Что такое нулевая точка станка
§ 3. Программирование ЧПУ. Нулевая точка станка
Однако инженер-программист при разработке управляющих программ не учитывает положение ноля станка, т.к. это потребовало бы обеспечить точное положение заготовки относительно данной точки отсчета, что значительно затрудняет процесс наладки станка на обработку.
Наиболее простым способом является задание некой ключевой точки на детали, когда все управляющие программы выводятся от данной точки. Как правило, такой ключевой точкой в плоскости XY являются угол заготовки, габаритный центр заготовки, центр отверстия, по оси Z – это либо верхняя плоскость, либо основание стола. Также в качестве точки отсчета предпочтительно иметь некую конструкторскую базу, от которой задается цепочка размеров, или технологическую базу, но не всегда это возможно осуществить на практике. На рисунке ниже показано создание начала отсчета УП в системе PowerMILL по ключевым точкам заготовки.
Как же произвести обработку, имея две нулевые точки: станка и детали?
Для этого оператор производит нахождение положения нулевой точки детали в системе координат станка. На рисунке ниже нулевая точка находится в левом верхнем углу, а ноль детали в углу заготовки, необходимо найти размеры Xd, Yd, Zd. Процесс нахождения данных размеров называется «привязкой» к заготовке или установкой ноля детали.
На рисунке ниже показано окно задания рабочих смещений для системы ЧПУ Siemens840D.
Фрагмент УП с заданием рабочей системы координат:
Нулевая точка станка с ЧПУ
Для того чтобы отсчет перемещений узлов по осям X и Y всегда был положительным, нуль станка М размещают в одном из углов рабочей зоны станка (рис. 1, б). Рабочая зона для фрезерного станка — параллелепипед, образованный линиями возможного смещения точки F по осям X и Y, который определяет границы обработки при программировании перемещений. Нулевые точки токарного станка с ЧПУ располагаются всегда в фиксированной точке N на оси торца шпинделя (см. Фиксированная точка станка с ЧПУ, рис. 1, α).
Таким образом, если на станке обрабатывать деталь с использованием абсолютного отсчета, то все ее координаты должны быть определены относительно нулевой точки станка c ЧПУ. Движение рабочих органов задаются в управляющей программе в этом случае в системе координат станка. Рабочие органы станка можно переместить в нулевую точку либо соответствующей командой, заданной в управляющей программе, либо при нажатии соответствующей кнопки с пульта станка.
Рис. 1. Позиция нулевой точки станка с ЧПУ (М) на фрезерном станке: α — начало системы координат расположено в фиксированной точке стола станка F (центре базового отверстия); б — начало системы координат станка расположено в углу рабочей зоны
Нулевая точка станка
В качестве начала координат системы координат станка принимаетсянулевая точка станка (ноль станка). Обозначается пиктограммой 
и буквой М.Относительно нее перемещения всех узлов станка описываются только положительными координатами. Положение этой точки на станке устанавливается производителем и не подлежит изменению.
Относительно этой точки задаются абсолютные размеры перемещений рабочих органов станка. Нулевая точка может быть задана жёстко (фиксированный ноль) или программироваться при настройке станка (плавающий ноль).
Плавающий ноль – свойство устройства числового программного управления помещать начало отсчёта СКС в любое положение относительно фиксированной нулевой точки станка.
Как правило, у токарных станков точка М располагается на оси вращения шпинделя на его базовом торце; у вертикально-фрезерных станков – на левом углу рабочего стола с лицевой стороны станка.
После включения станка необходимо переместить исполнительные органы в его нулевую точку, для того чтобы СЧПУ смогла определить или «обнулить» их машинную позицию или другими словами нужно синхронизировать СЧПУ и станок. Это связано с тем, что в момент включения станка, СЧПУ еще не знает реального положения исполнительных органов и если не выполнить возврата в нуль, то станок просто «откажется» работать. Когда исполнительный орган приходит в нулевую точку станка, то происходит замыкание контактов специального датчика или конечного выключателя. СЧПУ получает электрический сигнал и машинная позиция обнуляется. Процедура возврата в нуль станка является стандартной и для ее осуществления любой станок имеет специальным режим и соответствующие клавиши на панели УЧПУ.
 |
а) б)
У станков различных типов и моделей системы координат располагают по-разному. Положения осей координат станков различных типов приведены на рис.4-7. На рис. 6,а показана СКС сверлильного, станка с револьверной головкой, типа 2Н185. Деталь устанавливается на столе 1, при этом вертикальная подача осуществляется перемещением револьверной головки 2. При движении в положительном направлении инструмент должен удаляться от заготовки, следовательно, ось Z будет направлена вверх.
