Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM-система [Андрей Анатольевич Ловыгин] (pdf) читать онлайн

А. А. Ловыгин,
Л. В. Теверовский

Современный станок с ЧПУ
и CAD/CAM-система

Москва, 2012

УДК 004.451:004.43***
ББК 32.973.26-018.2***
Л68

Л68

Ловыгин А. А., Теверовский Л. В.
Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM-система. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 279 с.:
ил.
ISBN 978-5-94074-560-0
Вы держите в руках уже третье, на этот раз полноцветное издание книги, которое адресовано всем, кто хочет быстро разобраться с основами автоматизированного программирования обработки на станках с ЧПУ: студентам и выпускникам технических колледжей и вузов, инженерам-технологам, инженерам-конструкторам,
операторам и наладчикам станков с ЧПУ, руководителям участков механической
обработки. Мы постарались не только максимально доходчиво описать конструкцию и принципы работы современного фрезерного станка с ЧПУ, процесс создания
управляющей программы, основы работы в CAD/САМ-системе, но и сделать так,
чтобы книгу было приятно держать в руках и пользоваться ею каждый рабочий день.
К книге прилагается DVD, содержащий авторские видеокурсы по CAM-системе
и постпроцессоры на различные станки с ЧПУ, которые помогут вам оперативно
перейти от теоретических знаний к практической работе с современным металлорежущим оборудованием.
УДК 004.451:004.43***
ББК 32.973.26-018.2***

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой
бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность
технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную
точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

ISBN 978-5-94074-560-0

© Ловыгин А. А., Теверовский Л. В., 2012
© Оформление, ДМК Пресс, 2012

Содержание
Глава 1
ОСНОВЫ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ .............. 10
1.1. Автоматическое управление .......................................................... 10
1.2. Особенности устройства и конструкции фрезерного станка
с ЧПУ .................................................................................................... 12
1.3. Функциональные составляющие (подсистемы) ЧПУ ....................... 14
1.3.1. Подсистема управления ......................................................... 14
1.3.2. Подсистема приводов ............................................................ 16
Высокоточные ходовые винты .......................................................... 16
Двигатели ..................................................................................... 16
1.3.3. Подсистема обратной связи ................................................... 18
Датчики, используемые для определения положения .......................... 18
Датчики состояния исполнительных органов ...................................... 20
1.3.4. Функционирование системы ЧПУ ............................................ 21
1.4. Языки для программирования обработки ....................................... 23
Краткое изложение главы ..................................................................... 24
Вопросы ............................................................................................... 24

Глава 2
ОСНОВЫ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ ....................................................... 25
2.1. Процесс фрезерования .................................................................. 25
2.2. Режущий инструмент ..................................................................... 27
2.3. Вспомогательный инструмент ........................................................ 33
2.4. Основные определения и формулы ................................................ 34
2.5. Рекомендации по фрезерованию ................................................... 35
Краткое изложение главы ..................................................................... 38
Вопросы ............................................................................................... 38

Глава 3
ВВЕДЕНИЕ В ПРОГРАММИРОВАНИЕ ОБРАБОТКИ........................ 39
3.1. Прямоугольная система координат ................................................ 39
3.2. Написание простой управляющей программы ............................... 40
3.3. Создание УП на персональном компьютере ................................... 43
3.4. Передача управляющей программы на станок ............................... 47

4

Содержание

3.5. Проверка управляющей программы на станке................................ 49
Общие сведения ............................................................................ 49
Тестовые режимы станка с ЧПУ ........................................................ 50
Последовательность полной проверки УП .......................................... 51
3.6. Советы по технике безопасности при эксплуатации станков с ЧПУ.... 52
Краткое изложение главы ..................................................................... 54
Вопросы ............................................................................................... 54

Глава 4
СТАНОЧНАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ ................................................. 55
4.1. Нулевая точка станка и направления перемещений........................ 55
4.2. Нулевая точка программы и рабочая система координат ............... 59
4.3. Компенсация длины инструмента .................................................. 62
4.4. Абсолютные и относительные координаты ..................................... 64
4.5. Комментарии в УП и карта наладки ................................................ 65
Краткое изложение главы ..................................................................... 68
Вопросы ............................................................................................... 68

Глава 5
СТРУКТУРА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ .................................... 69
5.1. G- и М-коды ................................................................................... 69
5.2. Структура программы .................................................................... 70
5.3. Слово данных, адрес и число.......................................................... 73
5.4. Модальные и немодальные коды .................................................... 74
5.5. Формат программы ........................................................................ 75
5.6. Строка безопасности ..................................................................... 78
5.7. Важность форматирования УП ....................................................... 79
Краткое изложение главы ..................................................................... 80
Вопросы ............................................................................................... 81

Глава 6
БАЗОВЫЕ G-КОДЫ .............................................................................. 82
Введение .............................................................................................. 82
6.1. Ускоренное перемещение – G00 .................................................... 83
6.2. Линейная интерполяция – G01 ....................................................... 85
6.3. Круговая интерполяция – G02 и G03 ............................................... 86
Дуга с I, J, К ................................................................................... 87
Дуга с R......................................................................................... 88
Использование G02 и G03................................................................ 89
Краткое изложение главы ..................................................................... 91
Вопросы ............................................................................................... 91

Содержание

5

Глава 7
БАЗОВЫЕ М-КОДЫ .............................................................................. 92
Введение .............................................................................................. 92
7.1. Останов выполнения управляющей программы – М00 и М01 ......... 93
7.2. Управление вращением шпинделя – М03, М04, М05 ...................... 94
7.3. Управление подачей СОЖ – М07, М08, М09 ................................... 96
7.4. Автоматическая смена инструмента – М06..................................... 97
7.5. Завершение программы – М30 и М02 .......................................... 100
Краткое изложение главы ................................................................... 100
Вопросы ............................................................................................. 101

Глава 8
ПОСТОЯННЫЕ ЦИКЛЫ СТАНКА С ЧПУ............................................ 102
Введение ............................................................................................ 102
8.1. Стандартный цикл сверления и цикл сверления с выдержкой....... 105
8.2. Относительные координаты в постоянном цикле.......................... 107
8.3. Циклы прерывистого сверления ................................................... 108
8.4. Циклы нарезания резьбы ............................................................. 110
8.5. Циклы растачивания..................................................................... 111
8.6. Примеры программ на сверление отверстий при помощи
постоянных циклов ............................................................................. 112
Пример № 1................................................................................. 112
Пример № 2................................................................................. 113
Краткое изложение главы ................................................................... 115
Вопросы ............................................................................................. 116

Глава 9
АВТОМАТИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯ РАДИУСА ИНСТРУМЕНТА ...... 117
9.1. Основные принципы..................................................................... 117
9.2. Использование автоматической коррекции на радиус
инструмента ....................................................................................... 122
9.3. Активация, подвод и отвод ........................................................... 123
Краткое изложение главы ................................................................... 125
Вопросы ............................................................................................. 125

Глава 10
ОСНОВЫ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ ................... 127
10.1. Подпрограмма ........................................................................... 127
10.2. Работа с осью вращения (4-ой координатой).............................. 131
10.3. Параметрическое программирование ........................................ 134

6

Содержание

Краткое изложение главы ................................................................... 145
Вопросы ............................................................................................. 146

Глава 11
ПРИМЕРЫ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ....................................... 147
11.1. Программирование в ISO ........................................................... 147
Пример № 1. Контурная обработка ................................................. 147
Пример № 2. Контурная обработка с коррекцией на радиус
инструмента ................................................................................
Пример № 3. Контурная обработка .................................................
Пример № 4. Контурная обработка с коррекцией на радиус
инструмента ................................................................................
Пример № 5. Фрезерование прямоугольного кармана .......................
Пример № 6. Фрезерование круглого кармана .................................

148
150

151
152
154
11.2. Программирование для Heidenhain ............................................ 155
Пример № 1. Контурная обработка ................................................. 156
Пример № 2. Контурная обработка с коррекцией на радиус
инструмента ................................................................................ 157
Пример № 3. Сверление 7 отверстий диаметром 3 мм и глубиной
6,5 мм с помощью постоянного цикла Heidenhain ............................. 158

Глава 12
CAD/CAM .............................................................................................. 159
12.1. Методы программирования ....................................................... 159
12.2. Что такое CAD и САМ? ................................................................ 160
12.3. Общая схема работы с CAD/САМ-системой ............................... 160
12.4. Виды моделирования ................................................................. 162
12.5. Уровни САМ-системы ................................................................. 165
12.6. Геометрия и траектория ............................................................. 166
12.7. Алгоритм работы в САМ-системе ............................................... 167
12.7.1. Выбор геометрии ................................................................ 167
12.7.2. Выбор стратегии и инструмента, назначение параметров
обработки ...................................................................................... 169
Плоская обработка ....................................................................... 170
Объемная обработка .................................................................... 171
12.7.3. Бэкплот и верификация ...................................................... 175
12.7.4. Постпроцессирование ........................................................ 177
12.7.5. Передача УП на станок с ЧПУ .............................................. 180
12.8. Ассоциативность ........................................................................ 181
12.9. Пятикоординатное фрезерование и ЗD-коррекция .................... 181

Содержание

7

12.10. Высокоскоростная обработка (ВСО) ......................................... 183
12.11. Требования к современной САМ-системе ................................ 185

Глава 13
СИСТЕМА ТРЕХМЕРНОГО ТВЕРДОТЕЛЬНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПАС-3D ..................................................... 188
Классические твердотельные операции .......................................... 188
13.1. Твердотельное моделирование .................................................. 190
13.2. Поверхностное моделирование.................................................. 200
13.3. Моделирование деталей из листового материала ...................... 207
13.4. Экспорт геометрии..................................................................... 212

Глава 14
ОСНОВЫ РАБОТЫ В САМ-СИСТЕМЕ ESPRIT ................................ 214
14.1. Общие сведения ........................................................................ 214
14.2. Системные требования .............................................................. 215
14.3. Активация лицензии и запуск программы ................................... 215
14.4. Интерфейс программы ............................................................... 216
14.5. Порядок работы в программе ..................................................... 218
14.6. Создание операций фрезерной обработки ................................. 218

Глава 15
УПРАВЛЕНИЕ СТАНКОМ С ЧПУ ........................................................ 232
15.1. Органы управления .................................................................... 232
15.2. Основные режимы работы .......................................................... 234
15.3. Индикация системы координат................................................... 235
15.4. Установление рабочей системы координат ................................ 235
15.4.1. Алгоритм нахождения нулевой точки детали по оси Z.......... 236
15.4.2. Алгоритм нахождения нулевой точки детали по осям X и Y... 237
15.4.3. Алгоритм нахождения нулевой точки в центре отверстия .... 238
15.5. Измерение инструмента и детали .............................................. 239

Глава 16
СПРАВОЧНИК КОДОВ И СПЕЦИАЛЬНЫХ СИМВОЛОВ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ ..................................................................... 242
16.1. G-коды ....................................................................................... 242
16.2. Адреса/слова данных ................................................................. 259
16.3. М-коды ....................................................................................... 262
16.4. Специальные символы в УП ........................................................ 263

8

Содержание

Глава 17
ПОЛЕЗНЫЕ ПРОГРАММЫ ................................................................ 265
17.1. Мониторинг ЧПУ ......................................................................... 265
Возможности ............................................................................... 266
Контроль в режиме реального времени ........................................... 266
Формирование отчетов и графиков ................................................. 268
Ускорение работы цеховых служб ................................................... 269
Внедрение на предприятии............................................................ 270
17.2. Редактор УП Cimco Edit 6 ............................................................ 270
17.3. Техтран® ..................................................................................... 273
Фрезерная обработка .................................................................... 273
Токарная обработка........................................................................ 274
Токарно-фрезерная обработка ....................................................... 275
Многошпиндельное сверление ...................................................... 275
Раскрой листового материала ........................................................ 276
Листовая штамповка ...................................................................... 277
Электроэрозионная обработка....................................................... 277
Контроль управляющих программ .................................................. 278

Авторы благодарят за помощь в издании книги:
Технический Центр ВариУс и лично Валерия Жовтобрюх,
компанию НИП-Информатика и лично Александра Лиферова,
компанию АСКОН и лично Дмитрия Оснача.

Глава 1
ОСНОВЫ ЧИСЛОВОГО
ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Автоматическое управление
На сегодняшний день практически каждое предприятие, занимающееся механической обработкой, имеет в своем распоряжении станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Станки с ЧПУ выполняют все те же функции, что и
обычные станки с ручным управлением, однако перемещения исполнительных
органов этих станков управляются электроникой. В чем же основное преимущество станков с ЧПУ и почему все большее число заводов предпочитает вкладывать
деньги именно в современное оборудование с автоматическим управлением, а не
покупать относительно дешевые универсальные
станки?
Первым, очевидным плюсом от использования
станков с ЧПУ является более высокий уровень
автоматизации производства. Случаи вмешательства оператора станка в процесс изготовления детали сведены к минимуму. Станки с ЧПУ могут
работать практически автономно, день за днем, неделю за неделей, выпуская продукцию с неизменно
высоким качеством. При этом главной заботой станочника-оператора являются в основном подготовительно-заключительные операции: установка и
снятие детали, наладка инструмента и т. д. В результате один работник может обслуживать одновременно несколько станков.
Вторым преимуществом является производственная гибкость. Это значит, что для обработки
разных деталей нужно всего лишь заменить программу. А уже проверенная и отработанная программа может быть использована в любой момент
и любое число раз.
Третьим плюсом являются высокая точность
Рис. 1.1. Универсальный
и повторяемость обработки. По одной и той же
сверлильно-фрезерный
станок
программе вы сможете изготовить с требуемым

Автоматическое управление

11

Рис. 1.2. Фрезерный станок с ЧПУ фирмы Doosan

качеством тысячи практически идентичных деталей. Ну и, наконец, числовое
программное управление позволяет обрабатывать такие детали, которые невозможно изготовить на обычном оборудовании. Это детали со сложной пространственной формой, например штампы и пресс-формы.
Стоит отметить, что сама методика работы по программе позволяет более точно предсказывать время обработки некоторой партии деталей и соответственно
более полно загружать оборудование.
Станки с ЧПУ стоят достаточно дорого и требуют больших затрат на установку и обслуживание, чем обычные станки. Тем не менее их высокая производительность легко может перекрыть все затраты при грамотном использовании и
соответствующих объемах производства.
Давайте разберемся, что же такое ЧПУ. Числовое программное управление –
это автоматическое управление станком при помощи компьютера (который находится внутри станка) и программы обработки (управляющей программы).
До изобретения ЧПУ управление станком осуществлялось вручную или механически.
Осевыми перемещениями станка с ЧПУ руководит компьютер, который читает управляющую программу (УП) и выдает команды соответствующим двигателям. Двигатели заставляют перемещаться исполнительные органы станка – рабочий стол или колонну со шпинделем. В результате производится механическая
обработка детали. Датчики, установленные на направляющих, посылают информацию о фактической позиции исполнительного органа обратно в компьютер. Это
называется обратной связью. Как только компьютер узнает о том, что исполнительный орган станка находится в требуемой позиции, он выполняет следующее
перемещение. Такой процесс продолжается, пока чтение управляющей программы не подойдет к концу.

12

Основы числового программного управления

По своей конструкции и внешнему виду станки с ЧПУ похожи на обычные
универсальные станки. Единственное внешнее отличие этих двух типов станков заключается в наличии у станка с ЧПУ устройства числового программного
управления (УЧПУ), которое часто называют стойкой ЧПУ.

Рис. 1.3. Стойка ЧПУ Heidenhain TNC

1.2. Особенности устройства
и конструкции фрезерного станка
с ЧПУ
Фрезерные станки с ЧПУ можно классифицировать по различным признакам: по положению шпинделя (вертикальные или горизонтальные), по количеству
управляемых осей или степеней свободы (2, 3, 4 или 5 осей), по точности позиционирования и повторяемости обработки, по количеству используемого инструмента (одно- или многоинструментальные) и т. д.
Рассмотрим конструкцию вертикально-фрезерного станка с ЧПУ (рис. 1.4, 1.5).
Станина (1) предназначена для крепления всех узлов и механизмов станка. Рабочий стол (2) может перемещаться в продольном (влево/вправо) и поперечном
(вперед/назад) направлениях по направляющим (3). Пульт управления, или стой-

Особенности устройства и конструкции фрезерного станка с ЧПУ

13

Рис. 1.4. Корпус вертикально-фрезерного станка с ЧПУ

ка ЧПУ (9), закреплен на кронштейне и может быть перемещен в удобное для оператора положение.
На рабочем столе закрепляют заготовки и различные технологические приспособления. Для этого на столе имеются специальные Т-образные пазы. Шпиндель
(4) предназначен для зажима режущего инструмента и придания ему вращения.
Шпиндель закреплен на колонне (5), которая может перемещаться в вертикальном направлении (вверх/вниз). От точности вращения шпинделя, его жесткости
и виброустойчивости в значительной мере зависят точность и качество обработки.
Таким образом, рассматриваемый станок является трехосевым.
Защитные кожухи (7) необходимы для обеспечения безопасности. Они защищают оператора станка от летящей стружки и смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), которая подается в зону обработки под давлением. Дверца (6) обеспечивает доступ в рабочую зону станка. В магазине инструментов (8) барабанного
типа находится набор режущих инструментов. При этом взятие необходимого инструмента и фиксация его в шпинделе обеспечиваются устройством автоматической смены инструмента и производятся по определенной команде управляющей
программы.

14

Основы числового программного управления

Рис. 1.5. Конструктивные элементы станка

1.3. Функциональные составляющие
(подсистемы) ЧПУ
Для того чтобы сделать из обычного станка с ручным управлением станок
с ЧПУ, необходимо внедрить определенные компоненты в его конструкцию. Недостаточно просто подключить станок к компьютеру, чтобы он работал по программе, – необходимо модернизировать механическую и электронную «начинку»
станка. Давайте посмотрим, как устроена система ЧПУ (СЧПУ) на большинстве
современных станков.
Условно СЧПУ можно разделить на три подсистемы:
‰ подсистему управления;
‰ подсистему приводов;
‰ подсистему обратной связи.
Далее в этом разделе мы подробнее остановимся на каждой из данных подсистем.

1.3.1. Подсистема управления
Центральной частью всей СЧПУ является подсистема управления. С одной
стороны, она читает управляющую программу и отдает команды различным агрегатам станка на выполнение тех или иных операций. С другой – взаимодействует
с человеком, позволяя оператору станка контролировать процесс обработки.

Функциональные составляющие (подсистемы) ЧПУ

15

Сердцем подсистемы управления является контроллер (процессор), который обычно расположен в корпусе стойки ЧПУ. Сама стойка имеет набор кнопок
и экран (все вместе называется пользовательским интерфейсом) для ввода и вывода необходимой информации.
Системы управления могут быть как закрытыми, так и открытыми, ПК-совместимыми. Закрытые системы управления имеют собственные алгоритмы и
циклы работы, собственную логику. Производители таких систем, как правило,
не распространяют информацию об их архитектуре. Скорее всего, вы не сможете
самостоятельно обновить программное обеспечение и редактировать настройки
такой системы. У систем закрытого типа есть важное преимущество – они, как
правило, имеют высокую надежность, так как все компоненты системы прошли
тестирование на совместимость.
В последнее время стало появляться все больше открытых, ПК-совместимых
систем управления. Их аппаратная начинка практически такая же, как и у вашего
домашнего персонального компьютера. Преимущество такого метода – в доступности и дешевизне электронных компонентов, большинство из которых можно
приобрести в обычном компьютерном магазине, и в возможности обновления
внутреннего программного обеспечения.
Самые современные СЧПУ могут быть оснащены CAM-системой, позволяющей автоматизировать процесс написания УП прямо на станке. Наиболее яркий
пример – системы ЧПУ серии MAPPS IV японских станков Mori Seiki содержат встроенное программное обеспечение ESPRIT от компании DP Technology
(США) и позволяют оператору не только создать УП любой сложности, но и произвести ее всестороннюю проверку.

Рис. 1.6. Стойка MAPPS IV c CAM-системой ESPRIT

16

Основы числового программного управления

1.3.2. Подсистема приводов
Подсистема приводов включает в себя различные двигатели и винтовые передачи для окончательного выполнения команд подсистемы управления – для реализации перемещения исполнительных органов станка.

Высокоточные ходовые винты
Важными компонентами подсистемы приводов являются высокоточные ходовые винты. Вы, наверное, знаете, что на станке с ручным управлением рабочий,
вращая рукоятку, соединенную с ходовым винтом, перемещает рабочий стол. На
днище стола укреплена гайка таким образом, что при повороте винта происходит
линейное перемещение стола.
Усовершенствованный ходовой винт станка с ЧПУ позволяет выполнять перемещение исполнительного органа с минимальным трением и практически без
люфтов. Устранение люфта очень важно по двум причинам. Во-первых, это необходимо для обеспечения сверхточного позиционирования. Во-вторых, только при
соблюдении этого условия возможно нормальное попутное фрезерование.

Двигатели
Второй составляющей подсистемы является двигатель (а точнее – несколько
двигателей). Вращение вала двигателя приводит к повороту высокоточного ходового винта и линейному перемещению рабочего стола или колонны. В конструкции станков используются шаговые электродвигатели и серводвигатели.
Шаговый электродвигатель – это электромеханическое устройство, преобразующее электрический сигнал управления в дискретное механическое перемещение. Существует несколько основных видов шаговых двигателей, отличающихся конструктивным исполнением:
‰ шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением;
‰ шаговые двигатели с постоянным магнитным сопротивлением;
‰ гибридные двигатели.
Принцип работы у всех этих двигателей примерно одинаков и достаточно
прост.
Шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением имеет несколько полюсов на статоре и ротор из магнитно-мягкого материала (реактивный
ротор). На рис. 1.7 показан двигатель, имеющий шесть полюсов на статоре, ротор
с четырьмя зубьями и три независимые обмотки, каждая из которых приходится
на противоположные полюса статора.
При подаче электрического тока в одну из обмоток ротор стремится занять положение, при котором возникший магнитный поток будет замкнут. То есть зубья
ротора будут находиться прямо напротив тех полюсов статора, на обмотки которого подан ток. Если выключить ток в этой обмотке и подать его в следующую
обмотку, то ротор повернется, чтобы в очередной раз замкнуть магнитный поток
своими зубьями. Для непрерывного вращения ротора необходимо попеременно
подавать электрический ток в 1, 2 и 3 обмотки, при этом шаг вращения для представленного двигателя составит 30°.

Функциональные составляющие (подсистемы) ЧПУ

17

Рис. 1.7. Устройство шагового двигателя
с переменным магнитным сопротивлением

Шаговый двигатель с постоянными магнитами состоит из статора с обмотками и ротора с постоянными магнитами. На рис. 1.8 показан двигатель, имеющий
две пары полюсов статора и три пары полюсов ротора. При подаче электрического
тока в одну из обмоток ротор займет положение, при котором разноименные полюса статора и ротора будут находиться напротив друг друга. Для непрерывного
вращения ротора необходимо попеременно подавать электрический ток в 1 и 2
обмотки, при этом шаг вращения составит 30°.

Рис. 1.8. Устройство шагового двигателя
с постоянными магнитами

18

Основы числового программного управления

Большинство современных шаговых электродвигателей являются гибридными, то есть сочетают достоинства двигателей с переменным магнитным полем
и двигателей с постоянными магнитами, имеют гораздо большее число полюсов
статора и зубьев ротора, что обеспечивает меньший шаг вращения.
Когда подсистема управления посылает шаговому двигателю электрический импульс, то происходит поворот на определенный угол, который зависит от
конструкции двигателя (например, 0,7°). Если ходовой винт имеет шаг 1 мм, то
один импульс заставит исполнительный орган станка линейно переместиться на
0,7/360 × 1 = 0,0019 мм. Эта величина называется разрешением системы, или ценой импульса. Нельзя переместить исполнительный орган на величину, меньшую,
чем разрешение системы. Таким образом, вы видите, что существует прямая взаимосвязь между двигателем, ходовым винтом и точностью перемещений станка.
Простота конструкции и легкость управления сделали шаговые электродвигатели очень популярными. Основным минусом двигателей этого типа является их
толчковая или дискретная работа, которая может привести к ухудшению качества
чистовой обработки поверхностей и эффекту «ступенек» при выполнении обработки по наклонной прямой или дуге. Однако шаговые двигатели могут работать
без использования дорогостоящей и сложной обратной связи. Это позволяет создавать недорогие, хотя и не высокоточные станки.
Самые современные станки с ЧПУ не оснащаются шаговыми двигателями. На
смену им пришли серводвигатели, которые имеют более сложную конструкцию.
Серводвигатели, в отличие от шаговых двигателей, работают гладко, имеют лучшие характеристики, но ими тяжелее управлять.
Для работы с серводвигателем необходимо наличие специальных контроллеров и устройств обратной связи, что, несомненно, приводит к увеличению стоимости станка.

1.3.3. Подсистема обратной связи
Подсистема обратной связи главным образом призвана обеспечивать подсистему управления информацией о реальной позиции исполнительного органа
станка и о скорости двигателей. Подсистема обратной связи может быть открытого или замкнутого типа.
Системы открытого типа регистрируют наличие или отсутствие сигнала из
подсистемы управления. К сожалению, они не могут дать информации о реальной
позиции исполнительного органа и скорости двигателей, поэтому в современных
станках с ЧПУ практически не используются.
Системы замкнутого типа используют внешние датчики для проверки необходимых параметров.

Датчики, используемые для определения положения
Как правило, в станках с ЧПУ для определения положения и состояния исполнительных органов используются два типа датчиков: линейные датчики положения и вращающиеся датчики положения.

