какие существуют ограничения при работе с функцией автоматической коррекции на радиус инструмента
§ 8. Программирование ЧПУ. Коррекция на радиус
Контур имеет следующие координаты опорных точек:
0. (0, 0)
1. (70, 0)
2. (70, 60)
3. (30, 100)
4. (0, 100)
Управляющая программа на основе кода ИСО 7 бит программирует перемещение фрезы через опорные точки, ниже представлен фрагмент обхода контура.
N10 G0 X0 Y0 – выход в нулевую точку контура
N20 G1 X70 Y0 – линейное перемещение в точку 1
N30 Y60 – линейное перемещение в точку 2
N40 G2 X30 Y100 I70 J100 – движение по дуге в точку 3
N50 G1 X0 Y100 – линейное перемещение в точку 4
N60 Y0 – движение в начало контура
Радиус применяемой фрезы при «ручном» программировании не учитывался, т.к. в данном случае увеличивалась трудоемкость вычисления. Для фрезы диаметром 10мм траектория обработки контура принимает следующий вид. 
Учитывая целочисленное значение радиуса фрезы, пересчет не займет много времени, однако в случае износа фрезы ее диаметр может иметь дробную часть, например 9.98мм, что значительно повышает трудоемкость пересчета.
Данная проблема была решена путем внедрения в устройство ЧПУ функции эквидистантного смещения контура на заданное расстояние, которая получила название коррекции на радиус инструмента.
Таким образом, программисту было достаточно запрограммировать траекторию движения центра фрезы, а при отработке ее на станке указать системе ЧПУ, на какую величину нужно произвести смещение.
Для включения функции коррекции радиуса используются подготовительные команды G41 и G42, для смещения влево и вправо по ходу движения от исходного контура соответственно.
Это позволяет обрабатывать один и тот же контур фрезами разного диаметра. Для этого величина смещения вводится в специальную ячейку таблицы инструментов УЧПУ, а в программе обозначается адресом D и номером ячейки.
Формат кадра УП имеет вид:
Nn G1 G41/G42 Xn.n Yn.n Dn Fn.n, где:
G41/G42 – включение коррекции на радиус слева/справа;
Dn – номер ячейки системы ЧПУ с заданным значением смещения;
После прохождения фрезы относительно заданного контура со смещением коррекцию необходимо выключить, для этого используется функция G40.
Для того чтобы активировать коррекцию на радиус необходимо некоторое расстояние, на котором траектория будет эквидистантно смещена. Такое расстояние называется подвод к контуру. Величина подвода, как правило, не должна быть меньше радиуса фрезы. На рисунке ниже траектория смещения от номинального контура вычисляется при подводе фрезы диаметром 10мм от точки 1 к точке 2.
Величина подвода равна 5мм, однако может быть и больше. В прошлом допускался только прямой подвод с углом к контуру не менее 90 градусов. В настоящее время ряд систем ЧПУ таких ограничений не имееют.
Аналогично происходит и деактивация коррекции (смещения), в конце контура необходимо добавить отвод с функцией G40.
Программа обработки контура на рисунке в начале главы будет выглядеть так.
%
N5 G0 G17 G40 G49 G90——-подготовительные установки
N10 T1 M6————————установка фрезы диаметром 10мм
N15 S1000 M3——————-включение оборотов шпинделя
N20 G54—————————указание ячейки «ноля» детали
N25 G43 Z100 H1—————включение коррекции на длину
N30 X0 Y-10———————движение в точку подвода к контуру
N35 G1 Z-5 F100—————-выход по оси Z на глубину резания
N40 G42 Y0 D1—————включение корректора на радиус
N45 X70—————————движение в точку 1
N50 Y60—————————движение в точку 2
N55 G2 X30 Y100 I0 J40——-движение по дуге R40
N60 G1 X0————————движение в точку 4
N65 Y0—————————движение в нулевую точку
N70 G40 Y-10—————-отвод с выключением коррекции
N75 G0 Z100———————выход в конечную точку
N80 M30—————————конец программы
Использование CAM систем позволяет без труда произвести расчет траектории с любым диаметром фрезы, поэтому программирование нулевого контура с последующей его коррекцией в настоящее время не оправдано.
