Система координат инструмента.

Система координат инструмента предназначена для задания положения его режущей части относительно державки. Инструмент описывается в рабочем положении в сборе с державкой (рис. 3.6). При описании всего разнообразия инструментов для станков с ЧПУ удобно использовать единую систему координат инструмента Х_И Z_И, оси которой параллельны соответствующим осям стандартной системы координат станка и направлены в ту же сторону. Начало системы координат инструмента располагают в базовой точке Т инструментального блока, выбираемой с учетом особенностей его установки на станке. При установке блока на станке точка Т часто совмещается с базовой точкой элемента станка, несущего инструмент, например с точкой N (рис. 3.6, в).

Рис.3.6. Система координат инструмента:

а – резец; б – сверло; в – схема базирования инструмента
Режущая часть инструмента характеризуется положением его вершины и режущих кромок. Вершина инструмента задается радиусом закругления r и координатами х_ИTP и z _ИТР ее настроечной точки Р (рис. 3.6, а), положение которой относительно начала системы координат инструмента обеспечивается наладкой инструментального блока вне станка на специальном приспособлении.

Положение режущей кромки резца задается главным j и вспомогательным j₁ углами в плане, а сверла (рис. 3.6, б) — углом 2j при вершине и диаметром D. Вершина вращающегося инструмента лежит на оси вращения, и поэтому для ее задания достаточно указать аппликату z _кТР.

Настроечная точка инструмента Р обычно используется в качестве расчетной при вычислении траектории инструмента, элементы которой параллельны координатным осям. Расчетной точкой криволинейной траектории служит центр закругления Р_И при вершине инструмента (рис. 3.6, а).
^

Связь систем координат.

При обработке детали на станке с ЧПУ, например на токарном (рис. 3.7, а), можно выделить три координатные системы. Первая — система координат станка X М Z, имеющая начало отсчета в точке М — нуль станка (рис. 3.7, б). В этой системе определяются положения базовых точек отдельных узлов станка, причем числовые значения координат тех или иных точек (например, точки F на суппорте станка) выводятся на табло цифровой индикации станка. Вторая координатная система — это система координат детали или программы обработки Детали X_ДWZ_Д (рис. 3.7, в). И третья система — система координат инструмента X_ИТZ_И (рис. 3.7, г), в которой определено положение центра Р инструмента относительно базовой точки F(K, T) элемента станка, несущего инструмент.

Положение всех точек и элементов всех систем могут переводиться из одной в другую. Положение исходной точки 0, как и любой другой точки траектории инструмента, переводится в систему координат станка из системы координат программы (детали) через базовую точку С приспособления (O-W-C-M). Центр инструмента Р, заданный координатой в системе координат инструмента X_ИTZ_И (см. рис. 3.7, г), переводится в систему координат станка через базовую точку К суппорта (рис. 3.7, а) которая задана относительно базовой точки F{P-K-F-М).

Такая связь систем координат детали, станка и инструмента позволяет выдерживать заданную точность при переустановках заготовки и учитывать диапазон перемещений рабочих органов станка при расчете траектории инструмента в процессе подготовки программы управления.

Рис. 3.7. Система координат при работе на токарном станке
Наладка станка для работы по УП упрощается, если нулевая точка станка находится в начале стандартной системы координат станка, базовые точки рабочих органов приведены в фиксированные точки станка, а траектория инструмента задана в УП перемещениями базовой точки рабочего органа, несущего инструмент, в системе координат станка. Это возможно, если базовая точка С приспособления определена в системах координат детали и станка. Если же траектория инструмента задана в УП перемещениями вершины инструмента в системе координат детали, то для реализации такой УП используют так называемый «плавающий нуль». В этом случае начало координат станка М условно смещают в начало координат программы W, и вся индикация значений в перемещениях центра инструмента в прямом соответствии с программой выводится на соответствующие элементы УЧПУ.

При программировании, как правило, за основную принимают точку начала системы координат детали W, организуя относительно ее всю УП. Естественно, при этом принимается во внимание характер расположения осей координат на выбранном станке. Тогда удобно, определив в системе положение базовых точек приспособления для детали, строить траекторию движения центра инструмента

При токарной обработке чаще всего за начало координатной системы программы принимают базовую точку детали на базовом торце, при установке детали в приспособлении она совпадает с базовой точкой С на плоскости приспособления (рис. 3.8). В эту точку С очень просто с пульта УЧПУ сместить начало координат М станка, поскольку расстояние zMC для заданного приспособления является величиной постоянной и неизменяемой при работе по всей данной управляющей программе.

Исходная точка ^ О (нуль программы) назначается координатами X_ДWO и Z_ДWO (рис. 3.8, а) относительно начала системы координат программы в месте, которое зависит от вида используемого инструмента, конструкции суппорта или револьверной головки и координат вершины инструмента в системе координат инструмента.

Все три рассмотренные координатные системы на любом станке взаимосвязаны. В большинстве случаев в каждой данной программе расположение координатной системы программы неизменно относительно начала координатной системы станка.

На токарном станке (рис. 3.8, а) нулевая точка станка M, размещаемая на торце шпинделя, определяет положение координатных осей станка Zи X.