На рис.6,б показана СКС многооперационного станка типа ИР500, где 1 стол станка, 2 колонна. Для этого станка движение подачи параллельно оси шпинделя 4 осуществляется перемещением колонны 2 со шпиндельной бабкой 3, чем обусловлено направление оси Z
 |
а) б)
11 способов найти нулевую точку на вашем станке с ЧПУ
Первое, что вам нужно сделать, прежде чем вы начнете обработку детали, это сообщить станку, где находится ноль детали. Ноль детали — это точка отсчета, соответствующая координате 0, 0 на чертеже САПР, который вы использовали для всей своей работы CAM или для генерации g-кода вашей программы обработки детали. Она также называется «Program Zero», или X0Y0Z0 в программе g-code или Part Zero. Между прочим, определение местоположения нулевой точки часто называют «касанием». Каждый оператор ЧПУ станка должен уметь выполнить этот простой шаг, и часто полезно иметь более одного способа нати нулевую точку. Трудоемкость не одинакова для каждого из этих способов, и некоторые из них лучше подходят для одних случаев, а другие — для других. Понимание всего арсенала методов поможет вам стать эффективнее, выбирая лучший для каждой новой задачи.
Вот несколько методов на выбор:
Метод 1: используйте Edge Finder
Edge Finders — это, безусловно, самый распространенный способ найти нулевую деталь, поэтому мы начнем с этого. Чтобы использовать этот метод, вставьте деталь в тиски или приспособление для фрезерования. Обычно угловую часть делают нулевой. Поскольку вы будете начинать (обычно) с необработанного материала, важно оставить некоторый припуск на обработку в вашем чертеже САПР.
Edge Finders бывают разных видов, но мы сгруппируем их по механическим и электрическим категориям. Электрические кромкоискатели загораются и / или издают звуковой сигнал при контакте с заготовкой. Они полагаются на то, что заготовка является электропроводной, поэтому цепь замыкается, когда кромкоискатель касается заготовки. Вот типичный электрический кромкоискатель:
Подобные электрические кромкоискатели чрезвычайно просты в использовании и относительно дешевы. Основные их недостатки, низкая точность у тех, где есть подвижные шарики, и чрезмерная хрупкость у тех где нет подвижных частей. Их довольно легко сломать, если вы двигаетесь слишком далеко или слишком быстро.
Механические кромкоискатели существуют уже давно. Они работают, вращаясь на довольно низких оборотах (осторожно!), И когда вы чуть-чуть проезжаете край, они «выскакивают». Это видео от Tormach дает отличный пример механических и электронных кромкоискателей в действии:
При использовании кромкоискателя, вы просто ищите кромку, соответствующую каждой оси, X и Y, и обнуляете координаты станка. Обратите внимание, что при обнулении необходимо учитывать радиус наконечника!
Метод 2: используйте 3D-тестер
Я заплатил больше, когда купил свой — на самом деле, намного больше, так как сначала я купил дешевый китайский клон, пожалел об этом, а затем купил настоящую вещь. Это популярный, но чрезвычайно точный и простой в использовании кромкоискатель. Вы вставляете его в свой шпиндель и используете, чтобы найти нулевую точку детали, кромки, углы, щечки тисков и всевозможные другие общие задачи настройки. Секрет популярности в том, что этот способ быстрее и проще, чем другие методы.
Эти прецизионные измерительные инструменты немецкого производства настолько удобны для выполнения множества задач по настройке, что я постоянно держу один в держателе инструмента и видел, как многие другие специалисты с ЧПУ делают то же самое.
Для поиска Part Zero используйте 3D Taster так же, как и кромкоискатели.
Метод 3: выберите фиксированное место на тисках или приспособлении
Это мой любимый метод, потому что он требует меньше всего времени и усилий для каждой настройки, хотя требует небольшой предварительной настройки один раз.
В двух других методах вы должны находить нулевую точку каждый раз, когда вы устанавливаете новую деталь на станок. С помощью этого метода вы найдете нуль один раз, потому что он связан с удержанием заготовки. Приведу пример. Предположим, вы используете угол фиксированной губки тисков:
Это огромная экономия времени, потому что большую часть времени тиски находятся на вашем рабочем столе. Пока вы проектируете свои детали с идеей, что угол губок тисков представляет собой нулевую точку, вы можете вставить деталь в губки и начать обработку без измерения нулевой точки детали, по крайней мере, без измерения X и Y. В Измерить и обнулить начало координат вам необходимо только если тиски двигаются или вы меняете исходное положение. Возможно, вам придется провести повторные измерения, если на ваших машинах также отсутствуют переключатели исходного положения. Но в любом случае, вы будете устанавливать ноль детали намного реже, и это сэкономит ваше время.