Использование автоматической коррекции на радиус инструмента
Для чего на самом деле применяется функция автоматической коррекции радиуса инструмента? Для работы разными инструментами по одной программе? Не только. Главное назначение этой функции заключается в управлении размерами детали при фрезеровании.
Предположим, вы обработали контур фрезой диаметром 9 мм по программе с коррекцией на радиус. Естественно, что в корректоре находится значение радиуса фрезы, равное 4,5 мм. При измерении размеров детали вы обнаружили, что размер 25 мм (стороны прямоугольного контура, рис. 9.1) выполнен «в плюсе», например 25,02 мм. Может быть, диаметр фрезы оказался чуть меньшим (последствия износа или погрешность измерения), а может, ее немного отжимало при обработке. В любом случае, инструмента с идеальными размерами не существует. Однако чертеж требует, чтобы этот размер был выполнен «в номинале» или «в минусе», например 25–0,02 мм. Что же делать? Нужно просто уменьшить значение радиуса в корректоре с 4,5 мм до 4,49 мм (табл. 9.5) и запустить программу на выполнение еще раз. В этом случае система ЧПУ будет считать, что мы используем инструмент с меньшим радиусом, и сместит (приблизит) траекторию центра инструмента на 4,49 мм относительно исходного контура. Так как на самом деле используется фреза с радиусом 4,5 мм, то контур после обработки окажется меньше на 0,02 мм (при обработке уменьшится по 0,01 мм с каждой стороны), то есть мы получим требуемый размер 25 мм.
Таблица 9.5. Новое значение в корректоре для инструмента № 2
| № инструмента | Длина | Радиус | Другие параметры |
|---|---|---|---|
| 1 | 100,82 | 5 | … |
| 2 | 87,67 | 4,49 | … |
| 3 | 133,45 | 6 | … |
| … | … | … | … |
Если увеличить числовое значение в корректоре, например, до 5 мм, то фреза не дойдет 0,5 мм до обрабатываемого контура. Таким образом, «играя» значениями радиусов в корректорах, можно получать размеры детали в пределах допусков, указанных на чертеже, без пересчета программы.
Еще одним преимуществом от использования функции автоматической коррекции радиуса инструмента является возможность работать непосредственно с чертежным контуром детали. То есть координаты практически всех опорных точек очевидны, их можно «взять» прямо с чертежа без каких-либо дополнительных расчетов. Это также в значительной мере позволяет упростить процесс написания УП.
Активация, подвод и отвод
Для того чтобы система ЧПУ успела выполнить смещение относительно запрограммированного контура, необходимо добавить к исходной траектории участок подвода. На этом участке происходит активация автоматической коррекции радиуса инструмента.
Большинству систем для активации коррекции требуется пройти расстояние, не меньшее величины радиуса инструмента. То есть если диаметр инструмента равен 9 мм, то, прежде чем приступить к обработке контура с коррекцией, необходимо запрограммировать прямолинейное перемещение на расстояние не менее 4,5 мм. Кстати, прежде чем активировать коррекцию на радиус, не забудьте выполнить компенсацию длины инструмента. Посмотрите внимательно на кадр N114 в созданной ранее программе:
 Рис. 9.9. Прямолинейный участок для активации коррекции и участок плавного подхода (по касательной) к контуру |
В этом кадре находятся код G41, слово данных D2 и запрограммировано линейное перемещение в Х-9 (перемещение из позиции № 1 в позицию № 2). Код G41 включает коррекцию слева, D2 считывает значение радиуса инструмента из корректора № 2, а на участке прямолинейного перемещения происходит смещение инструмента влево относительно запрограммированного контура. Таким образом, к позиции № 2 инструмент подходит уже по смещенной (эквидистантой) траектории. Далее обычно программируют участок плавного подхода инструмента к обрабатываемому контуру – по касательной (из позиции № 2 в позицию № 3, к первой точке контура). Следует заметить, что если подход к контуру осуществляется по прямой линии, то угол подхода должен быть не менее 90°.
