что такое нулевая точка станка
§ 3. Программирование ЧПУ. Нулевая точка станка
Однако инженер-программист при разработке управляющих программ не учитывает положение ноля станка, т.к. это потребовало бы обеспечить точное положение заготовки относительно данной точки отсчета, что значительно затрудняет процесс наладки станка на обработку.
Наиболее простым способом является задание некой ключевой точки на детали, когда все управляющие программы выводятся от данной точки. Как правило, такой ключевой точкой в плоскости XY являются угол заготовки, габаритный центр заготовки, центр отверстия, по оси Z – это либо верхняя плоскость, либо основание стола. Также в качестве точки отсчета предпочтительно иметь некую конструкторскую базу, от которой задается цепочка размеров, или технологическую базу, но не всегда это возможно осуществить на практике. На рисунке ниже показано создание начала отсчета УП в системе PowerMILL по ключевым точкам заготовки.
Как же произвести обработку, имея две нулевые точки: станка и детали?
Для этого оператор производит нахождение положения нулевой точки детали в системе координат станка. На рисунке ниже нулевая точка находится в левом верхнем углу, а ноль детали в углу заготовки, необходимо найти размеры Xd, Yd, Zd. Процесс нахождения данных размеров называется «привязкой» к заготовке или установкой ноля детали.
На рисунке ниже показано окно задания рабочих смещений для системы ЧПУ Siemens840D.
Фрагмент УП с заданием рабочей системы координат:
Нулевая точка станка с ЧПУ
Для того чтобы отсчет перемещений узлов по осям X и Y всегда был положительным, нуль станка М размещают в одном из углов рабочей зоны станка (рис. 1, б). Рабочая зона для фрезерного станка — параллелепипед, образованный линиями возможного смещения точки F по осям X и Y, который определяет границы обработки при программировании перемещений. Нулевые точки токарного станка с ЧПУ располагаются всегда в фиксированной точке N на оси торца шпинделя (см. Фиксированная точка станка с ЧПУ, рис. 1, α).
Таким образом, если на станке обрабатывать деталь с использованием абсолютного отсчета, то все ее координаты должны быть определены относительно нулевой точки станка c ЧПУ. Движение рабочих органов задаются в управляющей программе в этом случае в системе координат станка. Рабочие органы станка можно переместить в нулевую точку либо соответствующей командой, заданной в управляющей программе, либо при нажатии соответствующей кнопки с пульта станка.
Рис. 1. Позиция нулевой точки станка с ЧПУ (М) на фрезерном станке: α — начало системы координат расположено в фиксированной точке стола станка F (центре базового отверстия); б — начало системы координат станка расположено в углу рабочей зоны
11 способов найти нулевую точку на вашем станке с ЧПУ
Первое, что вам нужно сделать, прежде чем вы начнете обработку детали, это сообщить станку, где находится ноль детали. Ноль детали — это точка отсчета, соответствующая координате 0, 0 на чертеже САПР, который вы использовали для всей своей работы CAM или для генерации g-кода вашей программы обработки детали. Она также называется «Program Zero», или X0Y0Z0 в программе g-code или Part Zero. Между прочим, определение местоположения нулевой точки часто называют «касанием». Каждый оператор ЧПУ станка должен уметь выполнить этот простой шаг, и часто полезно иметь более одного способа нати нулевую точку. Трудоемкость не одинакова для каждого из этих способов, и некоторые из них лучше подходят для одних случаев, а другие — для других. Понимание всего арсенала методов поможет вам стать эффективнее, выбирая лучший для каждой новой задачи.
Вот несколько методов на выбор:
Метод 1: используйте Edge Finder
Edge Finders — это, безусловно, самый распространенный способ найти нулевую деталь, поэтому мы начнем с этого. Чтобы использовать этот метод, вставьте деталь в тиски или приспособление для фрезерования. Обычно угловую часть делают нулевой. Поскольку вы будете начинать (обычно) с необработанного материала, важно оставить некоторый припуск на обработку в вашем чертеже САПР.
