Программирование станков с ЧПУ

включая станочную оснастку. 

NC) является Джон Пэрсонс (John T. Parsons), работавший инженером в

компании своего отца Parsons Inc, выпускавшей в конце Второй мировой войны, выпускавшей в конце Второй мировой войны пропеллеры, выпускавшей в конце Второй мировой войны пропеллеры для вертолетов, выпускавшей в конце Второй мировой войны пропеллеры для вертолетов. Он впервые предложил использовать для обработки пропеллеров станок, работающий по программе, вводимой с перфокарт.

для контурного фрезерования сложных по форме деталей авиационной техники. Однако, компания не

смогла самостоятельно выполнить работы и обратилась за помощью в лабораторию сервомеханики Массачусетского технологического института (MIT). Сотрудничество Parsons Inc с MIT продолжалось до 1950 года. В 1950 году MIT приобрел компанию по производству фрезерных станков Hydro-Tel и отказался от сотрудничества с Parsons Inc, заключив самостоятельный контракт с ВВС США на создание фрезерного станка с программным управлением.
В сентябре 1952 года станок был впервые продемонстрирован публике – про него была напечатана статья в журнале Scientific American. Станок управлялся с помощью перфоленты.
Первый станок с ЧПУ отличался особой сложностью и не мог быть использован в производственных условиях. Первое серийное устройство ЧПУ было создано компанией Bendix Corp. в 1954 году в 1954 году и с 1955 года стало устанавливаться на станки. Широкое внедрение станков с ЧПУ шло медленно. Предприниматели с недоверием относились к новой технике. Министерство обороны США вынуждено было на свои средства изготовить 120 станков с ЧПУ, чтобы передать их в аренду частным компаниям.

станок 1К62ПУ и токарно-карусельный 1541П. Эти станки были созданы в

первой половине 1960-х годов. Станки работали совместно с управляющими системами типа ПРС-3К и другими. Затем были разработаны вертикально-фрезерные станки с ЧПУ 6Н13 с системой управления «Контур-ЗП».
В последующие годы для токарных станковВ последующие годы для токарных станков наибольшее распространение получили системы ЧПУ отечественного производства 2Р22В последующие годы для токарных станков наибольшее распространение получили системы ЧПУ отечественного производства 2Р22 и Электроника НЦ-31.

оборудованные числовым программным управлением, называются станками с ЧПУ ):
для обработки металлов (например, 

фрезерные или токарные), дерева, пластмасс,
для резки листовых заготовок,
для обработки давлением и т.д.
приводамиприводами асинхронныхприводами асинхронных электродвигателейприводами асинхронных электродвигателей, использующих векторное управление;
характерной системой управления современными промышленными роботами.

control), появившиеся первыми, предусматривали использование жестко заданных схем управления обработкой —

например, задание программы с помощью штекеров или переключателей, хранение программ на внешних носителях. Каких-либо устройств оперативного хранения данных, управляющих процессоров не предусматривалось.
Более современные системы ЧПУ, называемые CNC (англ. Computer numerical control) — системы управления позволяющие использовать для модификации существующих/написания новых программ программные средства. Базой для построения CNC служат современный (микро)контроллер или (микро)процессор:
микроконтроллер,
контроллер с программируемой логикой,
управляющий компьютеруправляющий компьютер на базе микропроцессора.
Возможна реализация модели с централизованным автоматизированным рабочим местом (например, ABB Robot Studio, Microsoft Robotics Developer Studio) с последующей загрузкой программы посредством передачи по промышленной сети

токарно-карусельный, 5, 6 — горизонтально-расточный,
7— консольный горизонтально-фрезерный, 8 —

консольный вертикально-фрезерный,
9 — продольно-фрезерный вертикальный,
10— продольно-фрезерный,
11— продольно-фрезерный с подвижным порталом, 12— одностоечный продольно-строгальный