Функциональные составляющие (подсистемы) ЧПУ

19

Рис. 1.9. Схема обратной связи на станке с ЧПУ

Вращающийся датчик положения (рис. 1.10) крепится на валу двигателя и
позволяет определять его угловое положение. Этот датчик состоит из источника
света, оптического датчика (приемника) и диска с маленькими радиальными прорезями (растрами). Растровый диск укреплен на валу, источник света и оптический датчик находятся с разных сторон от диска.
Когда диск вращается, то лучи проходят сквозь его прорези и падают на оптический датчик. Оптический датчик работает как переключатель, который включается или выключается при попадании на него лучей света. Это дает возможность
определить относительное или абсолютное положение и направление вращения
двигателя. Полученная информация отправляется в подсистему управления.
Все вращающиеся датчики имеют один существенный недостаток. Так как они
устанавливаются непосредственно на валу двигателя, то не могут напрямую измерить линейное положение исполнительного органа станка. Они дают рассчитанное положение, основанное на данных о шаге ходового винта, и в высокоточных
станках для определения линейного положения не применяются. Их можно использовать в конструкции шпинделя для определения числа оборотов при вращении и для нахождения его углового положения.
Линейные датчики положения используются практически во всех современных
станках с ЧПУ для точного определения абсолютной или относительной позиции
исполнительных органов. Датчики содержат два взаимосвязанных узла – растровую
шкалу и считывающую головку (рис. 1.11). Растровая шкала (1), расположенная
вдоль направляющих, представляет собой линейку с маленькими прямоугольными
прорезями (растрами). Считывающая головка, перемещающаяся вместе с исполнительным органом станка, состоит из осветителей (2), фотоприемников (3) и индикаторной пластины (4). Причем осветители и индикаторная пластина находятся
с одной стороны от растровой шкалы, а фотоприемники – с другой.

20

Основы числового программного управления

Рис. 1.10. Вращающийся датчик положения

На индикаторной пластине также присутствуют два растровых участка со
смещенным шагом для формирования двух сигналов. Когда считывающая головка перемещается вдоль растровой шкалы, то световые сигналы от осветителей проходят через индикаторную пластину, затем через шкалу и регистрируются фотоприемниками. Полученные сигналы дают возможность определить
величину и направление перемещения. На растровой шкале может находиться
дополнительная дорожка референтных меток для задания собственного начала
отсчета.
Системе ЧПУ также необходима информация о скорости, ускорении и замедлении исполнительного органа станка. Расчет величины ускорения и замедления
необходим для точного позиционирования. Дело в том, что когда рабочий стол
перемещается в требуемую позицию, он заранее замедляет скорость перемещения,
чтобы «не промахнуться» мимо требуемой координаты.

Датчики состояния исполнительных органов
Кроме вышеперечисленных датчиков, конечно же, используются и другие.
Температурные датчики (термопары) применяют для определения температуры
исполнительных органов, расчета температурного линейного расширения компонентов станка и для контроля над температурой масла и воздуха. Инфракрасные
датчики используются в станочных системах автоматического измерения.

Функционирование системы ЧПУ

21

Рис. 1.11. Линейный датчик положения

1.3.4. Функционирование системы ЧПУ
Мы рассмотрели по отдельности работу трех подсистем, составляющих основу СЧПУ. Теперь поговорим о функционировании всей системы в целом.
Программист создает управляющую программу, в которой содержится закодированная информация о траектории и скорости перемещения исполнительных
органов станка, частоте вращения шпинделя и другие данные, необходимые для
выполнения обработки. Подсистема управления читает эту программу, расшифровывает ее и вырабатывает профиль перемещения.
Профиль перемещения можно представить в виде графика, который показывает, в какой точке должен находиться исполнительный орган станка через
определенные промежутки времени. В соответствии с профилем перемещения
подсистема управления посылает на соответствующий двигатель строго определенное количество электрических импульсов. Двигатель вращает ходовой винт,
и исполнительный орган станка перемещается в указанную позицию (координату). Датчики обратной связи отправляют в подсистему управления информацию
о действительной достигнутой позиции исполнительного органа. Происходит
сравнение фактической и требуемой (теоретической) позиций. Если между
ними есть разница (ошибка перемещения), то подсистема управления посылает
скорректированное на величину ошибки число электрических импульсов на двигатель. Этот процесс повторяется снова и снова, пока исполнительный орган станка не достигнет требуемой позиции с определенной (очень высокой) точностью.
Вообще, некоторая ошибка перемещения присутствовать будет всегда. Главное,
чтобы она была настолько маленькой, что ей можно было бы пренебречь.

22

Основы числового программного управления

Мы рассмотрели простейший вариант – перемещение вдоль одной оси. Давайте
усложним задачу. Пусть требуется переместить рабочий стол прямолинейно, но не
параллельно ни одной из осей станка (рис. 1.12). Для того чтобы выполнить такое
перемещение, система ЧПУ вынуждена строить между точками 1 и 2 множество
опорных точек и двигать рабочий стол по этим точкам «ступенчато», попеременно включая подачу то по одной оси, то по другой. При этом нужно поддерживать
такое соотношение скоростей движения по осям, чтобы траектория перемещения
соответствовала заданной траектории. Работу по расчету этих промежуточных
опорных точек выполняет специальное устройство, входящее в состав подсистемы
управления, – интерполятор. Интерполятор непрерывно в соответствии с заданными перемещениями поддерживает функциональную связь между опорными
точками и оценивает отклонения от заданной траектории, стремясь свести их
к минимуму. Эти «ступеньки» имеют некоторое отклонение от заданной траектории перемещения. Величина отклонения полученной «ступенчатой» траектории
будет равна или кратна цене импульса (разрешению) системы ЧПУ или импульса,
формируемого датчиком обратной связи. Так как в современных станках разрешение системы ЧПУ приближается к 0,001 мм (1 мкм), то получаемое перемещение
можно рассматривать как гладкое.

Рис. 1.12. При перемещении из точки 1 в точку 2
система ЧПУ строит множество опорных точек
и перемещает исполнительный орган «ступенчато»,
попеременно включая подачу то по одной оси,
то по другой

Рассмотренная интерполяция называется линейной. Если же необходимо выполнить перемещение по дуге, то интерполяция будет круговой (рис. 1.13). В случае перемещения по дуге выполняется так называемая линейная аппроксимация
дуги, то есть замена дуги маленькими прямолинейными отрезками. Поэтому исполнительный орган станка также будет двигаться по «ступенчатой» траектории,
которая визуально будет казаться абсолютно гладкой.

Языки для программирования обработки

23

Рис. 1.13. Схема круговой интерполяции

1.4. Языки для программирования
обработки
С момента появления первых станков с ЧПУ до внедрения новейших обрабатывающих центров появились различные языки для программирования обработки. Сегодня программирование в G- и М-кодах является наиболее популярным.
Язык G- и М-кодов основывается на положениях Международной организации
по стандартизации (ISO) и Ассоциации электронной промышленности (EIA).
Официально этот язык считается стандартом для американских и европейских
производителей оборудования с ЧПУ, и иногда его называют «ИСО 7 бит». Однако производители систем ЧПУ хоть и придерживаются этих стандартов для
описания основных функций, но допускают вольности и отступления от правил,
когда речь заходит о каких-либо специальных возможностях своих систем.
Системы ЧПУ Fanuc (Япония) были одними из первых, адаптированных
под работу с G- и М-кодами ISO и использующими этот стандарт наиболее полно. В настоящее время стойки Fanuc являются очень популярными и наиболее
распространенными как за рубежом, так и в России. Поэтому в этой книге основой для описания программирования в G- и М-кодах будет именно стиль СЧПУ
Fanuc.
Стойки ЧПУ других известных производителей, например Heidenhain и Sinumerik (Siemens), также имеют возможности по работе с G- и М-кодами, однако
некоторые коды все же могут отличаться. Но не стоит этого пугаться. Нет никакой
необходимости знать все коды всех систем ЧПУ. Достаточно знать набор основных G- и М-кодов, а о возникшей разнице в программировании специфических
функций можно узнать из документации к конкретной системе. Освоив стиль
программирования Fanuc, скорее всего, вы сможете работать на любом другом
оборудовании с ЧПУ.

24

Основы числового программного управления

Некоторые производители систем ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования. Этот язык упрощает общение с системой, особенно для новых
операторов, так как основой для него служат англоязычные предложения, сокращения, вопросы и графические элементы, которые вводятся оператором станка
в интерактивном режиме.

Краткое изложение главы
‰ Станки с ЧПУ стремительно внедряются в производственную сферу. Теоретически любой станок с ручным управлением может быть модернизирован и превращен в станок с ЧПУ.
‰ Система ЧПУ состоит из подсистемы управления, подсистемы приводов и
подсистемы обратной связи.
‰ Подсистема управления представляет собой компьютер, который читает
управляющую программу и выдает электрические импульсы на двигатели
для выполнения перемещения исполнительных органов станка.
‰ Получая электрические импульсы подсистемы управления, электродвигатель вращает ходовой винт, тем самым обеспечивая перемещение исполнительного органа.
‰ Датчики обратной связи регистрируют фактическое положение исполнительного органа станка и сообщают эту информацию подсистеме управления.
‰ Для программирования обработки на современных станках с ЧПУ используется язык G- и М-кодов (ISO).

Вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Чем станок с ЧПУ отличается от станка с ручным управлением?
Каковы преимущества от использования станков с ЧПУ?
Опишите конструкцию и принцип работы шагового электродвигателя.
Почему в современных станках в основном используются серводвигатели,
а не шаговые электродвигатели?
Перечислите основные составляющие СЧПУ.
Как функционирует подсистема обратной связи?
Назовите основные типы датчиков, которые используются в подсистеме
обратной связи.
Какой язык для программирования обработки на станках с ЧПУ сегодня
является наиболее популярным?

Глава 2
ОСНОВЫ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ
Эта глава в первую очередь предназначена для тех, кто слабо знаком с процессом
механической обработки, режущим и вспомогательным инструментом. Если же
вы хорошо представляете процесс резания, то можете смело приступить к чтению
следующей главы, которая посвящена основам программирования ЧПУ.

2.1. Процесс фрезерования
Существуют различные виды механической обработки: точение, фрезерование, сверление, строгание и т. д. Несмотря на конструкционные отличия станков
и особенности технологий, управляющие программы для фрезерных, токарных,
электроэрозионных, деревообрабатывающих и других станков с ЧПУ создаются
по одному принципу. В этой книге основное внимание будет уделено программированию фрезерной обработки. Освоив эту разностороннюю технологию, вероятнее всего, вы самостоятельно разберетесь и с программированием других видов
обработки. Вспомним некоторые элементы теории фрезерования, которые вам
обязательно пригодятся при создании управляющих программ и работе на станке.

Рис. 2.1. Процесс формирования кармана

26

Основы металлообработки

Процесс фрезерования заключается в срезании с заготовки лишнего слоя материала для получения детали требуемой формы, размеров и шероховатости обработанных поверхностей. При этом на станке осуществляется перемещение инструмента (фрезы) относительно заготовки или, как в нашем случае (для станка
на рис. 1.4–1.5), перемещение заготовки относительно инструмента.
Для осуществления процесса резания необходимо иметь два движения – главное и движение подачи. При фрезеровании главным движением является вращение инструмента, а движением подачи – поступательное движение заготовки.
В процессе резания происходит образование новых поверхностей путем деформирования и отделения поверхностных слоев с образованием стружки.
При обработке различают встречное и попутное фрезерование. Попутное
фрезерование, или фрезерование по подаче, – способ, при котором направления
движения заготовки и вектора скорости резания совпадают. При этом толщина
стружки на входе зуба в резание максимальна и уменьшается до нулевого значения на выходе. При попутном фрезеровании условия входа пластины в резание
более благоприятные. Удается избежать высоких температур в зоне резания и минимизировать склонность материала заготовки к упрочнению. Большаятолщина
стружки является в данном случае преимуществом. Силы резания прижимают заготовку к столу станка, а пластины – в гнезда корпуса, способствуя их надежному
креплению. Попутное фрезерование является предпочтительным при условии,
что жесткость оборудования, крепления и сам обрабатываемый материал позволяют применять данный метод.

Рис. 2.2. Попутное фрезерование

Встречное фрезерование, которое иногда называют традиционным, наблюдается, когда скорости резания и движение подачи заготовки направлены в противоположные стороны. При врезании толщина стружки равна нулю, на выходе –
максимальна. В случае встречного фрезерования, когда пластина начинает работу
со стружкой нулевой толщины, возникают высокие силы трения, отжимающие
фрезу и заготовку друг от друга. В начальный момент врезания зуба процесс ре-

27

Режущий инструмент

Рис. 2.3. Встречное фрезерование

зания больше напоминает выглаживание, с сопутствующими ему высокими температурами и повышенным трением. Зачастую это грозит нежелательным упрочнением поверхностного слоя детали. На выходе из-за большой толщины стружки
в результате внезапной разгрузки зубья фрезы испытывают динамический удар,
приводящий к выкрашиванию и значительному снижению стойкости.
В процессе фрезерования стружка налипает на режущую кромку и препятствует ее работе в следующий момент врезания. При встречном фрезеровании это
может привести к заклиниванию стружки между пластиной и заготовкой и, соответственно, к повреждению пластины. Попутное фрезерование позволяет избежать подобных ситуаций. На современных станках с ЧПУ, которые обладают
высокой жесткостью, виброустойчивостью и у которых отсутствуют люфты в сопряжении ходовой винт-гайка, применяется в основном попутное фрезерование.
Припуск – слой материала заготовки, который необходимо удалить при обработке. Припуск можно удалить в зависимости от его величины за один или несколько проходов фрезы.
Принято различать черновое и чистовое фрезерования. При черновом фрезеровании обработку производят с максимально допустимыми режимами резания
для выборки наибольшего объема материала за минимальное время. При этом, как
правило, оставляют небольшой припуск для последующей чистовой обработки.
Чистовое фрезерование используется для получения деталей с окончательными
размерами и высоким качеством поверхностей.

2.2. Режущий инструмент
Весь инструмент, использующийся в металлообработке, можно условно подразделить на режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики и др.), непосредственно осуществляющий механическую обработку (резание), и вспомогательный,

28

Основы металлообработки

служащий для закрепления режущего инструмента в шпинделе станка (патроны,
державки, оправки).
Станки могут иметь различные базовые конусы шпинделя, а режущий инструмент, в свою очередь, изготавливается с различными видами хвостовиков.
Базовый конус станка – выход шпинделя, выполненный в соответствии с одним из стандартных вариантов исполнения. Различают метрические конусы (7:24
или ISO 7388.1), конусы Морзе (отечественные фрезерные станки или оборудование сверлильной группы), HSK (современные станки, предназначенные для высокоскоростной обработки).
Таким образом, вспомогательный инструмент является неким переходником
между шпинделем станка и режущим инструментом. Совокупность режущего и
вспомогательного инструментов называется инструментальным блоком. Отметим, что в инструментальном блоке могут находиться несколько вспомогательных
инструментов и только один режущий (основной). Большие инструментальные
блоки снижают жесткость технологической системы и уменьшают точность установки режущего инструмента, в результате чего ухудшаются условия обработки и
качество изделия.

Рис. 2.4. Фрезы с механическим креплением режущих пластин

По технологическому признаку различают фрезы для обработки плоскостей,
пазов и шлицев, зубчатых колес, резьбы, фасонных поверхностей, для разрезки
материала и т. д.
По конструктивному признаку различают:
‰ по устройству фрезы (цельные, составные, со вставными зубьями);
‰ по конструкции зуба (с острозаточенными, с затылованными зубьями);

29

Режущий инструмент

‰ по направлению зуба (прямые, наклонные, винтовые зубья);
‰ по способу крепления (насадные, хвостовые – с цилиндрическим или коническим хвостовиком).
По материалу, из которого они изготовлены: быстрорежущая сталь, твердый
сплав и др.
В современной инструментальной практике львиную долю составляет цельный твердосплавный или быстрорежущий инструмент, а также инструмент с механическим креплением режущих частей (пластин).
Твердые сплавы допускают работу со скоростями резания, превышающими
в 5–10 раз скорости обработки быстрорежущими инструментальными сталями,
обладают большей температурной стойкостью и износостойкостью.
При выборе фрезы технолог прежде всего руководствуется следующими параметрами:
‰ диаметр и длина рабочей части;
‰ форма профиля рабочей части;
‰ материал рабочей части;
‰ количество зубьев (режущих граней);
‰ форма и размер крепежной части.

Рис. 2.5. Цельные концевые фрезы

Обычная концевая фреза имеет несколько режущих зубьев (2, 3, 4, 6 или 8)
и прямоугольный профиль режущей части. Зубья фрезы разделены винтовыми
канавками, которые обеспечивают отвод стружки из зоны резания. В случае, когда необходимо получить переход от одной поверхности к другой с определенным
радиусом, применяют фрезы со сферическим концом или с небольшим радиусом
в основании профиля. Фрезы со сферическим концом и шаровые фрезы часто используются при обработке поверхностей сложной формы, например штампов и
пресс-форм. Конические фрезы предназначены для фрезерования наклонных поверхностей и поднутрений.

30

Основы металлообработки

Концевые фрезы наиболее универсальны – они позволяют обрабатывать плоскости, пазы и уступы. Существуют и другие типы фрез: торцовые, дисковые, пазовые. Эти фрезы, как правило, служат для выполнения фрезерных операций «узкой» направленности. Например, торцовая фреза – это лучший инструмент для
фрезерования открытой плоскости, а дисковая – для обработки глубокого узкого
паза за один проход.

Рис. 2.6. Торцовая фреза и режущая пластина

Широкое распространение получили фрезы с механическим креплением
пластин из твердого сплава и других инструментальных материалов. На корпусах
таких фрез имеются специальные посадочные места, в которые устанавливаются
пластины. Крепление пластин к стальному корпусу, как правило, осуществляется
при помощи обычных винтов. Пластины имеют несколько граней, и в случае износа одной из них существует возможность развернуть пластину «свежей» гранью.
Когда износятся все грани, то пластину можно выбросить и поставить новую. Получается очень экономичное решение, поскольку цельные твердосплавные фрезы
стоят довольно дорого. Современные режущие пластины проектируются с учетом
работы в различных условиях и отличаются геометрией передней поверхности.
Шаг зубьев фрезы может быть крупным, нормальным и мелким. Фрезы с различным шагом зубьев предназначены для различных условий обработки с точки
зрения ее стабильности, энергозатрат и наличия склонности к вибрациям. Уменьшенное количество пластин – стандартное решение для производительной обработки при недостаточной мощности станка или низкой жесткости системы СПИД
(станок – приспособление – инструмент – деталь). Фрезы с нормальным шагом
универсальны для большинства операций. Мелкий шаг или максимальное число
пластин на корпусе фрезы данного диаметра рекомендуется использовать для обработки при высокой жесткости системы СПИД, а также при фрезеровании материалов, дающих элементную стружку, титановых и жаропрочных сплавов.

31

Режущий инструмент

На толщину срезаемого слоя при фрезеровании влияет главный угол в плане,
который измеряется между главной режущей кромкой пластины и обрабатываемой поверхностью. Уменьшение угла в плане ведет к образованию более тонкой
стружки для данного диапазона подач. Уменьшение толщины стружки происходит из-за распределения одного и того же объема снимаемого металла на большей
длине режущей кромки. При меньшем угле в плане режущая кромка постепенно
входит в работу и выходит из нее. Это уменьшает радиальную составляющую силы
резания и защищает режущую кромку от возможных поломок. С другой стороны,
неблагоприятным фактором является увеличение осевой составляющей силы резания, что вызывает ухудшение шероховатости поверхности тонкостенных деталей.
При угле в плане 90° сила резания направлена радиально в соответствии с направлением подачи. Основная область применения таких фрез – обработка прямоугольных уступов.

Рис. 2.7. Угол в плане 90°

При работе фрезой с углом в плане 45° осевые и радиальные силы резания
практически одинаковы и потребляемая мощность невысока. Это фрезы универсального применения. Особенно они рекомендуются для обработки материалов,
дающих элементную стружку и склонных к выкрашиванию при значительных
радиальных усилиях на выходе инструмента. При врезании инструмента меньше
нагрузка на режущую кромку и меньше склонность к вибрациям при закреплении
в приспособлениях с небольшими усилиями зажима. Меньшая толщина срезаемого слоя при угле в плане 45° позволяет увеличивать минутную подачу стола, то
есть повысить производительность обработки.
Фрезы с углом в плане 10° рекомендуются для продольного фрезерования
с большими подачами и плунжерного фрезерования, когда характерны небольшие
толщины стружки и высокие скоростные параметры. Преимуществом обработки
такими фрезами являются низкие радиальные усилия резания. А также преобладание осевой составляющей силы резания как при радиальном, так и при осевом
направлении подачи, что уменьшает склонность к вибрациям и предоставляет
большие возможности для увеличения скоростей снятия материала.

32

Основы металлообработки

Рис. 2.8. Угол в плане 45°

У фрез с круглыми пластинами главный угол в плане меняется от 0 до 90° в зависимости от глубины резания. Эти фрезы имеют очень прочную режущую кромку и могут работать при больших подачах, поскольку образуют довольно тонкую
стружку на большой длине режущей кромки. Фрезы с круглыми пластинами рекомендуется применять для обработки труднообрабатываемых материалов, таких
как титан и жаропрочные сплавы. Направление сил резания меняется вдоль радиуса пластины, поэтому направление суммарной нагрузки зависит от глубины резания. Современная геометрия круглых пластин делает их более универсальными,
обеспечивая стабильность процесса резания, меньшую потребляемую мощность
и, соответственно, меньшие требования к жесткости оборудования. В настоящее
время эти фрезы широко используются для снятия больших объемов металла.

Рис. 2.9. Фрезы с круглыми пластинами

Вспомогательный инструмент

33

2.3. Вспомогательный инструмент
Основная задача вспомогательного инструмента – надежная фиксация режущего инструмента в шпинделе и передача ему крутящего момента от станка. В качестве вспомогательного инструмента на операциях фрезерования используют
патроны и оправки.
Оправки главным образом предназначены для операций с большими усилиями резания, таких как торцовое фрезерование, фрезерование пазов дисковыми
фрезами, растачивание отверстий большого диаметра.
Элементом, передающим крутящий момент у оправок, является шпонка, которая предотвращает проворот режущего инструмента относительно оправки. Этим
обеспечиваются надежное закрепление и передача крутящего момента. Однако
оправки не способны обеспечить хорошее центрирование инструмента, поэтому
основное их применение – черновые операции с удалением основного объема материала.
Патроны обеспечивают лучшее центрирование и обычно используются для
зажатия режущих инструментов небольшого размера. Следует различать патроны с механическим креплением режущего инструмента (для сверл, инструментов
с коническими хвостовиками типа конусов Морзе, Whistle Notch, Weldon и др.) и
патроны с упруго-деформируемой зажимной частью (цанговые, гидромеханические, гидропластовые и др.).
Особое внимание следует уделить цанговым патронам (рис. 2.10), которые
наиболее часто используются при работе на станках с ЧПУ. Принцип действия
такого патрона очень прост. В коническое отверстие патрона вставляются смен-

Рис. 2.10. Цанговые патроны и сменные цанги

34

Основы металлообработки

ные цанги. Цанга имеет цилиндрическое отверстие, в которое устанавливается
цилиндрический хвостовик режущего инструмента (диаметр хвостовика режущего инструмента должен соответствовать номеру цанги). При затягивании гайки давление передается на торец цанги, что приводит к вдавливанию последней
в коническое отверстие патрона и сжатию в радиальном направлении. Сжимаясь,
цанга передает давление на цилиндрический хвостовик режущего инструмента и
надежно его закрепляет. После снятия давления (откручивания гайки) с цанги она
разжимается и позволяет извлечь режущий инструмент из патрона.
Основное преимущество цангового патрона – способность осуществлять закрепление широкого диапазона режущих инструментов при помощи комплекта
сменных цанг. В комплекте цанг к одному и тому же патрону вы, как правило, найдете цанги для закрепления инструментов с хвостовиками от 6 до 30 мм и более.
Цанга производит хорошее центрирование инструмента и надежное закрепление,
однако плохо сбалансирована для скоростных методов обработки.
Следует уделять должное внимание вспомогательному инструменту, так как
от него зависят: стойкость режущего инструмента, стабильность технологического процесса, точность и качество обработки.

2.4. Основные определения
и формулы
Скорость резания V (м/мин) – это окружная скорость перемещения режущих
кромок фрезы. Эта величина определяет эффективность обработки и лежит в рекомендованных для каждого инструментального материала пределах.
За один оборот фрезы точка режущей кромки, находящаяся на окружности
фрезы диаметра D (мм), сможет пройти путь, равный длине окружности, то есть
πD. Для того чтобы определить длину пути, пройденного точкой за одну минуту,
нужно умножить длину пути за один оборот на частоту вращения фрезы, то есть
πDN (мм/мин). Таким образом, формула для определения скорости резания будет
следующей:
V = πDN/1000 (мм/мин).
Частота вращения шпинделя N (об/мин) равняется числу оборотов фрезы в
минуту. Вычисляется в соответствии с рекомендованной для данного типа обработки скоростью резания:
N = 1000V/nD (об/мин).
При фрезеровании различают минутную подачу, подачу на зуб и подачу на
оборот фрезы.
Подача на зуб Fz (мм/зуб) – величина перемещения фрезы или рабочего стола с заготовкой за время поворота фрезы на один зуб.
Подача на оборот Fo (мм/об) – величина перемещения фрезы или рабочего
стола с заготовкой за один оборот фрезы. Подача на оборот равняется произведению подачи на зуб на число зубьев фрезы Z:

Рекомендации по фрезерованию

35

Fo = FzZ (мм/об).
Минутной подачей Fm (мм/мин) называется величина относительного перемещения фрезы или рабочего стола с заготовкой за одну минуту. Минутная подача
равняется произведению подачи на оборот на частоту вращения фрезы:
Fm = FoN = FzZN (мм/мин).
Глубиной фрезерования h (мм) называется расстояние между обработанной
и необработанной поверхностями, измеряемое вдоль оси фрезы.
Шириной фрезерования b (мм) называется величина срезаемого припуска,
измеренная в радиальном направлении, или ширина контакта заготовки и инструмента.
Производительность снятия материала Q (см3) – это объем удаляемого материала в единицу времени, определяемый глубиной, шириной обработки и величиной подачи.
Q = (h × b × Fm)/1000.

2.5. Рекомендации
по фрезерованию
Выбор диаметра фрезы зависит, как правило, от ширины обрабатываемой заготовки, а также от мощностных характеристик станка. При этом важным фактором, определяющим успешное выполнение операции фрезерования, является
взаимное расположение обрабатываемой поверхности и фрезы.
Ширина фрезерования особенно сильно влияет на выбор диаметра фрезы при
обработке торцовыми фрезами. В этом случае рекомендуется выбирать диаметр
фрезы, превышающий ширину фрезерования на 20–50%.
Если обработка может быть произведена за несколько проходов, то ширина
резания за каждый проход должна быть равной 3/4 диаметра фрезы. При этом
формирование стружки и нагрузка на режущую кромку будут оптимальными.

