Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM-система

А. А. Ловыгин,
Л. В. Теверовский

Современный станок с ЧПУ  
и CAD/CAM-система

Москва, 2015

УДК
621.914.3 

ББК 34.634-5

Л68

Ловыгин А. А., Теверовский Л. В.

Л68
Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM-система. – М.: ДМК Пресс, 2015. – 280 с.: 
ил.

ISBN 978-5-97060-123-5

Вы держите в руках уже четвертое, 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.
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, вы можете скачать 
на сайтах isicam.ru и dmkpress.com.

УДК 621.914.3
ББК 34.634-5

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 978-5-97060-123-5
© Ловыгин А. А., Теверовский Л. В., 2015
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2015

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

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

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

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 ................................................................................ 148
Пример № 3. Контурная обработка ................................................. 150
Пример № 4. Контурная обработка с коррекцией на радиус 
инструмента ................................................................................ 151
Пример № 5. Фрезерование прямоугольного кармана ....................... 152
Пример № 6. Фрезерование круглого кармана ................................. 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

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

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 7 ............................................................ 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,

компанию АТМ Групп и лично Вадима Ефимцева.

Глава 1
ОСНОВЫ ЧИСЛОВОГО 
ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Автоматическое управление

На сегодняшний день практически каждое предприятие, занимающееся меха
нической 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 производст
венная 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 

и повторяемость обработки. По одной и той же 
программе вы сможете изготовить с требуемым 

Рис. 1.1. Универсальный 
сверлильно-фрезерный 

станок