станке по УП, в которой данные заданы в цифровой форме. Устройство

числового программного управления (УЧПУ) - устройство, выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с УП и информацией о состоянии управляемого объекта. Кадр управляющей программы (кадр) - составная часть УП, вводимая и отрабатываемая как единое целое и содержащая не менее одной команды. Например, N10 G1 X10.553 Y-12.754 Z-10 F1500; Слово УП (слово) - составная часть кадра УП, содержащая данные о параметре процесса обработки заготовки и другие данные по выполнению управления. Например, F3000 - задание скорости перемещения; Адрес ЧПУ (адрес) - часть слова УП, определяющая назначение следующих за ним данных, содержащихся за ним в слове. Например, X, Y, Z и т.д. - адреса перемещения по соответствующим координатам; Формат кадра УП (формат кадра) - условная запись структуры и расположения слов в кадре УП с максимальным числом слов. Абсолютный размер - линейный или угловой размер, задаваемый в УП и указывающий положение точки относительно принятого нуля отсчета. Относительный размер - линейный или угловой размер, задаваемый в УП и указывающий положение точки относительно координат точки предыдущего положения рабочего органа станка. Нулевая точка детали (ноль детали) - точка на детали, относительно которой заданы ее размеры. Нулевая точка станка (ноль станка) - точка, определяющая начало системы координат станка. Интерполяция - получение (расчет) координат промежуточных точек траектории движения центра инструмента в плоскости или пространстве. Центр инструмента - неподвижная относительно державки точка инструмента, по которой ведется расчет траектории;

• ручное программирование  • программирование на пульте УЧПУ  • программирование при помощи

CAD/САМ системы. 

утомительным занятием. Однако все технологи-программисты должны иметь хорошее представление о

технике ручного программирования независимо от того, как на самом деле они работают. Это как начальные классы в школе, обучение в которых дает нам базу для последующего образования. В нашей стране существует еще немало предприятий, на которых используется метод ручного программирования. Действительно, если завод имеет несколько станков с ЧПУ, а изготавливаемые детали просты, то грамотный программист способен довольно успешно работать и без средств автоматизации собственного труда.

Метод программирования на пульте УЧПУ приобрел особую популярность лишь в последние годы. Это связано с техническим развитием систем ЧПУ, улучшением их интерфейса и возможностей. В этом случае, программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ, используя клавиатуру и дисплей. Современные системы ЧПУ действительно позволяют работать очень эффективно. Например, оператор станка может произвести верификацию УП или выбрать требуемый постоянный цикл при помощи специальных пиктограмм и вставить его в код УЛ. Некоторые системы ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования, который значительно упрощает процесс создания УП, делает "общение" с ЧПУ удобным для оператора 

Программирование при помощи CAD/САМ системы позволяет "поднять" процесс написания программ обработки на более высокий уровень. Работая с CAD/CAM системой, технолог-программист избавляет себя от трудоемких математических расчетов и получает инструменты, значительно повышающие скорость написания УП. 

ЧПУ (CNC)(Числовое программное управление). Был создан компанией Electronic Industries Alliance

в начале 1960-х. Финальная доработка была одобрена в феврале 1980-о года как RS274D стандарт. Комитет ИСО утвердил G-code, как стандарт ISO 6983-1:1982, Госкомитет по стандартам СССР — как ГОСТ 20999-83. В советской технической литературе G-code обозначается, как код ИСО-7 бит.
 Производители систем управления используют G-code в качестве базового подмножества языка программирования, расширяя его по своему усмотрению.
 Программа, написанная с использованием G-code, имеет жесткую структуру. Все команды управления объединяются в кадры — группы, состоящие из одной или более команд. Завершается программа командой M02 или M30.

ЧПУ во время обработки заготовки, различают

координатные оси всегда ориентировать параллельно направляющим станка. В зависимости от

типа станка расположение осей координат в пространстве может быть различным, но существуют следующие общие правила.
1. Ось Z всегда совмещена с осью вращения шпинделя. Ее положительное направление всегда совпадает с направлением перемещения от устройства для крепления заготовки к режущему инструменту.
2. Если в системе координат станка имеется хотя бы одна ось, расположенная горизонтально и не совпадающая с осью вращения шпинделя, то это будет обязательно ось X.
3. Если ось Z расположена горизонтально, то положительным направлением оси X считается направление перемещения вправо, если встать лицом к левому – относительно передней плоскости – торцу станка. (Передняя плоскость станка – сторона, с которой располагаются пульт и основные органы управления станком).
4. Если ось Z расположена вертикально, то положительным направлением оси X считается направление перемещения вправо, если встать лицом к передней плоскости станка.
5. Положительное направление оси Y определяется по одному из следующих правил:
– Смотря вдоль оси Z в положительном направлении, мысленно повернуть ось X на 90° по часовой стрелке вокруг оси Z.

