Системы координат токарных станков с ЧПУ

При подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ наиболее трудоемким этапом является расчет траектории инструмента, очень сильно зависящий от правильного выбора и взаимной увязки систем координат детали, станка и инструмента.

В системе координат токарных станков с ЧПУ определяются начальные и текущие положения рабочих органов станка, их предельные перемещения. Выбор системы координат станка должен соответствовать рекомендациям ISO. Стандартная система координат представляет собой правую прямоугольную декартову систему координат XYZ (рис. 2).

Рис. 2. Обозначение движений инструмента и расположение осей координат в станках с ЧПУ

Помимо трех основных декартовых координат, относительное положение инструмента и заготовки характеризуют возможные дополнительные вращения и перемещения.

Так, четвертая координата может быть связана с поворотом стола, пятая — с поворотом шпинделя, шестая — с дополнительным движением шпиндельной бабки и т д.

За исходную ось Z принята ось рабочего шпинделя При наличии контршпинделя выделяют ось Z₁ для основного и Z₂ — для контршпинделя, ось X всегда горизонтальна (рис. 3). За положительное направление перемещения рабочего органа считают то, при котором инструмент и заготовка удаляются друг от друга Надо помнить, что эта система координат отличается от системы координат, принятой для расчета сил резания.

Кроме основных осей X и Z, которых может быть по нескольку, и осей С₁ и С₂, существуют также оси B и Y, управлением по которым оборудуются станки. Средняя точность позиционирования 0,005...0,008 мм. Скорости перемещения по осям X, Z (Y) от 15 до 40 м/мин; по оси С позиционирование выполняется со скоростью 100 мин^-1. Индексация основного и контршпинделя обеспечена через 0,0001°. Ускорение при перемещении достигает 10 м/с².

Рис. 3. Положение осей у токарного станка с ЧПУ при наличии контршпинделя и двух револьверных головок

При обработке детали на станке с ЧПУ можно выделить три координатные системы положения. Первая — система координат станка XMZ, имеющая начало отсчета в точке М — нуле станка. В этой системе определяются положения базовых точек отдельных узлов станка.

Вторая — система координат детали Предназначена она для задания координат опорных точек обрабатываемых поверхностей, а также координат опорных точек траектории инструмента В качестве системы координат детали используются правая прямоугольная, цилиндрическая и сферическая системы координат. Координатами точки в ней являются расстояния x, y, z от точки до трех взаимно перпендикулярных координатных плоскостей В цилиндрической системе координат точка задается радиус-вектором р, центральным углом φ, определяющим положение проекции точки на основной плоскости, и аппликатой z В сферической системе координатами точки являются радиус-вектор r, долгота φ и полярный угол θ.

И третья система — система координат инструмента, в которой определено положение центра Р инструмента относительно базовой точки F (К, Т) элемента станка, несущего инструмент. Система координат инструмента предназначена для задания положения его настроечной точки относительно державки или центра поворота инструментальной головки. Оси Х_и, Z_и параллельны осям системы координат станка и направлены в ту же сторону.

Если у станка имеется несколько рабочих органов, несущих инструмент, для задания их перемещений используются разные системы координат. В отличие от осей X, Y, Z (первичных), параллельные им оси, расположенные дальше от шпинделя, называют вторичными и обозначают, соответственно, U, V, W. Оси третьего рабочего органа обозначают буквами P, Q, R.

Наличие связи систем координат станка, детали и инструмента позволяет выдерживать заданную точность обработки детали при ее переустановке, а при подготовке управляющей программы задавать траекторию перемещения инструмента в системе координат детали