Метод 4: Чтобы найти нулевую точку используйте какой-либо стоп
На картинке выше показан стопор тисков, который я сделал давным-давно. Вы можете установить упор, чтобы повторно выставить деталь по некоторому нулю, относительно которого вы выставляете заготовку.
Вы можете разместить упоры на крепежной пластине. Наконец, вы даже можете получить стопы, которые подходят для Т-образных пазов, например, такие:
Метод 5: используйте камеру или прицел чтобы найти нулевую точку
Центрирующие прицелы существуют уже давно, и при достаточном внимании и увеличении они могут быть довольно точными:
Предупреждаю, что эти центрирующие прицелы трудно увидеть. Иногда оптика не ахти и изображение может быть довольно тусклым. Помогает достаточное освещение, возможно, от дополнительной лампы. Но более современный подход — использовать цифровую камеру с увеличением. Этот снимок центрирующего прицела фрезерного станка Beatty Robotics:
Обратите внимание, что камера смещена от оси шпинделя. Это смещение фиксировано и может быть учтено при обнулении. Есть также камеры, которые устанавливаются прямо в держателе инструмента и смотрят вниз по оси шпинделя.
Метод 6: обнуление элемента детали
Это не полностью независимый метод, потому что вам нужно использовать один из других методов для правильного определения местоположения детали. Но это чрезвычайно полезно для второстепенных операций и случаев, когда вам нужно положить на машину что-то для ремонта или переделки, а не грубый кусок материала. Идея сводится к нулю какой-то особенности детали. Например, мы использовали точечное сверление ямочки с цифровой камерой выше. Фактически, определение местоположения отверстий может быть выполнено очень точно, так что это довольно распространенный тип функции. Конечно, функция не обязательно должна быть нулевой. Он просто должен быть расположен по известному смещению, чтобы после того, как вы нашли элемент, вы могли применить смещение, чтобы получить ноль детали.
Метод 7: бумага Endmill Plus, датчик или измерительный блок
Поиск нулевой детали с помощью концевой фрезы — еще один очень распространенный подход. Идея состоит в том, чтобы подойти к детали с помощью концевой фрезы и использовать какую-либо прокладку, чтобы концевая фреза фактически не контактировала с деталью. Обычные прокладки включают лист бумаги, щуп или измерительный блок. За исключением бумаги, шпиндель должен оставался неподвижным.
Однажды я провел несколько экспериментов, чтобы попытаться определить, насколько точен такой метод. Вот что я нашел из нескольких методов касания в Z:
Прикосновение на ощупь : для моего 1-го метода при остановленном шпинделе подведите резак на верхнюю часть заготовки. Обнулите УЦИ и двигайтесь оттуда. Это дало результат с ошибкой 0,3 мм. Не очень хорошо! Ошибка была относительно повторяемой. В итоге разрез оказался на 0,3мм дюйма глубже, чем хотелось. Это также не особенно хорошо для фрезы или подшипников шпинделя, если вы не будете осторожны.
Отключение по звуку : во второй попытке я осторожно опустил шпиндель под напряжением и прислушался, когда резак начал резать. Этот метод оказался немного более точным, и в результате получился разрез на 0,2 мм. Все еще не очень хорошо.
Прикосновение к бумаге : традиционный метод старой школы заключается в том, чтобы держать кусок сигаретной бумаги (по слухам, толщиной ровно 0,1 мм) на заготовке и постепенно опускать резак, пока он не начнет захватывать бумагу. Добавьте еще 0,01мм, и вы на нуле! Не имея сигаретной бумаги, я использовал стандартную бумагу для лазерных принтеров. Я отрезал полоску шириной 20 мм, чтобы я мог держаться за один конец с безопасного расстояния, и ждал, пока резак схватится. В моем случае я получил 0,25, а не 0,1 ″, но, по крайней мере, это было красивое круглое число и довольно повторяемое.
Устройство предварительной настройки оси Z : Последним в тестах был дешевый модуль предварительной настройки оси Z, который я купил на eBay.
Как это работает? Просто! Если вы нажмете пальцем на наковальню сверху до упора, у вас будет ровно 2 дюйма от верха наковальни до низа гаджета. В этом положении вы поворачиваете циферблат до нуля. Установите его на заготовку, опустите резак, пока игла не зарегистрируется, обнулите стрелку, обнулите координаты, и вы должны быть точно на 2 дюйма выше того места, на котором находится устройство предварительной настройки.
Так что, не ожидая многого, я поставил устройство на мой алюминиевый куб в тисках на столе и повернул головку, пока фреза почти не коснулась. Заблокировал шпиндель и проворачивал стрелку с точной регулировкой до тех пор, пока стрелка не обнулилась, обнулил мою нулевую точку, снял устройство предварительной настройки, отмерял еще 2 дюйма с помощью точной настройки, снова обнулил УЦИ, прибавлял 0,010 дюйма для ровного разреза.