Рис. 2.11. Варианты расположения фрезы относительно заготовки

36

Основы металлообработки

Когда диаметр фрезы значительно превышает ширину заготовки, то ось фрезы
следует сместить с оси симметрии заготовки. Конечно, близкое расположение оси
фрезы к оси заготовки позволяет обеспечить наикратчайший путь зубьев фрезы
в металле, надежное формирование стружки на входе и благоприятную ситуацию
относительно ударных нагрузок на пластину. Но когда ось фрезы расположена
точно по оси симметрии заготовки, циклическое изменение силы резания при врезании и выходе может привести к возникновению вибраций, которые приведут
к повреждению пластины и плохой шероховатости поверхности.
При торцевом фрезеровании по возможности избегайте фрезерования плоскостей с пересечением пазов и отверстий, так как при этом режущие кромки будут
работать в неудовлетворительных условиях прерывистого резания. Выполняйте
операцию изготовления отверстий после фрезерования. Если такой вариант невозможен, то при пересечении фрезой отверстия снижайте величину подачи на
50% от рекомендованной.
При обработке больших плоскостей старайтесь не прерывать контакт фрезы
с заготовкой, обходя поверхность по периметру, а не за несколько параллельных
проходов. Обработку углов необходимо осуществлять по радиусу, превышающему радиус фрезы, чтобы исключить возможность возникновения вибраций, связанных с резким увеличением угла охвата фрезы.
При обработке закрытого паза (замкнутой области) основная проблема заключается в трудности первоначального входа инструмента в материал заготовки,
так как большинство концевых фрез плохо работают на засверливание. Существует несколько способов решения этой проблемы. Самый простой выход из ситуации – предварительно просверлить технологическое отверстие и затем спокойно
опустить в него фрезу. Более интересные способы – маятниковое и спиральное

Рис. 2.12. Для вертикального входа
инструмента желательно заранее
просверлить отверстие на глубину
последующего фрезерования

Рис. 2.13. Маятниковое
врезание (фрезерование)

Рекомендации по фрезерованию

37

врезания. В этом случае отпадает необходимость предварительного сверления, режущий инструмент входит в материал заготовки плавно.
Особую осторожность нужно соблюдать при обработке тонкостенных карманов. Желательно, чтобы материал
выбирался постепенно и обязательно при попутном способе фрезерования. В противном случае появляется вероятность «подрыва» тонкой стенки.
Обрабатывая внутренние радиусы, старайтесь, чтобы радиус фрезы был немного меньше, чем радиус в углу
кармана (контура). Дело в том, что в момент, когда фреза
входит в угол, ширина фрезерования возрастает скачкообразно, что может привести к «подхвату» инструмента
и, как следствие, подрезать обрабатываемый контур или
сломать фрезу. При назначении диаметра фрезы для черновой обработки внутренних радиусов желательно, чтобы оставляемый в углах припуск не превышал 0,20×D, где
D – диаметр последующей чистовой фрезы.
При обработке глубоких контуров и уступов необ- Рис. 2.14. Траектория
ходимо обеспечить достаточную жесткость инструмента спирального врезания
во избежание его отжима и исключения «конусности» с выходом в плоскость
обработки
обработанной поверхности. Желательно, чтобы диаметр
инструмента D удовлетворял условию H < 2,5D, где Н – максимальная высота
стенки обрабатываемой детали.
Часто фрезерование производится в два этапа: черновой – контур обрабатывается послойно с небольшим припуском, чистовой – оставшийся припуск удаляется за один проход фрезы на финальной глубине.

Рис. 2.15. Простейшие способы
подвода инструмента

38

Основы металлообработки

При выполнении чернового и особенно чистового фрезерования инструмент
следует подводить к обрабатываемой поверхности по касательной или по прямой линии под острым углом. Следуя этому правилу, необходимо и отводить
инструмент. Дело в том, что при первоначальном врезании в материал заготовки
фреза подвергается резкой нагрузке, что может привести к ее поломке или к тому,
что на поверхности детали в месте входа фрезы в материал останется след или
неровность. Если врезание будет плавным, то нагрузка на инструмент будет возрастать постепенно и поверхность останется «чистой».

Краткое изложение главы
‰ Процесс фрезерования заключается в срезании с заготовки лишнего слоя
материала для получения детали требуемой формы, размеров и шероховатости обработанных поверхностей.
‰ При обработке различают встречное и попутное фрезерования.
‰ Весь инструмент, использующийся в металлообработке, можно условно подразделить на режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики и др.),
непосредственно осуществляющий механическую обработку (резание),
и вспомогательный, служащий для закрепления режущего инструмента
в шпинделе станка (патроны, державки, оправки).
‰ Твердые сплавы допускают работу со скоростями резания, превышающими
в 5–10 раз скорости обработки быстрорежущими инструментальными сталями, обладают большей температурной стойкостью и износостойкостью.
‰ Широкое распространение получили фрезы с механическим креплением
пластин из твердого сплава и других инструментальных материалов.
‰ Основная задача вспомогательного инструмента – надежная фиксация
режущего инструмента в шпинделе и передача ему крутящего момента от
станка.

Вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

В чем отличие встречного фрезерования от попутного?
Для чего применяется вспомогательный инструмент?
Перечислите основные типы конусов шпинделя станка.
В чем преимущество фрез с механическим креплением режущих пластин
перед цельными фрезами?
Опишите принцип действия цангового патрона.
Что такое скорость резания и чем она определяется?
Для чего применяются маятниковое и спиральное фрезерования?
Почему инструмент рекомендуется подводить к обрабатываемой поверхности по касательной?

Глава 3
ВВЕДЕНИЕ В ПРОГРАММИРОВАНИЕ
ОБРАБОТКИ

3.1. Прямоугольная система
координат
Прежде чем приступить к созданию первой управляющей программы, вы
должны вспомнить, что такое прямоугольная система координат. Ведь именно
прямоугольная система координат служит математической базой программирования обработки. Более 300 лет назад французский математик Декарт придумал
систему, которая позволяет человеку описать положение любой точки в пространстве. В простейшем случае прямоугольная система координат представляет собой две пересекающиеся под прямым углом линии. Эти линии называются осями,
а точка их пересечения является началом координат.

Рис. 3.1. Прямоугольная система координат
на плоскости

Оси обозначаются буквами X и Y. Координатная система с двумя осями X и
Y позволяет описать положение точки на плоскости. Расстояние от начала координат до точки А вдоль оси X является х-координатой этой точки. Расстояние
от начала координат до точки А вдоль оси Y является у-координатой этой точки.

40

Введение в программирование обработки

Координаты точки принято указывать в скобках. Сначала пишется координата по
оси X, а затем по оси Y. Таким образом, на рис. 3.1 находится точка А(1; 5).
У каждой оси есть положительное и отрицательное направления. Когда координата имеет отрицательное значение, то это означает, что точка лежит либо левее
начала координат, либо ниже. Например, точка В имеет следующие координаты:
х = –2, у = –5. Если точка лежит на какой-либо оси, то одна из ее координат обязательно равна нулю.
Пересечение трех взаимно перпендикулярных плоскостей образует трехмерную систему координат, которая используется для описания положения точки
в пространстве. К двум имеющимся осям X и Y добавляется третья ось Z. Координаты точки также указываются в скобках и идут в алфавитном порядке (x; y; z).

Рис. 3.2. Прямоугольная пространственная
система координат

3.2. Написание простой
управляющей программы
Детали, обрабатываемые на станке с ЧПУ, можно рассматривать как геометрические объекты. Во время обработки вращающийся инструмент и заготовка
перемещаются относительно друг друга по некоторой траектории. УП описывает
движение определенной точки инструмента – его центра. Траекторию инструмента представляют состоящей из отдельных, переходящих друг в друга участков.
Этими участками могут быть прямые линии, дуги окружностей, кривые второго
или высших порядков. Точки пересечения этих участков называются опорны-

41

Написание простой управляющей программы

Рис. 3.3. Любую деталь можно представить
в виде совокупности геометрических элементов.
Для создания программы обработки необходимо
определить координаты всех опорных точек

ми, или узловыми, точками. Как правило, в УП содержатся координаты именно
опорных точек.
Попробуем написать небольшую программу для обработки паза, представленного на рис. 3.4. Зная координаты опорных точек, сделать это несложно. Мы не
будем подробно рассматривать код всей УП, а обратим особое внимание на написание строк (кадров УП), непосредственно отвечающих за перемещение через
опорные точки паза. Для обработки паза сначала нужно переместить фрезу в точку Т1 и опустить ее на соответствующую глубину. Далее необходимо переместить
фрезу последовательно через все опорные точки и вывести инструмент вверх из
материала заготовки. Найдем координаты всех опорных точек паза и для удобства
поместим их в табл. 3.1.

Рис. 3.4. Необходимо создать
программу для обработки паза.
Глубина паза равна 1 мм

Рис. 3.5. Поместим деталь
в прямоугольную систему
координат и найдем координаты
четырех опорных точек

42

Введение в программирование обработки

Таблица 3.1. Координаты опорных точек паза
Точка
Tl
Т2
ТЗ
Т4

Координата по оси X
3
3
7
7

Координата по оси Y
8
3
3
8

Подведем режущий инструмент к первой опорной точке:
N50 G00 Х3 Y8
Следующие два кадра заставляют инструмент опуститься на требуемую глубину в материал заготовки.
N60 G00 Z0.5
N70 G01 Z-l F25
Как только инструмент окажется на нужной глубине (1 мм), можно перемещать его через все опорные точки для обработки паза:
N80 G01 Х3 Y3
N90 G01 Х7 Y3
N100 G01 Х7 Y8
Теперь следует вывести инструмент из материала заготовки – поднять на небольшую высоту:
N110 G01 Z5
Соберем все кадры вместе, добавим несколько вспомогательных команд и получим окончательный вариант программы:
Кадры УП
%
О0001 (PAZ)
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G90
N20 М06 Т01 (FREZA D1)
N30 G43 Н01
N40 M03 S1000
N50 G00 X3 Y8
N60 G00 Z0.5
N70 G01 Z-l F25
N80 G01 ХЗ Y3
N90 G01 Х7 Y3
N100 G01 Х7 Y8

Описание кадра
Символ начала программы
Номер программы (0001) и ее название (PAZ)
Строка безопасности
Вызов инструмента № 1
Компенсация длины инструмента № 1
Включение оборотов шпинделя (1000 об/мин)
Ускоренное перемещение в опорную точку Т1
Ускоренное перемещение инструмента B Z0.5
Перемещение на глубину 1 мм на подаче
25 мм/мин
Перемещение инструмента в точку Т2
(25 мм/мин)
Перемещение инструмента в точку Т3
(25 мм/мин)
Перемещение инструмента в точку Т4
(25 мм/мин)

Создание УП на персональном компьютере

N110 G01 Z5
N120 М05
N130 МЗ0
%

43

Подъем инструмента вверх в Z5 (25 мм/мин)
Выключение оборотов шпинделя
Завершение программы
Символ конца программы

3.3. Создание УП на персональном
компьютере
Существуют два способа для записи (набора) управляющих программ:
‰ при помощи стойки ЧПУ станка (цеховое программирование);
‰ используя персональный компьютер с последующей передачей в стойку
ЧПУ.
Цеховое программирование в настоящее время считается малоэффективным
и используется крайне редко. Во-первых, клавиши стойки ЧПУ менее удобны,
чем клавиатура ПК. Во-вторых, программное обеспечение СЧПУ предоставляет
меньшие возможности по редактированию программ. В-третьих, ручной ввод УП
в память СЧПУ физически мешает оператору запустить процесс обработки деталей на этом станке. Исключение составляют, пожалуй, лишь стойки со встроенной
CAM-системой.
Набор текста программы обработки на компьютере с последующей передачей в СЧПУ станка является гораздо более эффективным способом работы.

Рис. 3.6. Записать УП можно в обычном текстовом редакторе.
Например, в Блокноте операционной системы Windows

44

Введение в программирование обработки

Код УП можно набирать в любом текстовом редакторе и сохранять в соответствующем формате. Например, использовать всем известный Блокнот из стандартного набора операционной системы Windows.
Есть множество различных текстовых редакторов, которые были специально
созданы для работы с кодом УП. Эти редакторы (назовем их редакторами УП)
предоставляют широкие возможности по написанию и редактированию станочного кода. Например, они позволяют добавлять или удалять пробелы, автоматически
нумеровать строки и перемещать курсор к коду смены инструмента. Эти функции
не нужны обычному текстовому редактору, но очень полезны при создании и отладке программ. Наиболее продвинутые редакторы УП имеют инструменты для
графической проверки кода и трансляции его на станок.
Стоит заметить, что некоторые текстовые редакторы сохраняют файлы в специальном формате, который содержит информацию о размере шрифта, полях,
цвете и др. Код УП не содержит таких данных, а состоит исключительно из «чистого» текста в формате Американского стандартного кода для обмена информацией
(ASCII). Стандарт ASCII является открытым и может читаться любым текстовым
редактором. Файлы такого формата, скорее всего, будут иметь расширение «.txt».
Станки с ЧПУ работают в формате G- и М-кодов в соответствии со стандартами EIA/ISO. Код этого стандарта аналогичен ASCII, но есть ряд небольших отличий. Формат ASCII использует коды окончания строки и перевода каретки в конце каждой строки. В текстовом редакторе для перехода на новую строку вы просто
нажимаете клавишу Enter, но не видите кода, который переводит вас на новую
строку, хотя на самом деле он присутствует. Система ЧПУ требует, чтобы в конце
каждого кадра УП стоял знак конца кадра, например (;) или (*). Поэтому если
вы пишите программу на компьютере, то она выглядит так:
N50 G00 X230
N60 G01 Y300
N70 G01 Z100
А если та же программа вводится прямо со стойки ЧПУ, то она, возможно, будет выглядеть следующим образом (придется добавить символ конца кадра в каждую строку УП):
N50 G00 X230;
N60 G01 Y300;
N70 G01 Z100;
Если вы создаете программу на компьютере и затем передаете ее на станок, то
знак конца кадра помещается в конец каждого кадра УП при передаче в большинстве случаев автоматически.
Ошибка в программе обработки может повлечь за собой массу проблем.
В лучшем случае ошибка обернется сломанным инструментом или «запоротой»
деталью, а в худшем – может привести к повреждению станка или травме оператора. Опытный программист знает, что дешевле и проще проверить программу
заранее на компьютере, чем ошибиться при выполнении обработки на станке. Основной метод проверки УП на компьютере заключается в графической симуляции
обработки. Такая симуляция может выглядеть как прорисовка траектории центра

Создание УП на персональном компьютере

45

инструмента или как полная имитация механической обработки на станке с демонстрацией процесса удаления материала. В первом случае программист может
обнаружить ошибку в УП, просто наблюдая за траекторией перемещения центра
инструмента на мониторе компьютера. Такая симуляция называется бэкплотом
(Backplot). Бэкплот позволяет легко увидеть ошибку, которую тяжело распознать
при простом просмотре кода УП.
Сравните два варианта одной и той же программы (табл. 3.2). Во втором варианте в кадре N90 можно заметить, что десятичная точка стоит не на своем месте.
Программа обработки может иметь достаточно большой объем, и такую маленькую ошибку распознать в коде будет крайне тяжело. Бэкплот моментально покажет, что траектория перемещения инструмента качественно не соответствует
тому, что было задумано программистом.
Таблица 3.2. В одном из кадров УП допущена ошибка
Правильный вариант
N80 G01 ХЗ. Y3.
N90 G01 Х7. Y3.

Ошибочный вариант
N80 G01 ХЗ. Y3.
N90 G01 Х7. Y.3

Рис. 3.7. Прорисовка траектории в редакторе Cimco Edit

46

Введение в программирование обработки

Твердотельная верификация (от англ. verification – проверка) является мощным инструментом по проверке УП на компьютере. В отличие от бэкплота, программы твердотельной верификации демонстрируют процесс удаления материала
заготовки и позволяют увидеть полный результат работы УП – модель готовой
детали. На полученную «виртуальную» деталь можно посмотреть с разных сторон
и понять, все ли элементы выполнены правильно, нет ли зарезов и столкновений
инструмента с заготовкой.
Бэкплот обычно используют в процессе написания и отладки программы,
а твердотельную верификацию – лишь на заключительном этапе проверки.

Рис. 3.8. Твердотельная верификация –
это удобный и наглядный способ проверки
управляющей программы

Передача управляющей программы на станок

47

Рис. 3.9. Твердотельная верификация с проверкой столкновений узлов станка
называется симуляцией обработки

3.4. Передача управляющей
программы на станок
После того как вы создали и проверили программу обработки при помощи
ПК, ее необходимо передать на станок. Для передачи УП с компьютера в СЧПУ
станка используется специальное коммуникационное программное обеспечение. В большинстве случаев связь осуществляется в соответствии со стандартом
RS-232. При этом СОМ-порт компьютера соединяется кабелем со специальным
разъемом на корпусе станка или панели УЧПУ. Для передачи данных необходимо, чтобы УЧПУ станка и коммуникационная программа были синхронизированы. Это достигается соответствующей настройкой параметров СЧПУ и комму-

48

Введение в программирование обработки

никационной программы. Как правило, коммуникационная программа и кабель
поставляются вместе со станком, а информацию о настройке параметров СЧПУ
для связи станка и компьютера можно получить из «родной» документации. Стоит учитывать, что при передаче данных в соответствии с RS-232 желательно, чтобы длина кабеля не превышала 15 метров.

Рис. 3.10. Вариант разъема RS-232

Для передачи УП, размер которых превышает размер свободной памяти СЧПУ,
используется режим DNC. Режим DNC, или режим прямого числового управления, позволяет выполнять программу обработки прямо из компьютера, не записывая ее в память СЧПУ. УП считывается из компьютера в буфер памяти СЧПУ
кадр за кадром (точнее, порциями). Как только система определяет, что один кадр
выполнен, она его удаляет и загружает следующий, и так далее – до конца программы. Для работы в режиме прямого числового управления необходимо, чтобы СЧПУ станка было соответствующим образом подготовлено производителем,
а на персональном компьютере находилась коммуникационная программа с поддержкой DNC-режима.
Некоторые станки оборудованы собственными дисководами, что дает возможность передавать УП и другие данные в СЧПУ при помощи традиционных программных носителей – дискет и флэш-карт.

Проверка управляющей программы на станке

49

Самые «продвинутые» стойки ЧПУ поддерживают работу в локальной сети,
что позволяет передавать данные более быстро и удобно, а некоторые из них позволяют выходить в Интернет и обеспечивают возможность дистанционного мониторинга системы и решения проблем непосредственно производителем станка
в режиме реального времени.

3.5. Проверка управляющей
программы на станке
Общие сведения
После того как вы написали УП, проверили ее на компьютере и передали в память СЧПУ, необходимо провести тест программы обработки прямо на станке.
Дело в том, что не все ошибки, содержащиеся в программе, могут быть распознаны
инструментами верификации на компьютере. Вы можете легко увидеть, что фреза
идет не в ту координату, но можете не заметить, что нет команды на включение
вращения шпинделя или на подачу смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ).
Но даже если в коде УП нет ни одной ошибки, оператор станка может случайно внести в корректора СЧПУ неверные значения длины и радиуса инструментов
или ошибиться в «привязке» к детали, что неизбежно приведет к браку. Для того
чтобы исключить любую ошибку, перед изготовлением реальной детали прямо
на станке производят пробный прогон или тестовую обработку. В табл. 3.3 приведены типичные ошибки программиста или оператора станка с ЧПУ и их возможные последствия.
Таблица 3.3. Возможные ошибки программиста и оператора
Ошибка
Последствия
Не включена подача СОЖ при обработке, когда это Испорченный инструмент
необходимо
Ухудшение качества поверхности
Неправильные режимы резания
Испорченный инструмент/
Заготовка сдвигается в приспособлении
В инструментальном магазине станка находится
Деталь с неверными размерами (брак)
неправильный инструмент
Не включены обороты шпинделя при обработке
Испорченный инструмент/
Испорченная заготовка
Неправильный порядок выполнения операций.
Сломанный инструмент/
Например, сначала нарезание резьбы, затем свер- Испорченная заготовка
ление (должно быть наоборот)
В корректорах стоят неправильные значения
Испорченный инструмент или заготовка/
Деталь с неверными размерами (брак)
Траектория перемещения инструмента пересека- Сломанный инструмент/
ется с приспособлением
Испорченное приспособление
При обработке нескольких карманов инструмент
Испорченная деталь/
после обработки первого из них не был возвращен Сломанный инструмент
в безопасную позицию над деталью для перемещения к следующему карману

50

Введение в программирование обработки

Таблица 3.3. Возможные ошибки программиста и оператора (окончание)
Ошибка
Оператор станка неправильно «привязался» к обрабатываемой детали (неправильно установлена
рабочая система координат)

Последствия
Деталь с неверными размерами (брак)/
Испорченный инструмент/
Испорченная заготовка

Тестовые режимы станка с ЧПУ
Большинство современных станков с ЧПУ имеют тестовые режимы для дополнительной проверки УП. Основной тестовой функцией является отработка
УП на холостых ходах (Dry run). При запуске УП в этом режиме станок блокирует перемещения исполнительных органов по оси Z, по осям X и Y или по
всем осям одновременно. Например, если ваш станок блокирует ось Z, то будут
осуществляться перемещения по осям X и Y, при этом шпиндель будет вращаться как обычно. Это позволит вам спокойно посмотреть, как работает вся УП, без
опасения «зарезаться» в материал заготовки. Вообще, поведение станка в этом режиме может быть различным, поэтому перед работой в режиме отработки УП на
холостых ходах внимательно прочтите руководство оператора станка.
Режим покадровой отработки (Single block) предназначен для выполнения
программы обработки по отдельным кадрам. СЧПУ приостанавливает работу
в конце каждого кадра и ожидает, когда оператор нажмет клавишу Старт цикла
для исполнения следующего кадра. Пользуясь этим режимом, легко увидеть, пришел ли инструмент в правильную позицию или в программе есть ошибка. Обычно
режим покадровой отработки УП применяется совместно с режимом отработки
УП на холостых ходах или при «поднятой» нулевой точке детали.
Может показаться, что перечисленные тестовые режимы станка с ЧПУ немного устарели в эпоху современных компьютеров и мощных программ верификации.
С одной стороны, это так. Но, с другой стороны, эти режимы позволяют новому
оператору проще и спокойнее учиться программированию обработки и реальной
работе на станке.
Применяются и иные методы для цеховой проверки УП. Контролировать
правильность перемещений в программе обработки оператору помогает экранный режим, который называется Distance to GO (Оставшееся расстояние). Многие СЧПУ имеют функцию отображения оставшегося расстояния перемещения
по каждой из осей. Перейдя в этот режим, оператор видит, сколько миллиметров
(дюймов) осталось переместиться инструменту в текущем кадре УП. К примеру,
вы знаете, что фрезе нужно пройти до касания с поверхностью заготовки по оси Z
50 мм, а в строке Z экранного режима Distance to GO стоит 100 мм. Это означает,
что фреза пройдет лишних 50 мм и врежется в материал заготовки. Таким образом, информация об оставшемся расстоянии перемещения позволяет оператору
сравнивать фактическое и заданное расстояния перемещения визуально и дает
возможность избежать серьезной ошибки.
Зачастую для проверки УП применяются методы, не использующие тестовых
режимов станка с ЧПУ. Например, после установки рабочей системы координат
(«привязки» к детали) можно поднять нулевую точку на безопасную высоту над

Проверка управляющей программы на станке

51

поверхностью заготовки. Эта высота должна быть немного больше, чем самое
«глубокое» перемещение инструмента в данной УП. Таким образом, выполнение
данной программы обработки ничем не будет отличаться от заданного, за исключением того, что инструмент будет «резать воздух».

Рис. 3.11. Очень часто перед настоящей
обработкой детали «поднимают» нулевую
точку по оси Z и УП «прогоняют по воздуху»

Пожалуй, самым реалистичным способом проверки УП является настоящая
обработка «ненастоящего» материала. Обработав заготовки из специального
воска или пластика, вы поймете, что на самом деле делает ваша программа. При
этом можно использовать очень высокие режимы резания и не бояться сломать
инструмент или испортить заготовку из дорогостоящего металла.
Выбор тогоили иного способа проверки УП на станке зависит от многих факторов. Для начинающего программиста рекомендуется выполнять полную проверку. Профессионал же может ограничиться частичной проверкой или вообще
проводить тесты УП только на персональном компьютере, используя инструменты бэкплота и твердотельной верификации. При написании программы и работе
на станке с ЧПУ главное – быть внимательным и не торопиться, а в случае сомнений лучше обратиться к документации станка или за советом к специалисту.

Последовательность полной проверки УП
1. Выполните графическую проверку кода программы на компьютере методами бэкплота и твердотельной верификации.
2. Осуществите дополнительные проверки программы и настройки станка:
• все ускоренные перемещения выполняются над поверхностью заготовки на безопасном расстоянии;
• в УП номера инструментов и номера корректоров совпадают;

52

3.
4.

5.

6.

Введение в программирование обработки

• инструмент, установленный в инструментальном магазине станка, соответствует инструменту, описанному в УП;
• инструмент надежно закреплен в патроне;
• в стойке ЧПУ находятся правильные значения компенсации длины и
радиуса инструментов;
• назначены верные режимы резания;
• шпиндель вращается в правильном направлении;
• в УП присутствует команда на включение СОЖ при необходимости;
• операции обработки выполняются в правильном порядке;
• черновые операции производятся перед чистовыми операциями;
• заготовка надежно закреплена в приспособлении;
• инструмент перемещается от одного обрабатываемого элемента детали
к другому на безопасном уровне по оси Z.
Выполните графическую проверку программы на стойке ЧПУ, если это
возможно.
Отработайте УП на холостых ходах:
• включите режим покадровой отработки УП;
• уменьшите скорость рабочей подачи;
• сместите нулевую точку детали на безопасное расстояние над поверхностью заготовки и прогоните программу «по воздуху».
Верните нулевую точку из безопасного положения в нормальное положение, отмените режим покадровой отработки УП и выполните обработку
детали с уменьшенными рабочими режимами.
Проверьте размеры детали. При необходимости произведите корректировку значений длины и радиуса инструментов или самой программы.

