Абсолютная и относительная система координат – G90/G91
Что такое перемещение в абсолютной системе координат?
В абсолютной системе координат отсчёт производится от начальной нулевой точки.
Задаётся функцией – G90 (absolute).
Что такое перемещение в относительной системе координат?
В относительной системе координат отсчёт производится от последней точки траектории перемещения.
Задаётся функцией – G91 (incremental).
1.7. СИСТЕМЫ КООРДИНАТ СТАНКОВ С ЧПУ
Программирование движений рабочих органов и осуществление заданных перемещений в станках с ЧПУ тесно связаны с системами координат. Большинство отечественных и зарубежных станков с ЧПУ имеют систему координат, предложенную Международной организацией по стандартизации (ISO). В основу положена правая система координат с осями Х, Y, Z, которые указывают положительные направления движения инструментов относительно неподвижной заготовки. Если инструмент неподвижен, а движется заготовка относительно инструмента, то соответствующие ее положительные перемещения, направленные в противоположные стороны, обозначаются буквами Х’, Y’, Z’ (рис. 1.5).
За положительные направления перемещений подвижных органов принимают такие их перемещения, при которых инструмент и заготовка удаляются друг от друга. При расположении системы координат в пространстве пользуются следующими правилами: ось Х всегда располагают горизонтально, а ось Z совмещают с осью вращения инструмента. Лишь в токарных станках, где вместо инструмента вращается заготовка, ось Z совмещают с осью шпинделя.
Во многих станках бывают случаи, когда по одной и той же оси предусмотрено перемещение нескольких (двух-трех) рабочих органов. Тогда используют вторичные (U, V, W) и третичные (P, Q, R) оси. Круговые перемещения инструмента относительно заготовки считаются положительными при направлении против часовой стрелки, если смотреть на острие соответствующей оси координат. Обозначаются они латинскими буквами А, В, С. При круговых движениях заготовки положительные направления меняются на обратные, а угловые координаты обозначаются А’, В’, С’.
На рис. 1.5 представлены примеры расположения осей координат для наиболее типичных компоновок станков с ЧПУ.
Для программирования обработки кроме направления осей координат необходимо установить способ и начало отсчета перемещений по каждой оси. В системах ЧПУ используют два различных способа отсчета: абсолютный и относительный (в приращениях). При абсолютном способе отсчета положение начала координат фиксировано для всей программы обработки. Это начало называют станочным нулем, и для каждого подвижного органа всегда оговаривают в паспорте станка или инструкции к нему. При работе от станочных нулей на программоносителе записывают абсолютные значения координат последовательно расположенных опорных точек. Достоинство такого способа отсчета состоит в том, что станок каждый раз отрабатывает заданные координаты (расстояния) от одной и той же точки (станочного нуля). Следовательно, в этом случае отсутствует накопление ошибок отработки перемещений, а значит, достигается высокая точность позиционирования рабочих органов.
Приступая к разработке технологической операции, выполняемой на станке с ЧПУ, необходимо направление осей системы координат и начало отсчета уточнить по паспорту станка. Так, например, по паспорту обрабатывающего центра 2Б622МФ2, оснащенного отечественной системой программного управления «Размер-2М», убеждаемся, что направление осей системы координат соответствует схеме, представленной на рис. 1.5, г. При этом по оси Y перемещается шпиндельная бабка. Начало отсчета ее перемещений (станочный нуль) находится вместе совмещения оси шпинделя и установочной поверхности стола. Поперечное перемещение стола совпадает с осью Х. Станочный нуль для этой оси проходит через ось поворотного стола в его крайнем заднем (от рабочего) положении. Осевое перемещение расточного шпинделя совпадает с осью Z. Станочный нуль для перемещений шпинделя находится в его крайнем выдвинутом положении. Продольное перемещение стола совпадает со вторичной осью W. Станочный нуль для программирования продольных перемещений стола находится в месте оси поворота стола в его крайнем левом положении.