Обязательным условием для активации коррекции является наличие именно прямолинейного перемещения на рабочей подаче. При попытке активировать коррекцию на радиус вместе с перемещением по дуге СЧПУ выдаст сообщение об ошибке. Поэтому сначала активируют коррекцию вместе с прямолинейным перемещением, а затем по дуге (или по прямой) осуществляют подход к контуру.
При работе с коррекцией на радиус есть ряд ограничений. Если запрограммированный радиус контура окажется меньше значения радиуса инструмента в корректоре, то СЧПУ может выдать сообщение об ошибке. Многие станки позволяют выполнять коррекцию на радиус только в плоскости X–Y. В некоторых случаях ошибкой будет считаться линейное перемещение с шагом, меньшим, чем значение радиуса инструмента в соответствующем корректоре. Ряд СЧПУ не позволяют, чтобы участок подхода к контуру был менее 90°.
Будьте внимательны при работе с адресом D. Многие СЧПУ хранят информацию о радиусе и длине инструмента в разных корректорах. В табл. 9.4 и 9.5 вы видите, что значения радиуса и длины каждого инструмента находятся в одной строке. Поэтому в УП мы указывали Н- и D-слова данных с одинаковыми числовыми значениями:
…
N108 G43 H2 Z100.
…
N114 G41 D2 X-9. F200
…
…
N108 G43 H1 Z100.
…
N114 G41 D1 X-9. F200
…
Возможна ситуация, когда значения радиуса и длины инструмента находятся в разных корректорах (строках) таблицы инструментов (табл. 9.6):
Таблица 9.6. Область корректоров СЧПУ
| № корректора | Значение |
|---|---|
| 1 | 100,82 |
| 2 | 87,67 |
| 3 | 133,45 |
| … | … |
| 101 | 5 |
| 102 | 4.5 |
| 103 | 23.08 |
| … | … |
В этом случае числовые значения для D- и Н-слов данных будут разными:
…
N108 G43 H2 Z100.
…
N114 G41 D102 X-9. F200
…
После того как инструмент обошел контур полностью, необходимо плавно отвести инструмент и отменить коррекцию при помощи кода G40 или D00. Как и в случае начального подвода инструмента к контуру, отвод от контура выполняется с теми же принципами и условиями. Оптимальный вариант – сначала отход по касательной, затем кадр, содержащий линейное перемещение с кодом отмены коррекции:
| … N124 G3 X59. Y-9. R9. N126 G1 G40 X68. … | Отход от контура по касательной Отмена коррекции на радиус |
Функция автоматической коррекции позволяет работать по одной программе инструментами с различным диаметром. Однако, исходя из перечисленных ограничений, рекомендуется, чтобы расчетный и фактический диаметры инструмента отличались несильно. Например, вы рассчитывали работать фрезой диаметром 10 мм и соответствующим образом составили программу обработки. Вы смело можете изменить значение радиуса в корректоре с 5 мм до 4,5 мм и работать фрезой диаметром 9 мм. Но изменение значения радиуса в корректоре, например, на 30 мм может привести к сообщению об ошибке или зарезу контура.
КОРРЕКЦИЯ НА РАДИУС ИНСТРУМЕНТА
В процессе обработки по запрограммированному контуру, состоящему из линий и дуг, в зависимости от направления резания, инструмент должен быть постоянно ориентированным к обрабатывающей поверхности и быть смещенным, что необходимо для формирования заданного контура поверхности (см. Рис. 13). При этом обычно требуется расчет эквидистантного контура, по нормали к касательной поверхности.
Коррекция на радиус инструмента используется для учета радиуса инструмента для выполнения эквидистантных движений по программируемому контуру.
Рис. 13. Коррекция на радиус инструмента
6.1 Коррекция на радиус инструмента: отмена/слева/справа (G40/G41/G42)
Во время движения по контуру, при активизации режима Коррекции на Радиус Инструмента (КРИ), СЧПУ начинает выполнять расчет эквидистантного контура и смещает инструмент на величину его радиуса, и выполняет движения перпендикулярно к текущей линии поверхности программируемого контура детали с учетом направления движения инструмента и плоскости коррекции (см. Рис. 13). Таким образом, можно не меняя управляющую программу, обрабатывать один и тот же контур детали с инструментами, имеющими разные радиусы.
