Система координат фрезерного станка с ЧПУ стала проще

Читать эту статью на следующих языках:Italiano (итальянский) Deutsch (немецкий) 日本語 (японский)

Вы будете использовать основы системы координат фрезерного станка с ЧПУ везде, а не только для одного конкретного станка с ЧПУ. Даже новейшие станки с ЧПУ в своей основе одинаковы:они используют оси X, Y и Z для определения координатного пространства внутри станка, а инструмент (иногда концевая фреза, иногда экструдер, иногда лазерный луч) перемещается вокруг этого пространства. Технологии могут меняться, но основные принципы остаются прежними. В этой статье мы рассмотрим основы системы координат ЧПУ, включая декартову систему координат, рабочую систему координат (WCS) и смещения.

Почему координаты важны для фрезерной обработки с ЧПУ?

Аддитивные машины строят деталь снизу вверх. Нет никаких сомнений в том, где начинается деталь на рабочей пластине. Однако что-то вроде фрезерного станка должно вычитать материал из внешнего объекта. Для этого машине необходимо понять положение запаса в физическом пространстве. Если бы это было так же просто, как засунуть металлический блок в ЧПУ и нажать "Пуск".

Все начинает усложняться при добавлении различных фрезерных инструментов. Каждый бит имеет разную длину, которая изменяет расстояние между точкой привязки шпинделя и заготовкой. Исходная точка, которую вы только что установили для концевой фрезы длиной 1 дюйм, не будет работать для сверла длиной 3 дюйма.

Вы можете думать о системе координат как о том, как станки с ЧПУ понимают трехмерное пространство. Без системы координат ваш ЧПУ абсолютно ничего не знал бы:

• Где находится ваш блок материалов
• Насколько далеко ваш инструмент находится от вас.
• Какие движения использовать для обработки вашей детали

На первый взгляд система координат может показаться сложной, но ее можно разбить на простые компоненты. Давайте сначала начнем с основ декартовой системы координат.

Декартовы основы

Почти все станки с ЧПУ используют декартову систему координат, основанную на осях X, Y и Z. Эта система позволяет машине двигаться в определенном направлении по определенной плоскости.

Сведите декартову систему к ее основам, и вы получите знакомую числовую прямую. Одна точка на линии назначается началом. . Любые числа слева от начала координат являются отрицательными, а числа справа — положительными.

Объединив оси X, Y и Z под углом 90 градусов, вы создадите трехмерное пространство, в котором будет двигаться ваш станок с ЧПУ. Каждая ось встречается в начале. .

Когда две оси соединяются, они образуют плоскость. Например, когда оси X и Y встречаются, вы получаете плоскость XY, где большая часть работы выполняется с 2,5D-деталями. Эти плоскости разделены на четыре квадранта, пронумерованных от 1 до 4, со своими положительными и отрицательными значениями.

Простой способ понять декартову систему координат применительно к вашему станку с ЧПУ — использовать правило правой руки. . Держите руку ладонью вверх так, чтобы большой и указательный пальцы были направлены наружу, а средний палец был направлен вверх. Поместите руку перед станком с ЧПУ, выровняйте его со шпинделем, и вы увидите, что оси идеально выровнены.

• Средний палец — это ось Z.
• Указательный палец – это ось Y.
• Большой палец — это ось X.

Как станок с ЧПУ использует координаты

Используя декартову систему координат, мы управляем станками с ЧПУ по каждой оси, чтобы превратить блок материала в готовую деталь. Хотя трудно описать оси с использованием относительных терминов, на основе каждой оси вы обычно получаете следующие движения с точки зрения оператора, стоящего лицом к станку:

• Ось X позволяет перемещаться «влево» и «вправо».
• Ось Y позволяет перемещаться «вперед» и «назад».
• Ось Z позволяет перемещаться «вверх» и «вниз».

Сложите все это вместе, и вы получите станок с ЧПУ, который может резать заготовки с разных сторон в плоскости XY и на разную глубину по оси Z. Будь то фрезерный станок, фрезерный станок или лазер, все они используют эту фундаментальную систему перемещения.

Движение вашего ЧПУ по системе координат всегда основано на том, как движется ваш инструмент, а не на столе. Например, увеличение значения координаты X перемещает стол влево, но с точки зрения инструмента он движется вдоль заготовки вправо.