Edge Finders бывают разных видов, но мы сгруппируем их по механическим и электрическим категориям. Электрические кромкоискатели загораются и / или издают звуковой сигнал при контакте с заготовкой. Они полагаются на то, что заготовка является электропроводной, поэтому цепь замыкается, когда кромкоискатель касается заготовки. Вот типичный электрический кромкоискатель:
Подобные электрические кромкоискатели чрезвычайно просты в использовании и относительно дешевы. Основные их недостатки, низкая точность у тех, где есть подвижные шарики, и чрезмерная хрупкость у тех где нет подвижных частей. Их довольно легко сломать, если вы двигаетесь слишком далеко или слишком быстро.
Механические кромкоискатели существуют уже давно. Они работают, вращаясь на довольно низких оборотах (осторожно!), И когда вы чуть-чуть проезжаете край, они «выскакивают». Это видео от Tormach дает отличный пример механических и электронных кромкоискателей в действии:
При использовании кромкоискателя, вы просто ищите кромку, соответствующую каждой оси, X и Y, и обнуляете координаты станка. Обратите внимание, что при обнулении необходимо учитывать радиус наконечника!
Метод 2: используйте 3D-тестер
Я заплатил больше, когда купил свой — на самом деле, намного больше, так как сначала я купил дешевый китайский клон, пожалел об этом, а затем купил настоящую вещь. Это популярный, но чрезвычайно точный и простой в использовании кромкоискатель. Вы вставляете его в свой шпиндель и используете, чтобы найти нулевую точку детали, кромки, углы, щечки тисков и всевозможные другие общие задачи настройки. Секрет популярности в том, что этот способ быстрее и проще, чем другие методы.
Эти прецизионные измерительные инструменты немецкого производства настолько удобны для выполнения множества задач по настройке, что я постоянно держу один в держателе инструмента и видел, как многие другие специалисты с ЧПУ делают то же самое.
Для поиска Part Zero используйте 3D Taster так же, как и кромкоискатели.
Метод 3: выберите фиксированное место на тисках или приспособлении
Это мой любимый метод, потому что он требует меньше всего времени и усилий для каждой настройки, хотя требует небольшой предварительной настройки один раз.
В двух других методах вы должны находить нулевую точку каждый раз, когда вы устанавливаете новую деталь на станок. С помощью этого метода вы найдете нуль один раз, потому что он связан с удержанием заготовки. Приведу пример. Предположим, вы используете угол фиксированной губки тисков:
Это огромная экономия времени, потому что большую часть времени тиски находятся на вашем рабочем столе. Пока вы проектируете свои детали с идеей, что угол губок тисков представляет собой нулевую точку, вы можете вставить деталь в губки и начать обработку без измерения нулевой точки детали, по крайней мере, без измерения X и Y. В Измерить и обнулить начало координат вам необходимо только если тиски двигаются или вы меняете исходное положение. Возможно, вам придется провести повторные измерения, если на ваших машинах также отсутствуют переключатели исходного положения. Но в любом случае, вы будете устанавливать ноль детали намного реже, и это сэкономит ваше время.
Метод 4: Чтобы найти нулевую точку используйте какой-либо стоп
На картинке выше показан стопор тисков, который я сделал давным-давно. Вы можете установить упор, чтобы повторно выставить деталь по некоторому нулю, относительно которого вы выставляете заготовку.
Вы можете разместить упоры на крепежной пластине. Наконец, вы даже можете получить стопы, которые подходят для Т-образных пазов, например, такие:
Метод 5: используйте камеру или прицел чтобы найти нулевую точку
Центрирующие прицелы существуют уже давно, и при достаточном внимании и увеличении они могут быть довольно точными:
Предупреждаю, что эти центрирующие прицелы трудно увидеть. Иногда оптика не ахти и изображение может быть довольно тусклым. Помогает достаточное освещение, возможно, от дополнительной лампы. Но более современный подход — использовать цифровую камеру с увеличением. Этот снимок центрирующего прицела фрезерного станка Beatty Robotics:
Обратите внимание, что камера смещена от оси шпинделя. Это смещение фиксировано и может быть учтено при обнулении. Есть также камеры, которые устанавливаются прямо в держателе инструмента и смотрят вниз по оси шпинделя.