начало координат таким образом, чтобы ось Z выходила из ладони

перпендикулярно ей, а отогнутый под углом 90° к ладони большой палец показывал положительное направление оси X, то указательный палец будет показывать положительное направление оси Y.

системы привязки однозначно задаются координаты положения на плоскости или в

рабочем пространстве станка. Данные координаты положения всегда привязаны к определенной точке, которая описана с помощью координат.
Станок имеет жесткую систему привязки – система привязки станка, которая была задана станкопроизводителем. Пользователь может задать любую систему привязки для заготовки: система ЧПУ знает начало координат и положение этой системы привязки относительно системы привязки станка. Благодаря этому система ЧПУ может корректно переносить данные положения из NC-программы на заготовку.
В этом разделе описывается система привязки станка.

Точка зажима инструмента N - это жестко
заданное станкопроизводителем место
на шпинделе.

Точка установки инструмента Е
это заданном станкопроизводителем
месте зажимного приспособления.

задать точку привязки, относительно которой будут задаваться координаты. В конце

Вы можете задать контур заготовки с помощью функций контура и координат в программе обработки. Такая система привязки называется системой привязки заготовки.

С помощью системы привязки однозначно задаются координаты положения С помощью системы привязки однозначно задаются координаты положения на плоскости или в рабочем пространстве станка. Данные координаты положения всегда привязаны к определенной точке, которая описана с помощью координат.
Станок имеет жесткую систему привязки – система привязки станка, которая была задана станкопроизводителем. Пользователь может задать любую систему привязки для заготовки: система ЧПУ знает начало координат и положение этой системы привязки относительно системы привязки станка. Благодаря этому система ЧПУ может корректно переносить данные положения из NC-программы на заготовок

исполнительных органов производятся относительно нулевой точки рабочей системы координат G54-G59

(программируется, куда должен двигаться инструмент). Код G90 отменяется при помощи кода относительного позиционирования G91.
G91 - режим относительного позиционирования.
В режиме относительного (инкрементального) позиционирования G91 за нулевое положение каждый раз принимается положение исполнительного органа, которое он занимал перед началом перемещения к следующей опорной точке (программируется, на сколько должен переместиться инструмент). Код G91 отменяется при помощи кода абсолютного позиционирования G90.

систем координат (G54-G59) еще и локальные. Когда СЧПУ станка выполняет

команду G52, то начало действующей рабочей системы координат смещается на значение указанное при помощи слов данных X, Y и Z. Код G52 автоматически отменяется с помощью команды G52 Х0 Y0 Z0.
G68 - вращение координат.
Код G68 позволяет выполнить поворот координатной системы на определенный угол. Для выполнения поворота требуется указать плоскость вращения, центр вращения и угол поворота. Плоскость вращения устанавливается при помощи кодов G17, G18 и G19. Центр вращения устанавливается относительно нулевой точки активной рабочей системы координат (G54 - G59). Угол вращения указывается при помощи R. Например: G17 G68 X0. Y0. R120.

режущих инструментов измерены и учтены в управляющей программе;
отобранные инструменты

закреплены в устройстве автоматической смены инструмента;
вылеты инструментов относительно устройства автоматической смены инструмента учтены в управляющей программе (если станок не укомплектован устройством коррекции вылета инструмента);
заготовка установлена и надежно закреплена на рабочем столе в положении, при котором ее оси координат параллельны осям координат станка;
первый по порядку применения инструмент установлен и закреплен в шпинделе;
вращение шпинделя включено.

