Автоматизированная разработка управляющих программ с использованием САП ЧПУ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение  
высшего образования 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
«СТАНКИН» 
 
 
 
В. А. Тимирязев      В. И. Левчук      Г. А. Мелетьев 
 
 
Автоматизированная разработка  
управляющих программ  
с использованием САП ЧПУ 
 
 
Курс лекций 
 
Под редакцией 
доктора технических наук, профессора 
В. А. Тимирязева 
 
 
 
 
 
 
 
Йошкар-Ола  
2024 
 

УДК 681.5:004.43(075.8) 
ББК  32.973.2я73 
Т 41 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, зав. кафедрой транспортно-технологических машин  
Поволжского государственного технологического университета 
А. И. Павлов; 
канд. техн. наук, декан энергетического факультета  
Марийского государственного университета С. В. Волков 
 
Печатается по решению  
редакционно-издательского совета ПГТУ 
 
Тимирязев, В. А.  
Т 41      Автоматизированная разработка управляющих программ с использованием САП ЧПУ: курс лекций / В. А. Тимирязев, 
В. И. Левчук, Г. А. Мелетьев; под ред. В. А. Тимирязева. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2024. – 150 с.  
ISBN 978-5-8158-2392-1 
 
Изложены вопросы автоматизированной разработки управляющих 
программ для станков с ЧПУ. Представлена методика разработки управляющих программ с использованием САП ЧПУ, создаваемых на основе 
интеграции с конструкторскими и технологическими CAD/CAM системами, что значительно повышает уровень автоматизации и технологической гибкости машиностроительного производства. Показано, что применение постпроцессоров позволяет адаптировать разработанные управляющие программы для использования их на станках с другими системами и стойками ЧПУ.  
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизация технологических процессов и производств». 
 
УДК 681.5:004.43(075.8) 
ББК 32.973.2я73 
 
ISBN 978-5-8158-2392-1 
© Тимирязев В. А., Левчук В. И.,  
Мелетьев Г. А., 2024 
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2024 
2 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по 
направлениям 
подготовки 
«Конструкторско-технологическое 
обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизация технологических процессов и производств». 
Изложенный здесь материал представлен в виде курса лекций, 
где приведены основы программирования станков с ЧПУ токарного, фрезерного и сверлильно-расточного типа, включая применение вложенных стандартных циклов и подпрограмм. 
Подробно рассмотрены вопросы автоматизированной разработки управляющих программ с использованием автоматических 
систем САП УП. 
Представлены отечественные и зарубежные системы САП УП 
и показана эффективность их работы, которая определяется степенью интеграции этих систем с конструкторскими и технологическими CAD/САМ системами. 
Тематика излагаемых вопросов весьма актуальна, она отвечает 
приоритетному направлению развития машиностроительного 
производства – автоматизации на базе широкого применения 
CAD/САМ-систем и станков с ЧПУ. А для решения этой важной 
задачи необходимы квалифицированные специалисты, обладающие и теоретическими познаниями, и практическими навыками в 
данной области. 
Материал данного пособия может быть эффективно использован как теоретическое, методическое, справочное сопровождение 
при изучении технологических курсов и курсов по автоматизации 
машиностроительных производств, организации самостоятельной 
работы обучающихся, текущего и итогового контроля знаний, а 
также при выполнении студентами курсовых и дипломных проектов. Кроме того, авторы полагают, что настоящее издание может быть полезно и интересно и специалистам-практикам. 
3 