При увеличении координаты оси Z шпиндель перемещается вверх, при уменьшении — вниз, в заготовку. Вы разрезаете кусок, который соответствует отрицательной координате оси Z.

Если это чтение оставило вас в еще большем замешательстве, чем раньше, не волнуйтесь. Понимание разницы между движением вашего инструмента и стола легче показать, чем объяснить словами. Посмотрите видео Роберта Коуэна ниже, чтобы увидеть это в действии:

Происхождение вашего станка с ЧПУ

Каждый станок с ЧПУ имеет собственную внутреннюю исходную точку, которая называется Главная точка станка. . Когда ваш ЧПУ загружается впервые, он понятия не имеет, где находится в физическом пространстве, и требует калибровки, чтобы сориентироваться.

Когда происходит этот процесс, все три оси вашего ЧПУ перемещаются к своему максимальному механическому пределу. Как только предел достигнут, сигнал отправляется на контроллер, который записывает исходное положение для этой конкретной оси. Когда это происходит для всех трех осей, станок находится в исходном положении.

Под капотом процесс может варьироваться от машины к машине. Для некоторых станков имеется физический концевой выключатель, который сигнализирует контроллеру о том, что станок достиг предела оси. На некоторых машинах есть целая сервосистема, которая делает весь этот процесс невероятно плавным и точным. Контроллер станка посылает сигнал через печатную плату на серводвигатель, который подключается к каждой оси станка. Серводвигатель вращает шариковый винт, прикрепленный к столу станка с ЧПУ, заставляя его двигаться.

Движение стола вперед и назад мгновенно передает изменения координат с точностью до 0,0002 дюйма.

Как машинисты используют координаты ЧПУ

До сих пор мы говорили о том, как станок с ЧПУ использует свою внутреннюю систему координат. Проблема в том, что нам, людям, не очень легко ссылаться на эту систему координат. Например, когда ваш ЧПУ находит свое исходное положение, он обычно имеет экстремальные механические ограничения по осям X, Y и Z. Представьте, что вам нужно использовать эти экстремальные значения координат в качестве отправной точки для вашей программы ЧПУ. Какой кошмар.

Чтобы упростить написание программ ЧПУ, мы используем другую систему координат, предназначенную для манипулирования человеком, которая называется Рабочая система координат. или WCS . WCS определяет конкретную исходную точку на блоке материала, обычно в программном обеспечении CAM, таком как Fusion 360.

Вы можете определить любую точку на блоке материала как исходную точку для WCS. Как только исходная точка установлена, вам нужно будет найти ее внутри вашего станка с ЧПУ, используя искатель кромок, циферблатный индикатор, щуп или другой метод определения местоположения.

Выбор исходной точки для вашего WCS требует тщательного планирования. При выполнении этого процесса помните об этих моментах:

• Исходную точку необходимо будет найти с помощью механических средств с помощью краевого искателя или щупа.
• Повторяющееся происхождение помогает сэкономить время при замене деталей.
• Источник должен учитывать требуемые допуски для последующих операций.

Можно было бы создать еще один полный блог о выборе наиболее оптимальной исходной точки, особенно для каждой последующей настройки, поскольку стек допусков начинает расти. Убедитесь, что вы учитываете допуски ранее обработанных элементов, вашего установочного механизма и вашего станка, чтобы ваша окончательная деталь соответствовала спецификации.

Как взаимодействуют ЧПУ и координаты человека

Как мы упоминали выше, люди-операторы будут использовать WCS, которая предоставляет простой набор координат для написания программы ЧПУ. Однако эти координаты всегда отличаются от координат станка, так как же ваш станок с ЧПУ согласует их? Со смещением.

Станок с ЧПУ будет использовать рабочее смещение, чтобы определить разницу в расстоянии между вашей WCS и его собственной исходной позицией. Эти смещения хранятся в контроллере станка, и обычно к ним можно получить доступ в таблице смещений.

Здесь мы видим, что запрограммировано несколько смещений; G54, G55 и G59. В чем преимущество наличия нескольких смещений? Если вы обрабатываете несколько деталей в одном задании, каждой детали можно назначить собственное смещение. Это позволяет станку с ЧПУ точно связывать свою систему координат с несколькими деталями в разных местах и ​​одновременно выполнять несколько настроек.

