Основные теоретические сведения

 

Управляющая программа записывается в виде последовательности кадров, имеющих свою структуру и состоящих из слов, расположенных в определенном порядке. Каждый кадр УП содержит слово < Номер кадра> и одно или несколько слов, расположенных в определенном порядке. Кадр УП может содержать слово <Подготовительная функция>, <Размерное перемещение>, <Функция подачи>, <Скорость главного движения>, <Функция инструмента> и <Вспомогательная функция>. Слово, в свою очередь, состоит из буквенного символа (адреса) и следующей за ним числовой информации, представляющей собой число со знаком или целочисленный код. Буквенный адрес указывает вид описываемой словом информации. Обозначение символов адресов приведено в табл.1. Например, слово Х-001500 означает команду на перемещение инструмента по оси Х в отрицательном направлении на 1500 единиц дискретности.

 

Таблица 1.

Символы адресов	Значения символов
A, B, C D   Е   F G	Угловые перемещения, соответственно, вокруг осей X,Y,Z. Угловое перемещение вокруг специальной оси (или третья функция подачи, или коррекция инструмента). Угловое перемещение вокруг специальной оси (или вторая функция подачи или номер кадра перехода). Функция подачи. Подготовительная функция.
Символы адресов	Значения символов
I, J, K   М N P, Q     R   S Т U, V, W   L H	Параметры интерполяции или шаг резьбы, соответственно, вдоль осей X,Y,Z Вспомогательная функция Номер кадра Третьи функции перемещений, параллельных, соответственно, осям X и Y (или параметры коррекции инструмента, или параметры подпрограмм) Третья функция перемещения, параллельного оси Z (или параметр коррекции инструмента) Скорость главного движения (шпинделя) Функция инструмента Вторые функции перемещений, параллельных, соответственно, осям X,Y,Z Обращение к подпрограмме Количество повторений участков программы

 

 

Примечания: 1.Символы Н и L могут быть не определены.

2.Если символы D,E,P,Q,R,U,V,W не используются в системе ЧПУ в указанных в таблице значениях, то они могут быть применены в качестве других специальных значений.

Управляющая программа составляется таким образом, чтобы в одном кадре записывалась только та геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, которая изменяется по отношению к предыдущему кадру.

Каждая управляющая программа должна начинаться символом <Начало программы>. Слова в каждом кадре УП должны записываться в следующем порядке: <Номер кадра>, <Подготовительная функция>, <Размерные перемещения>, <Функции подачи>, <Скорость главного движения>, <Функции инструмента>, символ <Конец кадра>.

Слово <Номер кадра> используется для обозначения элементарного участка УП и служит вспомогательной информацией. Номер кадра задается адресом N и целым десятичным числом. Рациональна последовательная нумерация кадров, однако допускаются любые переходы номеров и строго оговаривается лишь их не повторяемость в пределах одной УП. Во избежание изменения в процессе редактирования ранее установленной последовательности практикуется производить запись номеров кадров основной программы в старших разрядах слова <Номер кадра>. Тогда при нумерации новых кадров используются младшие разряды этого слова. Например, если между 15-м и 16-м кадрами УП необходимо вставить два новых кадра, последовательность кадров будет выглядеть так:

N 150, N 151, N 152, N 160.

Слово <Подготовительная функция> определяет режим работы системы ЧПУ. Это слово задается адресом G и двузначным десятичным кодовым числом. Функция G действует до тех пор, пока она не будет заменена или отменена другой функцией. В кадре не может быть записано более одной подготовительной функции из основной группы. Значения различных подготовительных функций приведены в таблице 2.

 