Метод 6: обнуление элемента детали
Это не полностью независимый метод, потому что вам нужно использовать один из других методов для правильного определения местоположения детали. Но это чрезвычайно полезно для второстепенных операций и случаев, когда вам нужно положить на машину что-то для ремонта или переделки, а не грубый кусок материала. Идея сводится к нулю какой-то особенности детали. Например, мы использовали точечное сверление ямочки с цифровой камерой выше. Фактически, определение местоположения отверстий может быть выполнено очень точно, так что это довольно распространенный тип функции. Конечно, функция не обязательно должна быть нулевой. Он просто должен быть расположен по известному смещению, чтобы после того, как вы нашли элемент, вы могли применить смещение, чтобы получить ноль детали.
Метод 7: бумага Endmill Plus, датчик или измерительный блок
Поиск нулевой детали с помощью концевой фрезы — еще один очень распространенный подход. Идея состоит в том, чтобы подойти к детали с помощью концевой фрезы и использовать какую-либо прокладку, чтобы концевая фреза фактически не контактировала с деталью. Обычные прокладки включают лист бумаги, щуп или измерительный блок. За исключением бумаги, шпиндель должен оставался неподвижным.
Однажды я провел несколько экспериментов, чтобы попытаться определить, насколько точен такой метод. Вот что я нашел из нескольких методов касания в Z:
Прикосновение на ощупь : для моего 1-го метода при остановленном шпинделе подведите резак на верхнюю часть заготовки. Обнулите УЦИ и двигайтесь оттуда. Это дало результат с ошибкой 0,3 мм. Не очень хорошо! Ошибка была относительно повторяемой. В итоге разрез оказался на 0,3мм дюйма глубже, чем хотелось. Это также не особенно хорошо для фрезы или подшипников шпинделя, если вы не будете осторожны.
Отключение по звуку : во второй попытке я осторожно опустил шпиндель под напряжением и прислушался, когда резак начал резать. Этот метод оказался немного более точным, и в результате получился разрез на 0,2 мм. Все еще не очень хорошо.
Прикосновение к бумаге : традиционный метод старой школы заключается в том, чтобы держать кусок сигаретной бумаги (по слухам, толщиной ровно 0,1 мм) на заготовке и постепенно опускать резак, пока он не начнет захватывать бумагу. Добавьте еще 0,01мм, и вы на нуле! Не имея сигаретной бумаги, я использовал стандартную бумагу для лазерных принтеров. Я отрезал полоску шириной 20 мм, чтобы я мог держаться за один конец с безопасного расстояния, и ждал, пока резак схватится. В моем случае я получил 0,25, а не 0,1 ″, но, по крайней мере, это было красивое круглое число и довольно повторяемое.
Устройство предварительной настройки оси Z : Последним в тестах был дешевый модуль предварительной настройки оси Z, который я купил на eBay.
Как это работает? Просто! Если вы нажмете пальцем на наковальню сверху до упора, у вас будет ровно 2 дюйма от верха наковальни до низа гаджета. В этом положении вы поворачиваете циферблат до нуля. Установите его на заготовку, опустите резак, пока игла не зарегистрируется, обнулите стрелку, обнулите координаты, и вы должны быть точно на 2 дюйма выше того места, на котором находится устройство предварительной настройки.
Так что, не ожидая многого, я поставил устройство на мой алюминиевый куб в тисках на столе и повернул головку, пока фреза почти не коснулась. Заблокировал шпиндель и проворачивал стрелку с точной регулировкой до тех пор, пока стрелка не обнулилась, обнулил мою нулевую точку, снял устройство предварительной настройки, отмерял еще 2 дюйма с помощью точной настройки, снова обнулил УЦИ, прибавлял 0,010 дюйма для ровного разреза.