Смещения инструмента

Довольно часто для одной и той же работы используется несколько инструментов, но вам нужен способ учета различной длины инструментов. Программирование смещения инструмента на вашем станке с ЧПУ упрощает эту работу. С запрограммированным смещением инструмента ваш станок с ЧПУ будет точно знать, насколько далеко каждый инструмент выступает от шпинделя. Существует несколько способов записать коррекцию инструмента:

• Бег трусцой . Переместите инструмент из исходного положения станка в нулевое положение детали. Пройденное расстояние измеряется и вводится как смещение инструмента.
• Точный блок. Установите все инструменты в общую позицию Z в верхней части прецизионного блока 1-2-3, лежащего на столе станка.
• Проверка. Используйте щуп для автоматического определения смещения инструмента. Это самый эффективный метод, но и самый дорогой, так как требует зондового оборудования.

Собираем все вместе

Теперь, когда у нас есть все основы координат, давайте пройдемся по набору примеров заданий. Мы используем деталь, которая уже была обработана вручную, чтобы определить внешнюю форму. Теперь нам нужно использовать станок с ЧПУ, чтобы просверлить несколько отверстий, карманов и прорезей.

Задание 1
Сначала нам нужно защитить и установить наши оси и исходную точку:

• Деталь зажимается в тисках, крепится болтами к столу станка и выравнивается по осям станка.
• Это обеспечивает совмещение оси X WCS с осью X машины.
• Левая часть лица упирается в тиски. Это устанавливает повторяющееся начало оси X.
• Поскольку одна из губок тисков фиксирована, мы можем использовать эту губку для определения повторяемого начала координат по оси Y, находя это местоположение с помощью кромкоискателя или щупа.

Теперь, когда наша WCS установлена, наша машина понимает положение заготовки относительно своих внутренних координат. Процесс обработки начинается с обработки кармана и сверления отверстий на первой стороне детали.

Задание 2
Теперь деталь нужно перевернуть, чтобы работать с другой стороны. Поскольку мы только что перевернули деталь на 180 градусов, внешний контур был симметричным, а предыдущие смещения по осям X и Y были повторяемыми, WCS не изменится. Мы также используем тот же инструмент, чтобы можно было использовать то же смещение по оси Z.

Одна важная переменная, о которой следует помнить, — это сила зажима ваших тисков. Если вы еще не видели его в своем магазине, слесари обычно отмечают закрытое положение тисков черным маркером или используют динамометрический ключ. Почему они это делают? Для создания постоянного давления зажима при перемещении или вращении деталей. Изменения давления зажима могут привести к изменению положения детали или другим неисправностям, таким как деформация или искривление детали, в зависимости от геометрии детали. Предполагая, что наша сила зажима более или менее одинакова, теперь можно обрабатывать Задание 2.

Задание 3
Теперь нам нужно просверлить несколько отверстий, для чего нужно поставить деталь на торец. Это вращение не меняет XY-начало координат WCS. Однако теперь у нас меньше расстояние перемещения между нашим инструментом и деталью.

Для этого необходимо использовать новое смещение, которое сместит исходную точку в верхний угол детали. Мы также убрали параллели, чтобы увеличить поверхность захвата, и опустили тиски, чтобы они соединялись с лицевой стороной детали, а не с нижним карманом.

Мы по-прежнему можем использовать две исходные опорные плоскости для выполнения задания 3.

Это простой пример; деталь квадратная, начало координат XY повторялось для всех трех установок, и даже начало координат Z менялось только один раз. Но мыслительный процесс, связанный с согласованием, воспроизводимостью и точностью предыдущих функций, важен, и вы обнаружите, что повторяете эти основные шаги снова и снова.

Заблокировано и загружено

Теперь у вас есть точное знание координат ЧПУ в вашем инструментальном поясе механика. Используйте его, куда бы ни привела вас ваша карьера! Системы рабочих координат (WCS) устраняют разрыв между внутренними координатами станка и вашей программой ЧПУ. Эти три системы работают вместе, чтобы снова и снова точно находить и обрабатывать детали с постоянным качеством. Независимо от того, используете ли вы Bridgeport, Tormach или Haas, система координат всегда остается верной.

Готовы ввести координаты для вашего следующего проекта с ЧПУ, используя интегрированное программное обеспечение CAD/CAM? Попробуйте Fusion 360 сегодня!