис.3.11. Основные виды программоносителей: 1 – перфолента;

2 – магнитная лента; 3 – дискета; 4 – бланк распечатки программы.

 

Для записи управляющей программы на восьмидорожечную перфоленту в системах ЧПУ используют единый метод кодирования информации, основанный на приме­нении международного семиразрядного кода ISO-7bit. Значение буквенных символов латинского алфавита, используемых в ISO7bit, дано в табл. 3.3

Управляющая программа содержит информацию о геометрических параметрах изготовляемой детали и технологических командах, определяющих процесс изготов­ления детали на станке.

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 управления, и последующей группы цифр, определяющей количество разрядов числовой информации по данному адресу. Таким образом, все кадры программы СЧПУ определенного станка имеют единый формат. Например для СЧПУ обрабатывающего центра фрезерно-расточного (см. рис. 2.3а ) он имеет вид:

N3.G2.X + 33.Y +33.Z + 32.В32.F2.S2.Т2.М2. LF,

где 3 — номер кадра программы, определяемый трехзначным числом от N 001 до … N 999;

G2 — подготовительные команды, ко­дируемые двузначным числом, например G00; G01… и так далее до G99; они определяют режим работы станка;

X + 33 — пере­мещение вдоль оси X со знаком «+» или «-», который указывает направление движения; величина пере­мещения определяется в мм шестизначным числом, при этом первые три цифры до запятой определяют величину пере­мещения в целых долях, а цифры после запятой определяют пере­мещения в деся­тичных, сотых и тысячных долях мм, например X + 154.125;

Y + 33 — определяет аналогично направление и величину 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 TI2;

М2 — вспомогательные функции, кодируемые двузначным чис­лом от М00 до М99, например М0З, что означает включение вращения шпинделя по часовой стрелке;

LF (ПС) — символ окончания кадра, обозначающий перевод строки.

Начало программы обозначается символом «%».

При состав­лении программы некоторые слова в отдельных кадрах могут быть пропущены, однако последовательность записи слов сохраняется.

В руководстве УЧПУ для определенного станка формат кадра конкретизируется и даются указания по программи­рованию с учетом конструкции станка, комплекта управляемых координат и применяемой системы ЧПУ.

Каждая управляющая программа (УП) должна начинаться символом % - начало программы.

В структуре управляющей программы каждый кадр представляет собой соответствующий информационный блок. Кадр открывается символом N, который определяет его номер, и заканчивается символом LF (другое наименование ПС), который выполняет функцию разделителя кадров. Для кодирования управляющей информации используется адресный способ, согласно которому информационное слово содержит буквенный адрес и число со знаком или без него.

Кадр содержит слова - «номер кадра», а также одно или несколько других слов: «подготовительная функция», «размерные перемещения», «функция подачи», «функция главного движения», «функция инструмента», «вспомогательная функция» и разделитель LF (ПС).

Задание слов в кадре осуществляют согласно следующей последовательности адресов:

N, G, X, Y, Z, U, V, W, P, Q, R, I, J, К, А, В, С, D, E, F, S, Т, М,

при этом отдельные слова могут быть пропущены.

Слово «подготовительная функция» записывают в кадре после слова «номер кадра». Оно кодируется адресом G и двузначным числом G00; G01…. G99.

Подготовительные функции связаны с режимами работы, фор­мой движения, циклами обработки и т. д. В УЧПУ реализуется значительное число подготовительных функций. Перечень этих функций и рекомендуемое их кодирование приведены в табл. 3.4.

Слово «подготовительная функция» G… и слово «вспомогательная функция» M… в отличии от всех других слов могут использоваться в одном кадре несколько раз. Кратность использования этих слов оговаривается в инструкции по программированию конкретного станка.

Объедине­ние подготовительных функций по признакам в группы, согласно табл. 3.5, определяет возможность взаимной отмены их действия. В пределах одного кадра не должны быть использованы слова «подготовительная функция», относящиеся к одной группе (см. табл.3.5). Если в одном кадре необходимы несколько под­готовительных функций, то их записывают в порядке возрастания номеров их признаков.

Подготовительная функция используют также для записи различных подпрограмм. В первую очередь это относится к записи постоянных циклов, рекомендуемое кодирование которых приведено ниже в разделе 3.5.