Желаемый результат — 2,396 дюйма. Я опустил высотомер, чтобы снять показания, которые были, пожалуйста, барабанная дробь 2.396 ″! Святая сверхъестественная точность, Бэтмен! Китайский предустановщик действительно работал, и он работал хорошо, и хотя стрелка прошла 2 дюйма, а я ожидал худшего, все получилось правильно.
Есть более дорогие и гораздо более приятные и точные устройства, чем то, что есть у меня, поэтому я не вижу ценности в других методах, которые я пробовал. Я скажу, что измерительный блок может быть очень точным. Просто убедитесь, что вы используете првильно Не совершайте толчковые движения с установленным измерительным блоком, так как это плохо для измерительного блока и фрезы.
Метод 8: Найти нулевую точку с помощью лазерного прицела
Этот метод очень нагляден, но не очень точен. Для того чтобы найти нулевую точку. Вы можете установить дешевый лазер в оправку, которая будет проецировать красивое красное лазерное пятно на вашу заготовку, находящуюся на оси шпинделя.
Метод 9: зонд с ЧПУ
Я оставил лучшее напоследок — высококачественный датчик с ЧПУ автоматизирован и может быть более точным, чем любой другой метод. Зонды входят в шпиндель и используют наконечник щупа для измерения детали:
Метод 10: Найти нулевую точку «На глазок»
Используя этот метод, вы написали свою программу обработки детали, предполагающую, что деталь находится на некотором расстоянии внутри заготовки. Это расстояние определяет, насколько точно вы должны определить нулевую точку детали.
Если программа обработки детали написана так, что деталь находится на 4 мм внутри заготовки, нам нужно только убедиться, что заготовка достаточно велика, и что ноль детали заготовки находится в пределах 4 мм от фактическая нулевой точке. Это такая большая погрешность, что вы легко можете увидеть ноль.
Бонус: метод 11: используйте машину для остановки
Вот метод, предложенный нашими читателями — спасибо, ребята!
Вставьте штифт в держатель инструмента, установите его в соответствии с программой обработки детали и позвольте штифту быть упором, когда вы вставляете деталь в тиски. Вам нужно будет компенсировать диаметр штифта в вашей программе.
Это позволяет легко изготавливать детали, которые намного короче или намного длиннее, чем ваши губки тисков. Я делаю нечто подобное на своем токарном станке с ЧПУ все время, когда устанавливаю инструмент так, чтобы я мог подтянуть пруток вверх и использовать инструмент в качестве упора для начала новой детали.
Заключение
Теперь у вас есть 11 способов найти нулевую точку для ваших проектов с ЧПУ. У каждого есть свои сильные и слабые стороны. Есть еще много других методов. Поиск нулевой детали для некоторых видов 5-осевой работы или работы с деталями сложной формы может быть очень сложной задачей.
Расскажите нам, какие ваши любимые методы, которые мы упустили, в комментариях — поделитесь опытом ваших собственных специальных приемов.
Как найти нулевую точку станка с ЧПУ
Как найти нулевую точку станка
Пошаговое руководство: 8 путей как найти нулевую точку станка с ЧПУ.
Чтобы узнать больше, прочтите статью. Каждый оператор ЧПУ станка должен уметь выполнять эту процедуру, причем уметь это сделать несколькими способами.
Ниже мы приведем список методов, при помощи которого можно сделать такую калибровку.
Это самый распространенный способ как найти нулевую точку станка, поэтому начнем с него. Для использования необходимо закрепить деталь в тисках. Как правило, начальная точка находится в углу детали. Поскольку вы начинаете фрезерование с необработанного материала важно оставить припуск материала на чертеже САПР таким образом, чтобы часть нулевого участка находилась не на детали.