с ЧПУ
Предварительные условия для установки:
геометрические размеры режущей части необходимых

для обработки режущих инструментов измерены и учтены в управляющей программе;
отобранные инструменты закреплены в зажимных устройствах револьверной головки и выставлены в поперечном направлении;
вылеты инструментов относительно револьверной головки измерены и учтены в управляющей программе;
заготовка должным образом закреплена в шпинделе.
Убедиться, что при повороте револьверной головки исключено столкновение инструментов с закрепленной заготовкой и деталями станка.
Включить вращение шпинделя, выбрав направление вращение, соответствующее расположению режущих инструментов относительно закрепленной заготовки.
При помощи соответствующей команды с управляющего пульта переместить один из закрепленных в револьверной головке резцов (например, подрезной) в рабочее положение.
Осторожно подвести рабочий инструмент к свободной от шпинделя наружной торцевой поверхности заготовки либо при помощи ручного управления, либо при помощи соответствующих клавиш на пульте станка. Коснуться вершиной режущей части инструмента поверхности вращающейся заготовки до появления заметного визуально следа и остановить перемещение инструмента.
Определить по системе индикации ЧПУ текущее значение положения суппорта станка по оси Z.
Ввести данное значение координаты в качестве смещения нуля отсчета в систему ЧПУ и нажать клавишу обнуления системы отсчета координат. Если необходимо учесть припуск на обработку торцевой поверхности заготовки, то его рекомендуется учесть заранее перед вводом координаты текущего положения суппорта в систему ЧПУ, внеся соответствующую коррекцию в численное значение этой координаты.

В, С - команды кругового перемещения вокруг осей X, Y,

Z соответственно.
I, J, К - параметры круговой интерполяции параллельные осям X, Y, Z соответственно.
R
При круговой интерполяции (G02 или G03) R определяет радиус, который соединяет начальную и конечную точки дуги. В постоянных циклах R определяет положение плоскости отвода. При работе с командой вращения R определяет угол поворота координатной системы.
Р
При постоянных циклах обработки отверстий Р определяет время выдержки на дне отверстия. Совместно с кодом вызова подпрограммы М98 - номер вызываемой подпрограммы.
Q
В циклах прерывистого сверления Q определяет относительную глубину каждого рабочего хода инструмента. В цикле растачивания - расстояние сдвига расточного инструмента от стенки обработанного отверстия для обеспечения аккуратного вывода инструмента из отверстия.
D - значение коррекции на радиус инструмента.
Н - значение компенсации длины инструмента.
F - функция подачи.
S - функция главного движения.
Т - значение определяющее номер инструмента, который необходимо переместить в позицию смены, путем поворота инструментального магазина.
N - нумерация кадров УП.
/ - пропуск кадра.
(...) - комментарии в УП.

слов - составляющих кадра.
Кадр начинается буквой N - номером кадра.

Буквы слова имеют различное значение и смысл: N - номер кадра. G - Подготовительные
функции. Выбирают
режимы работы станка. M - Вспомогательные функции. X, Y, Z - Точки осей. T - Номер инструмента. S - Обороты шпинделя. F - Подача.

записанных в строки, каждой строке присваивается номер. Нумерация производится для

удобства программирования и дальнейшей работы. В процессе обработки возникает необходимость в корректировке программы, дополнении функций или координат в связи с технологическими изменениями. Для того чтобы вставить дополнительные строки нумерация пишется с пропуском. Номер кадра не влияет на работу станка.
N25 G01 Z-2 F30
N30 Х4 Y4
N35 Х8 Y4
N40 X8 Y9

скорость перемещения рабочих частей станка, необходимая для быстрого перемещения инструмента

к позиции обработки или вывода инструмента в зону безопасности. Современные станки с ЧПУ в этом режиме могут развивать скорость от 30 метров в минуту и более.
Команда G00 отменяется при последующем вводе команды G01.
При ускоренном движении инструмента к детали по трем осям сначала лучше выполнить позиционирование по осям X и Y, а уже затем по оси Z:
N15 G00 X200.0 Y400.0
N20 Z1.5
Если закреплённая деталь не имеет дополнительных выступающих элементов крепления, и нет препятствий на пути к начальной точке подхода инструмента, перемещение можно выполнить по трём координатам одновременно:
N15 G00 X200.0 Y400.0 Z1.5
Заготовка, устанавливаемая на рабочую поверхность станка, имеет допустимые отклонения от номинального размера, поэтому при подходе к детали по оси Z, оставляется безопасное расстояние, обычно от 1.5 до 5 мм.