Для реализации КРИ предусмотрены подготовительные функции группы 6,
состоящие из следующих альтернативных функций:
· G40 Отмена коррекции на радиус инструмента;
· G41 Коррекция на радиус инструмента слева;
· G42 Коррекция на радиус инструмента справа.
G41/G42 X_Y_D_ R_ ; для плоскости XY
G40 X_Y_ R_
G41/G42 X_Z_D_ R_ ; для плоскости XZ
G40 X_Z_ R_
G41/G42 Y_Z_D_ R_ ; для плоскости YZ
G40 Y_Z_ R_
· если в кадре задана функция G41 или G42, вход в режим эквидистатного движения будет выполнен по дуге окружности R ;
· если в кадре задана функция G40, выход из режима эквидистатного движения будет выполнен по дуге окружности R.
Этот параметр может отсутствовать, и в этом случае выполняется вход в режим и выход из режима эквидистантного движения будет выполнен по линии.
Для активации коррекции должны быть определены несколько параметров:
Плоскость. Плоскость коррекции определяется с помощью задания одной из подготовительных функцийПлоскость коррекции должна быть определена заранее до активизации режима коррекции
Направление. Направление и начало коррекции на радиус определяется выбором подготовительных функций G41/Коррекция отменяется с помощью функции G40.
G41 – коррекция слева от контура, смещает инструмент налево от детали, если смотреть по направлению движения инструмента (см. Рис. 14a).
G42 – коррекция справа от контура, смещает инструмент направо от детали, если смотреть по направлению движения инструмента (см. Рис. 14b.)
Два фактора должны учитываться для правильного выбора команд G41 и G42 для режима коррекции:
· направление движения инструмента по часовой стрелке или против нее;
· внутренняя или наружная обработка.
G41 – коррекция слева от контура, используется для наружной обработки при движении по часовой стрелке или для внутренней обработки при движении против часовой стрелки (см. Рис. 15a и 15b).
G42 – коррекция справа от контура, используется для наружной обработки при движении против часовой стрелки или для внутренней обработки при движении по часовой стрелке (см. Рис. 15c и 15d).
Рис. 14 Направление коррекция радиуса инструмента
Рис. 15 Направление обработки для G41 и G42
Режим коррекции на радиус инструмента, установленный однажды, остается активным, пока не будет отменен с помощью G40.
При активизации режима коррекции, СЧПУ берет значение радиуса инструмента из параметра активного корректора D (см. Раздел.1.8).
6.2 Скорость корректирующего движения
Скорость движения центра инструмента на пути коррекции остается той же что и задано функцией подачи в адресе При движении по дуге, это означает, что скорость перемещения режущей кромки (часть инструмента, контактирующая с заготовкой) будет отличаться от запрограммированной на величину отношения Rtool/R arc, где:
Rtool –радиуса инструмента;
R arc – радиус дуги.
6.3 Активизация режима коррекции
Любые действия изменения режима коррекции (активизация, отмена, изменение направления коррекции) выполняются только при активной функции G1, и посредством задания движения после функции изменения режима коррекции.
В кадре активизации, где заданы функции G41 или G42, или сразу вслед за ним, необходимо совершить установочные движения для входа на эквидистатнтную траекторию. При этом инструмент проходит вектор пути (см Рис. 16, 17 и 17A) в зависимости от угла наклона и типа линии (прямая или дуга) первого и второго программных движений после G41, G42.
Рекомендуется перед началом коррекции позиционировать инструмент таким образом, чтобы коррекция выполнялась по нормали к поверхности. Необходимо, чтобы центр радиуса инструмента был удален от обрабатываемой поверхности, как минимум, на величину радиуса инструмента.
Начало Коррекции
Что такое коррекция инструмента на станках с ЧПУ?
Коррекция инструмента на станках с ЧПУ
В управляющей программе (УП) ЧПУ задаются параметры инструмента и его расположение при проведении обработки. Однако в реальных ситуациях он подвергается износу или заменяется новым, что приводит к появлению погрешностей в его размерной настройке. В частности могут использоваться фрезы другого диаметра или резцы с иным вылетом. Для компенсации погрешности и проведения тонкой настройки в станках с ЧПУ закладывается возможность корректировки инструмента. Специальная система способна обеспечить коррекцию геометрии и учет его износа.