Слово«размерные перемещения» является сложным. Оно определяет задаваемую геометрическую информацию между двумя опорными точками и включает несколько простых слов, для которых могут быть использованы следующие адреса:

X, Y, Z, U, V, W, P, Q, R, I, J, K, A, B, C,

Значения этих адресов приведены в табл. 3.3.

Количество простых слов, образующих «размерные перемещения» определяется числом используемых адресов.

Числовая часть этих простых слов определяет координаты опорных точек, задаваемые в абсолютной системе или в приращениях. За адресом каждого слова «размерное перемещение» записывается знак плюс «+», если размеры положительные, либо знак минус «- », если размеры отри­цательные. Если размеры только положительные, то знак плюс после адреса не записывается.

Слова с адресами размерных перемещений по соответствующим координатным осям, например X, Y, Z,… обычно имеют числовую часть заданную с десятичной запятой, например X + 154.125. Однако в коде ISO-7 bit вместо десятичной запятой ставят точку. Линейные размеры за­дают в миллиметрах, а после запятой соответственно в десятых, сотых и тысячных долях миллиметра. Для УЧПУ ранних моделей линейные перемещения задавались в импульсах (в дискретах).

Угловые размеры задают в градусах или радианах. Например, в приведенном выше кадре поворот стола вокруг оси Y на 180^° задан словом В180.00, где последние две цифры определяют десятые и сотые доли градуса.

В формате кадра после знака плюс записывают две цифры. Если между двумя цифрами стоит точка, то это озна­чает, что в управляющей программе дробная часть числа отделяется от це­лой части десятичной запятой.

Первая цифра показывает количество разрядов в числовой части размерного слова до десятичной запятой, а вторая цифра показывает количество разрядов после запятой. При этом незначащие нули, стоящие до и (или) после десятичного знака могут быть опущены. Например, запись Х.05 означает размер 0,05 мм по оси X, а запись Х.1760 - размер 1760,0 мм по оси X. Размер, представленный од­ними нулями, может быть записан одним нулем.

Размерные перемещения задают в абсолютных зна­чениях или приращениях. Способ задания размерных переме­щений определяется подготовительной функцией G90 - абсо­лютный размер, G91 - размер в приращениях. Угловые раз­меры задаются в радианах или градусах. Знаки плюс или минус должны предшествовать первой цифре каждого размера, указывая направление перемещения (знак плюс допускается не ставить).

Программируемая траектория перемещения режущего инструмента включает участки, проходимые на ускоренной подаче, а также участки линейной и круговой интерполяции, проходимые на рабочей подаче. Характер движения на участках программируемой траектории определяет соответствующая подготовительная функция G00,G01,G02, G03.

При этом схема задания геометрических параметров программируемого участка зависит от способа движения, от принятой системы отсчета координат и от принятого набора параметров программируемого отрезка.

Порядок записи слов с адресами U, V, W, P, Q, R, используемых в значениях отличных от указанных в табл.3.3, указывают в формате кадра конкретного УЧПУ.

Слово (или слова)«функция подачи», идущее под адресом F.. с указанием численного значения скорости подачи, относится к определенной оси и поэтому должно следовать за словом «размерное перемещение» по данной оси. Если определяемая «функция подачи» относится к двум и более осям, то оно должно следовать за последним размерным перемещением, к которому оно относится.

Скорость подачи может иметь единицу измерения мм/мин или мм^-1. В первом случае ее коди­руют подготовительной функцией G94 – подача в минуту, а во втором — функ­цией G95 – подача на оборот. Для кругового перемещения используют единицу измерения градусы в минуту или радианы в секунду.

Скорость подачи определяют кодовым числом, количество разрядов которого указано в формате кадра конкретного УЧПУ. При кодировании числовых значений скорости подачи применяют метод прямого обозна­чения или сим­волического соответствия. Наиболее удобным является прямое обозначение, когда, например, подачу 25 мм/мин кодируют F25.

Слово«функция главного движения», идущее под адресом S.., определяет скорость главного движения при резании. Скорость главного движения может быть задана в м/мин или как частота вращения шпинделя мин^-1 (число оборотов в минуту). В первом случае используют подготовительную функцию G96 (постоянная скорость в м/мин). При этом для поддержания постоянной скорости выполняется автоматическая регулировка частота вращения шпинделя. Во втором случае исполь­зуют подготовительную функцию G97, которая определяет заданное число оборотов шпинделя в минуту.