Таблица 2

Вспомогательные функции	Область действия функции	Наименование	Значение
G00	I	Позиционирование	Перемещение на быстром ходу в заданную точку. Ранее заданная рабочая подача не отменяется. Перемещения по осям могут быть не координированы.
G01	I	Линейная интерполяция	Перемещение с запрограммированной подачей по прямой к точке
G02, G03	I	Круговая интерполяция	Движение по дуге окружности соответственно в отрицательном и положительном направлении с запрограммированной подачей.
G04	-	Пауза	Выдержка в отработке на определенное время, установленное на пульте или заданное в кадре
G06	I	Параболическая интерполяция	Движение по параболе с запрограммированной подачей
G08	-	Разгон	Плавное увеличение скорости подачи до запрограммированного ее значения в начале движения
G09	-	Торможение в конце кадра	Плавное уменьшение скорости подачи до фиксированного значения при приближении к заданной точке
G17,G18, G19	II	Плоскость обработки	Задание соответственно плоскостей XY,ZX,YZ для таких функций, как круговая интерполяция, коррекция режущего инструмента и др.
G33,G34, G35	I	Нарезание резьбы	Нарезание резьбы соответственно с постоянным, увеличивающимся или уменьшающимся шагом
G63	XIX	нарезание реьбы	Метчиком
G64	-	обработка	Контурная обработка
G90	VII	Абсолютный размер	Отсчет перемещений в абсолютной системе координат с началом в нулевой точке системы ЧПУ
G91	VII	Размер в приращениях	Отсчет перемещений относительно предыдущей запрограммированной точки
G92	-	Установка абсолютных накопителей положения	Изменение состояния абсолютных накопителей положения т.е. задание новой системы координат
G94, G95	VII	Единица измерений подачи	Скорость подачи соответственно в мм/мин и в мм/об
G96 G97	XIV	Скорость	Скорость резания постоянная Отмена G96
G41,G42 G40 G43,G44 G49	IV   XV	Коррекция инструмента	На радиус, соответственно, левая и правая Отмена Положительная и отрицательная Отмена

 

Функции G94, G97 - отрабатываются по умолчанию.

Слово <Размерное перемещение> предназначено для задания геометрической информации. Это слово записывается в кадре в следующем порядке адресов: X,Y,Z,U,V,W,P,Q,R,I,J,K,A,B,C,D,E.

Числа, стоящие после буквенных адресов в словах <Размерные перемещения>, означают либо координаты опорных точек траектории инструмента (абсолютные размеры), либо приращения координат этих точек (размеры в приращениях). Размеры записываются целыми числами со знаком с учетом дискретности задания размеров для конкретной системы ЧПУ. При этом знак "+" может не указываться. Траектория инструмента может содержать участки перемещений на быстром ходу и участки линейной, круговой или параболической интерполяции, которые инструмент проходит на рабочей подаче. Характер перемещения задается в кадре соответствующей подготовительной функцией G00, G01, G02, G03 или G06, если она не была запрограммирована в предыдущих кадрах УП, с адресами размерных перемещений (X,Y,Z).

Начальная точка каждого участка интерполяции (кроме первого, в начальной точке которого инструмент должен находиться перед началом обработки) является одновременно конечной точкой предыдущего участка, поэтому в кадрах УП задается информация только о конечных точках.

Размерные перемещения на участке траектории, который инструмент проходит на быстром ходу, записывается в одном кадре для выполнения одновременного движения по заданным осям или в нескольких кадрах, если движение осуществляется раздельно вдоль каждой из осей.

Слово <Функция подачи> может определять как результирующую скорость подачи, так и составляющие этой скорости, разложенной по координатным осям. В кадре результирующая скорость подачи записывается под адресом F после всех слов <Размерное перемещение>. Слово <Функция подачи>, относящееся к определенной оси координат, записывается непосредственно за словом <Размерное перемещение> по этой координате. Размерность скорости подачи кодируется подготовительной функцией G94, если единицей ее измерения является мм/мин, или подготовительной функцией G95, если подача задается в мм/об.

Слово <Скорость главного движения> записывается с адресом и определяет линейную скорость точки приложения инструмента в мм/мин или частоту вращения шпинделя в об/мин.

Для кодирования скоростей подачи и главного движения <скорости резания> применяются методы прямого обозначения, геометрической и арифметической прогрессии и символический.

Слово <Функция инструмента> используется для указания инструмента и корректора. В этом случае с адресом Т записывается кодовое число одной или двумя группами цифр. Одна группа цифр в слове <Функция инструмента> задает только номер инструмента и его позицию, а корректор для этого инструмента определяется другим словом с адресом D. Если групп две, то вторая группа цифр определяет номер корректора длины, положения или диаметра инструмента. Например, в слове ТО914: Т - адрес, 09 - номер инструмента, 14 - номер корректора. Если программируется номер инструмента без указания корректора, то вторая группа цифр содержит нули (ТО900), а если программируется корректор для заданного в одном из предыдущих кадров инструмента, то нули содержит первая группа цифр (Т0014).

Слово <Вспомогательная функция> задает команду исполнительному органу станка или системе ЧПУ. Вспомогательные функции задаются словами с адресом М и двузначным десятичным кодовым числом. Вспомогательные функции разделены на группы в зависимости от того, начинает ли данная функция действовать до начала перемещения, запрограммированного в данном кадре или после выполнения перемещения в данном кадре. Значения некоторых вспомогательных функций приведены в таблице 3.