3.6. Советы по технике безопасности
при эксплуатации станков с ЧПУ
Станок с ЧПУ – это сложный агрегат, состоящий из различных механических
узлов, электрических и электронных компонентов. Для обеспечения безопасности
внимательно ознакомьтесь с общими правилами эксплуатации станков с ЧПУ:
1. К эксплуатации и ремонту станка допускается только персонал, ознакомленный с соответствующей документацией станка и СЧПУ.
2. Всегда необходимо пользоваться защитными очками и специальной
обувью. При необходимости используйте перчатки, пылезащитную маску
и средства защиты слуха.
3. При работе на станке не рекомендуется носить кольца, часы, различные
украшения и галстуки. Длинные волосы должны быть собраны и прикрыты рабочим головным убором.
4. Эксплуатация станка разрешается лишь в том случае, если вы убедились,
что регулярно производилось обслуживание станка и что он находится
в отличном техническом состоянии.

Советы по технике безопасности при эксплуатации станков с ЧПУ

53

5. Необходимо убедиться, что станок заземлен надлежащим образом.
6. Не приступать к работе на станке, если от него исходит необычное или
слишком сильное тепло, шум, наблюдается выделение дыма или вибрация.
При этом необходимо срочно обратиться к производителям станка или
в сервисную службу.
7. Доступ к электрическим компонентам станка разрешается только специально обученному персоналу.
8. Нельзя применять в качестве очистителей и СОЖ ядовитые и воспламеняющиеся вещества.
9. Не открывать защитные дверцы и кожуха, пока какое-либо из устройств
станка находится в движении.
10. Зона вокруг станка должна быть сухой и хорошо освещенной.
11. Перед закреплением инструмента необходимо убедиться, что все поверхности устройства крепления инструмента чистые.
12. Не применять в станке изношенные, хрупкие и дефектные инструменты.
13. Не превышать номинальную мощность станка.
14. Не оставлять инструмент и детали в местах, в которых они могли бы соприкоснуться с подвижными частями станка.
15. Регулярно проверять уровень смазки и охлаждающего средства.
16. Во время обработки не предпринимать наладку инструмента или крепление деталей.
17. Поддерживать достаточно безопасное расстояние до всех точек «защемления» (мест изгиба шлангов и проводов) и избегать опасных ситуаций.
18. Обязательно знать расположение клавиш аварийного останова станка.
19. Не оставлять станок без присмотра во время его работы.
20. При контакте с обработанными деталями обращать внимание на наличие
острых кромок.
21. Не удалять стружку голыми руками. Использовать для этого крючок или
другое приспособление, убедившись в полной остановке частей станка. Не
производить очистку станка с помощью воздушного шланга.
22. Не пытаться остановить или затормозить перемещения исполнительных
органов станка голыми руками или с помощью приспособлений.
23. Не применять для крепления инструмента и заготовки дефектные или
грязные патроны, держатели и приспособления.
24. Запрещается предпринимать какие-либо конструктивные изменения станка без согласования с производителем станка или сервисной службой.
25. Не допускать, чтобы при работе со станком вас отвлекали другие люди.
26. Ни в коем случае не совершать на станке операций, которых вы не понимаете. В случае сомнений обязательно проконсультироваться со специалистом.
27. Никогда не работать внутри станка, если кто-либо работает со стойкой
ЧПУ. Перейти в режим редактирования Edit для предотвращения случайного перемещения исполнительных органов станка.

54

Введение в программирование обработки

28. Уделять особое внимание перемещениям на ускоренной подаче. Соблюдать безопасное расстояние над поверхностью заготовки для таких перемещений.
29. Перед началом обработки проверять УП всеми доступными способами.

Краткое изложение главы
‰ Прямоугольная система координат позволяет описать положение любой
точки в пространстве и используется для расчета УП на станках с ЧПУ.
‰ Детали, обрабатываемые на станке с ЧПУ, можно рассматривать как набор
простых геометрических элементов с известными координатами опорных
(узловых) точек.
‰ Существуют два способа для записи (набора) управляющих программ: при
помощи стойки ЧПУ станка и на ПК.
‰ Основными методами проверки УП на персональном компьютере являются бэкплот и твердотельная верификация.
‰ Передача УП с компьютера на станок, как правило, осуществляется в соответствии со стандартом RS-232 при помощи специального кабеля и коммуникационной программы.
‰ Большинство современных станков с ЧПУ имеют тестовые режимы для
проверки правильности УП.
‰ При работе на станке с ЧПУ необходимо соблюдать технику безопасности.

Вопросы
1. Как в прямоугольной системе координат определяется положение точки?
2. Какое программное обеспечение используется для набора кода УП на персональном компьютере?
3. Как проверяют правильность УП на компьютере?
4. Для чего предназначен режим DNC?
5. Какова последовательность полной проверки УП?
6. Для чего предназначен экранный режим СЧПУ Distance to go?
7. Каково поведение станка при работе в режиме Single block?
8. Попытайтесь перечислить наиболее важные пункты основных правил техники безопасности при эксплуатации станков с ЧПУ.

Глава 4
СТАНОЧНАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ

4.1. Нулевая точка станка
и направления перемещений
Система координат станка с ЧПУ является главной расчетной системой, определяющей перемещения исполнительных органов. Оси координат располагают
параллельно направляющим станка, что позволяет при создании УП легко задавать направления и расстояния перемещений.

Рис. 4.1. Оси координатной системы
расположены параллельно направляющим

56

Станочная система координат

Правая система координат является стандартной для всех станков с ЧПУ.
В этой системе положительные направления координатных осей определяются
по правилу «правой руки». Если большой палец указывает положительное направление оси X, указательный – оси Y, то средний укажет на положительное
направление оси Z. В качестве положительного направления оси Z принимают
вертикальное направление вывода инструмента (например, сверла) из заготовки.
То есть ось Z всегда связана со шпинделем станка. Как правило, за X принимают
ось, вдоль которой возможно наибольшее перемещение исполнительного органа
станка. При этом ось X перпендикулярна оси Z и параллельна плоскости рабочего стола. Если вы определили на станке направления осей X и Z, то по правилу
«правой руки» вы однозначно сможете сказать, куда «смотрит» ось Y. Оси X, Y, Z
указывают положительные направления перемещений инструмента относительно неподвижных частей станка.
При создании УП программист всегда исходит из правила, что именно инструмент перемещается относительно неподвижной заготовки.
Дело в том, что одни станки с ЧПУ действительно перемещают колонну,
шпиндель и, соответственно, вращающийся инструмент относительно неподвижной заготовки, а другие станки, наоборот, перемещают рабочий стол с заготовкой
относительно вращающегося инструмента. Получаем противоположные направления перемещений. Если бы не было этого правила, то программист вынужден
был бы думать: а что, собственно, перемещается и в какую сторону. А так все просто – система ЧПУ сама определит, в каком направлении нужно переместить тот
или иной узел станка.

Рис. 4.2. Воспользуйтесь правилом
«правой руки» для определения
положительных направлений осей
координатной системы станка

Рис. 4.3. Если расположить большой
палец правой руки в положительном
направлении оси, то остальные
согнутые пальцы обозначат
положительное направление
вращения вокруг этой оси

Нулевая точка станка и направления перемещений

57

Кроме линейных перемещений, конструкция некоторых станков позволяет
совершать круговые перемещения. Под круговым перемещением подразумевается, например, поворот оси шпинделя фрезерного станка. Однако само рабочее вращение шпинделя не входит в это понятие. Круговые перемещения инструмента
обозначают латинскими буквами А (вокруг оси X), В (вокруг оси Y) и С (вокруг
оси Z). Положительные направления вращений вокруг этих осей определяются
очень просто. Если расположить большой палец по направлению оси, то другие
согнутые пальцы покажут положительное направление вращения.

Рис. 4.4. Головка этого станка способна поворачиваться
вокруг своей оси

Положения исполнительных органов характеризуют их базовые точки, которые выбираются с учетом конструкции станка. Например, базовой точкой для
шпинделя фрезерного станка с ЧПУ является точка пересечения его торца с собственной осью вращения. Для рабочего стола – точка пересечения его диагоналей
или один из углов. Положение базовой точки относительно начала координат
станка с ЧПУ (нулевой точки станка) называется позицией исполнительного
органа в системе координат станка или машинной позицией (от англ. machine –

58

Станочная система координат

станок). При работе станка в любой момент времени вы можете увидеть на экране
стойки ЧПУ текущую машинную позицию (например, рабочего стола) по любой
из осей относительно «нуля станка». В документации станка пределы возможных
перемещений рабочих органов, как правило, указывают пределами смещений базовых точек. Эти данные являются очень важной характеристикой станка, так как
они определяют максимально возможные габариты обрабатываемой заготовки.

Рис. 4.5. Расстояния Xm, Ym и Zm от нулевой точки станка
до базовых точек исполнительных органов
определяют машинные позиции

Нулевая точка станка – это физическая позиция, установленная производителем станка при помощи концевых выключателей или датчиков. 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. Дело в том, 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 специальный режим и соответствующие клавиши на
панели УЧПУ.

Нулевая точка программы и рабочая система координат

59

4.2. Нулевая точка программы
и рабочая система координат
Для того чтобы обработать заготовку на станке, необходимо соответствующим
образом установить систему координат. Электронная природа СЧПУ позволяет
нам легко помещать систему координат в любую позицию станка, просто нажимая определенные кнопки на панели УЧПУ. При написании УП программист «не
забивает» себе голову вопросом о том, в каком именно месте рабочего стола будет установлена заготовка. Он знает, что перед выполнением обработки оператор
станка «привяжет» к закрепленной на столе заготовке систему координат, в которой создана программа. Другими словами – установит рабочую систему координат или нулевую точку программы (детали).
Обычно рабочую систему координат по осям X и Y устанавливают в один
из углов или центр детали, а за нуль по оси Z принимают самую верхнюю по-

Рис. 4.6. Задача оператора – определить координаты Xmd, Ymd, Zmd
одного из углов детали в системе координат станка и занести их
в регистры рабочих смещений, например в G54. После этого
система ЧПУ принимает этот угол за нулевую точку для расчета
всех перемещений по программе. В отличие от физического нуля
станка, нулевая точка программы (детали) является логической

60

Станочная система координат

верхность детали. Это облегчает программисту выполнение расчетов, а оператору проще «привязываться» и контролировать во время работы перемещения
инструмента.
Предположим, что нужно обработать некоторую деталь. Программист решил,
что нулевой точкой программы по осям X и Y будет нижний левый угол детали,
а по оси Z – верхняя плоскость детали. После этого рассчитал координаты опорных
точек, написал программу обработки и сообщил оператору станка о расположении
нулевой точки программы. Оператор станка должен установить нулевую точку
рабочей системы координат (нуль программы или детали) в определенный программистом угол детали. Для этого нужно найти координаты этого угла в системе
координат станка (машинные координаты) и «объяснить» СЧПУ, что именно эта
точка является исходной для расчетов всех перемещений. То есть можно сказать,
что рабочая система координат находится внутри системы координат станка и зависит от нее.
Для нахождения машинной позиции элемента детали или «привязки» используются различные методы, о которых вы узнаете чуть позже.
После того как оператор определил все координаты (х, у, z) требуемого угла детали в системе координат станка, ему необходимо ввести значения этих координат
в регистры рабочих смещений памяти СЧПУ. Под рабочим смещением понимается расстояние от нуля станка до нуля детали вдоль определенной оси. Оператор
вводит эти координаты в память системы, используя цифровые клавиши стойки
ЧПУ. Таким образом, обработка ведется в новой рабочей системе, координаты которой отличаются от соответствующих машинных координат на величины рабочих смещений. Обратите внимание на то, что, в отличие от физического нуля
станка, нулевая точка программы (детали) является логической.
Современные СЧПУ позволяют запоминать множество смещений. Благодаря
нескольким рабочим системам координат программист может использовать одну
и ту же УП для обработки нескольких закрепленных на рабочем столе деталей.
При этом нет необходимости выполнять программирование для каждой детали
в отдельности. Вместо этого СЧПУ просто смещает рабочую координатную систему (нулевую точку программы) к следующей детали, подлежащей обработке.
Для установки различных рабочих систем координат используются соответствующие G-коды. В большинстве случаев G54 обозначает первую рабочую систему координат, G55 – вторую, G56 – третью и т. д. В программе обработки вы
можете увидеть, например, такой кадр:
N20 G21 G54 G90
Кадр N20 активирует первую рабочую систему координат G54.
Назначение нулевой точки программы – важный шаг при создании управляющей программы. Нулевая точка программы устанавливается для реализации
требуемой последовательности и повторяемости обработки. Создание любой УП
можно условно разбить на два этапа. На первом этапе технолог-программист анализирует информацию, полученную из конструкторской (чертежи, эскизы) и технологической документации (маршрутные карты, операционные карты), и, учитывая конструкционные и технические возможности станка с ЧПУ, окончательно

Нулевая точка программы и рабочая система координат

61

Рис. 4.7. Многие станки с ЧПУ позволяют устанавливать
несколько рабочих систем координат

определяет технологические операции и маршрут обработки, назначает режущий
и вспомогательный инструменты, выявляет комплекты конструкторских и технологических баз. И только на втором этапе производятся окончательный расчет
траектории инструмента по опорным точкам и создание УП. Исходя из этого, при
назначении нулевой точки программы используют несколько правил.
Первое, но не основное правило – удобство программирования. Например,
если расположить деталь в первом квадранте прямоугольной системы координат,
то это немного упростит процесс расчета траектории из-за того, что все опорные
точки этой детали будут описываться положительными координатами.
Второе правило, более важное – нулевая точка программы должна совпадать
с конструкторской базой. Это значит, что если на чертеже размеры стоят от левого
верхнего угла детали, то лучше, если именно в этом углу и будет находиться нуль
детали. А если размеры указываются от центрального отверстия, то нулем детали
следует назначить центр этого отверстия.
Если заготовка устанавливается в тиски, то вы должны учитывать несколько
моментов. У тисков есть подвижная и неподвижная губки. Предположим, вы установили нулевую точку на поверхности (грани), примыкающей к подвижной губке
тисков (рис. 4.8б). Размеры заготовок могут немного отличаться, и, соответственно, оператор станка для получения правильных размеров должен каждый раз «перепривязываться», то есть заново находить координаты нулевой точки. Если же
нулевая точка установлена на поверхности, примыкающей к неподвижной губке
тисков (рис. 4.8а), то координаты нулевой точки не изменятся при любых отклонениях размеров заготовки.
В большинстве случаев нулевая точка устанавливается относительно уже подготовленных поверхностей. Хорошо, когда на станок с ЧПУ приходит заготовка
с обработанным «в размер» наружным контуром. Это позволяет точно и надежно
ее закрепить и гарантировать постоянство координат нулевой точки.

62

Станочная система координат

а

б

Рис. 4.8. Варианты расположения нулевой точки в тисках

Очень часто для обработки детали требуется несколько установов. Например,
сначала нужно фрезеровать паз с одной стороны детали, а затем, после переустановки, – с другой стороны. В этом случае необходимо убедиться, что базирование
осуществляется по одной и той же поверхности, иначе существует вероятность,
что вы «промахнетесь» и не обеспечите требуемых размеров и точности.
Нулевая точка выбирается и устанавливается относительно определенного
конструктивного элемента детали. Как правило, этим элементом является один
из углов детали (заготовки) или центр отверстия. Будьте внимательны при обработке детали с несколькими установами и всегда «отслеживайте» расположение
базовых поверхностей и нулевой точки.

4.3. Компенсация длины
инструмента
При выполнении УП базовая позиция шпинделя (точка пересечения торца и
оси вращения) определяется запрограммированными координатами. Проблема
заключается в том, что в базовой позиции шпинделя обработка резанием не осуществляется. Обработка производится кромкой режущего инструмента, которая
находится на некотором расстоянии от базовой точки шпинделя. Для того чтобы в запрограммированную координату приходила именно режущая кромка, а не
шпиндель, необходимо «объяснить» СЧПУ, на какую величину по оси Z нужно
сместить эту базовую точку.
Перед началом обработки оператор должен измерить длину каждого из инструментов, использующихся в программе, и ввести числовые значения длин
в соответствующие регистры компенсации длины инструмента (или в таблицу
инструментов). Смещение базовой точки шпинделя на величину длины инструмента называется компенсацией длины инструмента.
Компенсация длины инструмента на большинстве современных станков активируется командой G43, а отменяется при помощи G49 или Н00. При создании

Компенсация длины инструмента

Рис. 4.9. Если необходимо переместить инструмент длиной 70 мм в Z50,
а компенсация длины инструмента не произведена,
то произойдет опасное столкновение с деталью

Рис. 4.10. Если нужно переместить инструмент в Z50
и в программе есть код компенсации длины инструмента,
то режущая кромка фрезы не дойдет до поверхности детали ровно 50 мм

63

64

Станочная система координат

УП программист не указывает напрямую значение длины инструмента (он еще
не знает точной длины), а использует «ссылку» на соответствующий регистр компенсации инструмента в памяти СЧПУ. Например, следующая строка программы
активирует компенсацию длины инструмента № 2:
N025 G43 Н02 Z50.
При этом Н указывает на соответствующий регистр компенсации длины.
Н02 – на регистр инструмента № 2, Н03 – на регистр инструмента № 3 и т. д. Вообще, компенсация длины инструмента сильно «упрощает жизнь» программисту – ему не нужно думать о точной длине инструментов – и дает возможность
оператору станка, «играя» значением в регистре компенсации длины, добиваться
требуемых размеров детали по оси Z.

4.4. Абсолютные и относительные
координаты
Все приведенные ранее программные примеры и пояснения основывались на
программировании в абсолютных координатах. При абсолютном способе программирования координаты точек отсчитываются от постоянного начала координат.
При относительном (инкрементальном) способе отсчета за нулевое положение каждый раз принимается положение исполнительного органа, которое он занимал перед началом перемещения к следующей опорной точке. Давайте вспомним самую первую УП для обработки паза из главы № 3. Взгляните на рис. 4.10,
4.11 и сравните значения координат в табл. 4.1.

Рис. 4.11. При абсолютном способе
программирования (G90) координаты
точек отсчитываются от одного
«неподвижного» нуля

Рис. 4.12. Относительный способ
программирования (G91).
Координаты точки Т2 отсчитываются
от точки Т1, точки ТЗ – от Т2,
точки Т4 – от ТЗ

65

Комментарии в УП и карта наладки
Таблица 4.1. Опорные точки паза при абсолютном и относительном
программировании
Точка
Т1
Т2
Т3
Т4

Абсолютные координаты
Координата
Координата
по оси X
по оси Y
3
8
3
3
7
3
7
8

Относительные координаты
Координата
Координата
по оси X
по оси Y
3
8
0
–5
4
0
0
5

Из этих примеров видно, как изменятся координаты опорных точек паза и
программа обработки при относительном способе программирования.
Абсолютное программирование
%
O0001 (PAZ ABS)
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G90
N20 M06 T01 (FREZA D1)
N30 G43 H01
N40 M03 S1000
N50 G00 X3 Y8
N60 G00 Z0.5
N70 G01 Z-1 F25
N80 G01 X3 Y3
N90 G01 X7 Y3
N100 G01 X7 Y8
N110 G01 Z0.5
N120 G91 G28 X0 Y0 Z0
N130 M05
N140 M30
%

Относительное программирование
%
O0001 (PAZ INCR)
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G91
N20 M06 T01 (FREZA D1)
N30 G43 H01
N40 M03 S1000
N50 G00 X3 Y8
N60 G00 Z0.5
N70 G01 Z-1 F25
N80 G01 X0 Y-5
N90 G01 X4 Y0
N100 G01 X0 Y5
N110 G01 Z0.5
N120 G91 G28 X0 Y0 Z0
N130 M05
N140 M30
%

Программирование в относительных координатах было обязательным условием при работе на многих станках с ЧПУ старых моделей. Современные системы
ЧПУ позволяют свободно работать и с абсолютными, и с относительными координатами. Для переключения из одного режима работы в другой используются
команды G90 (абсолютное программирование) и G91 (относительное программирование). В случае появления одной координатной ошибки при относительном
способе программирования все последующие перемещения будут неправильными.

4.5. Комментарии в УП
и карта наладки
Если вы работаете постоянно, каждый день создаете хотя бы по одной программе для станка с ЧПУ, то через некоторое время обнаружите, что в вашем
компьютере накопилось довольно много рабочих файлов. Практически невоз-

66

Станочная система координат

можно запомнить все технологические подробности и нюансы работы с той или
иной программой. Оператор станка обязательно должен представлять, что делает
конкретная УП, и обладать определенной информацией для настройки станка на
работу. Например, где находится нулевая точка программы, какие режущие инструменты используются. В настоящее время эта информация сохраняется в основном двумя способами: с помощью комментариев в программе и карты наладки.
Комментарии представляют собой обычные предложения, при помощи которых программист доводит до оператора станка определенную технологическую
информацию. Как правило, в комментариях содержатся следующие данные:
‰ дата и время создания УП;
‰ номер чертежа;
‰ материал заготовки;
‰ данные о рабочей системе координат;
‰ размеры инструмента;
‰ названия технологических операций.
Для того чтобы ввести комментарии в УП, необходимо использовать специальные символы (знаки) программирования. В качестве таких символов для
большинства СЧПУ применяются круглые скобки или точка с запятой. Перед
символами комментариев не принято ставить номера кадров, если комментарии
занимают кадр полностью.
(TOOL #3)
или
; TOOL #3
У систем ЧПУ могут существовать различные ограничения на работу с комментариями. Например, некоторые стойки позволяют вводить комментарии длиной только до 32 символов.
Учтите, что существуют станки, имеющие полноразмерную клавиатуру, которая позволяет вводить комментарии прямо со стойки ЧПУ, и станки с ограниченной клавиатурой, СЧПУ которых не позволяет вводить и редактировать комментарии. Большинство СЧПУ работают с латинскими буквами, поэтому если вы
будете писать комментарии на русском (при помощи ПК), то возможно, что на
станке они будут нечитаемыми.
Пример УП с комментариями
%
O0045 (SKOBA)
(MATERIAL – ALUMINUM MM – 2024)
(DATE – NOV-14-04)
(TIME – 16:43)
(T2 | FREZA | H2 | D2 | D20.0000mm | | CONTOUR....)
(T4 | SVERLO | H4 | D4 | D10.0000mm | | PECK DRILL.)
N100 G00 G17 G21 G40 G49 G80 G90
N102 (FREZEROVANIE)
N104 T2

Комментарии в УП и карта наладки

67

N106 M06 (FREZA 20)
N108 (MAX | Z100.)
N110 (MIN | Z-3.)
N112 G00 G90 G54 X-76.761 Y-42.321 S2000 M03
N114 G43 H2 Z100.
N116 Z10.
N118 G01 Z-3. F250.
N120 Y55.302
N122 X81.529
N124 Y-42.321
N126 X-76.761
N128 Z7.
N130 G00 Z100.
N136 M01
N138 (SVERLENIE)
N140 T4
N142 M06 (SVERLO 10)
N144 (MAX | Z100.)
N146 (MIN | Z-5.)
N148 G00 G90 G54 X-63.052 Y44.772 S1200 M03
N150 G43 H4 Z100.
N152 G98 G83 Z-5. R10. Q2. F45.
N154 X-40.798 Y53.25
N156 X8.213 Y47.421
N158 X52.19 Y49.806
N160 G80
N162 M05
N168 G90
N170 M30
%
При работе на станках с ЧПУ могут использоваться следующие виды документации: операционная карта, карта операционных эскизов, карта наладки станка, карта наладки инструмента, расчетно-технологическая карта. В настоящее время многие предприятия используют формальный подход к применению подобной
стандартизованной документации, используют карту наладки произвольной формы. Исходя из этого, можно сказать, что карта наладки – документ, содержащий
всю необходимую технологическую информацию для настройки станка на определенную работу, включая эскиз детали и приспособления, описание режущего
инструмента, положения нулевой точки программы, режимов и времени обработки. Такая карта наладки помогает вспомнить о том, как нужно обрабатывать ту
или иную деталь спустя некоторое время, когда программист и оператор станка
с ЧПУ успели позабыть технологические особенности изготовления детали. Следует отметить, что комментарии в УП и карта наладки не заменяют друг друга,
а используются совместно.

68

Станочная система координат

Карту наладки можно создать при помощи обычного листа бумаги и карандаша. Попробуйте схематично изобразить деталь, нулевую точку и крепежные элементы. Не забудьте записать порядок операций и данные режущего инструмента.
Многие CAD/САМ-системы умеют автоматически генерировать карту наладки и
инструментальную карту, в которой содержатся подробные сведения о применяемом в данной УП режущем инструменте.

Краткое изложение главы
‰ Положительные направления координатных осей станка с ЧПУ определяются по правилу «правой руки».
‰ При написании программы обработки программист всегда исходит из правила, что именно инструмент перемещается относительно неподвижной
заготовки.
‰ Положения исполнительных органов станка характеризуют их базовые
точки. Например, базовой точкой для шпинделя фрезерного станка с ЧПУ
является точка пересечения торца шпинделя с осью его вращения. Для рабочего стола – точка пересечения его диагоналей или один из углов.
‰ Положение базовой точки исполнительного органа относительно начала
координат станка с ЧПУ (нулевой точки станка) называется позицией
в системе координат станка, или машинной позицией.
‰ Сразу после включения станка необходимо переместить его исполнительные органы в нулевую точку для синхронизации с СЧПУ.
‰ Перед выполнением обработки оператор станка «привязывает» к закрепленной на столе заготовке систему координат, в которой создана программа.
‰ Смещение базовой точки шпинделя на величину длины инструмента называется компенсацией длины инструмента.
‰ При относительном способе отсчета за нулевое положение каждый раз принимается положение исполнительного органа, которое он занимал перед
началом перемещения к следующей опорной точке.

Вопросы
1. В чем заключается правило «правой руки» для определения направления
осей координатной системы станка?
2. Какая точка является базовой для шпинделя?
3. Что необходимо сделать в первую очередь после включения станка?
4. Что такое рабочее смещение?
5. Какие коды используются для определения рабочей системы координат?
6. Для чего выполняется компенсация длины инструмента?
7. В чем разница между программированием в абсолютных и относительных
координатах?
8. Для чего в УП используются комментарии?