Желаемый результат — 2,396 дюйма. Я опустил высотомер, чтобы снять показания, которые были, пожалуйста, барабанная дробь 2.396 ″! Святая сверхъестественная точность, Бэтмен! Китайский предустановщик действительно работал, и он работал хорошо, и хотя стрелка прошла 2 дюйма, а я ожидал худшего, все получилось правильно.
Есть более дорогие и гораздо более приятные и точные устройства, чем то, что есть у меня, поэтому я не вижу ценности в других методах, которые я пробовал. Я скажу, что измерительный блок может быть очень точным. Просто убедитесь, что вы используете првильно Не совершайте толчковые движения с установленным измерительным блоком, так как это плохо для измерительного блока и фрезы.
Метод 8: Найти нулевую точку с помощью лазерного прицела
Этот метод очень нагляден, но не очень точен. Для того чтобы найти нулевую точку. Вы можете установить дешевый лазер в оправку, которая будет проецировать красивое красное лазерное пятно на вашу заготовку, находящуюся на оси шпинделя.
Метод 9: зонд с ЧПУ
Я оставил лучшее напоследок — высококачественный датчик с ЧПУ автоматизирован и может быть более точным, чем любой другой метод. Зонды входят в шпиндель и используют наконечник щупа для измерения детали:
Метод 10: Найти нулевую точку «На глазок»
Используя этот метод, вы написали свою программу обработки детали, предполагающую, что деталь находится на некотором расстоянии внутри заготовки. Это расстояние определяет, насколько точно вы должны определить нулевую точку детали.
Если программа обработки детали написана так, что деталь находится на 4 мм внутри заготовки, нам нужно только убедиться, что заготовка достаточно велика, и что ноль детали заготовки находится в пределах 4 мм от фактическая нулевой точке. Это такая большая погрешность, что вы легко можете увидеть ноль.
Бонус: метод 11: используйте машину для остановки
Вот метод, предложенный нашими читателями — спасибо, ребята!
Вставьте штифт в держатель инструмента, установите его в соответствии с программой обработки детали и позвольте штифту быть упором, когда вы вставляете деталь в тиски. Вам нужно будет компенсировать диаметр штифта в вашей программе.
Это позволяет легко изготавливать детали, которые намного короче или намного длиннее, чем ваши губки тисков. Я делаю нечто подобное на своем токарном станке с ЧПУ все время, когда устанавливаю инструмент так, чтобы я мог подтянуть пруток вверх и использовать инструмент в качестве упора для начала новой детали.
Заключение
Теперь у вас есть 11 способов найти нулевую точку для ваших проектов с ЧПУ. У каждого есть свои сильные и слабые стороны. Есть еще много других методов. Поиск нулевой детали для некоторых видов 5-осевой работы или работы с деталями сложной формы может быть очень сложной задачей.
Расскажите нам, какие ваши любимые методы, которые мы упустили, в комментариях — поделитесь опытом ваших собственных специальных приемов.
Нулевые, исходные и фиксированные точки станка с ЧПУ
Нулевые, исходные и фиксированные точки станка с ЧПУ являются ключевыми точками при настройке управляющей программы. В паспорте выбранного станка с ЧПУ указываются координаты, которые закреплены за конкретным рабочим органом станка, показаны направления координатных осей, начало отсчета по каждой оси и пределы возможных перемещений. Понятие системы координат станка приведено в разделе 2. Для точного и правильного перемещения рабочих органов станка при отработке управляющей программы на станках с ЧПУ задаются нулевые, исходные и фиксированные точки. В ГОСТ 20523–80 даны понятия нулевой, исходной и фиксированной точек станка с ЧПУ.
Фиксированная точка станка ЧПУ N(F) — точка, определенная относительно нулевой точки станка и используемая для определения положения рабочего органа станка.
Нулевая точка станка станка с ЧПУ М — точка, принятая за начало системы координат станка.
Исходная точка станка с ЧПУ R — точка, определенная относительно нулевой точки станка и используемая для начала работы по управляющей программе.
В указанном стандарте приведены также понятия точки начала обработки, нулевой точки детали, исходной точки инструмента.
Точка начала обработки или исходная точка программы Ps — точка, определяющая начало обработки конкретной заготовки.
Нулевая точка детали W — точка детали, относительно которой заданы ее размеры.
Исходная точка инструмента Е — точка, полученная при совмещении точки установки инструмента с фиксированной точкой станка N.
Для указания этих точек в технологической документации в основном используются обозначения, приведенные на рис. 1.
На рис. 2 показано расположение нулевых, исходных и фиксированных точек на токарном и фрезерном станках с ЧПУ.
