Osie sterowania maszyn sterowanych numerycznie
W celu wykonania obróbki materiału za pomocą obrabiarki konieczne jest wykonanie wielu ruchów narzędzia i materiału względem siebie. Ruchy te nie tylko związane są z wykonywaniem obróbki, ale również z czynnościami pomocniczymi niezbędnymi do wykonania obróbki (np. załączenie i wyłączenie chłodzenia, odsunięcie narzędzia o materiału obrabianego itp.). W przypadku sterowania numerycznego wszystkie ruchy i polecenia, które są niezbędne do wykonania obróbki zapisane są w postaci programu obróbki, który steruje poszczególnymi osiami obrabiarki realizującymi określone ruchy.
Program sterujący obrabiarki zapisywany jest w postaci tekstowej. Składa się on z ciągu poleceń zawierających parametry kolejnych ruchów oraz instrukcji pomocniczych. Ponieważ obróbka wiąże się z przemieszczaniem narzędzia względem przedmiotu obrabianego, dlatego wzajemne relacje narzędzie?przedmiot obrabiany winny być zapisane w odpowiednim układzie odniesienia. W obrabiarka sterowanych numerycznie najczęściej stosowany jest kartezjański układ prawoskrętny XYZ wraz z obrotami wokół osi, oznaczając ABC (rys. 8.1).
Rys. 8.1. Osie sterowania obrabiarek
[Źródło: https://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll/csfetch/28705635/PG_0310_pl_plPL.pdf?func=cslib.csFetch&nodeid=46251498&forcedownload=true.]
Pod określeniem oś należy rozumieć kierunek, w którym zespół maszyny może wykonywać ruch liniowy lub obrotowy. Jeżeli dla określonej osi wzajemne położenie narzędzia i przedmiotu oraz wpływ narzędzia na kształt obrabianej powierzchni można zapisać
w postaci zależności matematycznej, to taka oś nazywana jest osią sterowaną. Osie obrabiarek sterowanych numerycznie definiowane są następująco (rys. 8.2):
I. Jako pierwszy definiowany jest kierunek osi Z, który powinien być zgodny lub pokrywać się z osią wrzeciona głównego (przedmiotowego lub narzędziowego).
II. Następnie określany jest kierunek osi X. Jest on prostopadły do kierunku osi Z i na ogół leży w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny mocowania przedmiotu lub prowadnic obrabiarki związanych ze stołem przedmiotowym.
III. W trzeciej kolejności wyznacza się kierunek osi Y, korzystając z właściwości pro stopadłości osi układu współrzędnych.
IV. Zwroty osi – za zwrot dodatni osi uważa się taki, z którym związany jest ruch od strony przedmiotu obrabianego (ruch do materiału wg ujemnego zwrotu osi). Zwroty osi należy tak ustalić, aby spełnić warunek prawoskrętności.
Rys. 8. 2. Położenie układów współrzędnych dla różnych typów obrabiarek
[Źródło: https://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll/csfetch/28705635/PG_0310_pl_plPL.pdf?func=cslib.csFetch&nodeid=46251498&forcedownload=true.]
Podstawową osią układu współrzędnych jest oś Z. Oś ta związana jest z kierunkiem ruchu głównego obrabiarki. Ruch ten może być prostoliniowy (np. na strugarkach) lub obrotowym (np. na tokarkach oraz na frezarkach). Przy ruchu głównym obrotowym oś Z pokrywa się z osią obrotu zespołu wykonującego ten ruch. Na tokarkach będzie to więc oś obrotu wrzeciona przedmiotowego, a na frezarkach – oś obrotu wrzeciona narzędziowego. Dodatni zwrot osi Z odpowiada oddalaniu się narzędzia skrawającego od powierzchni ustalającej przedmiot obrabiany, czyli od powierzchni oporowej szczęk
uchwytu tokarskiego lub od powierzchni stołu frezarki. Osie X, Y leżą w płaszczyźnie ustalania przedmiotu. Oś X – druga co do ważności – pokrywa się na frezarkach z kierunkiem wyznaczonym przez długość stołu. Na tokarkach oś X zajmuje położenie prostopadłe do osi wrzeciona i jest równoległa do prowadnic suportu poprzecznego.
W celu jednoznacznego określenia parametrów geometrycznych ruchu narzędzia względem przedmiotu obrabianego wyodrębnia się układy współrzędnych:
- maszynowy układ współrzędnych;
- bazowy (podstawowy) układ współrzędnych;
- układ współrzędnych przedmiotu.
Maszynowy układ współrzędnych (MKS, niem. Maschinen Koordinaten Systeme) – układ współrzędnych, który tworzą osie sterowane urządzeń sterowanych numerycznie (rys. 8.3). Układ ten związany jest z prowadnicami, łożyskowaniem i innymi elementami konstrukcji posiadającymi niezależne napędy i układy pomiarowe. Układ maszynowy jest obarczony pewnego rodzaju błędami wykonawczymi – nieprostoliniowości osi, nieprostopadłości osi, błędy podziałki itp. Wykonywanie obróbki w oparciu o ten układ uniemożliwia uzyskanie wysokiej dokładności obróbki. Do pewnego stopnia można skompensować wpływ tych błędów na dokładność obróbki poprzez stosowanie kompensacji w programie obróbki.
Rys. 8. 3. Maszynowy układ współrzędnych
[Źródło: https://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll/csfetch/28705635/PG_0310_pl_plPL.pdf?func=cslib.csFetch&nodeid=46251498&forcedownload=true.]
Bazowy (podstawowy) układ współrzędnych (BKS, niem. Basis Koordinaten Systeme) – prostokątny, prawoskrętny układ współrzędnych, stanowiący podstawę do programowania. Jest odniesiony do przedmiotu zamocowanego na obrabiarce, traktowanego jako nieruchomy, przy poruszającym się narzędziu (zakłada się względny ruch narzędzia względem przedmiotu obrabianego). Układ współrzędnych przedmiotu (WKS, niem. Werkstück Koordinaten Systeme) – prostokątny, prawoskrętny układ współrzędnych, związany z przedmiotem obrabianym, służący do programowania obróbki, zapisanej w postaci programu sterującego.
Rys. 8. 4. Zależności pomiędzy układami współrzędnych
[Źródło: https://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll/csfetch/28705635/PG_0310_pl_plPL.pdf?func=cslib.csFetch&nodeid=46251498&forcedownload=true.]
1. Maszynowy układ współrzędnych oraz bazowy układ współrzędnych pokrywają się (transformacja kinematyczna jest nieaktywna).
2. Dzięki przesunięciu bazowemu uzyskuje się układ bazowego przesunięcia punktu zerowego (BNS) punktem zerowym palety.
3. Przez ustawiane przesuniecie punktu zerowego jest ustalany układ ustawianego przesunięcia punktu zerowego”(ENS) dla obrabianego przedmiotu 1 lub przedmiotu 2.
4. Przez programowana transformacje współrzędnych uzyskuje się układ współrzędnych obrabianego przedmiotu (WKS).
Opracowano na podstawie materiałów KOWEZIU.