По ходу корректировки система проводит перерасчет опорных точек траектории движения инструмента в УП с учетом отклонений. Параметры заносятся в корректоры памяти ЧПУ с целью сохранения и возможности использования в дальнейшем по программируемым адресам (Н — вылет инструмента, D — его диаметр). Коррекция может иметь как знак «+», так и знак «-».
Требования
В станках с ЧПУ устанавливаются рабочие инструменты, аналогичные обычному оборудованию (резцы, фрезы, сверла и т. п.). Однако требования к ним несколько повышаются с учетом необходимости обеспечения точности траектории движения и самой обработки заготовок. Они прежде всего касаются надежности (жесткости) фиксации, чистоты обработки, износостойкости, взаимозаменяемости, возможности автоматической замены. Последнее условие обуславливает применение специальных приспособлений, державок, правящих резцов.
Системы лазерного корректирования
Для точного измерения нужных параметров инструмента в современных станках с ЧПУ, как правило, применяются специальные, бесконтактные лазерные системы. Они с высокой точностью определяют радиусы, длину вылетов, характеристики режущих кромок, что позволяет управляющей системе четко осуществлять коррекцию.
Лазерные приборы отличаются стабильностью и повышенной скоростью измерений. Особой популярностью пользуются компактные модули типа Laser Control. Для настройки особо точных инструментов применяется система Blum, способная корректировать при диаметре рабочего органа 0,1 мкм и скорости вращения до 200 000 об/мин.
Способы коррекции инструмента на станках с ЧПУ
В станках с ЧПУ может использоваться несколько способов коррекции: ручной, программный, линейный. Ниже они рассмотрены подробнее.
Ручной
В некоторых случаях оператор может осуществить ручную корректировку режима. Она заключается в изменении скорости подачи режущего инструмента или заготовки. Так удается погасить возникающую вибрацию, сопровождающуюся гудением. Допустима ручная корректировка при появлении большого количества стружки, способной вызвать поломку механизмов, или обнаружении шероховатости обрабатываемой поверхности выше установленной нормы.
Программный
Система корректировки станков с ЧПУ способна проводить автоматический расчет по программируемому радиусу и длине вылета. В программах предусматриваются: положительное изменение вылета инструмента (функция G43 с командой под адресом D), отрицательное изменение длины (функция G44 с кодовым словом D)и отмена коррекции (функция G49). В разных станках могут применяться иные команды. Они зависят от класса оборудования и его назначения. Так может использоваться универсальная функция отмены G40. Линейная корректировка имеет универсальный код G52.
Линейная коррекция
Она нужна при проведении прямоугольного формообразования и осуществляется только по параллельным осям. При коррекции складывается информация от корректора с данными, заведенными в УП станка, причем знак набирается на пульте. Если корректирующий знак задается самой УП, то сложение производится с этим знаком, без учета знака, внесенного оператором.
Корректировка радиуса
В некоторых современных станках с ЧПУ УП не задает опорные точки траектории, а ведет инструмент непосредственно по контуру заготовки. В этом случае нередко требуется коррекция радиуса движения. Для введения нужного направления в УП используются специфические функции:
Важно! После подачи команд стойка станка сама определяет корректирующие векторы.
Ошибки и способы их избежать
Ошибки в коррекции могут возникать из-за неточностей в выборе или введении УП, а также при использовании инструмента, сведения о котором не заведены в программу или при чрезмерном его износе. Избежать ошибок позволяет система CAD/CAM. Ее введение в УП обеспечит автоматический расчет траектории движения инструмента с учетом используемых приспособлений. При этом команды не выводятся на пульт оператору, а направляются непосредственно на исполнение рабочим органом. Система способна учесть все недочеты и четко осуществить коррекцию, в т. ч. правильно определить степень износа. Предусмотрена функция «обратный износ» с противоположным знаком (от заготовки).
Коррекция является обязательной процедурой для станков с ЧПУ. При применении нового инструмента, износе и в ряде других обстоятельств внесение изменений в траекторию движения необходимо для обеспечения заданной точности обработки. Современные программы эффективно справляются с такой задачей.