Основным методом кодирования скорости главного движения является прямое обозначение частота вращения шпинделя - оборотов в минуту или радиан в секунду. Это наиболее удобный способ кодирования, применяемый в современных УЧПУ. Возможно кодирование путем символического соответствия с определенным кодовым числом, а также путем использования геометрической или арифметической прогрессии. Количество разрядов кодового числа указано в формате кадра конкретного УЧПУ.

Слово«функция инструмента», идущее под адресом Т.., используют для выбора необходимого режущего инструмента. Кодовое число в слове «функция инструмента» определяет номер инструмента, которым необходимо выполнять обработку. Коли­чество цифр в кодовом числе определяется в формате кадра конкретного УЧПУ, напри­мер: Т1,Т06; Т23. Оно непосредственно зависит от числа ячеек в инструментальном магазине или на револьверной головке станка. Кодовое число с двумя цифрами обеспечивает кодирование 99 различных инструментов.

В некоторых УЧПУ функция инструмента включает также информацию о коррекции инструмента на его длину, диаметр или его положение. Если в слове «функция ин­струмента» записывается только номер инструмента, то информация о кор­рекции записывается по адресу D (вторая функция ин­струмента). Состав этого слова в кадре определяется форматом кадра конкретного УЧПУ.

Слово«вспомогательная функция», под адресом М.. и кодовым числом с двумя цифрами M00….M99 определяет состав вспомогательных команд приведенных в табл. 3.6.

Большинство вспомогательных функций выполняется до начала перемещений, запрограммированных в том же кадре, и действует до отмены или замены их командами аналогичного назначения. В одном кадре в порядке возрастания кодовых номеров может быть записано несколько команд различным исполнительным ор­ганам станка с ЧПУ. Кратность использования этих команд оговаривается в инструкции по программированию конкретного станка.

Управляющую программу на перфоленту записывают путем перфорирования на ней кодовых отверстий (см. рис. 3.12). Лента шириной 25,4 мм (1дюйм) имеет восемь дорожек с шагом перфорации 2,5 мм. Нумерация дорожек с 1 по 8 начинается от базовой кромки. На первых семи дорожках (1…7), отсчет которых происходит от базовой кромки 4, располагаются кодовые отвер­стия. Восьмая дорожка служит для контроля четности числа отверстия в каждой строке. Транспортная дорожка 5 с отверстиями малого диаметра служит для перемещения ленты в осевом направлении.

 

 

Рис. 3.12. Расположение отверстий на перфоленте:

1 - строка; 2 - шаг перфорации: 3 -кодовые отверстия;

4 - базовая кром­ка; 5 - отверстия ведущей (транспортной) дорожки.

 

В основу применяемого кода ISO-7bit положена двоичная система счисления, 1 бит соответствует одной единице информации. Каждая строка на перфоленте выражает только одну кодо­вую комбинацию (одну цифру, букву или знак) (рис. 3.13). При этом число отверстий (символов) в строке должно быть четным, что обеспечивается пробивкой отверстий в восьмой дорожке. При кодировании букв от А до Z происходит дополнительная пробивка отверстий по седьмой дорожке.

Рис.3.13.Кодирование информации на перфоленте с использованием кода ISO-7bit.

 

Запись числовой части информации осуществляется в двоично-десятичной системе счисления, каждый разряд десятичного числа представлен двоичным числом.

Цифры в двоичном коде 8—4—2—1 кодируют на первых четырех дорожках (рис. 3.14).

 

 

Запись информации на ленту осуществляется адресным способом, при котором числовой информации предшествует знак адреса, определяемый соответствующей буквой (буквенный адрес), которая идентифицирует требуемую команду управления.