В некоторых случаях, в особенности при использовании позиционных систем ЧПУ, отрабатывать программу от станочного нуля оказывается неудобно по следующим причинам:
· во-первых, это удлиняет холостые установочные перемещения, так как обрабатываемые заготовки различны по своим размерам;
· во-вторых, это затрудняет установку заготовки, так как требуется такое ее положение на столе станка, при котором базовые поверхности находились бы на точных расстояниях от начала отсчета станка;
· в третьих, определенное затруднение вызывает программирование обработки таких заготовок, у которых измерительные базы не совпадают с установочными.
В связи с этим в системе числового программного управления станков предусмотрена возможность переноса начала отсчета в любую точку на пути перемещения подвижного органа станка. Такое устройство называют системой «плавающий нуль». Оно применяется главным образом на расточных и сверлильных станках и обрабатывающих центрах с позиционным управлением.
В системах, предусматривающих возможность использования «плавающего нуля» (системах с относительным способом отсчета координат), нулевым каждый раз принимают положение исполнительного органа, которое он занимал перед началом очередного перемещения к следующей опорной точке. В программу в этом случае записывают приращения координат при переходе от предыдущей к последующей точке.
Первая опорная точка программы называется исходной, или старт-точкой. Она выверяется при настройке станка и играет роль начала координат, от которого рассчитывают программу обработки конкретной заготовки. Такой способ отсчета используют почти во всех современных позиционных системах ЧПУ. Однако точность положения рабочего органа при этом в каждый момент времени зависит от точности отработки ко
ординат предыдущих опорных точек. Ошибки в отработке отдельных перемещений здесь могут накапливаться. Поэтому в последнее время наметилась тенденция к использованию абсолютного метода отсчета координат и в контурных системах ЧПУ.
По числу управляемых движений (координат) системы ЧПУ могут быть двух-, трех-, четырех-, пятикоординатными и т.д. В позиционных системах движения по отдельным координатам могут осуществляться хотя и одновременно, но несогласованно. Для контурных систем важной характеристикой является число одновременно и согласованно управляемых координат. Однако некоторые контурные системы ЧПУ построены так, что согласованные перемещения возможны не по всем координатам одновременно, а только при отсутствии движения по одной из осей координат. Такие системы с одной неполной координатой иногда обозначают дробным числом, добавляя к целому числу одновременно и согласованно работающих координат еще половину координаты. Например, четырехкоординатная система с одной неполной координатой обозначается как 3,5-координатная. Число одновременно управляемых координат – важная технологическая характеристика станка.
Для обработки заготовки любой конфигурации на токарном станке обычно достаточно двух координат по числу двух основных направлений подач – продольной и поперечной. Для токарного станка, оснащенного двумя суппортами (например, станок модели 1734ФЗ), становится необходимой четырехкоординатная система управления. Сверлильные станки с ЧПУ обычно двухкоординатны, поскольку их основная задача – совмещение инструмента с осью отверстия. Для расточных станков чаще применяют трехкоординатные системы. Фрезерные станки должны иметь не менее трех одновременно управляемых координат для обработки сложных криволинейных поверхностей пространственными строчками. Наиболее рациональными являются пятикоординатные фрезерные станки, у которых дополнительно программируются повороты заготовки и наклоны инструмента, что позволяет обрабатывать труднодоступные участки поверхности и улучшать условия резания.
После изучения каждого раздела пособия необходимо ответить на контрольные вопросы. Номер варианта вопросов соответствует последней цифре номера вашей зачетной книжки. Ответы на вопросы оформляются письменно в ученической тетрадке объемом 12 листов.
Команды управления станками с ЧПУ
Продолжаем публикацию материалов из Справочника фрезеровщика под редакцией В.Ф. Безъязычного. На этот раз разберем cтанки с числовым программным управлением.
Станки с числовым программным управлением отличаются от обычных тем, что контролируются не оператором в процессе работы, а управляющей программой, составленной до начала работы. От того, насколько грамотно составлена программа, во многом зависит качество обрабатываемых деталей. Качество же отработки самой программы определяется, с одной стороны, характеристиками механической части станка (точностью, жесткостью и другими), с другой – совершенством стойки ЧПУ (дискретность, математическое обеспечение и прочее).
Наибольшее распространение получили три системы числового программного управления: Heidenhain, Sinumerik и Fanuc (рис. 3.26). Все они поддерживают стандартный код ISO, однако имеют наборы специфических команд. Например, пакет пятиосевой трансформации, решая одни и те же задачи, реализован по-разному в каждой системе.