Кромкоискатели бывают разных видов, но мы представим в виде двух групп: механические (эксцентриковые) и электронные. Электронные кромкоискатели оснащены световой или звуковой индикацией факта контакта щупа с деталью. Применение электронного кромкоискателя подразумевает, что деталь должна быть электропроводящей, так как факт касания регистрируется по замыканию электрического контура, когда щуп касается детали. Типичный щуп кромкоискателя изображен ниже.
Принцип работы электронного вида заключается в том, что они сигнализируют световым или звуковым сигналом момент касания шара с деталью.
Кромкоискатели крайне просты в использовании и относительно дешевы, они оснащены подвижным шаром на щупе, могут обладать плохой воспроизводимостью касания, в сравнении с кромкоискателями с неподвижными щупами. В тоже время неподвижные щупы могут легко быть сломаны при быстром перемещении щупа рядом с деталью.
Механические аналоги существуют достаточно давно. Они работают, будучи установленными в шпиндель, и при вращении шпинделя на низких оборотах (требуется особая осторожность!) и в момент касания края детали они фиксируются на нем и прекращают свои биения вокруг оси вращения.
Использование краеискателя позволяет легко найти ребра для каждой, соответствующей оси X и Y и обнулить DRO в момент нахождения края. Обратите внимание, что при обнулении координаты необходимо учитывать радиус шарика на щупе.
Метод 2: Использование 3D индикатора
Еще один распространенный способ, более современный и изящный метод, чем приведенные выше – это использование 3D индикатора. Первые образцы 3D индикаторов были изготовлены в Германии компанией Haimer и были сравнительно дорогими, сейчас есть возможность купить более дешевые копии. Однако, попробовав поработать с копией, я настоятельно рекомендую пользоваться оригинальными изделиями, они дороже – но надежнее и точнее.
Метод 3: Использование фиксированного местоположения на тисках или оправке.
С помощью двух методов упомянутых выше, вам необходимо устанавливать нулевую точку каждый раз, когда вы работаете с новой деталью. Используя метод 3 вам нужно будет найти нулевую точку один раз, поскольку этот метод выстраивает начало координат относительно тисков (фиксатора заготовки). Предположим, вы используете угол фиксированной губки ваших тисков:
Этот способ неплохо экономит время, потому что тиски большую часть времени стоят неподвижно. В ходе разработки ваших деталей имейте в виду, что угол представляет собой нулевую точку, и таким образом можно установить деталь в тиски и начинать механическую обработку без необходимости измерения нулевой точки, по крайней мере без измерения X и Y. Вам нужно только измерить и обнулить координаты, если тиски перемещались. Возможно, придётся повторно задать машинный ноль, если у станка нет воспроизводимого срабатывания концевиков в исходной точке. Но не зависимо от обстоятельств, данный способ в любом случае позволит значительно реже устанавливать нулевую точку, и тем самым сэкономит ваше время.
Метод 4: Использование камеры или оптического индикатора.
Оптические центроискатели используются достаточно долгое время, и при должной аккуратности и достаточном оптическом увеличении могут очень точными:
Такие оптические центроискатели могут давать не очень хорошую картинку. Иногда оптика может быть плохо качества, и изображение будет тусклым и не контрастным. В таком случае может помочь дополнительный источник освещения. Однако есть более современный подход – использование цифровой камеры с увеличением. Вот, например, фотография оптической камеры центроискателя установленной на металлообрабатывающем станке
А вот фото показывающее картинку, полученную такой камерой:
Применение цифровой камеры центрированной на просверленном отверстии.
Обратите внимание, что в данном случае камера смещена относительно оси шпинделя. Это смещение фиксировано, и должно быть учтено при обнулении значения координаты. Есть также камеры, которые направлены прямо в держатель инструмента и смотрят прямо по оси шпинделя.
Метод 5: Нулевая точка на элементе обрабатываемой детали.
