Наладка и настройка токарных станков с ЧПУ

Важным этапом в подготовительных работах перед началом обработки является установка рабочих органов в исходное для работы положение, так называемый ноль программы.

Станок и схему обработки можно характеризовать тремя ко­ординатными системами, тремя базовыми точками и двумя исход­ными положениями рабочих органов (рис. 16.1). Первая координат­ная система — система координат станка X, Y, Z, имеющая на­чало отсчета в первой базовой точке О. Вторая координатная система — система координат программы X₁ Y₁ Z ₁ в которой произведено программирование и выполняется обработка детали. Эта координатная система имеет начало отсчета во второй базовой точке О₁ размещенной непосредственно на заготовке 1 или согла­сована с ней.

Рис.16.1 Системы координат станка и программы

Оси координат X₁ Y₁ Z ₁ программы параллельны осям ко­ординат X, Y, Z станка и также направлены. Положение точки О₁(начало координат программы) выбирает программист исходя из удобства отсчета размеров.

Третья базовая точка — программируемая отсчетная точка О₂ связана с рабочими органами, несущими инструмент 2. Она яв­ляется началом отсчета третьей координатной системы Х₂, Z₂,по которой отсчитываются коор­динатные расстояния W_x и W_z вершины режущих инструментов. Отсчет ведут в координатной пло­скости X₂О₂Z₂, направленность осей противоположна осям стан­ка и программы.

Первое исходное положение рабочих органов называют нулем станка. Обычно это положение, при котором рабочие органы, несущие заготовку и инструмент, располагают в наибольшем уда­лении друг от друга (точка О₂ в наибольшем удалении от точки О).

В ноль станка рабочие органы можно переместить от кнопок на пульте управления станком или соответствующими командами управляющей программы. Точный останов рабочих органов в ну­левом положении по каждой из координат обеспечивается датчи­ками нулевого положения.

Второе исходное положение рабочих органов — ноль програм­мы. Нулем программы называют положение, занимаемое рабочими органами станка, подготовленного к проведению обработки. Ноль программы выбирает программист, и чаще всего это положение не совпадаете нулем станка (точка 0₂ оказывается в промежуточ­ном положении). Во избежание излишних холостых перемещений второе исходное положение, от которого начинается обработка и, следовательно, в котором производится смена заготовок и инстру­ментов, программист задает таким образом, чтобы инструменты были, возможно, ближе к обрабатываемой детали.

Стремлению сблизить инструменты и заготовку в нуле про­граммы противопоставлена опасность, что инструменты при смене могут столкнуться с заготовкой или возникнет неудобство съема обработанной детали и установки новой заготовки. Эти два сообра­жения заставляют программиста придвигать ноль программы ближе к нулю станка. Правильный выбор нуля программы, в част­ности, по оси Z, может быть осуществлен на основании расчета. Расстояние между крайним (в сторону инструментов) торцом за­готовки и инструментом, имеющим наибольший координатный вылет по оси Z (максимальное значение W_z), при расположении рабочих органов в нуле программы должно обеспечивать удоб­ство установки, съема и, в некоторых случаях разворота заготовки и обработанной детали.

Таким образом, станок имеет строго зафиксированные коорди­натную систему станка и положение рабочих органов в нуле станка, а выполнение обработки осуществляется в выбранной програм­мистом координатной системе программы при исходном положе­нии рабочих органов в нуле программы.

Для удобства настройки станков современные устройства ЧПУ снабжены так называемым плавающим нулем и смещением рабо­чих органов.

Смысл плавающего нуля состоит в том, что начало отсчета си­стемы координат программы можно смещать в пространстве во всем диапазоне перемещений рабочих органов. Если при любом положении рабочих органов на пульте устройства ЧПУ нажать соответствующую кнопку сброса геометрической информации, то на табло цифровой индикации загорятся нули. Начало отсчета координат при этом смещается в новую точку, соответствующую данному расположению рабочих органов.

Для фиксирования нуля программы используют другую воз­можность: смещение рабочих органов, назначение которого состоит в том, чтобы иметь возможность переместить рабочие ор­ганы по соответствующим командам управляющей программы или ручного ввода из нуля станка в ноль программы. На пульте уп­равления устройства ЧПУ имеются наборы декадных переключа­телей смещения рабочих органов, иногда их называют переключа­телями «смещения 0», «сдвига 0». Например, в устройстве Н22-1 имеются команды на смещение рабочих органов G58M61 и на от­мену смещения —G53M61. Переход рабочих органов из нуля станка в ноль программы осуществится автоматически при отра­ботке кадра с командами G58М61. После выполнения всех пере­мещений, заданных управляющей программой, рабочие органы вернутся в ноль программы, если смещение нуля не отменено.