прямой линии. Код G01 используется для рабочего перемещения, его параметр F задаёт скорость перемещения

в мм/мин.
Код G01 отменяется с помощью кодов G00,G02 и G03.
Пример:
N25 G01 X6.0 Y6.0 F80
N35 Y12.0
N45 Х8.0 Y14.0

по круговой траектории (дуге), на скорости подачи, заданной F.
G02 (clockwise) – круговая

интерполяция по часовой стрелке CW.
G03 (counterclockwise) – круговая интерполяция против часовой стрелки CCW.
Существует два способа для формирования кадра круговой интерполяции:
заданием центра окружности с помощью I,J,K;
заданием радиуса окружности с помощью R.
Большинство современных станков с ЧПУ поддерживают оба варианта записи.
Пример:
N50 G03 X0. Y-17. I0. J17.
Пример:
N50 G03 X0. Y-17. R 17

использует адрес F, за которым следует число, указывающее на скорость подачи

при обработке.Установленная скорость подачи остается неизменной, до тех пор, пока не указано новое числовое значение вместе с F или не изменен режим перемещений при помощи G00.
N45 G01 Z-l F40 – перемещение на глубину 1 мм на подаче (40 мм/мин)
N50 G01 Х12 Y22 – перемещение инструмента (40 мм/мин)
N55 G01 Y50 – перемещение инструмента (40 мм/мин)
N60 G01 Y50 F22 – перемещение инструмента (22 мм/мин)
N65 G01 Х30 Y120 – перемещение инструмента (22 мм/мин)
N70 G00 Z5 – быстрое перемещение по Z
N75 Х00 Y00 – быстрое перемещение

с помощью адресного слова М. Вспомогательные функции используются для управления программой

и электроавтоматикой станка – включения/выключения шпинделя, охлаждающей жидкости, смены инструмента и др.
M00 – программируемый останов
M01 – останов с подтверждением
M02 – конец программы
M03 – вращение шпинделя по часовой стрелке
M04 – вращение шпинделя против часовой стрелки
M05 – останов шпинделя
M06 – смена инструмента
M07 – включение дополнительного охлаждения
M08 – включение охлаждения
M09 – отключение охлаждения
M30 – останов и переход в начало управляющей программы

стандартный режим, отменяют ненужные функции и обеспечивают безопасную работу с

управляющей программой или вводят СЧПУ в некоторый стандартный режим.
Пример строки безопасности:  G40G90G99
 
Код G40 отменяет автоматическую коррекцию на радиус инструмента (будет рассмотрена в следующей лабораторной работе). Коррекция на радиус инструмента предназначена для автоматического сме­щения инструмента от запрограммированной траектории. Коррекция может быть активна, если вы в конце предыдущей программы забыли се отменить (выключить). Результатом этого может стать неправильная траектория пере­мещения инструмента и, как следствие, испорченная деталь.
Код G90 активизирует работу с абсолютными координатами. Хотя большинство программ обработки создается в абсолютных координатах, возможны случаи, когда требуется выполнять перемещения инструмента в относительных координатах (G91).
Код G99 определяет оборотную подачу.

включается охлаждение (M8), инструмент перемещается в точку X23 Z11 на

подаче 0.2 мм/об (F0.2); G71 - программирование в миллиметрах (G70 - программирование в дюймах),  G95 - подача в мм/об (G94 - скорость подачи осей в мм/мин или дюйм/мин).