Рис. 3.26. Стойки ЧПУ основных производителей
Управляющая программа представляет собой последовательность кадров (строчек), в которых задана траектория перемещения инструмента и технологические команды – включение и выключение вращения шпинделя, подача СТОС, смена инструмента и др. Каждый кадр состоит из слов, сочетания адреса (X, Y, T, S…) и числа, записываемого в этот адрес памяти стойки (см. табл. 3.13)
3.13. Шаблон типового кадра управляющей программы
Так, для перемещения в позицию 100 по координате Х следует задать адрес позиционирования X100 и тип перемещения, например линейное, на рабочей подаче – технологическую команду G1. В современных стойках ЧПУ номер кадра не является обязательным блоком и служит для удобства наладчика и программиста
Основные адреса позиционирования приведены в таблице 3.14, основные G-коды и М-коды – в таблицах 3.15 и 3.16.
3.14. Основные адреса позиционирования
3.15. Основные G-коды (подготовительные функции)
3.16. Основные M-коды (функции управления станком)
Различают модальные и немодальные (одноблочные) команды. Немодальные действуют только на тот кадр, где встречаются. Модальные работают как тумблер, будучи включены, распространяют свое действие на все последующие кадры. То есть немодальные команды необходимо указывать в каждом кадре, а модальные достаточно в одном. Например:
В кадре N10 происходит перемещение в абсолютных координатах G90 в точку X = 100; Y = 200 на холостом ходу G0 с торможением в конце кадра G9. G90 и G0 модальные, поэтому в следующем кадре происходит перемещение, также на холостом ходу в точку с абсолютными координатами X100; Y200; Z50. G9 не модальная команда, ее приходится повторять.
В кадре N20 отменяем действие G90, указав G91 – происходит относительное перемещение по координате X на 100 мм (в точку с абсолютными координатами X200; Y200; Z50), причем на рабочем ходу G1 с подачей F 350 мм/мин. G91 и G1 модальные, поэтому в следующем кадре N25 произойдет перемещение на рабочем ходу на 200 мм по оси Y (в точку с абсолютными координатами X200; Y400; Z50).
При разработке программы используют линейную или круговую интерполяцию. Стойка ЧПУ рассчитывает траекторию движения инструмента (положение в каждый момент времени при отработке кадра) из текущей позиции в запрограммированную конечную по прямой в случае линейной интерполяции и по дуге окружности в случае круговой. Строго говоря, движение по дуге станок отрабатывает тоже прямыми отрезками, но они достаточно малы, чтобы аппроксимировать дугу с требуемой точностью.
Кадр круговой интерполяции, в отличие от линейной, должен содержать не только координаты конечной точки X, Y, Z но и адреса I, J, K, задающие центр дуги окружности, по которой происходит перемещение. Например:
Используя круговую интерполяцию, следует предварительно указать, в какой координатной плоскости происходит расчет командами G17, G18 или G19 (рис. 3.27). Так, при движении в плоскости XY (G17) адрес I соответствует расстоянию по координате X; J соответствует Y.
Рис. 3.27. Координатные плоскости
Следует помнить о двух основных способах определения I, J, K:
- абсолютный («вектор»), заданы абсолютные координаты центра окружности в системе координат, в которой рассчитана программа (рис. 3.28);
- относительный, центр окружности задан как смещение относительно точки интерполяции (запрограммированное конечное положение) предыдущего кадра (рис. 3.29).
Рис. 3.28. Абсолютное положение координат центра окружности
Рис. 3.29. Относительное положение координат центра окружности
Причем относительное смещение может измеряться от центра дуги до конечной точки предыдущего кадра или от конечной точки до центра, то есть отличаться знаком. Имея центр дуги, придти в ее конечную точку можно как по часовой стрелке, так и против. Профиль на детали будет обработан разный. Поэтому нельзя забывать указывать направление движения при круговой интерполяции – по часовой стрелке G02 или против G03 (рис. 3.30).