Это не полностью независимый способ, потому что для использования вам будет необходимо воспользоваться одним из ранее описанных способов, чтобы правильно найти координаты элемента обрабатываемой детали. Тем не менее, данный способ очень удобен для повторных установок и случаев, когда необходимо работать с чем-то отличным от простой заготовки в виде куска металла, например, для ремонта или дополнительной обработки. Идея этого способа заключается в том, чтобы принять за ноль какую-то часть или заметный элемент детали. Например, в примере, показанном выше, мы использовали одно из просверленных отверстий как опорную точку. Установка нулевой точки по отверстию может быть сделана достаточно точно, потому это достаточно распространенный способ. Конечно, выбранный элемент детали не обязательно должна быть нулевая точка, достаточно чтобы она была расположена с известным смещением. Потому, что как только вы определите это смещение, вы сможете его скомпенсировать для получения нулевой точки.
Метод 6: Использование концевой фрезы с бумагой, индикатором или пластиной эталоном.
Поиск нулевой точки концевой фрезой – это еще один распространенный способ нахождения нулевой точки. Суть метода заключается в том, чтобы подвести инструмент к детали так, чтобы конец фрезы практически вошел в контакт с деталью, для этого можно использовать прокладку разделитель специальной формы. В общем виде разделитель включается в себя лист бумаги, щуп и калибровочный блок. В случае использования бумаги в качестве разделителя нужно чтобы шпиндель был неподвижен. Было выполнено несколько экспериментов, чтобы попытаться определить насколько точным является этот метод. И я нашел несколько способов определения касания для установки координаты Z:
Это очень точное устройство, позволяющее спозиционировать фрезу с точностью до 1 сотки, поэтому при его наличии можно не пользоваться некоторыми вышеописанными методами. Могу сказать, что такой измерительный блок может быть очень точным.
Метод 7: Лазерный указатель.
Данный метод очень наглядный, но не очень точный. Вы можете установить недорогой лазер в инструменте, который проецирует красную точку на вашу деталь в месте оси шпинделя. Подойдет даже лазерная указка с перекрестием. 
Этот способ может быть полезен, например, когда вы спроектировали свою деталь так, чтобы нулевая точка была установлена в углу заготовки за пределами изделия. Т.е. планируется выбрать избыточный материал и можно позволить, 4 мм запаса и достаточно будет найти край с точностью 2 мм – эти маленькие лазеры могут помочь. Особенно для работ, не требующих жестких допусков. Опять же при выполнении таких работ поиск лазерного пятна прост и не отнимает много времени. Потому такой лазер стоит иметь под рукой в своей мастерской.
Метод 8: ЧПУ щуп
Я оставил этот лучший и самый высокоточный метод – ЧПУ индикатор. Метод полностью автоматизирован и потому точнее чем любой другой. Индикатор устанавливаются в шпиндель и используют сферический наконечник для зондирования детали.
3D индикаторы могут быть невероятно точными.
Индикатор может управляться при помощи g-кодов и применяться для различных задач, находить такие элементы заготовки как: ребра, центры отверстий, выступы и другие элементы конструкций. Применяя правильные g-коды, вы можете полностью автоматизировать процесс определения нулевой точки. Просто поместите код в начало вашей программы обработки детали и можете забыть про деталь в тисках, нажать зеленую кнопку и машина сделает все остальное. Просто удивительно, на что способен этот метод. Основной недостаток – это высокая стоимость оборудования и риск повреждения щупов индикаторов в случае сбоя программы.
Теперь вы знаете 8 способов установки part zero (рабочего нуля) для вашего ЧПУ станка. Каждый способ имеет свои сильные и слабые стороны. Кроме способов, описанных в данной статье, есть много других. Так, поиск нулевой точки для станков с 5-ю осями или при работе с деталями сложной формы может быть непростой задачей. Кроме того, я не затрагивал методов, связанных с использованием часового индикатора, инструментальных башмаков, держателей комплектов для установки нуля и других устройств.