Таблица 3

Вспомогатель-ная функция	Начало действия	Продолжитель-ность действия	Наименование	Значение
М00	II	II	Программируемый останов	Останов шпинделя и выключение охлаждения. Работа УП возобновляется после нажатия соответствующей кнопки на пульте управления
М01	II	II	Останов с подтверждением	То же, что и М00, но выполняется при предварительном нажатии кнопки на пульте управления.
М02	II	II	Конец программы	Останов шпинделя и выключение охлаждения. Приведение в исходное состояние управляющего устройства и возврат рабочих органов станка в исходное положение, а также протягивание перфоленты, склеенной в кольцо, или обратная перемотка.
М03, М04	I	I	Вращение шпинделя по часовой стрелке	Включение шпинделя соответственно в отрицательном или положительном направлении вращения
M05	II	I	Останов шпинделя	Останов наиболее эффективным способом, например, торможением
М07, М08	I	I	Включение охлаждения	Включает охлаждение соответственно N2 и N1
М09	II	I	Отключение охлаждения	Отменяет команды, заданные функциями М07, М08, М50, М51
М10, М11	I	I	Зажим и разжим	Относятся к зажимным приспособлениям подвижных органов станка, например, стола, патрона и т.п.
М19	II	I	Останов шпинделя в заданной позиции	Команда на останов шпинделя в определенном угловом положении
М30	II	II	Конец ленты	То же,что и М02,но с возможностью обращения ко второму считыванию информации с перфоленты
М38, М39	I	I	Диапозон частот вращения шпинделя	Задает диапазон частот вращения соответственно шпинделя N1 и N2

 

Программирование любого движения системы станок- приспособление- инструмент- деталь (СПИД) осуществляется в некоторой системе координат. Для составления управляющей программы используется система координат детали, которая совмещается с системой координат станка. Стандарты ISO (International Standart Organization) определяют выбор координатных осей для различных типов станков с ЧПУ. Указание направления перемещений режущего инструмента производится в предположении, что движется только инструмент, а обрабатываемая деталь остается неподвижной. На самом деле часто происходит наоборот -перемещается деталь (закрепленная, например, на столе сверлильного или фрезерного станка) относительно инструмента, занимающего фиксированное положение в пространстве. Однако при программировании движений системы СПИД несущественно, каким образом обеспечивается движение инструмента по одной из осей: его собственным перемещением в заданном направлении или движением стола станка в противоположном направлении. На рис.1 показано расположение координатных осей на токарных станках, а на рис.2 - на сверлильных и фрезерных станках,

 

 

Программирование движений инструмента для сверлильных и фрезерных станков с ЧПУ осуществляется в пространстве X Y Z (рис.2), а для токарных станков в плоскости X Z (рис.1). Положительные направления вращательных движений инструмента, которые по стандарту ISO обозначаются буквами А, В, С, определяются по "правилу винта".

Если станок имеет несколько рабочих органов (столов, суппортов, бабок и т.д.), то перемещения вдоль осей координат главного рабочего органа обозначают XYZ, перемещения вдоль осей в обратном направлении - X'Y'Z' (рис.3). Данные о конструкции станка с ЧПУ, необходимые для программирования его работы, содержатся в паспорте станка и инструкции по программированию.

Для согласования системы координат детали, в которой заданы координаты опорных точек траектории инструмента, с системой координат станка применяется программируемый сдвиг нуля, который кодируется в кадре УП подготовительной функцией G92.Этот кадр отрабатывается без перемещения рабочих органов станка. Программируемый сдвиг нуля используется и для учета в УП различных вылетов инструментов при их смене. Например, после поворота резцедержателя для замены инструмента с вершиной, расположенной в точке Т₁, на инструмент с вершиной, расположенной в точке Т₂, превращение координат вершины инструмента также задается функцией G92.

 

Позиционирование вершины инструмента в заданную точку на быстром ходу кодируется подготовительной функцией G00. Движение рабочих органов станка при отработке кадра с функцией G00 начинается одновременно по всем заданным осям, и поэтому скорости и направления инструмента относительно детали зависят от приращений координат. Если позиционирование необходимо провести раздельно по осям, то по каждой координате оно задается отдельным кадром.

Пример структуры кадра для системы ЧПУ МС2101 (2Р32):

N03 G03 X+53000 Z-53000 (C=53000) I+53000 J+53000 (R+53000) F30 S2000 (S05) T03 D15 M03.

