Система координат в станках с ЧПУ

Принцип позиционирования рабочей головки станка с ЧПУ с помощью системы координат

Сегодня в цехах внедрены станки с ЧПУ, которые обеспечивают автоматизацию рабочих процессов всего производства. В качестве средства ориентации в рабочей области задействуется система координат. Она помогает рассчитать требуемое положение инструмента, а также расстояние между точками обработки изделия.

Принцип работы станка с ЧПУ: как используются координаты?

Современное оборудование обрабатывает заготовку в автоматическом режиме. Оператору требуется только задать алгоритм и ожидать завершения работы. Станок с ЧПУ включает 2 ключевых элемента:

• Рабочая головка.
  Инструмент воздействия на заготовку.
• Программный модуль.
  Средство управления рабочей головкой.

Для работы с заготовкой оборудованию требуется полная ориентация:

• В плоскости.
  Перемещение лазерного луча или головки обжига при гравировке.
• В пространстве.
  Лазерная и фрезерная обработка объемных образцов.
• По кругу.
  Установка требуемого положения рабочего элемента в момент обработки конкретной области.

Сначала рабочая головка перемещается в заданную точку, далее устанавливает требуемое положение, после чего создает энергетическое или механическое воздействие на заготовку. Для выверки точного перемещения и положения используется расчетная система координат.

Все станки с ЧПУ оснащены программным управлением и автоматизированы. По заданным координатам совершаются поочередные перемещения для обработки каждого участка заготовки. По окончании процесса рабочая головка возвращается в исходное положение.

Система рабочих координат

В целях стандартизации всех станков принят международный регламент ISO 841-74. По нормативу оборудование работает по двум типам координат:

• линейные оси XYZ (для ориентации в пространстве);
• круговые оси ABC (для позиционирования).

Большинство станков использует прямоугольную систему координат с начальной точкой О (0,0,0), от которой отходят 3 оси в одну сторону. У некоторых моделей блок управления работает с полярной системой координат. Точка отсчета всегда в центре, оси отходят по обеим сторон, радиальная система отсчета.

На территории РФ действует норматив ГОСТ 23597-79, соответствующий международному регламенту (за исключением недопущения ЧПУ с полярной системой отсчета).

Практическая реализация

Современные станки поддерживают 2 прямоугольные (не путать с дополнительной, которая используется для коррекции смещения) системы координат. Обе можно задействовать при работе с одной заготовкой. Это удобное решение для работы с образцами сложной формы.

Например, основание заготовки имеет размер 50 × 50 см, а верхняя часть – 15 × 15. На начальном этапе обработке подвергается нижняя часть. После станок переключится на другую систему координат, которая задействована для области 15× 15 см. Следовательно, по оси X и Y рабочая головка будет делать меньше перемещений. В результате сокращаются издержки и время обработки изделия.

Как оператор использует рабочую систему координат

Запуск оборудования с программным управлением прост:

• оператор задает алгоритм последовательных действий, по которым будет вестись обработка;
• станок запускается и начинает работу с заготовкой;
• по завершении всех действий по алгоритму рабочая головка возвращается в исходное положение.

После оператор может повторить данный алгоритм или поменять задачу оборудования.

Машинная и физическая нулевая точка

Для запуска предварительно требуется задать точку отсчета, т .к. программный модуль «не знает», откуда нужно рассчитывать перемещение. У каждого станка есть собственная нулевая точка — это исходное базовое положение рабочей головки (Machine Home). Но оно никогда не совпадает с начальной точкой, записанной в алгоритме.

Для сопоставления машинной и физической точки отсчета используется смещение. Данный метод подразумевает расчет значения отклонения и дальнейшее его использование при выполнении всего алгоритма. По такой схеме работает ПО WCS со встроенным рабочим интерфейсом.

Программный модуль ЧПУ поддерживает две системы координат:

1. Машинная, полностью статичная и привязанная к рабочей головке.
2. Для оператора, настраиваемая под требуемую физическую точку отсчета.

Путем сопоставления двух систем координат программа вычисляет смещение нулевых точек и начинает работу с заготовкой.

Коррекция смещения

Промышленные станки с ЧПУ поддерживают два способа установки физической точки отсчета:

• Механический.
  Ручное перемещение головки в требуемое положение в пространстве рабочей области.
• Полуавтоматический.
  Расчет положения датчиком по кромкам или иным меткам на заготовке, оставленным оператором.

Современные модели используют визуальное или механическое зондирование заготовки, переводя расчет начальной точки в автоматический режим. Однако такое оборудование очень дорогое. Себестоимость вспомогательных устройств и датчиков доходит до 50 % цены всего станка.

Практичность системы координат

Ключевое преимущество данного способа — это универсальное позиционирование. С помощью линейных координат можно задать точное место в пространстве, а также положение по отношению к точке.

Другое важное достоинство — сокращение издержек. Рабочая головка последовательно перемещается между ближайшими заданными координатами. В результате сокращается общий пройденный путь между всеми рабочими точками, существенно экономится время и энергетические затраты.

Третий важный плюс — отсутствие ошибок в расчетах. Когда за станком оператор, может сработать человеческий фактор, приводящий к порче изделия. Оборудование под управлением программного модуля работает без погрешностей.

Дополнительные возможности

Типовой станок с ЧПУ поддерживает набор базовых опций:

• ручной расчет смещения;
• последовательное исполнение заданного алгоритма;
• отключение и возврат в исходное положение.

Этих функций достаточно для подсобных и жестяных работ. Но у крупных производителей всегда появляются новые запросы и потребности, что привело к дальнейшему развитию станков с ЧПУ. Сегодня в рамках автоматизации всего цеха требуются дополнительные опции, а именно:

1. Цикличное воспроизведение алгоритма.
   Используется для обработки большого числа типовых заготовок, поступающих с конвейеров. На практике используется для чистовой обработки, когда требуется небольшая работа с изделием.
2. Принудительная остановка.
   При выборе физической точки отсчета ЧПУ продвинутых станков может записывать расстояние до образца (лазерная резка, гравировка) либо присутствие твердой поверхности (механическая обработка). Если следующая заготовка не подается на рабочую область, и датчики не обнаруживают ее, программный модуль заранее остановит работу станка. Это исключает холостую работу.
3. Сохранение последних действий.
   Без резервной памяти и питания при непредвиденной остановке обычные станки останавливаются, а после включения головка возвращается в исходную начальную точку. Заготовка бракуется, и требуется новый запуск. Продвинутые модели поддерживают запись последних действий алгоритма и продолжение после запуска.

Для поддержания дополнительных функций станкам с ЧПУ требуются новые датчики и более сложный программный модуль. Это все увеличивает стоимость оборудования. Поэтому вспомогательные опции стоит рассматривать только в случаях, когда вопрос автоматизации завязан на издержках.