Минимальный объем информации, заданный под соответствующим буквенным адресом, занимающий на ленте несколько поперечных строк, составляет слово. Примером записи информации в слове является задание номера кадра, задание подготовительных и вспомогательных команд, задание перемещений по координатам, задание режущего инструмента и режимов резания. Несколько слов, содержащих полную информацию о выполняемом технологическом переходе, образуют кадр программы. Примером кадра программы является запись кодированной информации, необходимой для обработки участка детали определенным режущим инструментом с заданными режимами резания. В каждом кадре программы обычно записывается информация, которая изменяется по отношению к предыдущему кадру. При этом команды заданные в предыдущих кадрах, для которых не дана отмена, продолжают действовать.

Считывание программы осуще­ствляется по кадрам, каждый из которых начинается с соответствующего номера N… и заканчивается симво­лом LF (ПС).

Структура кадра программы, определяющая количество и последовательность расположения слов, количество знаков в каждом слове, устанавливается форматом кадра, построение которого осуществляется в соответствии с технологическими возможностями станка и применяемой СЧПУ. В качестве примера на рис.3.15 представлен фрагмент перфоленты с закодированной информацией приведенного ниже первого кадра управляющей программы: N1 G01 X375.Y160.F1200.LF

Рис.3.15 Фрагмент перфоленты с закодированной информацией

первого кадра программы.

 

При программировании необходимо исходить из того, что деталь остается условно неподвижной, а инструмент перемещается относительно нее в пределах координатной системы. Управляю­щая программа записывается в системе координат, непосред­ственно связанной с обрабатываемой деталью (координатная система детали Х_ДУ_ДZ_Д). Началом отсчета этой системы является ноль детали Д. Координатная система детали Х_ДУ_ДZ_Д опреде­ленным образом располагается относительно координатной си­стемы станка X_М Y_М Z_М (см. рис. 2.9); при этом ноль детали связы­вают с нолем станка координирующими размерами X_М (Д), Y_М(Д), Z_М(Д) .

В качестве координатной системы детали может быть исполь­зована координатная система ее технологических баз или другая удобная система координат, построенная на плоскостях симметрии детали или на пере­сечении ее сторон. При программировании необходимо исходить из того, что деталь остается условно неподвижной, а инструмент перемещается относительно нее в пределах координатной системы.

 

 

Занятие 11,12.

Программирование с использованием постоянных циклов и подпрограмм.

Наличие на различных деталях машин однотипных геометрических форм, например плоских поверхностей, пазов, окон, различных отверстий - гладких, ступенчатых, глубоких, резьбовых, позволяет использовать для их обработки на станках с ЧПУ одинаковые циклы. Такие циклы имеют определенный, неизменный формат и называются постоянные (стандартные). Они включают выполнение в заданной последовательности одинаковых вспомогательных и основных перемещений, необходимых для обработки схожих геометрических поверхностей определенным режущим инструментом - резцом, сверлом, зенкером, метчиком, фрезой и др.

Постоянные циклы представляют собой макрокоманды, которые включают в себя несколько простых команд таких как:

включе­ние, останов или реверс шпинделя;

быстрый подвод или быстрый отвод шпинделя;

движение шпинделя с инструментом на рабочей подаче и др.

Постоянные циклы входят в библиотеку программного обеспечения станка. Их разрабатывают заранее и помещают в программную базу постоянных циклов соответствующего УЧПУ.

Применение постоянных циклов для обработки отверстий

RA – точка исходного положения режущего инструмента; R – точка переключения подачи холостого хода на рабочую подачу; Е – конечная точка заглубления инструмента.

N… G81 Z… R… F… LF

N… G59 Z… LF (смещение нуля по оси Z) N… G81 Z… R… F… LF (задание цикла, сверление отверстия 1) N… G60 X… Y… LF (сверление отверстия 2)

Где X… Y …- координаты точки торможения.

G85 -постоянный цикл растачивания или развертывания отверстий. Цикл включает быстрый повод шпинделя при его вращении в заданном направлении из точки… G86 -постоянный цикл растачивания отверстий. Цикл включает включение вра­щения… G87 -постоянный цикл растачивания. Включение вра­щения шпинделя и быстрый подвод из точки 0 в точку 1; движение на…

Применение постоянных циклов для обработки точением

а) б) Рис.4.5. Схема обработки с использованием постоянных циклов точения:

Применение постоянных циклов для обработки фрезерованием

N… G88 X… Y… Z… B… K… F… S…T…M… LF, где под адресами X и Z задают соответственно длину и глубину паза; под адресом В задают координату точки врезания;