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ  
 
CAD – система конструкторского проектирования  
ГПС – гибкая производственная система  
КЭ – конструктивный элемент 
МЦС – многоцелевой станок  
РТК – роботизированный технологический комплекс 
САМ – автоматизированная система технологической подготовки 
производства  
САП УП – система автоматизированного проектирования управляющих программ 
СЧПУ – система числового программного управления  
ТО – технологический объект 
УП – управляющая программа 
УСП – универсально-сборные приспособления  
УЧПУ – устройство числового программного управления  
ЧПУ – числовое программное управление 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Одним из основных направлений развития современного машиностроительного производства является его механизация и 
автоматизация, которые в сочетании с технологической гибкостью позволяют быстро перенастраивать производство на изготовление новых изделий по запросам рынка. Этим требованиям 
наиболее полно отвечают станки с ЧПУ (числовое программное 
управление), роботизированные технологические комплексы 
(РТК), многоцелевые станки (МЦС) и создаваемые на их основе 
гибкие производственные системы (ГПС). 
 Это оборудование работает по задаваемой управляющей программе (УП), которая на базе компьютерных технологий с помощью различных программоносителей передается непосредственно на станок. 
В данном учебном пособии рассмотрены основы программирования операций механообработки на станках с ЧПУ, вопросы 
автоматизации разработки управляющих программ. 
Системы автоматизированного проектирования управляющих 
программ (САП УП), создаваемые на основе интеграции с конструкторскими и технологическими CAD/CAM-системами, значительно повышают уровень автоматизации и технологической 
гибкости машиностроительного производства. Они позволяют с 
помощью постпроцессоров адаптировать разработанные управляющие программы для использования их на станках с другими 
системами и станками ЧПУ.  
Применение САП УП (САП ЧПУ) раскрывает новые возможности дальнейшего расширения эффективного управления станками, что существенно повышает производительность выполняемых технологических операций, значительно снижает трудоемкость работ технолога-программиста при одновременном повышении качества и обоснованности принимаемых решений.  
5 

Лекция 1  
Технологические задачи программирования  
изготовления деталей на станках с ЧПУ 
 
План лекции 
1. Программирование изготовления деталей на станках 
с ЧПУ. 
2. Координатные системы станка, инструмента, детали. 
3. Выявление 
опорных 
точек 
на 
обрабатываемых  
поверхностях и расчет их координат. 
4. Программирование траектории относительного перемещения режущего инструмента, линейная и круговая интерполяция. 
Программирование изготовления деталей  
на станках с ЧПУ 
Числовое программное управление (NC – Numerical Control) 
означает управление обработкой на станке по программе, заданной в цифровой кодированной форме. При этом способе управления станком, промышленным роботом или другим устройством 
имеют место технологически гибкая разработка и задание управляющей программы в цифровой форме с использованием алфавитно-цифрового или унитарного кода. В станках с ЧПУ механические связи заменяют многокоординатным управлением электроприводами с заданием по программе законов движения каждого привода [1, 2].  
 Система числового программного управления (СЧПУ) представляет собой совокупность функционально взаимосвязанных и 
взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное управление станком.  
6 

Управляющая программа (УП) – совокупность команд на 
языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка для обработки определенной заготовки.  
Устройство числового программного управления (УЧПУ) – 
устройство, выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с заданной управляющей 
программой и информацией о состоянии управляемого объекта. 
Это устройство является основой систем числового программного управления, в его состав входят взаимосвязанные технические 
средства и необходимое программное обеспечение – системное, 
технологическое и функциональное. 
Программоноситель является носителем данных, на котором 
записана УП. В качестве программоносителя применяют перфоленту, магнитную ленту, магнитный диск (дискету), а также другие специальные запоминающие устройства. Помимо УП разрабатывается карта наладки, на основе которой собирают необходимое приспособление для закрепления обрабатываемой детали 
на станке. Одновременно составляется инструментальная карта 
для каждого из применяемых режущих инструментов, в которой 
указывают вылет инструмента, радиус режущей кромки при вершине резца, диаметр концевой фрезы, а также центр инструмента – неподвижную относительно державки точку инструмента, 
по которой ведется расчет траектории. На основе данных осуществляют размерную настройку инструмента вне станка, после 
чего инструмент устанавливают на станок в револьверную головку или в инструментальный магазин [3, 4]. 
Системы ЧПУ, создаваемые для решения различных технологических задач (рис. 1.1), подразделяют на позиционные, контурные (прямоугольные и криволинейные) Эти системы отличаются 
по геометрии движения рабочих органов станка, определяемой 
заданной в программе геометрической информацией.  
7 