Пример структуры кадра для системы ЧПУ Электроника НЦ31 (символ *-означает принадлежность элементов к одному кадру, последний элемент которого не имеет указанного символа)

N05 G03 *

N06 X+53000*

N07 Z-53000*

N08 P1+53000*

N09 P2+53000*

N10 F30

Несмотря на имеющуюся возможность оперировать кадрами большой длительности на практике стараются приводить их к относительно небольшим размерам. Элементы, требующие большого времени на исполнение, выделяют в отдельные функционально обособленные кадры.

 

1.3. Задание для проверки навыков по данному разделу

 

Составить начальный и конечный фрагменты управляющей программы, затрагивающие моменты соответственно настройки станка и системы ЧПУ на выполнение первого перехода обработки заготовки и возвращение всех элементов в исходное состояние после окончаний обработки.

В качестве базового станка рассмотрим токарный многооперационный станок модели СТМ100, с системой ЧПУ 2Р32. Структура кадра в этой системе аналогична за исключением отдельных нюансов рассмотренной ранее системе МС2101. В предлагаемом станке предусмотрена возможность выполнять операции фрезерования. Для чего привод шпинделя может переключаться с главного движения на следящий режим и дополнительно предусмотрен привод фрезерного инструмента. Настройки такого рода проводятся с помощью следующих вспомогательных функций: М83 и М84 соответственно включение и выключение фрезерного инструмента; М85 и М86 - соответственно подключение и отключение датчика резьбы; М89- подключение следящего и отключение токарного шпинделей и М90 - соответственно наоборот. Рассмотрим пример настройки станка на операцию точения (скобки являются символом комментария).

ПС (перевод строки - начала любой программы)

% 1 (% - символ начала любой программы; 1 - номер программы)

N01 М86 (отключение датчика резьбы)

N02 М90 (подключение токарного и отключение следящего приводов)

N03 G91 M84 (размер в приращениях, отключение фрезерного привода)

N04 S2000 M04 T01 (скорость главного движения 2000об/мин, вращение шпинделя против часовой стрелки, установить инструмент №1)

N05 G43 D16 Z - 200000 (Z1) (положительная коррекция инструмента, номер корректора -16, перемещение на ускоренной подаче по оси Z)

N06 G43 D17 X - 150000 (X1) М07 (новый положительный корректор №17, перемещение на ускоренной подаче по оси Х, включение СОЖ)

N07 G01 Z - 22000 (Z2) F30 (Линейная интерполяция, перемещение по оси Z с рабочей подачей 30мм/мин)

..............................................................

N24 G28 G40 X0 Z0 M05 (автоматический выход в нулевую исходную точку, отмена всех корректоров, останов шпинделя)

N25 M02 (конец программы)

N26 M30 (конец ленты)

Различные варианты заданий требуемых элементов кадров управляющей программы приведены в таблице 4.

Таблица 4.

№ вар. (i)	Размерность подачи	Размерность скорости рез.	Тип коррекция	Направление вращ. ПГД	Величина дискрета
	мм/мин	об/мин	положит	по час. стрелк.	0.005
	мм/мин	об/мин	отрицат.	Против час стр.	0.0025
	мм/мин	м/мин	положит	Против час стр.	0.01
	мм/мин	м/мин	отрицат.	по час. стрелк.	0.0025
	мм/об	об/мин	положит	по час. стрелк.	0.005
	мм/об	об/мин	отрицат.	Против час стр.	0.01
	мм/об	м/мин	положит	Против час стр.	0.005
	мм/об	м/мин	отрицат.	Против час стр.	0.0025
	мм/об	об/мин	положит	по час. стрелк.	0.005

 

Номер конкретного задания определяется в соответствии с порядковым номером студента в списке группы журнала учёта лабораторных работ (n). Для n=1-9 первая операция - точение i=n; для n=10—19 первая операция фрезерование i=n/10; для n=20—29 первая операция - резьбонарезание i=n/20. Координаты опорных точек X1, Z1, Z2 в соответствии с рассмотренным примером определяются по следующим формулам (размерности координат приведены в миллиметрах, скорость резания - в об/мин; подача - в мм/мин, для перевода в другие системы отсчёта использовать условное значение диаметра Д=40мм):

X1=40+n; Z1=130+n; Z2=30+n; S=100n; F=10+n; Т=n; D=10+n; №программы=n.