Относительно точки М при работе станка в абсолютной системе координат ведется отсчет перемещений базовой точки суппорта F. При этом текущие значения координат xMF и zMF выводятся на табло цифровой индикации. При обработке данной детали всегда должна быть известна величина zMC — расстояние относительно точки М базовой точки С плоскости токарного патрона, с которой при установке заготовки совмещается ее базовая точка B'.

Рис. 3.8. Связь систем координат при обработке на токарном станке

В координатной системе программы X_ДWZ_Д (см. рис. 3.7, в и 3.8, а) исходная точка О (нуль программы) определена координатами z_ДWO и x_ДWO относительно осей координатной системы. Задана также точка WR — точка отсчета заготовки, имеющей размеры D ₃ x l.

В координатной системе программы задаются также все опорные точки программируемой траектории перемещения центра инструмента (инструментов), обеспечивающей обработку данной детали. У заготовки может быть также определен припуск z _Д WB' (положение точки В'), который должен быть удален при ее обработке во время второго установа, или смещение начала координатной системы (точки W) относительно базовой плоскости заготовки, т. е. величина Z_ДWB'.

На токарном станке начало системы координат инструмента (Х_ИTZ_И) принимают в базовой точке T инструментального блока в его рабочем положении (см. рис. 3.7, г). Положения базовых точек инструментальных блоков, устанавливаемых на одном резцедержателе, определяют относительно его центра К приращениями координат Z_ИКT и X_ИКT. На одном суппорте может быть несколько резцедержателей, и в зависимости от характера работ (в патроне или в центрах) резцедержатель может занимать на суппорте токарного станка различные положения. В связи с этим центр резцедержателя должен быть определен приращениями координат z_ИFK и x_ИFK относительно базовой точки суппорта F. В частном случае, когда на суппорте находится один непереставляемый резцедержатель, базовая точка суппорта может быть совмещена с центром поворота резцедержателя или с базовой точкой инструментального блока.

При закреплении заготовки на станке (рис, 3.8, а) технологическая база для обработки детали в данном установе совмещается с соответствующей опорной поверхностью приспособления (совмещаются точки С и В'). Это позволяет увязать между собой системы координат программы и станка. Так как оси вращения шпинделя токарного станка и обрабатываемой детали совпадают, достаточно для увязки этих систем координат определить аппликату точки W начала системы координат программы в системе координат станка. Для случая, когда оси аппликат систем координат программы и станка направлены в одну сторону, zMW — zMC -z_ДWB', где zMC и Z_ДWB' — аппликаты базовых точек в системах координат станка и программы с соответствующими знаками. В данном случае (рис. 3.8, a) zMW = zMC - (- z_ДWB') = zMC z_ДWB'. Если же оси aппликат этих систем направлены в противоположные стороны (рис. 3.8, б), то zMW = zMC ' z_ДWB", где z_ДWB" — аппликата положения базовой точки В" детали при обработке ее на втором установе. Естественно, в данном случае принято, что положение базовой точки С приспособления относительно точки М остается постоянным, т. е. равным zMC. как и при обработке детали на первом установе.

Тогда положение точки ^ О, заданное координатами z_ДWO и x_ДWO в системе координат программы, определится координатами хМО и zMO в системе координат станка: хМО - х₀; zMO = zMW ± z₀, где знак «» ставится при одинаковых, а знак «-» при противоположных направлениях осей аппликат обеих систем координат. Координаты х₀ и z₀ определяют положение точки О в системе координат детали (программы).

Таким образом, с учетом размещения координатной системы Программы и координатной системы инструмента относительно базовых точек станка М и F можно определить текущие значения координат (zMP и хМР) центра инструмента Р в координатной системе станка XMZ. При этом следует иметь в виду, что вылет инструмента х_ИТР и z_ИТР определен его наладкой, а положение точки Т (величины x_ИКТ и z_ИKT) относительно центра резцедержателя К задано технической характеристикой станка. Заданными должны быть и величины z_ИFK и x_ИFK определяющие положение точки К относительно базовой точки F. Тогда

При определении координат хМР и zMP необходимо учитывать направления составляющих величин.

Если базовая точка суппорта F совмещена с базовой точкой инструментального блока Т, то текущие значения координат центра инструмента определятся лишь с учетом вылета инструмента, т. е. его координат в системе к-т инструмента:

Естественно, что перед началом работы по программе (рис. 3.8, а) центр инструмента Р должен быть совмещен с исходной точкой О и его положение в координатной системе станка должно определяться координатами zMP₀ и хМР₀:

где zMO и хМО — координаты исходной точки в системе координат станка.

При программировании следует принимать во внимание диапазон перемещений рабочих органов станка (рабочую зону), который задается предельными координатами базовых точек этих органов в стандартной системе координат станка. На рис. 3.9 заштрихована рабочая зона перемещения суппорта токарного станка, базовая точка которого F может находиться в любой точке плоскости, ограниченной абсцисса-ми хМF_max и xAМF_min и аппликатами zMF_max и zMF_min.

Рис. 3.9. Связь систем координат программы, станка и инструмента при токарной обработке несколькими инструментами

Сказанное справедливо для каждого из инструментов, используемых в работе по программе при обработке детали на токарном станке. Перед началом работы центр каждого инструмента (точка Р) должен быть выведен в исходную точку О, от которой программируется траектория инструментов для обработки тех или иных поверхностей.

Подобная же последовательность может быть определена и для работы инструментом на других станках.