Рис. 3.30. Направление круговой интерполяции
Любая управляющая программа разработана в определенной системе координат, привязанной к настроечным базам обрабатываемой детали, которую можно назвать системой координат заготовки. Станок имеет свою, машинную или ссылочную, систему координат. Чтобы связать эти две системы, используется таблица смещений начала системы координат заготовки в координатах машинной системы.
Выбор требуемой системы координат заготовки осуществляется командами G54…G59. Разумеется, предварительно необходимо занести фактические значения в таблицу смещений – машинные координаты настроечных баз, установленных на столе станка деталей.
Традиционно настроечные базы определяют с помощью индикатора часового типа. Более современный метод использования контактных щупов (головки Renishaw) (рис. 3.31).
Рис. 3.31. Определение настроечных баз
Управляющая программа обычно рассчитана с учетом заданной геометрии инструмента. Если возникает необходимость использовать инструмент, отличающийся от расчетного, следует ввести коррекцию. Коррекция на радиус инструмента задается командами G41 и G42 в зависимости от положения инструмента относительно детали (припуска) слева и справа соответственно (рис. 3.32).
Рис. 3.32. Компенсация радиуса режущего инструмента (радиус-коррекция)
Следует указать координатную плоскость, в которой осуществляется компенсация, для фрезерных станков это G17 (XY). Отмена радиус-коррекции – G40. Для определения фактического вылета инструмента используются специальные датчики.
Рассмотренная компенсация на инструмент работает в плоскости и подходит только для двух- и трехосевой обработки. Современные системы ЧПУ позволяют осуществлять компенсацию на инструмент и для многокоординатной обработки. При этом используются уже совсем другие функции, управляющая программа становится более сложной и воспринимать ее так же легко, как в обычном формате удается не сразу.
Многокоординатная обработка отличается от двух- и трехосевой наличием не только линейных перемещений, но и вращения исполнительных органов – поворотных столов, планшайб и шпиндельных бабок. Традиционно программируется непосредственно поворот исполнительного органа в градусах, например для осей поворота А и С:
Международные стандарты, которым должны следовать все производители оборудования, предписывают обозначать поворотные оси фрезерных станков в зависимости от линейных осей, вокруг которых происходит вращение (когда другие оси стоят в «ноле») (рис. 3.33).
Рис. 3.33. Стандартные обозначения осей поворота
Положительное направление соответствует вращению против часовой стрелки. При этом имеется в виду, что инструмент движется вокруг детали. Если же компоновка станка такова, что деталь вращается вокруг инструмента, т.е. установлена на поворотном столе, то не следует забывать, что наблюдаемое вращение стола с деталью против часовой стрелки соответствует отрицательному направлению. В этом случае движение инструмента относительно детали происходит, на самом деле, по часовой стрелке и в соответствии с принятым соглашением поворотная координата должна «идти в минус».
Рис. 3.34. Смещение при повороте
Рис. 3.35. Вектор оси инструмента
Проще запомнить следующее правило. Если против часовой стрелки вращается:
узел с инструментом – «плюс»;
узел с деталью – «минус».
Программирование непосредственно в координатах поворота исполнительных органов имеет существенный недостаток. Поскольку при вращении стола с деталью или шпиндельной бабки есть определенное плечо поворота, изменяется не только угловое положение детали или инструмента, но и линейное (рис. 3.34). Возникшее смещение необходимо учесть. Эту задачу может решить постпроцессор, пересчитав и внеся в текст программы соответствующее положение. Но у каждого станка плечо поворота индивидуально и на каждый станок приходится разрабатывать свой постпроцессор.
Современный подход – это машинонезависимое программирование, когда рассчитывают только взаимное расположение инструмента и детали, а все нюансы, связанные с кинематикой станка, решает сам станок. Для этого используются функции так называемой пятиосевой трансформации. Основное преимущество такого подхода – абсолютная независимость управляющей программы от кинематики станков. Единственное ограничение состоит в том, что стойки ЧПУ должны быть одного производителя. Кроме того, программа уже не привязана к конкретному расположению детали на столе станка (точнее, к расстоянию от настроечных баз детали до осей поворота).