Глава 5
СТРУКТУРА УПРАВЛЯЮЩЕЙ
ПРОГРАММЫ

5.1. G- и М-коды
Программирование обработки на современных станках с ЧПУ осуществляется на языке, который обычно называют языком ИСО (ISO) 7 бит, или языком
G- и М-кодов. Коды с адресом G, называемые подготовительными, определяют
настройку СЧПУ на определенный вид работы. Коды с адресом М называются
вспомогательными и предназначены для управления режимами работы станка.
Например, если программист хочет, чтобы инструмент перемещался по прямой линии, он использует G01. А если необходимо произвести смену инструмента,
то в программе обработки он указывает М06.
Для управления многочисленными функциями станка с ЧПУ применяется
довольно большое число различных кодов. Тем не менее, изучив набор основных
G- и М-кодов, вы легко сможете создать управляющую программу.
В табл. 5.1 приведен список базовых кодов, которые мы подробно рассмотрим
в этой и последующих главах. А в главе «Справочник G- и М-кодов» вы найдете
подробное описание всех стандартных кодов и примеры их использования.
Таблица 5.1. Базовые коды программирования обработки
Код (функция)
G00
G01

G02

G03

G20

Назначение и пример кадра с кодом
Осевое перемещение
Ускоренный ход – перемещение на очень высокой скорости в указанную точку
G00 X10. Y20. Z25.
Линейная интерполяция – перемещение по прямой линии на указанной
скорости подачи
G01 X10. Y20. F100
Круговая интерполяция – перемещение по дуге по часовой стрелке
на указанной скорости подачи
G02 X10. Y20. R10. F100
Круговая интерполяция – перемещение по дуге против часовой стрелки на
указанной скорости подачи
G03 X10. Y20. R10. F100
Настройка
Ввод дюймовых данных
G20 G00 X10. Y20

70

Структура управляющей программы

Таблица 5.1. Базовые коды программирования обработки (окончание)
Код (функция)
Назначение и пример кадра с кодом
G21
Ввод метрических данных
G21 G00 X10. Y20
G90
Абсолютное позиционирование – все координаты отсчитываются
от постоянной нулевой точки
G90 G00 X10. Y20
G91
Относительное позиционирование – все координаты отсчитываются
от предыдущей позиции
G91 G00 X10. Y20
Обработка отверстий
G81
Цикл сверления
G81 X10. Y20. Z-5. F30
G82
Цикл сверления с задержкой на дне отверстия
G82 X10. Y20. Z-5. R1. P2. F30
G83
Прерывистый цикл сверления
G83 X10. Y20. Z-5. Q0.25 R1. F30
G85
Цикл растачивания отверстия
G85 X10. Y20. Z-5. F30
Вспомогательные коды (функции)
M00
Запрограммированный останов – выполнение программы временно
прекращается
M01
Запрограммированный останов по выбору – выполнение программы
временно прекращается, если активирован режим останова по выбору
М03
Прямое вращение шпинделя – шпиндель вращается по часовой стрелке
М04
Обратное вращение шпинделя – шпиндель вращается против часовой
стрелки
М05
Останов шпинделя
М06
Автоматическая смена инструмента
М06 Т02
M08
Включение подачи охлаждающей жидкости
M09
Выключение подачи охлаждающей жидкости
M30
Конец программы, перевод курсора к началу программы

5.2. Структура программы
Для знакомства со структурой УП давайте взглянем более пристально на уже
созданную ранее программу обработки паза (см. главу 3):
%
O0001 (PAZ)
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G90
N20 M06 T01 (FREZA D1)
N30 G43 H01
N40 M03 S1000
N50 G00 X3 Y8

Структура программы

71

N60 G00 Z0.5
N70 G01 Z-1 F25
N80 G01 X3 Y3
N90 G01 X7 Y3
N100 G01 X7 Y8
N110 G01 Z5
N120 M05
N130 M30
%
Управляющая программа является упорядоченным набором команд, при
помощи которых определяются перемещения исполнительных органов станка
и различные вспомогательные функции. Любая программа обработки состоит из
некоторого количества строк, которые называются кадрами УП. Кадр управляющей программы – составная часть УП, вводимая и отрабатываемая как единое целое и содержащая не менее одной команды. Система ЧПУ считывает и выполняет
программу кадр за кадром. Очень часто программист назначает каждому кадру
свой номер, который расположен в начале кадра и обозначен буквой N. В нашей
программе вы можете увидеть номера кадров c N10 до N130. Большинство станков
с ЧПУ позволяют спокойно работать без номеров кадров, которые используются
исключительно для удобства зрительного восприятия программы и поиска в ней
требуемой информации. Поэтому наша программа обработки может выглядеть и
следующим образом:
%
O0001 (PAZ)
G21 G40 G49 G54 G80 G90
M06 T01 (FREZA D1)
G43 H01
M03 S1000
G00 X3 Y8
G00 Z0.5
G01 Z-1 F25
G01 X3 Y3
G01 X7 Y3
G01 X7 Y8
G01 Z5
M05
M30
%
Программисту рекомендуется располагать номера кадров с интервалом в 5
или 10 номеров, чтобы при необходимости можно было вставить в программу дополнительные кадры.
В самом начале УП обязательно должен находиться код начала программы
% и номер программы (например, О0001). Два этих первых кадра не влияют на

72

Структура управляющей программы

процесс обработки, тем не менее они необходимы для того, чтобы СЧПУ могла
отделить в памяти одну программу от другой. Указание номеров для таких кадров
не допускается.
%
О0001 (PAZ)
Кадр № 10 настраивает систему ЧПУ на определенный режим работы с последующими кадрами УП. Например, G21 означает, что станок будет работать в метрической системе, то есть перемещения исполнительных органов программируются и выполняются в миллиметрах, а не в дюймах. Иногда такие кадры называют
строками безопасности, так как они позволяют перейти системе в некоторый стандартный режим работы или отменить ненужные функции.
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G90
Следующие кадры говорят станку о необходимости подготовки к обработке.
Для этого нужно поставить инструмент из магазина в шпиндель (кадр N20), активировать компенсацию длины инструмента (кадр N30) и заставить шпиндель
вращаться в нужном направлении на указанной скорости (кадр N40). Также вы
можете использовать символы комментариев. СЧПУ игнорирует любой текст, заключенный в круглые скобки, что позволяет, например, указать в кадре диаметр
или наименование применяемой фрезы.
N20 М06 Т01 (FREZA D1)
N30 G43 Н01
N40 M03 S1000
Кадры с номерами от N50 до N110 непосредственно отвечают за обработку
детали. В этой части УП содержатся коды, предназначенные для перемещения
инструмента в указанные координаты. Например, кадр N80 перемещает инструмент в точку с координатами Х3, Y3 со скоростью подачи, равной 25 миллиметров
в минуту.
N50 G00 Х3 Y8
N60 G00 Z0.5
N70 G01 Z-l F25
N80 G01 Х3 Y3
N90 G01X7Y3
N100 G01 Х7 Y8
N110 G01 Z0.5
Заключительные кадры предназначены для останова шпинделя (кадр N120) и
завершения программы (кадр N130):
N120 М05
N130 М30
%

73

Слово данных, адрес и число

Схематично любую УП можно представить в виде следующих областей:
Начало программы (шапка)
Вызов первого инструмента
Основная часть УП – рабочие перемещения
Смена инструмента
Основная часть УП – рабочие перемещения
Конец программы (шапка)

5.3. Слово данных, адрес и число
Управляющая программа состоит из множества различных кадров. В свою
очередь, каждый кадр УП состоит из слов данных. А слово данных строится из
адреса (буквы) и относящегося к нему числа. Например, адрес Y относится к оси
Y, а следующее за адресом число обозначает координаты вдоль этой оси.
G01 X3 Y3 – кадр УП
G – адрес
01 – число
G01 – слово данных (G-код)
X – адрес
3 – число
X3 – слово данных
Y – адрес
3 – число
Y3 – слово данных
Не обязательно, чтобы число, относящееся к G- или М-коду, имело ведущие
нули (нули перед числом), например G01, G02, G03 и т. д. Можно писать просто
G1, G2, G3. Тем не менее многие программисты в силу привычки предпочитают
вариант с ведущими нулями.
Учтите, что система ЧПУ работает далеко не со всеми адресами. Например,
стойка Fanuc откажется воспринимать латинские буквы Е, U, V и W, если они не

74

Структура управляющей программы

относятся к макропрограмме. Это не значит, что вы не сможете загрузить в память станка программу, содержащую перечисленные адреса. Загрузить ее можно,
но при попытке выполнить такую программу система ЧПУ, скорее всего, выдаст
сообщение об ошибке.

5.4. Модальные и немодальные коды
Все станочные коды можно условно разделить на два класса в зависимости
от их способности сохраняться в памяти СЧПУ. Немодальные коды действуют
только в том кадре, в котором они находятся. Модальные коды, напротив, могут
действовать бесконечно долго, пока их не отменят другим кодом.
Выделяют несколько групп кодов в зависимости от функции, которую они выполняют (табл. 5.2). Два модальных кода из одной группы не могут быть активными в одно и то же время. Например, G02 и G03 находятся в группе кодов осевых
перемещений, и вы не можете применять оба этих кода сразу. Один из этих кодов
обязательно отменит действие другого. Это как попытаться ехать на автомобиле
одновременно и вправо, и влево. Однако вы можете одновременно использовать
коды из разных функциональных групп. Например, в одном кадре можно написать G02 и G90.
Таблица 5.2. Коды по группам
Функциональная группа
Перемещения
Тип координатной системы
Единицы ввода данных
Постоянные циклы
Рабочая система координат
Компенсация длины инструмента
Коррекция на радиус инструмента
Возврат в постоянных циклах
Активная плоскость обработки

Коды
G00, G01, G02, G03
G90, G91
G20, G21
G80, G81, G82, G83, G84, G85…
G54, G55, G56, G57, G58…
G43, G44, G49
G40, G41, G42
G98, G99
G17, G18, G19

Особенностью модальных кодов является то, что не нужно вводить активный
код в последующие кадры. Например, код G01 используется для перемещения
инструмента по прямой линии. Если нам необходимо совершить множество прямых перемещений, то не обязательно в каждом последующем кадре писать G01.
Для отмены кода G01 следует применить один из кодов той же самой функциональной группы (G00, G02 или G03). Большинство из G-кодов являются модальными. Программист должен знать, к какой группе и к какому классу принадлежит
тот или иной код.
Хотя М-коды обычно не делят на модальные и немодальные, однако этот
термин все же можно применить и к ним. Например, можно выделить группу
М-кодов, отвечающих за подачу охлаждающей жидкости (М07, М08, М09) или за
вращение шпинделя (М03, М04, М05). Тем не менее большинство М-кодов нужно

Формат программы

75

рассматривать как немодальные. Некоторые стойки ЧПУ допускают программирование только одного М-кода в кадре.

5.5. Формат программы
Одна и та же управляющая программа может выглядеть по-разному. В качестве примера этого явления приведем фрагмент все той же программы обработки паза:
…
N70 G01 Z-1 F25
N80 G01 X3 Y3
N90 G01 X7 Y3
N100 G01 X7 Y8
N110 G01 Z0.5
…
Так как G01 является модальным кодом, то совсем не обязательно указывать
этот код в каждом кадре линейных перемещений. Поэтому данный фрагмент УП
может выглядеть следующим образом:
…
N70 G01 Z-1 F25
N80 X3 Y3
N90 X7 Y3
N100 X7 Y8
N110 Z0.5
…
СЧПУ читает первый кадр, в котором задается линейное перемещение по оси
Z на глубину 1 мм (Z-1). Затем считывается второй кадр, в котором присутствуют
координаты, но нет другого G-кода. Так как G01 является модальным кодом, то он
сохраняется в памяти и используется СЧПУ для работы с новыми координатами.
Можно сказать, что адреса X и Y также являются модальными. То есть значения
координат сохраняются в памяти, пока СЧПУ не заменит (обновит) их другими
значениями координат. Таким образом, данный фрагмент УП можно переписать
еще раз:
…
N70 G01 Z-1 F25
N80 X3 Y3
N90 X7
N100 Y8
N110 Z0.5
…
Система ЧПУ читает программу обработки кадр за кадром. При этом в буфер
памяти системы попадает один или несколько кадров целиком. Длясовременных

76

Структура управляющей программы

систем ЧПУ не принципиально, в каком месте кадра находится тот или иной код
(слово данных). Однако некоторые станки, имеющие старые системы ЧПУ, могут
быть очень придирчивы к порядку слов данных в кадре и к пробелам между ними.
Для современной стойки три приведенных ниже кадра будут иметь совершенно
одинаковый эффект:
N01 G55 G01 X30.45 Y2.35 M08
N02 M08 Y2.35 G55 X30.45 G01
N03 G01 X30.45 Y2.35 G55 M08
Для того чтобы программисту было легче создавать и читать УП, рекомендуется следующий порядок расположения слов данных и знаков программирования
в кадре:
1) код пропуска кадра (/);
2) номер кадра (N);
3) подготовительные функции (G-коды);
4) адреса осевых перемещений (X, Y, Z, I, J, К, А, В, С);
5) команда подачи (F);
6) команда числа оборотов (S);
7) вспомогательные функции (М-коды).
После номера кадра N обычно следует G-код. Это как глагол в предложении – G-коды говорят нам, какую функцию несет каждый кадр. Далее следуют
адреса и координаты позиций осевых перемещений. М-коды обычно ставятся
в конец кадра. Это правило действует, когда в кадре присутствует G-код. Тем не
менее если в кадре нет G-кода, то многие программисты предпочитают ставить
М-код в начало:
…
N40 M03 S1000
N50 G00 X3 Y8
…
В УП не допускаются пробелы между адресом (буквой) и числом или внутри
G- и М-кодов. В приведенном кадре есть несколько ошибок, и СЧПУ станка обязательно будет на них «ругаться»:
N50 G 00 X 3Y 8
Большинство современных стоек прекрасно работает и без пробелов между
словами данных. Удаление пробелов позволяет сократить размер управляющей
программы. Однако человеку, в отличие от компьютера, будет непривычно читать
УП в таком варианте. Сравните два варианта одного и того же кадра:
1) N50 G00 ХЗ Y8
2) N50G00X3Y8
Первый вариант явно читается легче, что означает меньшую вероятность
ошибки при написании или проверке программы обработки.
Номера кадров для большинства современных СЧПУ не обязательны. Они
используются для облегчения поиска требуемой информации в УП и для соз-

Формат программы

77

дания переходов к определенному кадру в некоторых особых случаях. Поэтому
фрагмент программы, с которым мы работаем:
…
N70 G01 Z-1 F25
N80 X3 Y3
N90 X7
N100 Y8
N110 Z0.5
…
перепишем следующим образом:
…
G01 Z-1 F25
X3 Y3
X7
Y8
Z0.5
…
Необходимо уделить особое внимание числовому формату, с которым ваша
стойка ЧПУ сможет работать. Обычно система ЧПУ работает с десятичным форматом и позволяет использовать несколько знаков до десятичной точки и несколько знаков после нее (например, 999.999). Возможны различные варианты употребления ведущих (перед десятичной точкой) и последующих (после десятичной
точки) нулей. Сравните:
Z0.1
Z.1
Z0.100
В некоторых случаях наличие десятичной точки в определенных словах данных обязательно, а в других случаях недопустимо. Поэтому внимательно ознакомьтесь с разделом документации станка с ЧПУ, в котором говорится о формате
программирования.
При работе с положительными числами не требуется вводить знак «+», так
как СЧПУ исходит из положительного значения числа, если не введен никакой
знак. Но при необходимости ввода отрицательного числового значения знак «–»
должен быть запрограммирован обязательно.
Теперь мы можем сравнить первоначальный вариант программы обработки
паза и новый вариант, созданный в этой главе (табл. 5.3). Несмотря на то что второй вариант УП имеет меньший размер (экономия программной памяти системы
ЧПУ), его гораздо труднее читать.
Следовательно, при работе с «экономичной» версией УП появляется вероятность сделать ошибку или ее не заметить. Так как современные СЧПУ и компьютеры обладают достаточно большим объемом памяти, то нет смысла «экономить
байты», убирая пробелы между словами данных, не ставя номеров кадров и забывая про комментарии.

78

Структура управляющей программы

Таблица 5.3. Два варианта одной программы
Обычная УП
%
O0001 (PAZ)
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G90
N20 M06 T01 (FREZA D1)
N30 G43 H01
N40 M03 S1000
N50 G00 X3 Y8
N60 G00 Z0.5
N70 G01 Z-1 F25
N80 G01 X3 Y3
N90 G01 X7 Y3
N100 G01 X7 Y8
N110 G01 Z0.5
N120 G91 G28 X0 Y0 Z0
N130 M05
N140 M30
%

Сжатая УП
%
O0001 (PAZ)
G21G40G49G54G80G90
M6T1
G43H1
M3S1000
G0X3Y8
Z.5
G1Z-1F25
X3Y3
X7
Y8
Z.5
G91G28X0Y0Z0
M5
M30
%

5.6. Строка безопасности
Строкой безопасности называется кадр, содержащий G-коды, которые переводят СЧПУ в определенный стандартный режим, отменяют ненужные функции
и обеспечивают безопасную работу с управляющей программой. В нашей программе для обработки паза строкой безопасности является кадр N10.
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G90
Как вы уже знаете, многие коды являются модальными и остаются активными
в памяти СЧПУ до тех пор, пока их не отменят. Возможны ситуации, когда ненужный модальный G-код не был отменен. Например, если программа обработки
была прервана по каким-либо причинам в середине. Строка безопасности, которая
обычно находится в начале УП или после кадра смены инструмента, позволяет
«восстановить» забытые G-коды и выйти в привычный режим работы.
Давайте поближе познакомимся с G-кодами, находящимися в типичной строке безопасности.
Код G21 говорит станку о том, что все перемещения и подачи рассчитываются
и осуществляются в миллиметрах, а не в дюймах (G20). Так как станки производятся и работают в разных странах, то существует возможность переключения
между дюймовым и метрическим режимами. Поэтому включение этого кода в состав строки безопасности гарантирует работу в правильном режиме.
Код G40 отменяет автоматическую коррекцию на радиус инструмента. Коррекция на радиус инструмента предназначена для автоматического смещения инструмента от запрограммированной траектории. Коррекция может быть активна,
если вы в конце предыдущей программы забыли ее отменить (выключить). Результатом этого может стать неправильная траектория перемещения инструмента
и, как следствие, испорченная деталь.

Важность форматирования УП

79

Код G49 отменяет компенсацию длины инструмента.
Код G54 на большинстве современных станков позволяет активировать одну
из нескольких рабочих систем координат. Предыдущая управляющая программа
могла работать в другой системе координат, например в G55. Как и большинство
G-кодов, G-код рабочей системы координат является модальным и сохраняется
активным в памяти СЧПУ до тех пор, пока его не отменят. Для того чтобы избежать ошибки, в строку безопасности включают код требуемой рабочей системы
координат (G54–G59).
Код G80 отменяет все постоянные циклы (например, циклы сверления) и их
параметры. Отмена постоянных циклов необходима, так как все координаты после G-кода постоянного цикла относятся непосредственно к нему и для выполнения других операций нужно «сказать» системе ЧПУ, что цикл закончен.
Код G90 активирует работу с абсолютными координатами. Хотя большинство
программ обработки создаются в абсолютных координатах, возможны случаи,
когда требуется выполнять перемещения инструмента в относительных координатах (G91).

5.7. Важность форматирования УП
В начале этой главы мы рассмотрели пример, наглядно демонстрирующий,
что нет особого смысла уменьшать размер УП, а есть смысл сделать так, чтобы
программа обработки была хорошо читаемой. Хорошая читаемость программы
обеспечивается четкой структурой, комментариями, номерами кадров и пробелами между словами данных, то есть ее форматом. Однако это не единственная причина для форматирования УП. Второй причиной является совместимость. Если
все программисты в вашей компании будут использовать одинаковый формат, то
каждый из них без особых хлопот разберется в программе своего коллеги, сможет
найти ошибку и исправить ее.
Пожалуй, самой важной причиной для форматирования УП является специфика многоинструментальной обработки на современных станках с ЧПУ. Особенность этой работы заключается в частой смене инструмента и в многократном
использовании одного и того же инструмента. У оператора станка с ЧПУ может
возникнуть необходимость перезапуска программы с определенного номера инструмента или операции. Для этого требуется особая технология написания УП,
нужна определенная избыточность информации.
Опытный программист всегда включает в УП некоторый набор дополнительных команд, позволяющих оператору станка «стартовать» из определенных
кадров программы. Этими командами могут быть не только команды включения
требуемых оборотов шпинделя S и М03, но и строки безопасности, команды на
выполнение компенсации длины и коррекции на радиус инструмента.
Это означает, что одна управляющая программа может состоять из множества
«мини-программ»:
%
O0002

80

Структура управляющей программы

(PROGRAM NAME – T)
(DATE=DD-MM-YY – 15-09-04 TIME=HH:MM – 22:55)
N100 G21
N102 G00 G17 G40 G49 G80 G90
(1 OPERATION)
N104 T1 M6
N106 G00 G90 G54 X-88.783 Y47.985 A0. S1000M3
N108 G43 H1 Z100.
…
(2 OPERATION)
N134 T2 M6
N136 G00 G90 G54 X-88.783 Y47.985 A0. S1000M3
N138 G43 H2 Z100.
…
(3 OPERATION)
N164 T3 M6
N166 G00 G90 G54 X-88.783 Y47.985 A0. S1000M3
N168 G43 H3 Z100.
…
(4 OPERATION)
N194 T4 M6
N196 G00 G90 G54 X-88.783 Y47.985 A0. S1000M3
N198 G43 H4 Z100.
..
(5 OPERATION)
N224 T5 M6
N226 G00 G90 G54 X-88.783 Y47.985 A0. S2000M3
N228 G43 H5 Z100.
…
N248 M08
N250 G28 X0 Y0 Z0
N252 M30
%

Краткое изложение главы
‰ Коды (функции) с адресом G, называемые подготовительными, определяют настройку СЧПУ на определенный вид работы.
‰ Коды (функции) с адресом М называются вспомогательными и предназначены для управления режимами работы станка.
‰ Любая программа обработки состоит из некоторого количества строк, которые называются кадрами УП.
‰ В самом начале УП обязательно должны находиться код начала программы
% и номер программы (например, О0001).

Вопросы

81

‰ Немодальные коды действуют только в том кадре, в котором они находятся. А модальные коды активны до тех пор, пока их не отменят другим кодом
из их функциональной группы.
‰ Строкой безопасности называется кадр, содержащий G-коды, которые переводят СЧПУ в определенный стандартный режим, отменяют ненужные
функции и обеспечивают безопасную работу с управляющей программой.

Вопросы
1. Что такое кадр УП?
2. Для чего нужны номера кадров?
3. Для чего в начале программы находятся код начала программы и номер
программы?
4. Из чего состоит слово данных?
5. Перечислите функциональные группы кодов.
6. В чем преимущество модальных G-кодов перед немодальными?
7. Для чего нужны строки безопасности?
8. Назовите причины для форматирования УП.

Глава 6
БАЗОВЫЕ G-КОДЫ

Введение
Современные системы ЧПУ понимают более сотни различных команд, однако
в своей повседневной работе технолог-программист использует лишь ограниченный, довольно узкий набор G- и М-кодов. Этому есть простое объяснение. Дело в
том, что основная задача УП заключается в перемещении инструмента по заданным координатам. Для реализации таких перемещений нужно воспользоваться
всего несколькими кодами, которые можно смело назвать базовыми. В этой главе
вы подробно ознакомитесь с базовыми G-кодами, которые понимают практически
все станки с ЧПУ. Для большей наглядности все программные примеры снабжены
рисунками и схемами. Обратите внимание на графический символ, обозначающий нулевую точку.

Рис. 6.1. Условные обозначения на рисунках

Ускоренное перемещение – G00

83

6.1. Ускоренное перемещение – G00
Код G00 используется для ускоренного перемещения. Ускоренное перемещение, или позиционирование, необходимо для быстрого перемещения инструмента
к позиции обработки или безопасной позиции. Ускоренное перемещение никогда
не используется для выполнения обработки, так как скорость движения инструмента слишком высока и непостоянна. Применение кода G00 позволяет существенно снизить общее время обработки.
На рис. 6.2 показана фреза, которая перемещается из некоторой безопасной
позиции к заготовке для обработки паза. Вы уже знаете, что для фрезерования
паза сначала нужно подвести фрезу максимально близко к поверхности заготовки, а затем осуществить вертикальное врезание в материал на нужную глубину.
Для экономии времени на выполнение холостых ходов в программе обработке мы
должны указать координаты точки у поверхности заготовки, в которую инструмент должен переместиться максимально быстро. Непосредственное врезание
инструмента в материал заготовки осуществляется со скоростью рабочей подачи
и при помощи другого кода.

Рис. 6.2. Ускоренное перемещение G00

Для выполнения ускоренного перемещения достаточно указать в кадре код
G00 и координаты требуемой позиции. Условно кадр ускоренного перемещения
выглядит так:
G00 Xn.n Yn.n Zn.n
Посмотрим, как будет перемещаться инструмент из точки с координатами
(0;0) в данном фрагменте УП:

84

Базовые G-коды

…
N05 G00 X10.0 Y20.0
N10 X40.0
N15 Y0.0
…
Кадр N05 обеспечивает ускоренное перемещение инструмента в точку с координатами (10;20). Следующий кадр вьполняет позиционирование в точку (40;20).
Кадр N15 перемещает инструмент в точку (40;0). Так как G00 является модальным
кодом, то нет никакой необходимости указывать его еще раз в кадрах N10 и N15.