1000 (1-диапазон оборотов 1000-количество оборотов вминуту). Инструмент 1 (T1). Подача 0,2

мм\об (F0.2). G95 - выбирает режим подачи мм/об, (G94 - мм/мин).
N2 X11 Z0 E M8 E - быстрый ход, игнорирует (но не отменяет) значение F (действует только в одном кадре). M8 - включение охлаждения. Инструмент перемещается на быстром ходу в точку X11 Z0
N3 G10 G10 - функция постоянной скорости резания.
N4 U-11 (подрезка торца) N5 W1 E N6 U10 E N7 W-11 N8 U2 N9 W-4 N10 U3 N11 W-3 N12 U7 N4-N12 Перемещения инструмента в приращениях (W - по оси Z, U - по оси X) от значения  предыдущей точки положения инструмента. Программирование в приращениях часто  применяется в цикле повтора (L11), если программа составлена на несколько деталей  (на каждую деталь выбирается точка подхода инструмента и от нее программируются перемещения  инструмента в приращениях).
N13 G11 G11 - отмена функции постоянной скорости резания.
N14 X40 Z0 E M9 Отход инструмента (в точку X40 Z0). M9 - выключение охлаждения.
N15 M2 M2 - окончание программы, при этом инструмент перемещается в исходное положение.

N1 G97 T1 M4 S1000Включение шпинделя 1000 об/мин(S1000). G97 - об/мин (G96 - постоянная скорость резания).
M4 - обороты шпинделя против часовой стрелки (M3 - по часовой стрелке). Инструмент 1 (T1).
N2 G0 G95 D1 X11 Z0 F0.2 M8 G0 - быстрый ход, игнорирует (но не отменяет) значение F. Подача 0,2 мм/об (F0.2).  G95 - выбирает режим подачи мм/об, (G94- мм/мин). D1 - номер корректора инструмента.  M8 - включение охлаждения. Инструмент перемещается на быстром ходу в точку X11 Z0.
N3 G1 X0 N4 G0 Z1 N5 X10 N6 G1 Z-11 N7 X12 N8 Z-15 N9 X15 N10 Z-18 N11 X22 N3-N11 Перемещения инструмента в абсолютных значениях. G1 - отменяет функцию G0
N12 G0 X100 Z100 M9 Отход инструмента (в точку X100 Z100). M9 - выключение охлаждения.
N13 M2 M2 - окончание программы

детали:
·         перевод размеров в плоскости обработки:
·         выбор технологической базы;
·         замена сложных траекторий прямыми

линиями и дугами окружности.
2.      Выбор технологических операций и переходов обработки.
3.      Выбор режущего инструмента.
4.      Расчет режимов резания:
·         определение скорости резания;
·         определение частоты вращения силового привода;
·         определение скорости подачи режущего инструмента.
5.      Определение координат опорных точек контура детали.
1.      Построение эквидистанты и нахождение координат опорных точек эквиднстанты. Ввод исходной точки режущего инструмента.
2.      Построение схемы наладки, в которой в графической форме указывается взаим­ное расположение узлов станка, изготавливаемой детали и режущего инструмента перед началом обработки.
3.      Составление карты подготовки информации, в которую сводится геометрическая (координаты опорных точек и расстояния между ними) и технологическая (режимы резания) информация.
4.      Составление управляющей программы

на станках с ЧПУ существенно отличаются от работ, проводимых при

использовании обычного универсального и специального оборудования. Прежде всего, значительно возрастает сложность технологических задач и трудоёмкость проектирования технологического процесса. Для обработки на станках с ЧПУ необходим детально разработанный технологический процесс, построенный по переходам. При обработке на универсальных станках излишняя детализация не нужна. Рабочий, обслуживающий станок, имеет высокую квалификацию и самостоятельно принимает решение о необходимом числе переходов и проходов, их последовательности. Сам выбирает требуемый инструмент, назначает режимы обработки, корректирует ход обработки в зависимости от реальных условий производства.
При использовании ЧПУ появляется принципиально новый элемент технологического процесса – управляющая программа, для разработки и отладки которой требуются дополнительные затраты средств и времени.
Существенной особенностью технологического проектирования для станков с ЧПУ является необходимость точной увязки траектории автоматического движения режущего инструмента с системой координат станка, исходной точкой и положением заготовки. Это налагает дополнительные требования к приспособлениям для зажима и ориентации заготовки, к режущему инструменту.
Расширенные технологические возможности станков с ЧПУ обуславливают некоторую специфику решения таких традиционных задач технологической подготовки, как проектирование операционного технологического процесса, базирование детали, выбор инструмента и т.д.