Пакет пятиосевой трансформации у каждого производителя выполнен по-разному, однако концепция использована одна. Кадры управляющей программы дополняют блоками, описывающими пространственную ориентацию оси инструмента в системе координат заготовки, а именно, проекциями вектора оси на координатные оси. Программу сопровождают командами, включающими и выключающими трансформацию. Для стойки Heidenhain управляющая программа имеет следующий вид:
Компенсация геометрии инструмента в случае пятиосевой трансформации требует включения информации о векторе нормали к обрабатываемой поверхности в точке контакта инструмента с деталью (рис. 3.35). Heidenhain использует следующий формат:
Siemens рассматривает две точки контакта, в начале кадра (A4, B4, C4) и в конце (A5, B5, C5):
Чтобы правильно рассчитать компенсацию, системе ЧПУ необходимо предварительно указать необходимую информацию о геометрии инструмента, для которого была рассчитана программа. Тогда можно без потери точности применить переточенный инструмент с измененной геометрией.
Системы числового программного управления непрерывно развиваются, следуя возрастающим требованиям современной индустрии. Совершенствуется как аппаратная, так и программная часть. Рост быстродействия системы (как генератора импульсов, так и обратной связи) позволяет повысить точность позиционирования и скорость перемещения исполнительных узлов станка.
Увеличение скорости обработки влечет динамические перегрузки станка, которые приходится сглаживать, регулируя процесс разгона-торможения. Эта задача решается программным обеспечением, которое развивается и в других направлениях, совершенствуя сервисные функции, удобство работы со стойкой.
Абсолютные и относительные координаты
Все приведенные ранее программные примеры и пояснения основывались на программировании в абсолютных координатах. При абсолютном способе программирования координаты точек отсчитываются от постоянного начала координат. При относительном (инкрементальном) способе отсчета за нулевое положение каждый раз принимается положение исполнительного органа, которое он занимал перед началом перемещения к следующей опорной точке.
Оглавление
- Основы числового программного управления
- Автоматическое управление
- Особенности устройства и конструкции фрезерного станка с ЧПУ
- Функциональные составляющие (подсистемы) ЧПУ
- Языки для программирования обработки
- Процесс фрезерования
- Режущий инструмент
- Вспомогательный инструмент
- Основные определения и формулы
- Рекомендации по фрезерованию
- Прямоугольная система координат
- Написание простой управляющей программы
- Создание УП на персональном компьютере
- Передача управляющей программы на станок
- Проверка управляющей программы на станке
- Советы по технике безопасности при эксплуатации станков с ЧПУ
- Нулевая точка станка и направления перемещений
- Нулевая точка программы и рабочая система координат
- Компенсация длины инструмента
- Абсолютные и относительные координаты
- Комментарии в УП и карта наладки
- G- и М-коды
- Структура программы
- Слово данных, адрес и число
- Модальные и немодальные коды
- Формат программы
- Строка безопасности
- Ускоренное перемещение – G00
- Линейная интерполяция – G01
- Круговая интерполяция – G02 и G03
- Введение
- Останов выполнения управляющей программы – М00 и М01
- Управление вращением шпинделя – М03, М04, М05
- Управление подачей СОЖ – М07, М08, М09
- Автоматическая смена инструмента – М06
- Завершение программы – М30 и М02
- Основные принципы
- Использование автоматической коррекции на радиус инструмента
- Активация, подвод и отвод
- Подпрограмма
- Работа с осью вращения (4-ой координатой)
- Параметрическое программирование
- Методы программирования
- Что такое CAD и САМ?
- Общая схема работы с CAD/САМ-системой
- Виды моделирования
- Уровни САМ-системы
- Геометрия и траектория
- Алгоритм работы в САМ-системе и постпроцессор
- Ассоциативность
- Пятикоординатное фрезерование и ЗD-коррекция
- Высокоскоростная (ВСО) и высокопроизводительная обработка
- Критерии для оценки, сравнения и выбора CAM-систем
© 2015-2022 Планета CAM
Информационно-аналитический электронный журнал «Планета CAM» (12+)
Адрес редакции: 192102, г. Санкт-Петербург, ул. Фучика д. 4, литер К
Главный редактор: Ловыгин А. А.
Контактная информация: Тел. +7 (812) 407-14-04, Email: mail@planetacam.ru