Для удобства первичной отладки новой управляющей про­граммы целесообразно разделить ее на части (технологические зоны обработки) так, чтобы каждый переход начинался и завер­шался в нуле программы. Еще удобней, если в конце каждой зоны имеется возможность перейти в ноль станка. Эта возможность реа­лизуется за счет наличия в программе исключаемых кадров, от­меченных знаком «/» (чертой дроби), внутри которых заклю­чены команды G58М61 в начале каждой зоны и G53М61 в ее конце.

После завершения настройки станка следует нажать клавишу со знаком «/» на пульте управления, что исключит все кадры с этим знаком и даст возможность вести последующую обработку из нуля программы, а в ноль станка возвращаться только при необходи­мости.

Теперь рассмотрим, как практически отыскать положение нуля программы при настройке станка. Данные, приведенные в карте наладки, не могут быть использованы для непосредствен­ного набора величин на декадных переключателях «смещения 0», так как программист не знает для конкретного станка точного рас­стояния между базирующими поверхностями приспособления и положением рабочих органов в нуле станка и не задает величин смещения в карте наладки.

Величины смещения нуля отыскиваются в процессе выполне­ния настройки. Можно дать совет наладчику зарегистрировать найденные величины смещения нуля, отметив их в карте наладки, с тем чтобы при повторной настройке данного станка ускорить про­цесс установки рабочих органов в исходное для работы положение. Из всех возможных приемов следует выбрать тот, который при наи­меньших затратах времени приведет к наивысшей точности уста­новки рабочих органов в ноль программы.

Наладчик с малым опытом чаще всего отыскивает положение нуля программы путем нескольких проб; по карте наладки выяс­няет, на каком расстоянии от обрабатываемой поверхности заго­товки располагается исходное положение рабочих органов. В это положение он с большой долей приближенности смещает рабочие органы, отмеряя расстояние между инструментом и заготовкой универсальными измерителями (линейкой, штангенциркулем). Во избежание брака наладчик несколько отдаляет за счет поло­жения нуля программы инструмент от заготовки, проводит по программе пробную обработку некоторых поверхностей, прове­ряет результаты обработки, замеряя размеры обработанных поверхностей. По результатам пробной обработки и замеров уточ­няется нулевое положение программы путем изменения фактиче­ского расположения рабочих органов. После повторной обра­ботки наладчик вносит поправку в положение нуля программы. Убедившись в правильности расположения нуля программы, наладчик производит сброс показаний цифровой индикации и, нажимая на кнопки, направляет рабочие органы в ноль станка. Возникшие показания цифровой индикации отражают расстоя­ния между нулем станка и нулем программы. Очевидно, что описанный метод настройки не является самым рациональным, так как требуемое положение нуля программы достигается в ре­зультате нескольких проб.

Быстрее и точнее определить ноль программы можно, произ­ведя отсчет указанных в карте наладки расстояний между базо­выми поверхностями приспособлений и программируемой точкой с помощью координатных перемещений станка и специальных измерительных приспособлений. Для станков, у которых режу­щие инструменты закрепляют в шпинделе станка (расточного, фрезерного, многооперационного), такими приспособлениями мо­гут быть специальные мерные оправки, установленные в шпин­деле.

Опытные наладчики для быстрого и точного определения расстояния между нулем станка и нулем программы в ручном режиме обрабатывают в размер крайние в сторону инструментов поверхности заготовки и в этом положении сбрасывают на ноль показания цифровой индикации. Отведя рабочие органы в ноль станка, рассматривают показания цифровой индикации по каждой из координат как сумму величин, где первая — искомое расстоя­ние между нулем станка и нулем программы (смещение нуля), а вторая — перемещение по программе из нуля программы до обрабатываемых поверхностей. Вторую часть суммы наладчик берет из текста программы или карты наладки.

Поясним сказанное примером отыскания положения нуля программы при настройке токарного станка (рис. 16.2). Программист в карте наладки указал, что программируемая отсчетная точка О ₂ при положении суппорта в нуле программы отстоит от начала ко­ординат программы (точка О ₁) на расстояние х₀ = 195 мм и z₀ = 365 мм. Начало координат программы выбрано на пересечении оси вращения и правого чистового торца детали. Нетрудно под­считать, что вершине резца для достижения точки O₁ нужно пройти путь от оси Х₁ равный 45 мм (х₁ = х₀ — W_x1), а по оси Z равный 210 мм (z₁ — z₀ — W_z1).

Рис. 16.2 Схема настройки токарного станка

Предлагаем следующий порядок работы:

1) переключатель режима работ установить в положение
«ручное управление»;

2) подвести резец к заготовке;

3) подрезать торец заготовки, проверяя получение размера l, до выхода вершины резца на ось; центр револьверной поворотной головки занимает положение O₃;

4) произвести сброс на ноль показаний цифровой индикации;

5) передвинуть суппорт в ноль станка; центр поворотной го­ловки смещается в положение O₄;

6) записать показания цифровой индикации по осям X и Z (соответственно величины х_и и z_и); координатные расстояния между точками О ₃ и О₄;

7) подсчитать величины смещения нуля х_см = х_и — 45 и z _см = z_и —210;

8) набрать на декадных переключателях устройства смещения нуля значения х_см и z_см со знаком минус.