 
 
Рис. 1.1. Примеры решения технологических задач с использованием  
систем позиционного и контурного управления: а – сверление отверстий 
в заданных точках А и Б; б – фрезерование прямолинейных пазов  
по заданным отрезкам прямых; в – фрезерование криволинейного профиля 
по заданному контуру 
В результате развития компьютерной техники созданы свободно программируемые УЧПУ типа CNC (Computerized Numerical Contro). Это системы с переменной структурой, алгоритмы 
работы которых реализуются с помощью программ, вводимых в 
их память (рис. 1.2). 
 
Компьютерное управление CNC 
Пульт 
4 
управления 
Привод 
Блок  
 
 
часть 
Блок  
Блок  
цессор 
памяти 
Силовая  
Схема 
ввода5 
Микропроизмерения 
согласования 
вывода 
3 B M 
 1 
2 
3 
6 
7 
8 
9 
 
Рис. 1.2. Структурная схема микропроцессорной системы ЧПУ 
В этих системах алгоритмы обработки и их реализация могут 
быть оперативно изменены. Первостепенное значение приобретают расширение функций УЧПУ, возможность хранения и редактирования программ. 
8 

Координатные системы станка, инструмента, детали 
Для управления движением формообразования необходимо 
однозначно определить все точки рабочего пространства станка. 
С этой целью используют координатную систему станка, в которой ориентируют обрабатываемую заготовку и составляют 
управляющую программу (УП), определяя траекторию перемещения режущего инструмента. В соответствии с рекомендациями 
ИСО по ГОСТ 23597 на станках с ЧПУ принята единая стандартная правая система координат (рис. 1.3а). Координатные оси системы располагают параллельно направляющим станка, что позволяет напрямую программировать величину и направление поступательных и вращательных перемещений рабочих органов 
станка [4, 5]. 
 
 
 
 
б) 
Рис. 1.3. Система координат станков с ЧПУ: а – направления движения 
инструмента и заготовки; б – использование правила правой руки  
для определения положительных направлений осей координат 
Для определения положительного направления осей координат удобно использовать правило правой руки (рис. 1.3б). Ладонь 
правой руки ориентируется на торец шпинделя. Ось Z совмещается с осью шпинделя, ей соответствует средний палец, указывающий на положительное направление оси Z. Ось X располагается 
горизонтально, ей соответствует большой палец, определяющий 
9 

положительное направление оси X. Оси Y соответствует указательный палец, показывающий на положительное направление 
оси Y. 
За положительное направление кругового перемещения А, 
В, С рабочих органов вокруг соответствующих координатных 
осей X, Y, Z принято вращение по часовой стрелке при взгляде 
вдоль положительного направления оси. При пользовании правилом правой руки (см. рис. 1.3б) необходимо большой палец 
расположить по направлению соответствующей оси, тогда 
остальные согнутые пальцу укажут на положительное направление вращения.  
Направление стрелок координатных осей X, Y, Z указывает на 
положительное направление перемещения режущего инструмента относительно неподвижных частей станка. При перемещении 
заготовки относительно неподвижных частей станка ее положительные перемещения направлены в обратном направлении, и их 
обозначают индексом соответствующей оси со штрихом: X, Y, 
Z. Таким образом, при положительном направлении перемещения инструмента или заготовки имеет место их относительное 
удаление. 
 Круговое 
перемещение 
инструмента 
в 
положительном 
направлении обозначают буквами А, В, С, а круговое перемещение заготовки на поворотном столе в положительном направлении обозначают теми же буквами со штрихом: А, В, С. На рисунке 1.4 показан пример применения правила правой руки для 
определения координатной системы вертикально-фрезерного 
станка с ЧПУ.  
Для программирования перемещений двух или трех рабочих 
органов станка в одном направлении используют вторичные U, V, 
W и третичные P, Q, R координатные оси, которые соответствуют 
осям X, Y, Z. 
10