Рис. 6.3. Ускоренные перемещения инструмента

Всегда необходимо оставлять небольшое расстояние между поверхностью
заготовки и точкой, в которую должен быть перемещен инструмент при помощи
кода G00. Если это расстояние будет близким к нулю, то возникает опасность
столкновения инструмента с заготовкой так как размеры заготовки или инструмента могут оказаться немного большими, чем вы ожидаете. Обычно безопасное
расстояние находится в пределах от 0.5 до 5 мм.
При ускоренном подводе инструмента к детали по трем осям сначала лучше
выполнить позиционирование по осям X и Y, а уже затем по Z. При отводе инструмента – обратный порядок перемещений. В любом случае, рекомендуется разделять ускоренное перемещение на два кадра – на позиционирование по X, Y в одном кадре и по оси Z в другом. Дело в том, что при позиционировании с кодом G00
по трем осям одновременно траектория движения инструмента может не являться
прямой линией. СЧПУ отдает команду двигателям на перемещение колонны или
рабочего стола на максимальной скорости в указанную координату. Как только
достигается требуемая координата по одной из осей, то ускоренное перемещение
по этой оси прекращается, хотя перемещение по другим осям все еще может происходить. Так как расстояния перемещения по трем осям различны, то траектория
перемещения может выглядеть как ломаная линия. Результатом такого перемеще-

85

Линейная интерполяция – G01

ния может стать неожиданное столкновение инструмента с крепежными элементами и приспособлениями.
Сравните два фрагмента УП:

…
N10 G00 X100.0 Y200.0 Z0.5
…

…
N10 G00 X100.0 Y200.0
N20 Z0.5
…

Во втором фрагменте ускоренное перемещение разбито на два кадра: сначала
инструмент быстро перемещается в точку (100;200), а уже после опускается по
оси Z. Этот вариант является более предпочтительным, так как основное позиционирование осуществляется по осям X и Y далеко от заготовки и приспособления,
тогда как в первом случае существует вероятность столкновения инструмента
с деталью.
При работе с ускоренными перемещениями нужно проявлять повышенную
внимательность. Современные станки с ЧПУ в этом режиме могут иметь скорость
30 метров в минуту и более. Скорее всего, оператор станка просто не успеет среагировать на неправильное перемещение на такой скорости, и может произойти
серьезное столкновение. Опытный программист старается не допускать ускоренных перемещений инструмента ниже поверхности заготовки и всегда проверяет
кадры, содержащие код G00.

6.2. Линейная интерполяция – G01
Код G01 предназначен для выполнения линейной интерполяции, или, говоря простым языком, для перемещения инструмента по прямой линии с заданной
скоростью. Условно кадр для линейной интерполяции записывается следующим
образом:
G01 Xn.n Yn.n Zn.n F n.n
Как видите, в этом кадре появилось слово данных F. Основное отличие кода
G01 от G00 заключается в том, что при линейной интерполяции инструмент перемещается с заданной скоростью (скоростью рабочей подачи), при которой возможна механическая обработка материала. При этом СЧПУ поддерживает прямолинейное перемещение даже по трем осям одновременно.
N10 G01 X10.0 Y30.0 F100
N20 X40.0 Y40.0 Z40.0
В кадре N10 инструмент перемещается в точку (10;30) со скоростью 100 миллиметров в минуту. Следующий кадр выполняет линейное перемещение в точку
(40;40;40). Так как код G01 является модальным, то его не нужно указывать еще
раз в кадре N20. То же самое относится и к скорости подачи F. Если в кадре N10
указана скорость F100, то она остается неизменной, пока не будет запрограммировано новое значение F. Линейная интерполяция используется не только для обработки в плоскости X–Y, но и для вертикального врезания в материал заготовки.

86

Базовые G-коды

Рис. 6.4. Перемещение инструмента в точку (30; 40)
со скоростью рабочей подачи 50 мм/мин

6.3. Круговая интерполяция –
G02 и G03
Если обработку по прямой линии несложно производить и на простом станке
с ручным управлением, то перемещение инструмента по дуге точнее и проще выполнять на станке с ЧПУ.
Коды G02 и G03 предназначены для выполнения круговой интерполяции.
Код G02 используется для перемещения по дуге по часовой стрелке, a G03 – против часовой стрелки. Направление перемещения определяется, когда мы смотрим
на инструмент со стороны шпинделя, в отрицательном направлении оси Z. Как и
при выполнении линейной интерполяции, в кадре круговой интерполяции необходимо указать скорость рабочей подачи F.
Существуют два способа для формирования кадра круговой интерполяции.
Сравните структуру следующих кадров:
G02 Xn.n Yn.n Zn.n In.n Jn.n Kn.n Fn.n.
G02 Xn.n Yn.n Zn.n Rn.n Fn.n.
В первом варианте для выполнения кругового перемещения указывают: код
G02 (G0З); координаты конечной точки дуги; I, J, К – слова данных и скорость
рабочей подачи. А во втором варианте вместо I, J, К указывают R. Выбор варианта
записи кадра кругового перемещения зависит от возможностей ЧПУ и привычки
программиста. Большинство современных станков с ЧПУ поддерживают оба варианта записи.
В кадре с кодом круговой интерполяции необходимо указать координаты конечной точки перемещения (дуги). Если, кроме X и Y, в кадре находится Z-слово
данных, то это значит, что производится винтовая интерполяция. Винтовая ин-

Круговая интерполяция – G02 и G03

87

Рис. 6.5. Направление перемещения по дуге можно определить,
если посмотреть на заготовку со стороны инструмента.
В данном случае фреза перемещается по часовой стрелке,
значит, используем код G02

терполяция, которая поддерживается не всеми системами ЧПУ, позволяет выполнять фрезерование резьбы и обеспечивает плавное винтовое врезание инструмента в материал заготовки.

Дуга с I, J, К
Для полного описания дуги недостаточно задать только координаты ее конечной точки. Необходимо также указать радиус и координаты центра.

Рис. 6.6. Адреса I, J, К используются
для определения центра дуги

88

Базовые G-коды

При помощи I, J и К вы указываете относительные (инкрементальные) расстояния от начальной точки дуги до ее центра. Слово данных с I относится к оси X,
слово данных с J – к оси Y, а слово данных с К – к оси Z. При этом в зависимости от
расположения дуги значения могут быть положительными или отрицательными.

Рис. 6.7. Для описания дуги № 1
необходимо указать положительное
значение для I и отрицательное для J

Рис. 6.8. Для описания дуги № 2
необходимо указать положительное
значение для I и положительное для J

Дуга с R
Более простой способ задания центра дуги основан на применении адреса R
(радиуса). Если ваша стойка поддерживает такой формат для круговой интерполяции, то СЧПУ самостоятельно производит необходимые расчеты для определения координат центра дуги. Многие СЧПУ при работе с R требуют, чтобы окружность была разбита на несколько сегментов.
Для однозначного определения формы дуги нужно указывать соответствующий знак перед числовым значением радиуса R. Для дуги, которая больше 180°,

Рис. 6.9. Так как дуга меньше 180°
(ее центр расположен снаружи
хорды), то R будет иметь
положительное значение

Рис. 6.10. Так как дуга больше 180°
(ее центр расположен внутри хорды),
то R будет иметь отрицательное
значение

Круговая интерполяция – G02 и G03

89

значение R будет отрицательным. Для дуги, которая меньше 180°, значение R будет положительным.

Использование G02 и G03
Давайте разберемся, как работает круговая интерполяция, на примере. Приведенный ниже фрагмент управляющей программы перемещает инструмент по
дуге с радиусом 3 мм из точки А (0;0) в точку В (3;3) со скоростью рабочей подачи
100 мм/мин.
N10 G02 X3.0 Y3.0 I3.0 J0.0 F100
Так как центр дуги находится на расстоянии 3 мм по оси X и 0 мм по оси Y
относительно начальной точки А, то I будет равно 3.0, a J равно 0. Полученная
дуга составляет всего четверть от полной окружности. Попытаемся описать всю
окружность постепенно. Следующий кадр перемещает инструмент из точки В
(В1) в точку В2. Так как скорость рабочей подачи не изменяется, то нет необходимости повторно указывать F-слово данных.

Рис. 6.11. Перемещение по дуге с R3
из точки А (0;0) в точку В (3;3)

Так как центр дуги находится на расстоянии 3 мм по оси X и 0 мм по оси Y
относительно начальной точки А, то I будет равно 3.0, a J равно 0. Полученная
дуга составляет всего четверть от полной окружности. Попытаемся описать всю
окружность постепенно. Следующий кадр перемещает инструмент из точки В1
в точку В2. Так как скорость рабочей подачи не изменяется, то нет необходимости
повторно указывать F-слово данных.
Так как центр дуги находится на расстоянии 0 мм по оси X и 3 мм по оси Y относительно точки В, то I будет равно 0, a J равно –3.
Таким образом, нам удалось создать перемещение по дуге из точки А в точку
В2 при помощи двух кадров. Этот пример не случаен. Дело в том, что многие станки требуют именно такого разбиения окружности. То есть для описания полной
окружности может потребоваться до четырех кадров.
В настоящее время большинство систем ЧПУ позволяют выполнить операцию по описанию полной окружности за два или даже за один кадр. Поэтому перемещение из точки А в точку С можно записать следующим образом:
N05 G02 X6.0 Y0.0 I3.0 J0.0

90

Базовые G-коды

Рис. 6.12. Современные системы ЧПУ допускают
описание подобной дуги в одном кадре

А для полной окружности с радиусом 3 мм и центром в точке с координатами
(0; 0) справедливым будет следующий кадр:
N15 G02 Х-3.0 Y0.0 13.0 J0.0

Рис. 6.13. Описание полной окружности
в одном кадре также возможно

Дуги такого типа несложно описать математически. Однако если начальная и
конечная точки дуги образуют некоторый сложный угол или эти точки находятся
в разных квадрантах, то для нахождения значений I, J, К требуются определенные
тригонометрические вычисления (рис. 6.14). При этом необходимо, чтобы расче-

Рис. 6.14. Часто для расчета дуги «вручную»
необходимо приложить некоторые усилия

91

Вопросы

ты были достаточно точными, иначе СЧПУ может выдать сообщение о невозможности построения дуги.
На рис. 6.15 изображена дуга, которую необходимо описать при помощи кодов
круговой интерполяции с R-словом данных. В случае, когда инструмент перемещается по дуге по часовой стрелке (G02) из точки А в точку В , в УП должен присутствовать следующий кадр: G02 Х0 Y-10 R10. Если инструмент перемещается
по дуге против часовой стрелки (G03) из точки В в точку А, в УП должен присутствовать следующий кадр: G03 Х10 Y0 R10.

Рис. 6.15. Дуга, которую необходимо описать при помощи
кодов круговой интерполяции с R-словом данных

Краткое изложение главы
‰ Код G00 используется для выполнения ускоренного перемещения.
‰ Ускоренное перемещение никогда не применяется для выполнения обработки, так как скорость движения инструмента слишком высока и непостоянна.
‰ Код G01 предназначен для выполнения линейной интерполяции.
‰ Коды G02 и G03 предназначены для выполнения круговой интерполяции.
‰ Современные системы ЧПУ допускают описание полной дуги в одном кадре.
‰ Если дуга меньше 180°, то R-слово данных будет положительным. Если
дуга больше 180°, то R будет отрицательным.

Вопросы
1. Для чего применяется ускоренное перемещение?
2. Зачем нужен зазор между поверхностью и точкой, в которую перемещается
инструмент с помощью кода G00?
3. Почему при работе с G00 следует проявлять повышенную осторожность?
4. В чем разница между G01 и G00?
5. В чем разница между G02 и G03?
6. Для чего в кадре круговой интерполяции указывают I-, J-, К-слова данных?
7. Как проще описать дугу – при помощи R- или I-, J-, К-слов данных?

Глава 7
БАЗОВЫЕ М-КОДЫ

Введение
Коды, обозначающиеся буквой М (Miscellaneous), называются вспомогательными и предназначены для управления режимами работы станка. М-код может
стоять как отдельно, так и находиться в кадре с G-кодами. Некоторые М-коды работают совместно с другими адресами. Например, М-код, отвечающий за направление вращения шпинделя, обычно указывается с адресом S, который необходим
для задания числа его оборотов при вращении:
N10 S1000 М03
В табл. 8 помещены базовые М-коды, которые должен знать каждый технологпрограммист. Когда М-код находится в кадре с G-кодом, то порядок выполнения
зависит от модели ЧПУ. Возьмем, например, следующий кадр:
N10 G01 Х100.0 Y100.0 Z100.0 F50.0 М08
Этот кадр выполняет линейное перемещение и включает подачу охлаждающей жидкости (М08). Одни станки включают подачу СОЖ сразу, другие – только
после перемещения в указанную позицию. Зная это, опытный программист старается указывать код М08 перед выполнением перемещения на рабочей подаче:
N05 М08
N10 G01 Х100.0 Y100.0 Z100.0 F50.0
Нужно учесть, что некоторые системы ЧПУ позволяют задавать в кадре только
один М-код. В этом случае если в кадре находятся несколько М-кодов, то СЧПУ
выдаст сообщение об ошибке. Для избежания ошибок внимательно прочтите раздел документации станка и системы ЧПУ о работе с М-кодами.
Таблица 7.1. Базовые М-коды
М код
М00
М01
M02
М03
М04
М05

Действие
Запрограммированный останов
Останов по выбору
Конец программы
Прямое вращение шпинделя
Обратное вращение шпинделя
Останов шпинделя

Останов выполнения управляющей программы – М00 и М01

93

Таблица 7.1. Базовые М-коды (окончание)
М код
М06
М08
М09
М30

Действие
Автоматическая смена инструмента
Включение подачи охлаждающей жидкости
Выключение подачи охлаждающей жидкости
Конец программы, перевод курсора в начало программы

7.1. Останов выполнения
управляющей программы –
М00 и М01
Очень часто возникают ситуации, когда необходимо временно прервать
вьполнение программы. Например, для того чтобы удалить стружку, проверить
размеры обрабатываемой детали или переставить крепежные элементы в другое
положение.
Коды М00 и М01 временно приостанавливают выполнение программы обработки, или, говоря другими словами, делают паузу в производственном цикле
станка. Когда СЧПУ читает код М00, то происходит так называемый запрограммированный останов. Все осевые перемещения останавливаются и возобновляются лишь после того, как оператор станка нажмет клавишу Старт цикла на панели
УЧПУ. При этом шпиндель продолжает вращаться, и другие функции остаются
активными. Если оператор станка нажимает клавишу Старт цикла, то выполнение
программы будет продолжено с кадра, следующего за М00.
…
N200 G01 X200
N210 G00 Z100
N220 M00
N230 G00 Z5
N240 G01 Z-1 F50
…
Для того чтобы безопасно удалить стружку из зоны обработки или снять ее
со сверла, необходимо остановить шпиндель. То есть перед командой М00 нужно указать код выключения вращения шпинделя М05. Однако не забудьте снова
включить шпиндель, иначе инструмент будет перемещаться без вращения, что
приведет к его поломке.
…
N200 G01 X200
N210 G00 Z100
N215 M05
N220 M00
N225 M03 S1000

94

Базовые М-коды

N230 G00 Z5
N240 G01 Z-1 F50
…
Код М01 предназначен для останова по выбору. Действует он аналогично коду
М00, однако предоставляет выбор оператору – нужно или не нужно прерывать выполнение управляющей программы. На панели УЧПУ практически любого станка имеется клавиша (или переключатель) «М01». Если эта клавиша нажата, то при
чтении кадра с М01 происходит останов. Если же клавиша не нажата, то команда
М01 пропускается и выполнение УП не прерывается.
…
N200 G01 X200
N210 G00 Z100
N220 M01
N230 G00 Z5
N240 G01 Z-1 F50
…
Таблица 7.2. Поведение станка при работе с кодом М01
Клавиша «М01»
на панели УЧПУ
Вкл.
Выкл.

Поведение станка
Выполнение программы приостанавливается и будет продолжено
только после того, как оператор станка нажмет клавишу Старт цикла
Выполнение программы не будет прервано

7.2. Управление вращением
шпинделя – М03, М04, М05
Вспомогательные коды М03 и М04 предназначены для управления вращением шпинделя. Единственная разница между двумя этими М-кодами заключается
в направлении вращения. Код М03 отвечает за прямое (по часовой стрелке),
а М04 – за обратное вращение шпинделя (против часовой стрелки). Направление вращения определяется, если смотреть в отрицательном направлении оси
Z (со стороны шпинделя в сторону заготовки). При фрезеровании режущие инструменты должны иметь прямое вращение (М03). При выводе метчика из отверстия, при нарезании левой резьбы, в циклах автоматического измерения диаметра
инструмента может потребоваться обратное вращение пшинделя (М04). В конце
программы обработки и перед сменой инструмента нужно остановить вращение
шпинделя при помощи команды М05.
…
N40 Z5.0
N45 G00 Z100.0
N50 M05

Управление вращением шпинделя – М03, М04, М05

95

M55 M30
%
Для задания частоты вращения шпинделя используется S-адрес. За S следует
числовое значение, выражающее скорость вращения шпинделя в оборотах за одну
минуту. Большинство СЧПУ воспринимают только целочисленное значение S.
Обычно код М03 и S находятся в одном кадре. Например, кадр N20 заставляет вращаться шпиндель в прямом направлении со скоростью 1000 оборотов в минуту:
%
O0002
N05 G21 G40 G49 G54 G80 G90 G98 G00
N10 T1 M06
N15 G43 H1 Z100.0
N20 M03 S1000
N25 X100.0 Y150.0 Z5
N30 G01 Z-0.5
N35 X200.0 Y250.0
N40 Z5.0
N45 G00 Z100.0
N50 M05
M55 M30
%

Рис. 7.1. При фрезеровании используется прямое вращение шпинделя (М03)

96

Базовые М-коды

Некоторые станки (преимущественно старых моделей) оснащены специальной коробкой скоростей. Нужная передача для соответствующего диапазона скоростей вращения шпинделя выбирается автоматически или с помощью М-кодов.
Обычно для включения низкой передачи используется код М41, а для включения
более высоких передач – М42, М43 и т. д. Переключение передач в этом случае
необходимо, чтобы двигатель, вращающий шпиндель, не подвергался чрезмерным нагрузкам (вспомните процесс переключения передач в автомобиле). Приведем небольшой программный пример. В кадре N20 включается низкая передача, а в кадре N25 шпиндель начинает вращаться со скоростью 900 оборотов
в минуту:
…
N10 T5 M06
N15 G43 H5
N20 M41
N25 M03 S900
…

7.3. Управление подачей СОЖ –
М07,М08, М09
В процессе фрезерования охлаждающая жидкость подается в зону обработки для увеличения стойкости инструмента, улучшения качества обрабатываемой
поверхности и удаления (вымывания) стружки. Станки с ЧПУ оснащаются системой автоматической подачи СОЖ. Управление этой системой осуществляется
при помощи нескольких М-кодов. Обычно код М08 используется для включения
подачи охлаждающей жидкости, а код М09 – для выключения. Некоторые станки позволяют подавать СОЖ в зону обработки в различном виде. Например, код
М08 может вызывать подачу охлаждающей жидкости в виде струи, а код М07 –
в распыленном виде.
Подачу СОЖ принято отключать перед
сменой инструмента и в конце программы обработки. Многие современные станки делают
это автоматически при чтении кода М06 (смена инструмента), кодов М30 и М02 (конец
программы). Кроме программного управления системой автоматической подачи СОЖ,
существует и ручное управление, позволяющее оператору станка при помощи определенРис. 7.2. Подача СОЖ
ных клавиш на панели УЧПУ включать или
в зону резания
выключать подачу охлаждающей жидкости
в случае необходимости.
Для того чтобы струя охлаждающей жидкости точно попадала в нужное место
зоны обработки и на режущий инструмент, используют гибкие шланги.

Автоматическая смена инструмента – М06

97

7.4. Автоматическая смена
инструмента – М06
Код М06 предназначен для автоматической смены инструмента. Некоторые
станки с ЧПУ прошлых поколений или недорогие настольные станки не имеют
устройства автоматической смены инструмента. В этом случае оператор станка
вынужден останавливать программу и вручную менять один инструмент на другой, что конечно же неудобно.
Многие современные станки с ЧПУ имеют это полезное устройство, освобождающее оператора от лишнего вмешательства в производственный цикл станка.
Инструменты находятся в ячейках специального барабана, который обычно называют магазином инструментов. В большинстве станков каждая из ячеек магазина
инструментов имеет собственный номер. Специальные датчики и устройство обратной связи помогают системе ЧПУ определить положение магазина инструментов и наличие инструмента в ячейках.

Рис. 7.3. Режущие инструменты в магазине станка с ЧПУ

Обычно для выполнения автоматической смены инструмента программист
напрямую указывает номер инструмента, который необходимо взять (номер инструмента в большинстве случаев совпадает с номером ячейки инструментального
магазина). Такой способ смены инструмента называется абсолютным. Некоторые
старые станки использовали относительный способ смены инструмента. В этом

98

Базовые М-коды

случае номер инструмента отсчитывался от номера текущего инструмента, что
менее удобно.
Производители станков постоянно совершенствуют конструкцию устройств
автоматической смены инструмента. Сегодня наиболее популярными являются
следующие конфигурации:
‰ магазин инструментов перемещается при смене инструмента, тип «зонтик»;
‰ магазин инструментов не перемещается при смене инструмента, тип «рука».
Сначала рассмотрим алгоритм работы устройства автоматической смены инструмента с перемещающимся магазином. Когда управляющая программа доходит до кадра смены инструмента, шпиндель перемещается в определенную точку,
находящуюся рядом с магазином инструментов. Магазин инструментов перемещается в эту же точку до «сцепления» инструмента с пустой ячейкой. Шпиндель
немного поднимается вверх, освобождая отработавший инструмент. Магазин
инструментов поворачивается таким образом, чтобы выбранный инструмент находился под шпинделем. Шпиндель опускается, зажимает новый инструмент и
отводится вверх. Магазин инструментов перемещается обратно на свое место.
Если магазин инструментов не перемещается, то возможен следующий алгоритм работы. Сначала шпиндель перемещается в определенную точку, находящуюся рядом с магазином инструментов. Затем магазин инструментов поворачивается таким образом, чтобы выбранный инструмент находился напротив
шпинделя. Механический захват («рука»), находящийся между магазином и
шпинделем, захватывает отработавший инструмент в шпинделе и новый инструмент в магазине. Захват опускается вниз, освобождает инструмент и меняет их
местами. Захват поднимается вверх, при этом новый инструмент зажимается
в шпинделе, а старый остается в магазине инструментов.
Внимательно ознакомьтесь с соответствующим разделом документации станка, для того чтобы хорошо понимать, как на вашем станке производится смена
инструмента.
Обычно станки с ЧПУ производят смену инструмента при указании в программе следующей команды:
М06 Т1
Адрес Т обозначает номер вызываемого инструмента (в данном случае инструмент № 1), а М06 обеспечивает смену. Например, если в УП запрограммировать
М06 Т5, то будет вызван инструмент № 5. Большинство СЧПУ допускают любой
порядок слов данных в кадре смены инструмента. То есть вы можете вызвать инструмент № 1 и таким образом:
Т1М06
Некоторые СЧПУ требуют, чтобы адрес Т и команда М06 находились в разных кадрах, иначе автоматическая смена инструмента может быть выполнена неправильно:
N10 Т1
N20 М06

Автоматическая смена инструмента – М06

99

Сразу после смены необходимо выполнить компенсацию длины нового инструмента. Как вы уже знаете, компенсация длины инструмента осуществляется при
помощи кода G43 и следующего за ним Н-слова данных. Для удобства номер корректора на длину совпадает с номером инструмента. Например, для выполнения
компенсации длины инструмента № 1 в УП необходимо указать:
G43 H1
Некоторые станки старых моделей требовали указывать направление компенсации длины инструмента. При этом код G43 обозначал положительное направление, a G44 – отрицательное направление компенсации. К счастью, сегодня такой
неудобный способ используется крайне редко.
Кадры смены инструмента и активации компенсации длины нового инструмента в управляющей программе:
%
O0002
N05 G21 G40 G49 G54 G80 G90 G98 G00
N10 T1 M06
N15 G43 H1 Z100.0
N20 M03 S1000
N25 X100.0 Y150.0 Z5
N30 G01 Z-0.5
N35 X200.0 Y250.0
N40 Z5.0
N45 G00 Z100.0
N50 M05
M55 M30
%
В кадре N10 производится смена инструмента (вызов инструмента № 1),
а в кадре N15 выполняется компенсация длины инструмента № 1 и инструмент
перемещается в точку Z100.0.
Перед тем как вызвать новый инструмент, принято отменять компенсацию
длины активного инструмента. Это действие производится при помощи кода G49,
хотя многие современные СЧПУ отменяют компенсацию длины автоматически
при указании команды М06. Если произведена смена инструмента, а компенсация его длины не выполнена, то возможно столкновение инструмента с заготовкой или частями станка.
Многие программисты для обеспечения безопасности перед сменой инструмента выполняют возврат в исходную позицию по оси Z:
…
G91 G28 Z0
T3 M06
G43 H3
…

100

Базовые М-коды

Чтобы избежать серьезных ошибок, при смене инструмента оператору станка
необходимо быть особенно внимательным.

7.5. Завершение программы –
М30 и М02
В конце любой управляющей программы должен находиться код ее завершения – М30 или М02. При выполнении любого из этих кодов станок останавливается независимо от того, какую функцию он выполнял. Разница между М30 и М02
заключается лишь в том, что код М30, помимо завершения программы, «перематывает» или «сбрасывает» ее на начало, а код М02 не делает этого. Проще говоря,
при окончании программы обработки с М30 курсор текущего положения переводится в самое начало программы, а с М02 остается в конце.
…
N40 Z5.0
N45 G00 Z100.0
N50 M05
M55 M30
%
Обычно при завершении программы обработки производится перемещение
рабочего стола или инструмента в позицию, которая облегчает оператору снятие
готовой детали со станка. Такое перемещение совершается с помощью кода возврата в исходную позицию G28:
…
N120 G91 G28 X0 Y0 Z0
N130 M05
N140 M30
%

Краткое изложение главы
‰ Коды или функции, обозначающиеся буквой М, называются вспомогательными и предназначены для управления режимами работы станка.
‰ Большинство современных станков с ЧПУ снабжены устройством автоматической смены инструмента, которое устраняет необходимость ручного
вмешательства оператора в процесс замены одного инструмента на другой.
‰ Сразу после смены инструмента необходимо выполнить компенсацию длины нового инструмента.
‰ Коды М03 и М04 предназначены для включения вращения шпинделя.
‰ Код М05 останавливает вращение шпинделя.
‰ Для задания частоты вращения шпинделя используется адрес S.
‰ Станки с ЧПУ оснащаются системой автоматической подачи СОЖ.

Вопросы

101

‰ В конце любой управляющей программы должен находиться код завершения программы – М03 или М02.
‰ Коды М00 и М01 временно останавливают выполнение управляющей программы.

Вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Перечислите основные М-коды.
Опишите типичное поведение станка при смене инструмента.
В чем разница между кодами М03 и М04?
С какой скоростью будет вращаться шпиндель при условии, что в УП находится кадр М03 S1200?
Для чего нужно подавать охлаждающую жидкость в зону обработки при
фрезеровании?
В чем разница между кодами М30 и М02?
В чем разница между кодами М00 и М01?
Назовите команду для автоматической смены инструмента.

Глава 8
ПОСТОЯННЫЕ ЦИКЛЫ СТАНКА С ЧПУ

Введение
Постоянными циклами называются специальные макропрограммы, заложенные в УЧПУ для выполнения стандартных операций механической обработки.
Практически все станки с ЧПУ имеют набор циклов для обработки отверстий –
циклы сверления, растачивания и нарезания резьбы. Эти циклы упрощают процесс написания УП и экономят время, так как позволяют при помощи одного кадра выполнить множество перемещений.

Рис. 8.1. Постоянные циклы обычно используются
для обработки отверстий

Предположим, что необходимо просверлить несколько отверстий в детали.
Чтобы просверлить одно отверстие, нужно на рабочей подаче опустить сверло на
требуемую глубину, затем вывести его вверх на ускоренной подаче и переместить
к следующему отверстию. Следующая программа демонстрирует, как просверлить несколько отверстий без использования постоянных циклов:

103

Введение

%
O0005
Начало программы
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
Строка безопасности
N104 T1 M6
Вызов инструмента
N106 G0 G90 G54 X5. Y5. S1000 M3
Перемещение к отверстию № 1
N108 G43 H1 Z100.
Коррекция на длину инструмента
N110 Z10.
N112 G1Z-8. F70.
Сверление отверстия № 1
N114 G0 Z10.
Вывод сверла на ускоренной подаче
N116 X15.
Перемещение к отверстию № 2
N118 G1 Z-8. F70
Сверление отверстия № 2
N120 G0 Z10.
Вывод сверла на ускоренной подаче
N122 X-5.
Перемещение к отверстию № 3
N124 G1 Z-8. F70
Сверление отверстия № 3
N126 G0 Z10.
Вывод сверла на ускоренной подаче
N128 X-15.
Перемещение к отверстию № 4
N130 G1 Z-8. F70
Сверление отверстия № 4
N132 G0 Z10.
Вывод сверла на ускоренной подаче
N134 X5. Y-5.
Перемещение к отверстию № 5
N136 G1 Z-8. F70
Сверление отверстия № 5
N138 G0 Z10.
Вывод сверла на ускоренной подаче
N140 X15.
Перемещение к отверстию № 6
N142 G1 Z-8. F70
Сверление отверстия № 6
N144 G0 Z10.
Вывод сверла на ускоренной подаче
N146 X-5.
Перемещение к отверстию № 7
N148 G1 Z-8. F70
Сверление отверстия № 7
N150 G0 Z10.
Вывод сверла на ускоренной подаче
N152 X-15.
Перемещение к отверстию № 8
N154 G1 Z-8. F70
Сверление отверстия № 8
N156 G0 Z10.
Вывод сверла на ускоренной подаче
N158 Z100.
N160 M5
N166 M30
Конец программы
%
Использование постоянного цикла упрощает процесс создания программы
для обработки отверстий, делает ее легко читаемой и существенно уменьшает
в размере. Создадим новую УП дляобработки этих же отверстий с постоянным
циклом сверления:
%
O0005
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
N104 T1 M6

Начало программы
Строка безопасности
Вызов инструмента

104

Постоянные циклы станка с ЧПУ

N106 G0 G90 G54 X5. Y5. S1000 M3
Перемещение к отверстию № 1
N108 G43 H1 Z100.
Коррекция на длину инструмента
N110 Z10.
N112 G99 G81 Z-8. R10. F70.
Вызов цикла сверления
N114 X15.
Координаты отверстия № 2
N116 X-5.
Координаты отверстия № 3
N118 X-15.
Координаты отверстия № 4
N120 X5. Y-5.
Координаты отверстия № 5
N122 X15.
Координаты отверстия № 6
N124 X-5.
Координаты отверстия № 7
N126 X-15.
Координаты отверстия № 8
N128 G80
Отмена цикла сверления
N130 Z100.
N132 M5
N138 M30
Конец программы
%
Очевидно, что новая программа имеет меньший размер. В кадре N112 находится код G81 для вызова цикла сверления. В этом же кадре находятся адреса,
отвечающие за настройку параметров цикла. Адрес Z обозначает глубину сверления, a R определяет высоту отвода сверла из отверстия относительно нулевой
плоскости. В последующих кадрах находятся координаты обрабатываемых отверстий. В них не нужно ставить коды вызова цикла сверления, так как G81 будет
оставаться активным, пока его не отменят при помощи кода G80.
Работать с постоянными циклами очень удобно. Например, вы решили изменить глубину сверления и высоту вывода сверла из отверстия. При работе с программой без постоянного цикла вам придется отредактировать ее практически
полностью. Если же вы используете постоянный цикл сверления, то для достижения нужного эффекта достаточно изменить несколько параметров.
Станки с ЧПУ могут иметь разнообразные циклы: от довольно простых – для
сверления, растачивания и нарезания резьбы до более сложных – для обработки
контуров и карманов. Некоторые циклы стандартизированы, хотя большинство из
них разрабатываются производителями станков и систем ЧПУ самостоятельно.
Поэтому на разных станках одинаковые по сути циклы могут записываться поразному, что конечно же затрудняет программирование. В этой главе мы рассмотрим циклы для обработки отверстий, использующиеся на подавляющем большинстве современных станов с ЧПУ.
Таблица 8.1. Постоянные циклы для обработки отверстий
G код
G80
G81
G82
G83
G73

Описание
Отмена постоянного цикла
Стандартный цикл сверления
Сверление с выдержкой
Цикл прерывистого сверления
Высокоскоростной цикл прерывистого сверления

Стандартный цикл сверления и цикл сверления с выдержкой

105

Таблица 8.1. Постоянные циклы для обработки отверстий (окончание)
G код
G84
G74
G85

Описание
Цикл нарезания резьбы
Цикл нарезания левой резьбы
Стандартный цикл растачивания

8.1. Стандартный цикл сверления
и цикл сверления с выдержкой
Код G81 предназначен для вызова стандартного цикла сверления. Следующий кадр демонстрирует типичный формат этого цикла:
G81 Х10.0 Y15.3 Z-3.0 R0.5 F50.
Адреса X и Y определяют координаты обрабатываемых отверстий. Адрес Z
указывает конечную глубину сверления, a R применяется для установления плоскости отвода. Плоскость отвода – это координата по оси Z, с которой начинается
сверление на рабочей подаче. Плоскость отвода устанавливается немного выше
поверхности детали, поэтому значение при R обычно положительное. Не стоит
устанавливать плоскость отвода очень высоко, иначе сверло на рабочей подаче
будет перемещаться слишком долго. Рабочая подача для цикла устанавливается
с помощью F-слова данных.
Постоянные циклы и их параметры являются модальными. Вызвав цикл при
помощи соответствующего G-кода, в следующих кадрах вы указываете координаты отверстий, которые необходимо обработать, не программируя никаких других
кодов и параметров. После кадра, содержащего координаты последнего отверстия,
необходимо запрограммировать G80 – код отмены (окончания) постоянного цикла. Если этого не сделать, то все последующие координаты перемещений будут
считаться координатами обрабатываемых отверстий.
Цикл сверления с выдержкой вызывается при помощи команды G82. Функционирует этот цикл аналогично стандартному циклу сверления, с единственной
разницей в том, что при G82 на дне отверстия запрограммировано время ожидания (выдержка). Цикл сверления с выдержкой часто применяется для сверления
глухих отверстий, так как запрограммированное время ожидания обеспечивает
лучшее удаление стружки со дна отверстия. Адрес Р устанавливает время ожидания на дне отверстия. Как правило, время выдержки указывается в 1/1000 сек. без
десятичной точки. Например, в следующем кадре выполняется цикл сверления
с выдержкой на дне отверстия, равной 6.5 секунды:
G82 Х10.0 Y15.3 Z-3.0 P6500 R0.5 F50.
При выполнении механической обработки отверстий при помощи постоянных
циклов вам необходимо знать, что такое исходная плоскость и плоскость отвода.
Две эти плоскости используются для управления перемещениями по оси Z между
отверстиями. О плоскости отвода мы уже говорили. Плоскость отвода – это координата (уровень) по оси Z, устанавливаемая R-адресом, с которой начинается

106

Постоянные циклы станка с ЧПУ

сверление на рабочей подаче и в которую возвращается инструмент после того,
как он достиг дна обрабатываемого отверстия. Исходная плоскость – это координата (уровень), по оси Z в которой располагался инструмент перед вызовом постоянного цикла. Код G98 используется для работы с исходной плоскостью, а код
G99 – с плоскостью отвода.

Рис. 8.2. При использовании кода G98 в постоянном цикле
инструмент каждый раз возвращается в исходную плоскость,
а при использовании G99 – в плоскость отвода,
установленную R-адресом

Предположим, что инструмент находится в координате Z20.0 в момент вызова
цикла сверления. Тогда исходная плоскость будет располагаться на расстоянии
20 мм выше нулевой точки по оси Z. То есть для установления исходной плоскости
не требуется указывать какие-либо специальные адреса. Однако для установления плоскости отвода необходимо использовать адрес R. Формат кадра для цикла
сверления выглядит следующим образом:
G98 G81 Х10.0 Y15.3 Z-3.0 R0.5 F50.
или
G99 G81 Х10.0 Y15.3 Z-3.0 R0.5 F50.
Если цикл сверления работает совместно с кодом G98, то инструмент возвращается к исходной плоскости в конце каждого цикла и между всеми обрабатываемыми отверстиями. Код G98 применяется, когда требуется увеличенное расстояние отвода, для того чтобы избежать столкновения инструмента с деталью.
Учтите, что если вы работаете с G98 сразу после смены инструмента, то исходная
плоскость, скорее всего, будет установлена очень высоко, и инструмент будет перемещаться к отверстию непозволительно долго.
Когда нет опасности столкновения инструмента с деталью, то обычно используют код G99, который позволяет сократить время при обработке множества отверстий. В этом случае инструмент перемещается между отверстиями и выводится вверх в конце цикла до координаты по Z, установленной R-словом данных.

Относительные координаты в постоянном цикле

107

Рис. 8.3. Будьте особенно внимательны при использовании
постоянного цикла с G99. Если плоскость отвода (R)
установлена неправильно, то может произойти
столкновение инструмента с деталью

Обычно системы ЧПУ позволяют переключаться между G98 и G99 прямо
внутри постоянного цикла между обрабатываемыми отверстиями:
…
G99 G81 X10.0 Y15.3 Z-3.0 R0.5 F50.
X20 Y20
G98 X30 Y30
X40 Y40
…

8.2. Относительные координаты
в постоянном цикле
При необходимости использования относительных координат (G91) при работе с постоянным циклом следует учитывать следующее:
1) плоскость отвода устанавливается относительно исходной плоскости;
2) глубина сверления по Z устанавливается относительно плоскости отвода.
Давайте создадим две программы на сверление отверстий для одной и той же
детали. Первая программа будет использовать абсолютные координаты, а вторая – относительные (табл. 8.2).
Как видите, в случае относительного программирования глубина сверления
(6 мм ниже нулевой плоскости) устанавливается относительно плоскости отвода,
поэтому в программе указано Z-16.
Плоскость отвода (10 мм выше нулевой плоскости) задана относительно координаты Z100, поэтому в цикле сверления указано R-90.

108

Постоянные циклы станка с ЧПУ

Таблица 8.2. Абсолютные и относительные координаты в постоянном цикле
Абсолютные координаты
%
O0001
N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
N104T3M6
N106G0G90G54X-15.Y2.5S1500M3
N108G43H3Z100.
N110G98G81Z-6.R10.F80.
N112X15.
N114G80
N116M5
N118G91G0G28Z0.
N120G28X0.Y0.
N122M30
%

Относительные координаты
%
O0002
N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
N104T3M6
N106G0G90G54X-15.Y2.5S1500M3
N108G91
N110G43H3Z100.
N112G98G81Z-16.R-90.F80.
N114X30.
N116G80
N118M5
N120G0G28Z0.
N122G28X0.Y0.
N124M30
%

Рис. 8.4. Разница между G90 и G91
в постоянных циклах сверления

8.3. Циклы прерывистого сверления
Код G83 вызывает цикл прерывистого сверления. Прерывистое сверление
часто используется при обработке глубоких отверстий. Если при обычном сверлении инструмент на рабочей подаче перемещается ко дну отверстия непрерывно, то
в цикле прерывистого сверления инструмент поднимается вверх через определенные интервалы для удаления стружки. Если вы сверлите глубокое отверстие (глубина отверстия больше трех диаметров сверла), то есть вероятность, что стружка
не успеет выйти из отверстия и инструмент сломается. При обработке отверстий
технолог-программист должен решить, какой именно цикл ему необходим в каждом конкретном случае.

Циклы прерывистого сверления

109

Рис. 8.5. На чертежах длину отверстия указывают по прямой части.
Однако режущая кромка сверла заточена под определенным углом
(обычно 118°). Так как в программе указываются координаты Z
для кромки сверла, то инструменту необходимо пройти
дополнительное расстояние H = R сверла/tan(L/2).
При сверлении сквозных отверстий нужно задать
небольшой перебег (0.5–1 мм) для прямой части сверла

Формат кадра для цикла прерывистого сверления похож на формат обычного
цикла сверления:
G83 Х10.0 Y10.0 Z-25.0 Q2.0 R0.5 F45
Обратите внимание на Q-адрес, который определяет относительную глубину
каждого рабочего хода сверла. В данном случае сверление происходит по такому
алгоритму:
1. Сверло от исходной плоскости перемещается к плоскости отвода (R0.5) на
ускоренной подаче.
2. От плоскости отвода R сверло подается на глубину 2 мм (Q2.0) со скоростью подачи (F45).
3. Сверло ускоренным ходом перемещается к плоскости отвода (R0.5).
4. Сверло ускоренным ходом перемещается к ранее достигнутой позиции по
глубине (или немного не доходит до этой глубины во избежание столкновения сверла с материалом детали).
5. Сверло подается на глубину 4 мм (2 + 2) со скоростью подачи (F45).
6. Шаги 3, 4 и 5 повторяются до тех пор, пока сверло не достигнет координаты
Z-25. Затем сверло выводится из отверстия до плоскости отвода (G99) или
исходной плоскости (G98).
Высокоскоростной цикл прерывистого сверления G73 работает аналогично
циклу G83. Единственная разница заключается в том, что при высокоскоростном
цикле сверло для удаления стружки выводится из отверстия не полностью. Это

110

Постоянные циклы станка с ЧПУ

Рис. 8.6. Схема цикла прерывистого сверления

позволяет уменьшить машинное время обработки. Формат кадра для высокоскоростного цикла прерывистого сверления:
G73 Х10.0 Y10.0 Z-25.0 Q2.0 R0.5 F45
Многие СЧПУ позволяют указывать дополнительные адреса для более гибкой работы с циклами сверления. Внимательно прочитайте документацию к станку для понимания работы циклов и уточните использующиеся в них адреса.
Когда программист задает глубину сверления в программе обработки, он
рассчитывает ее относительно крайней кромки сверла. Очень часто на чертежах
глубина отверстия указывается относительно прямой части сверла. В этом случае необходимо произвести несложный расчет для нахождения глубины крайней
кромки.
Высота кромки сверла Н = радиус сверла R/tan (угол L/2).
Если на чертеже указана глубина до прямой части 40 мм, диаметр сверла равен 10 мм, а угол кромки равен 118°, тогда высота кромки H = 5/tan 59 (град.) =
= 5/1.664 = 3.004 мм. Следовательно, глубина сверления, которую необходимо
указать в управляющей программе, равна 40 + 3.004 = 43.004 мм (Z-43.004).

8.4. Циклы нарезания резьбы
Код G84 используется для вызова цикла нарезания резьбы. В этом случае при
каждой подаче оси Z на значение шага метчика шпиндель поворачивается на один
оборот. Когда метчик достигает дна отверстия, шпиндель, вращаясь в обратную
сторону, выводит метчик из отверстия. УЧПУ самостоятельно синхронизирует подачу и скорость вращения шпинделя во избежание повреждения резьбы и
поломки инструмента. Благодаря этому нарезание резьбы можно выполнить без
плавающего патрона с высокой скоростью и точностью.

Циклы растачивания

111

Формат кадра для цикла нарезания резьбы следующий:
G98 G84 Х10.0. Y10.0 Z-6.0 R10.0 F10
Код G74 вызывает цикл нарезания резьбы при помощи метчика левой резьбы. Формат этого цикла аналогичен формату для G84. Единственная разница
между двумя этими циклами заключается в направлении вращения шпинделя.
G98 G74 Х10.0. Y10.0 Z-6.0 R10.0 F10
Некоторые СЧПУ позволяют программировать циклы нарезания резьбы за несколько рабочих операций, аналогично циклу прерывистого сверления. При нарезании резьбы при помощи постоянных циклов станка программисту следует проявлять особую внимательность, назначая режимы резания и глубину обработки.

8.5. Циклы растачивания
Код G85 вызывает стандартный цикл растачивания. Операция растачивания
применяется для получения отверстий высокой точности с хорошей чистотой поверхности. В качестве инструмента используется расточной патрон с настроенным на определенный радиус резцом. Формат для цикла G85 похож на формат
цикла сверления:
G98 G85 Х10.0 Y10.0 Z-10.0 R10.0 F30
Цикл G85 выполняет перемещение расточного резца до дна отверстия на рабочей подаче с вращением шпинделя. Когда резец достигает дна, инструмент выводится из отверстия также на рабочей подаче.

Рис. 8.7. Процесс растачивания цилиндрического отверстия

112

Постоянные циклы станка с ЧПУ

Существует множество разновидностей цикла растачивания, которые отличаются друг от друга поведением при выводе инструмента из обработанного отверстия. В табл. 8.3 приведены наиболее распространенные расточные циклы.
Таблица 8.3. Расточные циклы
Цикл
Описание цикла
растачивания
G76
При достижении дна отверстия расточной резец ориентируется определенным образом, и сдвигается от боковой поверхности (стенки) отверстия и
выводится на ускоренной подаче. Для правильной работы с этим циклом необходимо правильно сориентировать инструмент при настройке и установке, иначе можно сломать инструмент или испортить деталь
G85
Стандартный расточной цикл. Инструмент вводится в отверстие на рабочей
подаче. При достижении заданной координаты инструмент выводится из
отверстия на рабочей подаче
G86
При достижении дна отверстия шпиндель прекращает вращаться и выводится из отверстия на ускоренной подаче. На боковой поверхности (стенке)
отверстия, скорее всего, останется вертикальная риска
G87
Поведение цикла может быть различным. У одних станков этот цикл выполняет растачивание за несколько рабочих операций, аналогично циклу
прерывистого сверления. У других станков шпиндель останавливается на
дне отверстия и выводится из него вручную. На большинстве современных
ОЦ является циклом обратного растачивания
G88
Аналогично G87. На дне отверстия можно задать время выдержки
G89
Аналогично G85. На дне отверстия можно задать время выдержки

8.6. Примеры программ
на сверление отверстий
при помощи постоянных циклов
Пример № 1
Код программы
%
O0001
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
N104 T1 M6
N106 G54 X5. Y5. S1000 M3
N108 G43 H1 Z100.
N110 Z10.
N112 G99 G81 Z-6.5 R1. F45.
N114 X10.
N116 X15.
N118 X20.

Описание
Номер программы
Работа в метрической системе
Строка безопасности
Вызов сверла диаметром 3 мм
Перемещение к отверстию № 1
Компенсация длины инструмента
Ускоренное перемещение к Z10.
Стандартный цикл сверления
Сверление отверстия № 2
Сверление отверстия № 3
Сверление отверстия № 4

Примеры программ на сверление при помощи постоянных циклов

Рис. 8.8. Необходимо просверлить 7 отверстий
диаметром 3 мм и глубиной 6,5 мм

N120 X5. Y10.
N122 X10.
N124 X30. Y20.
N126 G80
N128 Z100.
N130 M5
N132 G91 G28 Z0.
N134 G28 X0. Y0..
N136 M30
%

Сверление отверстия № 5
Сверление отверстия № 6
Сверление отверстия № 7
Отмена постоянного цикла
Перемещение к Z100.
Останов шпинделя
Возврат в исходную позицию по Z
Возврат в исходную позицию по X, Y
Конец программы

Пример № 2
№ отверстия
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Координаты в прямоугольной
системе координат (X; Y)
X21.651 Y12.5
X12.5 Y21.651
X0. Y25.
X-12.5 Y21.651
X-21.651 Y12.5
X-25. Y0.
X-21.651 Y-12.5
X-12.5 Y-21.651
X0. Y-25.
X12.5 Y-21.651
X21.651 Y-12.5
X25. Y0.

113

114

Постоянные циклы станка с ЧПУ

Рис. 8.9. Необходимо просверлить 12 отверстий
диаметром 5 мм и глубиной 40 мм, предварительно
выполнить операцию центрования отверстий

Код программы
%
O0002
(PROGRAM NAME – HOLES2 )
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
( CENTROVKA )
N104 T1 M6
N106 G54 X21.651 Y12.5 S1200 M3
N108 G43 H1 Z100.
N110 Z2.
N112 G99 G81 Z-.8 R2. F70.
N114 X12.5 Y21.651
N116 X0. Y25.
N118 X-12.5 Y21.651
N120 X-21.651 Y12.5
N122 X-25. Y0.
N124 X-21.651 Y-12.5

Описание
Номер программы
Название программы
Работа в метрической системе
Строка безопасности
Комментарий
Вызов центровки
Перемещение к отверстию № 1
Компенсация длины инструмента
Ускоренное перемещение к Z2.
Стандартный цикл сверления
Центрование отверстия № 2
Центрование отверстия № 3
Центрование отверстия № 4
Центрование отверстия № 5
Центрование отверстия № 6
Центрование отверстия № 7

115

Краткое изложение главы

N126 X-12.5 Y-21.651
N128 X0. Y-25.
N130 X12.5 Y-21.651
N132 X21.651 Y-12.5
N134 X25. Y0.
N136 G80
N138 Z100.
N140 M5
N142 G91 G28 Z0.
N144 G28 X0. Y0.
N146 M01
( DRILL 12 HOLES )
N148 T2 M6
N150 G54 X21.651 Y12.5 S1000 M3
N152 G43 H2 Z100.
N154 Z2.
N156 G99 G83 Z-40. R2. Q2. F45.
N158 X12.5 Y21.651
N160 X0. Y25.
N162 X-12.5 Y21.651
N164 X-21.651 Y12.5
N166 X-25. Y0.
N168 X-21.651 Y-12.5
N170 X-12.5 Y-21.651
N172 X0. Y-25.
N174 X12.5 Y-21.651
N176 X21.651 Y-12.5
N178 X25. Y0.
N180 G80
N182 Z100.
N184 M5
N186 G91 G28 Z0.
N188 G28 X0. Y0.
N190 M30
%

Центрование отверстия № 8
Центрование отверстия № 9
Центрование отверстия № 10
Центрование отверстия № 11
Центрование отверстия № 12
Отмена постоянного цикла
Перемещение к Z100.
Останов шпинделя
Возврат в исходную позицию по Z
Возврат в исходную позицию по X, Y
Временный останов
Комментарий
Вызов сверла диаметром 5 мм
Перемещение к отверстию № 1
Компенсация длины инструмента
Ускоренное перемещение к Z2.
Цикл прерывистого сверления
Сверление отверстия № 2
Сверление отверстия № 3
Сверление отверстия № 4
Сверление отверстия № 5
Сверление отверстия № 6
Сверление отверстия № 7
Сверление отверстия № 8
Сверление отверстия № 9
Сверление отверстия № 10
Сверление отверстия № 11
Сверление отверстия № 12
Отмена постоянного цикла
Перемещение к Z100.
Останов шпинделя
Возврат в исходную позицию по Z
Возврат в исходную позицию по X, Y
Конец программы

Краткое изложение главы
‰ Практически все станки с ЧПУ имеют набор циклов для обработки отверстий – циклы сверления, растачивания и нарезания резьбы. Эти циклы
упрощают процесс написания УП и экономят время, так как позволяют при
помощи одного кадра выполнить множество перемещений.
‰ На станках с различными УЧПУ функционально одинаковые циклы могут
записываться по-разному, что усложняет создание программы обработки.

116

Постоянные циклы станка с ЧПУ

‰ Постоянные циклы и их параметры являются модальными, поэтому при
применении циклов легко просверлить множество отверстий, используя
минимальное число кадров.
‰ При работе с постоянным циклом возможно использование абсолютных
или относительных координат.
‰ Плоскость отвода и исходная плоскость используются для управления перемещениями по оси Z между отверстиями.
‰ Когда программист задает глубину сверления в программе обработки, он
рассчитывает ее относительно крайней кромки сверла. Очень часто на чертежах глубина отверстия указывается относительно прямой части сверла.
В этом случае необходимо произвести несложный расчет для нахождения
глубины крайней кромки.

Вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Что называется постоянным циклом?
Перечислите основные циклы сверления.
Что такое плоскость отвода?
В чем разница между плоскостью отвода и исходной плоскостью?
Для чего необходимо указывать код G80 в УП?
Для чего используют цикл прерывистого сверления?
Что определяется при помощи Q- и R-слов данных?
В чем заключается разница между G98 и G99 в постоянных циклах?