Настройка расположения инструмента в координатной системе программы предельно облегчена в станках с оперативным (ручным программным) управлением. Здесь возможна работа не настроен­ным вне станка инструментом, так как устройство ЧПУ имеет спе­циальный режим размерной привязки инструмента.

На станках 16К20Т1 и 16К30Ф3, оснащенных устройством оперативного управления «Электроника НЦ-31», процедура раз­мерной привязки осуществляется следующим образом:

1. Выбирается начало координат программы, например на правом чистовом торце детали.

2. Вызывается нужный инструмент, например, упорно-проход­ной резец.

3. Включается вращение шпинделя, и в режиме ручного управления резец подводится к заготовке.

4. Управляя маховичком, производят наружное обтачивание заготовки на длину, достаточную для измерения наружного диа­метра.

5. Останавливают шпиндель и измеряют диаметр проточенной поверхности.

6. Устройство ЧПУ переводят в режим размерной привязки инструментов и измеренный диаметр нажатием на клавиши вво­дят в память устройства.

7. Включают вращение шпинделя, в режиме ручного управления резец подводят к торцу заготовки и обрабатывают торец.

8. Инструмент отводится по оси X, останавливается шпиндель, измеряют расстояния по оси Z от начала координат программы до проточенного торца.

9. Устройство ЧПУ переводится в режим размерной привязки инструментов, и измеренная величина вводится в память.

Современные устройства ЧПУ обладают еще одной возмож­ностью, близкой к плавающему нулю, а именно возможностью пере­счета положения программируемой точки. Эту возможность исполь­зуют при работе несколькими инструментами или при обработке деталей, закрепленных в многопозиционных приспособлениях. Она реализуется командой G92 управляющей программы при ра­боте в абсолютной системе, G92 подтверждает любое новое поло­жение программируемой точки относительно начала координат программы (или наоборот). Суть использования этой команды по­кажем на примере токарной обработки деталей двумя инструмен­тами (см. рис. 16.2). Программируемая точка, принадлежащая суп­порту, имеет в нуле программы координаты х₀ +195, z₀ + 365. Координатные размеры вершины первого инструмента (резца), отсчитанные от программируемой точки, W_X1 = 150, W_Z1 = 155; координатные размеры второго инструмента (сверла) W_x1 = 119, W_z1 = 348. Вершина первого инструмента в нуле про­граммы отстоит от начала координат программы (точка O₁) на расстояние, характеризуемое координатами x ₁ = 45, z₁ = 210; вершина второго инструмента (после поворота револьверной го­ловки) окажется в нуле программы, отстоящей от начала коорди­нат на расстояние х₂ = 76, z₂ = 17.

Начало программы работы резца будет иметь такой кадр: G92X + 45Z + 210 (геометрическая информация записана ус­ловно в миллиметрах). Этим кадром программируемая точка сов­мещается с вершиной резца, имеющей координаты x₁ + 45, z₁ + 210, и одновременно подтверждается положение начала коорди­нат в точке О₁.Никаких перемещений суппорта не происходит. Все дальнейшее программирование выполняется в удобном для расчета и проверки программы виде. Например, приближение резца к торцу заготовки без смещения по оси X: G0IX+ 45Z0; перемещение вершины резца в точку O₁:G01Х0Z0; уход в ноль программы: G0IX + 45Z + 210 и т.д.

После смены инструмента рабочее положение займет сверло. Координаты вершины сверла (x ₂ + 76, z₂ + 17) отличаются от координат резца, однако с помощью команды G92 можно пересчи­тать положение программируемой точки таким образом, что про­граммирование будет выполняться в удобном виде:

G92X + 76Z + 17. Происходит пересчет положения программируемой точки, которая смещается в координаты х + 76; z + 17 и тем са­мым совмещается с вершиной сверла. Все программирование вы­полняется в координатах траектории вершины сверла, отсчитан­ных от начала отсчета (точка О₁).

Таким образом, команда по адресу G92 предшествует работе каждого нового инструмента. По этой команде без фактических перемещений рабочих органов станка смещается положение отсчетной программируемой точки относительно одного и того же на­чала координат (точка О₁) и происходит совмещение этой точки с вершиной инструмента.

Можно использовать команду G92 также для облегчения про­граммирования и отладки программы обработки нескольких де­талей, установленных в разных позициях одного приспособления или нескольких приспособлений на одном рабочем столе станка. В этом случае управляющую программу рассчитывают не в единой системе координат, а в нескольких для каждой обрабатываемой детали. Многопозиционную обработку часто выполняют на свер­лильных, фрезерных, расточных и многооперационных станках.