Глава 9
АВТОМАТИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯ
РАДИУСА ИНСТРУМЕНТА

9.1. Основные принципы
Для того чтобы вам проще было понять, что такое автоматическая коррекция
радиуса инструмента и как с ней работать, составим программу для обработки наружного контура детали на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Необходимо обработать наружный контур
этой детали

Итак, необходимо фрезеровать наружный контур детали концевой фрезой
диаметром 10 мм. Так как резание происходит боковой (цилиндрической) частью
фрезы, то центр фрезы будет смещен на расстояние, равное радиусу (5 мм), влево
относительно обрабатываемого контура. Фреза перемещается последовательно
через точки 1, 2, 3 и 4 (рис. 9.2). Так как в программе обработки указываются координаты центра инструмента, то ее можно представить упрощенно в таком виде:
…
G01 X-5 Y-5
G01 X-5 Y30
G01 X55 Y30
G01 X55 Y-5
…

118

Автоматическая коррекция радиуса инструмента

Рис. 9.2. Исходный контур и эквидистантная траектория
для фрезы диаметром 10 мм

Мы рассчитали координаты опорных точек для фрезы диаметром 10 мм. Предположим, что по каким-либо причинам такой фрезы не оказалось в наличии. Зато
в инструментальной кладовой нашлась концевая фреза диаметром 9 мм. Придется
составить еще одну программу для новой фрезы, то есть пересчитать все координаты траектории. При обработке контура новой фрезой ее центр будет смещен
влево уже не на 5, а на 4.5 мм (рис. 9.3). Новую программу можно представить
в следующем виде:
…
G01 X-4.5 Y-4.5
G01 X-4.5 Y29.5
G01 X54.5 Y29.5
G01 X54.5 Y-4.5
…
Мы столкнулись с довольно простым контуром, поэтому перерасчет программы не занял много времени. Однако если обрабатываемый контур окажется

Рис. 9.3. Исходный контур и эквидистантная траектория
для фрезы диаметром 9 мм

119

Основные принципы

сложным, а диаметр инструмента будет не целочисленным, то расчет координат
траектории может представлять собой трудную математическую задачу. Функция
станка с ЧПУ для автоматической коррекции радиуса инструмента упрощает такие вычисления и позволяет обрабатывать один и тот же контур различными инструментами по одной управляющей программе.
Теперь создадим программу обработки нашего контура, используя функцию
автоматической коррекции радиуса инструмента. Представьте себе, что центр
фрезы перемещается прямо по контуру (рис. 9.4) без каких-либо смещений. Тогда
управляющая программа будет выглядеть так:
…
G01 X0 Y0
G01 Y25
G01 X50
G01 Y0
…

Рис. 9.4. Опорные точки траектории совпадают
с опорными точками контура детали

Очевидно, что такая программа не обеспечивает правильной обработки. Необходимо, чтобы траектория центра инструмента была смещена относительно контура на величину радиуса. Система ЧПУ способна самостоятельно рассчитать и выполнить такое смещение – коррекцию на радиус инструмента. Для осуществления
автоматической коррекции на радиус инструмента нужно сообщить системе величину радиуса инструмента и в управляющей программе указать соответствующий
G-код. В табл. 9.1 сведены коды и адреса для автоматической коррекции радиуса
инструмента.
Автоматическая коррекция радиуса инструмента активируется при помощи
G-кода, который вызывает смещение инструмента относительно исходной траектории вправо или влево. Код G41 используется для коррекции инструмента слева
(рис. 9.7), а код G42 – для коррекции справа (рис. 9.8). Направление смещения
определяется, если смотреть на траекторию сверху вниз, то есть со стороны «+Z»
в направлении «–Z». Отмена коррекции осуществляется при помощи G40.

120

Автоматическая коррекция радиуса инструмента

Таблица 9.1. Коды и адреса, использующиеся
для автоматической коррекции на радиус инструмента
Код
G41
G42

Действие
Коррекция слева
Коррекция справа

Код
G40
D

Действие
Отмена коррекции
Номер корректора на радиус инструмента

Рис. 9.5. Обработка контура с коррекцией,
участками подвода и отвода

Теперь мы можем создать полную программу с коррекцией, которая обеспечит
правильную обработку нашего контура фрезой диаметром 9 мм.
Код программы
%
O0004
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
N104 T2 M6
N106 G54 X-18. Y-9. S1200 M3
N108 G43 H2 Z100.
N110 Z10.
N112 G1 Z-1. F120
N114 G41 D2 X-9. F200
N116 G3 X0. Y0. R9.
N118 G1 Y25.
N120 X50.
N122 Y0.
N124 G3 X59. Y-9. R9.
N126 G1 G40 X68.
N128 Z9. F300
N130 G0 Z100.
N132 M5
N138 M30
%

Пояснение
Номер программы
Работа в метрической системе
Строка безопасности
Вызов инструмента № 2
Ускоренное перемещение в позицию № 1
Компенсация длины инструмента
Ускоренное перемещение в Z10
Перемещение в Z-1 с F = 120 мм/мин
Перемещение с коррекцией в позицию № 2
Подход к контуру по дуге в позицию № 3
Перемещение в позицию № 4
Перемещение в позицию № 5
Перемещение в позицию № 6
Отвод от контура по дуге в позицию № 7
Перемещение и отмена коррекции
Подъем инструмента в Z9
Ускоренное перемещение в Z100
Останов шпинделя
Конец программы

121

Основные принципы

В кадре N114 активируется автоматическая коррекция радиуса инструмента.
Код G41 включает коррекцию слева, a D-слово данных обозначает номер корректора, содержащего значение радиуса инструмента. В памяти любой современной
СЧПУ существует область (таблица инструментов), в которой хранятся значения длин и радиусов инструментов.
Если мы работаем фрезой № 2 диаметром 9 мм, то в соответствующем корректоре № 2 должно находиться значение 4,5 мм (табл. 9.4). Именно на эту величину
и происходит смещение центра инструмента влево относительно запрограммированного контура.
Таблица 9.4. Область корректоров (таблица инструментов) системы ЧПУ
№ инструмента
1
2
3
…

Длина
100,82
87,67
133,45
…

Радиус
5
4,5
6
…

Другие параметры
…
…
…
…

Таким образом, если на рис. 9.5 вы видите расчетную траекторию, совпадающую
с исходным контуром, то на рис. 9.6 показана реальная траектория обработки фрезой диаметром 9 мм, смещенная на 4,5 мм влево относительно исходного контура.

Рис. 9.6. Реальная траектория при обработке с коррекцией

Рис. 9.7. Коррекция слева (G41) от контура

122

Автоматическая коррекция радиуса инструмента

Рис. 9.8. Коррекция справа (G42) от контура

9.2. 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
1
2
3
…

Длина
100,82
87,67
133,45
…

Радиус
5
4,49
6
…

Другие параметры
…
…
…
…

Активация, подвод и отвод

123

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.

9.3. 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:
N114G41D2X-9.F200
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 кор- Рис. 9.9. Прямолинейный
участок для активации
рекции является наличие именно прямолинейного
коррекции и участок
перемещения на рабочей подаче. При попытке акплавного подхода
тивировать коррекцию на радиус вместе с перемеще- (по касательной) к контуру

124

Автоматическая коррекция радиуса инструмента

нием 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
…
или
…
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
1
2
3
…
101
102
103
..

Значение
100. 82
87.67
133.45
…
5
4.5
23.08
…

В этом случае числовые значения для D- и Н-слов данных будут разными:
…
N108 G43 H2 Z100.

Вопросы

125

…
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.
Отход от контура по касательной
N126 G1 G40 X68.
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.

Краткое изложение главы
‰ Автоматическая коррекция радиуса инструмента применяется для автоматического смещения траектории инструмента относительно исходного
контура.
‰ Код G41 активирует коррекцию слева, код G42 активирует коррекцию
справа.
‰ Адрес D определяет номер корректора, в котором находится значение радиуса инструмента.
‰ Изменяя значения радиусов в корректорах, можно получать размеры детали в пределах допусков, указанных на чертеже, без пересчета программы.
‰ Для активации коррекции обычно нужно запрограммировать линейное
перемещение на расстояние, не меньшее, чем радиус инструмента.
‰ После того как инструмент обошел контур полностью, необходимо плавно отвести его от контура и отменить коррекцию при помощи кода G40 или D00.
‰ При работе с автоматической коррекцией на радиус есть некоторые ограничения, которые обязательно нужно учитывать.

Вопросы
1. Для чего используют функцию автоматической коррекции на радиус инструмента?

126

Автоматическая коррекция радиуса инструмента

2. Как вы думаете, функцию автоматической коррекции на радиус инструмента чаще применяют при черновой или чистовой обработке?
3. Перечислите G-коды для автоматической коррекции радиуса инструмента.
4. Откуда система ЧПУ узнает о диаметре используемого инструмента?
5. Можно ли активировать коррекцию в кадре с перемещением по дуге?
6. Когда нужно отменить автоматическую коррекцию радиуса инструмента?
7. Какие существуют ограничения при работе с функцией автоматической
коррекции на радиус инструмента?
8. Что принято указывать в УП раньше – компенсацию длины инструмента
или автоматическую коррекцию радиуса инструмента?

Глава 10
ОСНОВЫ ЭФФЕКТИВНОГО
ПРОГРАММИРОВАНИЯ

10.1. Подпрограмма
Язык G- и М-кодов, как и любой другой язык программирования, позволяет
работать с подпрограммами и совершать переходы. Посредством функции подпрограммы основная (главная) управляющая программа может вызывать из памяти другую программу (подпрограмму) и выполнить ее определенное число раз.
Если УП содержит часто повторяемое действие или работает по определенному
шаблону, то использование подпрограмм позволяет упростить программу обработки и сделать ее гораздо меньшей в размере.
Существуют два вида подпрограмм – внутренние и внешние. Внутренние подпрограммы вызываются при помощи кода М97 и содержатся внутри главной программы. То есть они находятся в одном файле. Внешние подпрограммы вызываются кодом М98 и не содержатся в теле главной программы. В этом случае главная
программа и подпрограмма находятся в разных файлах.
%
О1001
…
N100 M97 P500
…
…
…
N500
…
…
…
M99

Программа № 1001
Вызов кадра N500

Начало подпрограммы

Конец подпрограммы

Рис. 10.1. Схема внутренней подпрограммы

Внутренняя подпрограмма выполняется, когда СЧПУ встречает код М97.
При этом адрес Р указывает на номер кадра, к которому нужно перейти, то есть
туда, где начинается внутренняя подпрограмма. Когда СЧПУ находит кадр с кодом окончания подпрограммы М99, то выполнение внутренней подпрограммы

128

Основы эффективного программирования

Рис. 10.2. Схема внешней подпрограммы

завершается и управление передается кадру главной программы, следующему за
кадром, вызвавшим завершенную подпрограмму.
Внешние подпрограммы работают похожим образом. Когда в главной программе встречается кадр с кодом М98, то вызывается подпрограмма с номером,
установленным при помощи Р-адреса. При нахождении кода М99 управление
возвращается главной программе, то есть выполняется кадр главной программы,
следующий за кадром с М98. Учтите, что внешняя подпрограмма находится в отдельном файле. По сути, внешняя подпрограмма – это отдельная программа с индивидуальным номером, которая при желании может быть выполнена независимо
от главной программы. Для вызова подпрограммы необходимо, чтобы она находилась в памяти СЧПУ.
Пример УП с внутренней подпрограммой:
%
O1023
N10 G21 G40 G49 G54 G80 G90
N20 Т3 М06
N30 G43 H3
N40 M03 S1000
N50 G00 X0 Y0
N60 Z0.5
N70 M97 P200
N80 M05
N90 M02
N200 G01 X-0.5 F50
N210 X10 Y10
N220 Z0.5
M230 M99
%

Программа № 1023
Строка безопасности
Вызов инструмента № 3
Компенсация длины инструмента
Включение оборотов шпинделя
Позиционирование в X0 Y0
Позиционирование в Z0.5
Вызов внутренней подпрограммы
Выключение оборотов шпинделя
Окончание программы
Начало внутренней подпрограммы
…
…
Конец внутренней подпрограммы

129

Подпрограмма

При помощи L-адреса определяется, сколько раз нужно вызвать ту или иную
подпрограмму. Если подпрограмму нужно вызвать всего один раз, то L в кадре
можно не указывать.
М98 Р1000 L4 – подпрограмма будет вызвана 4 раза.
Большим преимуществом от использования подпрограмм является возможность удобной и эффективной работы с программными массивами и шаблонами.
Например, для обработки детали, изображенной на рис. 11.3, мы создадим главную программу и подпрограмму, и вы увидите, насколько удобнее и проще будет
работать в этом случае.
Итак, на рис. 10.3 изображена деталь с 4 группами отверстий диаметром 3 мм.
Нулевой точкой является верхний левый угол детали. Сначала создадим главную
программу, которая будет позиционировать инструмент к каждой группе отверстий. Затем напишем подпрограмму, необходимую для сверления 4 отверстий
в одной группе. Учтите, что в подпрограмме используются относительные координаты, а смена инструмента и основные команды находятся в главной программе.

Рис. 10.3. Использование подпрограмм при обработке
повторяющихся элементов позволяет уменьшить
размер программы

Главная программа
%
O0001
N10 G90 G40 G80 G49 G98 G21
N20 T1 M06
N30 G43 H1
N40 M03 S1000

Пояснение
Программа О0001
Строка безопасности
Вызов сверла Ф3 мм
Компенсация длины инструмента
Включение оборотов шпинделя

130
N50 G00 X10 Y-10
N60 Z0.5
N70 M98 P1000
N70 G00 X40 Y-10
N80 M98 P1000
N90 G00 X10 Y-40
N100 M98 P1000
N110 G00 X40 Y-40
N120 M98 P1000
N130 G91 G28 Z0
N140 M05
N150 M30
%

Основы эффективного программирования

Позиционирование к 1-ой группе
Подвод сверла к детали по Z
Вызов подпрограммы О1000
Позиционирование ко 2-ой группе
Вызов подпрограммы О1000
Позиционирование к 3-ей группе
Вызов подпрограммы О1000
Позиционирование к 4-ой группе
Вызов подпрограммы О1000
Отвод инструмента по Z
Останов шпинделя
Конец программы

Подпрограмма
Пояснение
%
O1000
Подпрограмма О1000
N10 G91
Режим относительных координат
N20 G99 G81 X5 Y0 Z-5 R0.5
Цикл сверления и 1-ое отверстие
N30 X-5 Y-5
Координаты 2-го отверстия
N40 X-5 Y5
Координаты 3-го отверстия
N50 X5 Y5
Координаты 4-го отверстия
N60 G80
Отмена цикла сверления
N70 G90
Режим абсолютных координат
N80 M99
Возврат в главную программу
%
Обе эти программы необходимо передать в СЧПУ, оператор станка должен
вызвать программу О0001 и запустить ее. Главная программа работает с абсолютными координатами и перемещает инструмент последовательно в центр каждой
из четырех групп отверстий. Когда СЧПУ встречает кадр с М98 Р1000, то происходит передача управления подпрограмме с номером 01000. В этот момент инструмент уже находится в центре группы отверстий. Переключаемся в режим относительного (инкрементального) программирования и используем постоянный
цикл сверления. После завершения сверления четырех отверстий одной группы
выключаем цикл сверления командой G80 и переходим в режим абсолютных координат G90, для того чтобы правильно выполнить позиционирование в главной
программе. Код М99 передает управление кадру главной программы, который
следует за кадром, вызвавшим эту подпрограмму. Затем инструмент перемещается в центр следующей группы отверстий, и снова вызывается подпрограмма 01000.
И так далее, пока не просверлим все отверстия и СЧПУ не прочтет код завершения программы М30.
Если бы мы создавали обычную программу обработки, то ее размер был бы
значительно больше, так как пришлось бы указывать координаты всех 16 отверстий. Работая в таком формате, легче производить изменения. Например, если из-

Работа с осью вращения (4-ой координатой)

131

менится диаметр окружности, на которой находятся отверстия группы, то в случае
работы с подпрограммой достаточно пересчитать координаты центров четырех отверстий только в подпрограмме.
Из главной программы можно вызвать несколько различных подпрограмм.
Более того, из каждой подпрограммы можно вызвать несколько других подпрограмм. Системы ЧПУ могут накладывать ограничения на вложенность и количество выполняемых подпрограмм, поэтому внимательно прочитайте документацию станка и стойки, прежде чем начнете работать с подпрограммами.

10.2. Работа с осью вращения
(4-ой координатой)
Нередки случаи, когда на трехкоординатный станок с ЧПУ дополнительно
монтируют управляемый поворотный стол (делительную головку).Управляемый
поворотный стол – это устройство, которое способно поворачивать закрепленную
в нем деталь на требуемый угол по определенной команде. Обычно 4-ая ось управляется при помощи адресов А или В, а числовое значение определяет угол поворота в градусах.

Рис. 10.4. Управляемые поворотные столы HAAS

Существуют два варианта работы с управляемым поворотным столом. Первый
вариант – нам просто необходимо повернуть его на определенный угол и затем выполнить какую-либо технологическую операцию (индексация). Второй вариант –
нужно выполнить фрезерование одновременно с поворотом стола. В этом случае
мы имеем синхронное линейное перемещение исполнительного органа станка по
трем (или менее) координатам с вращением стола. При этом СЧПУ станка должна
поддерживать данный вид интерполяции.
Для управления поворотным столом достаточно в кадр с линейной интерполяцией, позиционированием или постоянным циклом добавить адрес А (В):
‰ G00 X_Y_Z_A_ – позиционирование;
‰ G01 X_Y_Z_A_F_ – линейная интерполяция.

132

Основы эффективного программирования

Типичный формат для работы с постоянным циклом:
G81 Х0 Y0 Z-5 А0 F45 R0.5
А15
А30
А45
G80
Программирование 4-ой оси не должно вызвать у вас особых трудностей.
Просто нужно учесть несколько технических особенностей при работе с управляемым поворотным столом. Во-первых, поворотный стол может вращаться как
в положительном, так и в отрицательном направлении. Направление вращения и
соответствующий знак определяются по правилу правой руки. Во-вторых, поворот стола может быть запрограммирован как в абсолютных, так и в относительных
координатах. В-третьих, у многих станков существует ограничение на числовое
значение угла поворота. Например, вам нужно повернуть стол на 400°, а СЧПУ
позволяет указывать угол не более 360°. Придется запрограммировать дополнительный кадр с углом в 40° относительно предыдущего положения стола. Ну и
напоследок учтите, что чем дальше мы удалимся от центра вращения, тем большей
будет ошибка линейного перемещения.
Следующие примеры помогут вам понять, как программируется дополнительная ось вращения. В первом случае необходимо просверлить отверстия на периферии диска. Во втором случае нужно получить винтовую канавку на поверхности
вала, используя одновременное линейное перемещение фрезы и вращение поворотного стола.

Рис. 10.5. Требуется просверлить 4 отверстия
на периферии диска, закрепленного в кулачках
поворотного стола. Чтобы просверлить такие
отверстия, нужно поворачивать стол через 90°

133

Работа с осью вращения (4-ой координатой)

%
О3000
N10 G21 G40 G49 G80 G90 G98
N20 G54
N30 T2 M06
N40 M03 S1000
N50 G00 X0 Y0
N60 Z5
N70 G81 X0 Y0 Z-10 A0 F45 R1
N80 A90
N90 A180
N100 A270
N110 G80
N120 G91 G00 A-270
N130 M05
N140 M30
%

Программа О3000
Строка безопасности
Рабочая система координат
Вызов инструмента № 2
Включение оборотов шпинделя
Позиционирование в X0 Y0
Позиционирование в Z5
Цикл сверления, сверление 1-го отверстия
Поворот стола на 90°, сверление
Поворот стола на 180°, сверление
Поворот стола на 270°, сверление
Отмена цикла сверления
Поворот стола в начальное положение
Выключение оборотов шпинделя
Конец программы

Рис. 10.6. Необходимо получить винтовую канавку
на поверхности вала. Вал закреплен в кулачках
управляемого поворотного стола.
Самый простой способ обработки такой канавки –
расчет при помощи CAD/САМ-системы

%
O0001
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
N104 T1 M6
N106 G0 G90 G54 X-16.612 Y0. A-2.993 S1000 M3
N108 G43 H1 Z125.171 M8
N110 Z35.605 A-10.578

134

Основы эффективного программирования

N112 G1 Z33.932 A13.459 F200.
N234 G0 Z123.253 A3.674
N236 M5
N238 G91 G28 Z0. M9
N240 G28 X0. Y0. A0.
N242 M30
%

10.3. Параметрическое
программирование
Одним из самых интересных и эффективных методов программирования
обработки является параметрическое программирование. Удивительно, но большинство технологов-программистов хоть и слышали об этом методе, но совершенно не умеют его использовать. В этом разделе вы познакомитесь с теорией параметрического программирования и коснетесь основ макроязыка системы ЧПУ
современного станка.
Большинство станочных систем ЧПУ имеют в своем распоряжении специальный язык для параметрического программирования (макропрограммирования).
Например, в СЧПУ Fanuc этот язык называется Macro В. Если вы хоть немного
знакомы с языком программирования Бейсик (Basic), то вы без труда разберетесь
и с Macro В. Команды и функции именно этого языка мы рассмотрим подробно.
В обычной управляющей программе вы указываете различные G-коды, а также направления и величины перемещений при помощи числовых значений. Например, G10 или Х100. Однако СЧПУ станка может делать то же самое при помощи переменных.
Символом переменной в Macro В является знак #. Например, в программе
можно указать следующие выражения:
…
#1=100
#2=200
#3=#1+#2
…
Это означает, что переменной #1 присваивается значение 100, а переменной
#2 – значение 200. Переменная #3 будет являться результатом суммы переменной
#1 и переменной #2. С таким же успехом можно записать и G-код:
…
#25=1
G#25
…
Переменной #1 присвоено значение 1. Тогда вторая строка по своей сути будет
обозначать код линейной интерполяции G1. С переменными можно производить

135

Параметрическое программирование

различные арифметические и логические операции, что позволяет создавать «умные» программы обработки или различные станочные циклы.
В памяти системы ЧПУ существует область, в которой хранятся значения переменных. Вы можете заглянуть в эту область, если найдете раздел памяти СЧПУ,
который обычно называется MACRO или VARIABLES. Присваивать значения
переменным можно не только внутри программы, но и непосредственно – вводя
значения в регистры этой памяти. Приведу несколько примеров. Можно составить такую программу:
#1=25
#2=30
#3=#2+#1
В этом случае значения присваиваются переменным внутри программы. Чтобы в будущем изменить числовые значения переменных #1 и #2, придется отредактировать программу.
Можно реализовать более удобный вариант, который позволит изменять значения переменных в любой момент, не прибегая к изменению самой программы:
#3=#2+#1
Как видите, переменным #1 и #2 в программе не присвоено никаких значений.
Оператор станка может войти в область переменных MACRO и ввести любое числовое значение для любой переменной.
№ переменной
0
1
2
3
4
…
700
701
…

Значение
0
10
12
0
0
0
0

После того как оператор станка присвоил переменной #1 значение 10, а переменной #2 значение 12 и выполнил программу, значение переменной #3 станет
равным 22.
№ переменной
0
1
2
3
4
…
700
701
…

Значение
0
10
12
22
0
0
0

136

Основы эффективного программирования

Все переменные системы ЧПУ можно условно разделить на 4 типа:
‰ нулевые;
‰ локальные;
‰ общие;
‰ системные.
Локальные переменные могут быть использованы внутри макросов для хранения данных. При выключении электропитания локальные переменные обнуляются. У большинства станков с СЧПУ Fanuc нулевой серии локальными являются переменные с номерами от 1 до 33.
Общие переменные могут работать внутри различных параметрических программ и макросов. При выключении электропитания некоторые общие переменные
обнуляются, а некоторые сохраняют свои значения. У большинства станков с СЧПУ
Fanuc нулевой серии общими являются переменные с номерами от 100 до 999.
Системные переменные используются для чтения и записи различной системной информации – данных о позиции инструмента, величинах компенсации,
времени и др. Номера системных переменных для Fanuc нулевой серии начинаются с 1000.
Нулевые переменные всегда равны нулю.
Для выполнения арифметических и логических операций язык Macro В предоставляет набор команд и операторов.
Таблица 10.1. Основные арифметические
и логические команды
Функции
Равенство
Сложение
Вычитание
Умножение
Деление
Синус
Косинус
Тангенс
Арктангенс
Квадратный корень
Абсолютное значение
Округление
ИЛИ (OR)
И (AND)

Формат
#a=#b
#c=#a+#b
#c=#a-#b
#c=#a*#b
#c=#a/#b
#c=SIN[#b]
#c=COS[#b]
#c=TAN[#b]
#c=ATAN[#b]
#c=SQRT[#b]
#c=ABS[#b]
#c=ROUND[#b]
#c=#a OR #b
#c=#a AND #b

Для управления переменными и для выполнения различных логических операций служат макрокоманды. Макрокоманды языка Macro В похожи на команды
Бейсика.
Команда безусловного перехода GOTO предназначена для передачи управления определенному кадру программы. Формат команды следующий:
‰ GOTO N – безусловный переход к кадру N;
‰ GOTO #A – безусловный переход к кадру, установленному переменной #A.

Параметрическое программирование

137

Пример:
…
N10 G01 X100
N20 G01 X-100
N30 GOTO 10
…
После выполнения кадра N30 система ЧПУ переходит к кадру N10. Затем снова работает с кадрами N20 и N30 – получается бесконечный цикл.
Команда условия IF позволяет выполнять различные действия с условием.
После IF указывается некоторое выражение. Если это выражение оказывается
справедливым, то выполняется команда (например, команда безусловного перехода), находящаяся в кадре с IF. Если выражение оказывается несправедливым,
то команда, находящаяся в кадре с IF, не выполняется, а управление передается
следующему кадру.
Формат команды следующий:
IF [#a GT #b] GOTO N
Пример:
…
#1=100
#2=80
N10 G01 X200
N20 IF [#1 GT #2] GOTO 40
N30 G01 X300
N40 M30
…
В начале программного примера переменным #1 и #2 присваиваются значения 100 и 80 соответственно. В кадре N20 происходит проверка условия. Если
значение переменной #1 больше значения переменной #2, то выполняется команда перехода GOTO к кадру окончания программы N40. В нашем случае выражение считается справедливым, так как 100 больше, чем 80. В результате после
выполнения кадра N10 происходит переход к кадру N40, то есть кадр N30 не выполняется.
В этой же программе можно изменить значения переменных:
#1=100
#2=120
N10 G01 Х200
N20 IF [#1 GT #2] GOTO 40
N30 G01 Х300
N40M30
Во втором случае условие в кадре N20 не будет справедливым, так как 100 не
больше, чем 120. В результате после выполнения кадра N10 не происходит переход
к кадру N40, то есть кадр N30 выполняется как обычно.

138

Основы эффективного программирования

В выражении [#1 GT #2] используются операторы сравнения. В табл. 10.2 сведены операторы для сравнения переменных языка Macro В.
Таблица 10.2. Операторы сравнения
Оператор
EQ
NE
GT
GE
LT
LE

Смысл
Равно (=)
Не равно
Больше (>)
Больше или равно
Меньше (