CALS-технологии

CALS-ТЕХНОЛОГИИ

Лабораторный практикум

Москва

Издательство «ФЛИНТА»

2018

УДК 004.9
ББК  32.97

Л12

Л12

CALS-технологии 
[Электронный 
ресурс] 
: 
лабораторный 
практикум / М.В. Терехов, Л.Б. Филиппова, А.А. Мартыненко, 
Р.А. Филиппов, В.А. Шкаберин, А.В. Аверченков. — М. : ФЛИНТА, 
2018. — 145 с. 

ISBN 978-5-9765-4020-0 

Содержатся девять лабораторных работ по дисциплине «CALS
технологии».

Лабораторный практикум предназначен для студентов очной 

формы обучения для студентов по направлению подготовки09.03.01 
«Информатика и вычислительная техника» (квалификация–бакалавр), 
а также может быть полезен для студентов по направлению 
подготовки 09.03.02 «Информационные системы и технологии» 
(квалификация–бакалавр).

УДК 004.9
ББК  32.97

ISBN 978-5-9765-4020-0
© Коллектив авторов, 2018
© Издательство «ФЛИНТА», 2018

ПРЕДИСЛОВИЕ

Лабораторный практикум для выполнения лабораторных работ 

состоит из девяти лабораторных работ по дисциплине «CALS технологии». 
В 
каждой 
лабораторной 
работе 
содержатся 

теоретические сведения, необходимые для выполнения работы, 
индивидуальные задания и контрольные вопросы.

Также приведен перечень литературы, необходимый для 

успешного освоения дисциплины.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Общая структура и правила создания управляющих программ 

для оборудования с числовым программным управлением

1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.
Структура программы

Программа, написанная в NC кодах, имеет строгую структуру. 

Эта структура ориентирована на: во-первых – запись программы на 
перфоленту, во-вторых – на считывание и исполнение программы 
устройством с релейным управлением. Порядок отдельных элементов 
программы 
и 
способ 
записи 
информации 
в 
программе 

регламентирован стандартом[5].

Рис. 1 - Обобщенная структура программы

Текст программы состоит из множества кадров. Кадр может 

(опционально) начинаться с символа пропуска кадра – «/» косой 
черты. За символом пропуска кадра (или в первой позиции, если он 
отсутствует) может следовать номер кадра (также опционально).

За номером кадра следуют специальные инструкции – слова 

(произвольное количество) или комментарии. Завершает кадр символ 
окончания строки. Длина кадра ограничена 256 символами по 
стандарту ISO (примерно 4 строки на листе A4), чего обычно вполне 
достаточно. 
Отдельные 
системы 
ЧПУ 
могут 
иметь 
другие 

ограничения, поэтому в документации приводится формат кадра –
условная запись кадра с максимальным объемом информации.

Пример кадра управляющей программы: /N0001 G0 X123.05
По принятым соглашениям: в программе допускаются пустые 

строки (они игнорируются), допускаются пробелы и символы 
табуляции или их отсутствие (например, x 100 эквивалентно x100). 
Регистр символов не учитывается (g и G эквивалентны). 

1.2.
Слова

Слово состоит из символа и некоторого числового значения. 

Символы, разрешенные к применению:

A, B, C, D, F, G, H, I, J, K, L, X, Y, Z, M, N, P, Q, R, S, T, U, W3

1.3.
Числа

Числа – это последовательность цифр, которая (возможно) 

разделена десятичной точкой (не запятой). Число может начинаться 
знаком «+» или «-».

Если у числа нет знака, то оно считается положительным. Если у 

числа нет десятичной точки, то оно считается целым.

Обычно система ЧПУ ограничивает количество знаков в 

дробной части чисел в тексте программы, например, ограничение 
может быть равно 0.0001. Помимо максимальной точности дроби в 
тексте 
необходимо 
учитывать 
дискретность 
привода 
–
это 

минимальная величина перемещения рабочего органа при подаче 
одного управляющего импульса. Если дискретность привода по 
данной оси 0.01 то размеры необходимо задавать кратными 
дискретности т.е. 0.01

Незначащие нули в начале и конце числа допускается не 

указывать. Таким образом, например, G = G0 = G00, а G1=G01

Заметим также, что в одном кадре:

• Может находиться от 0 до 4-х слов, начинающихся с буквы 

G;

• Слова G, входящие в одну модальную группу, не могут 

встречаться в одном кадре;

• Может находиться от 0 до 4-х M слов, но два слова из 

одной модальной группы не могут встречаться в одном 
кадре;

• Остальные символы могут быть в кадре в единственном 

числе.

1.4.
Десятичная точка

Некоторые 
адреса 
слов 
предполагают 
использование 

вещественных значений. Примеры тому - перемещения по осям Х или 
У. 
С 
другой 
стороны, 
некоторые 
адреса 
требуют 
только 

целочисленных 
значений, 
например 
скорость 
вращения 

шпинделя(S), выбор номера инструмента (T), номер кадра (N), 
предварительные функции (G) и вспомогательные функции (M). 
Программист 
должен 
ознакомиться 
с 
руководством 
по 

программированию данной системы с ЧПУ и выяснить - какие адреса 
позволяют использовать десятичную точку [3].

1.5.
Основные управляющие коды

Большую 
часть 
управляющей 
программы 
составляют 

перемещения рабочих органов станка либо на рабочей подаче (во 
время обработки), либо на подаче холостого хода.

В связи со сказанным важно представлять системы координат, 

применяемые при разработке управляющих программ и знать коды 
программирования движения.

1.6.
Системы координат

Принято оперировать тремя системами координат: система 

координат 
станка, 
система 
координат 
инструмента, 
система 

координат детали. Базовой является система координат станка. 
Программа разрабатывается в системе координат детали. Таким 
образом, 
чтобы 
она 
выполнялась 
корректно, 
управляющую 

программу надо «привязать» к системе координат станка путем 
установки нуля детали и расположения осей координат детали.

Согласование систем координат осуществляется при наладке 

станка и в общем случае включает в себя:
1. выход 
рабочих 
органов 
станка 
в 
фиксированное 

положение(однозначно определенное относительно нуля станка)

2. согласование 
систем 
координат 
детали 
и 
инструмента 

относительно системы координат станка.

Аналогичным 
образом, 
система 
координат 
инструмента 

настраивается с помощью корректоров на размер инструмента 
первично и поднастраивается на точный размер по результатам 
обработки пробной детали (для концевой фрезы, например, задаются 
корректоры на длину и диаметр инструмента). После этого считается, 
что обработка производится нулевой точкой идеального инструмента, 

а расчет реальной траектории его движения возлагается на систему 
ЧПУ.

Заметим, 
что 
в 
ответственных 
или 
сложных 
случаях 

рассчитываются 
реальные 
координаты 
движения 
инструмента 

(например, при фрезеровании формообразующих поверхностей 
пресс-форм пластмассового литья), что требует знания точных 
размеров инструмента еще на этапе разработки управляющей 
программы.

1.7.
Системы координат при токарной и фрезерной 

обработке, принятые в CAM системах

Кинематика и конструктивное исполнение станков с ЧПУ 

весьма разнообразны, поэтому при программировании условно 
считается, что деталь неподвижна, а все движения сообщаются 
инструменту.

При точении считается, что ось вращения шпинделя совпадает с 

осью Z правой прямоугольной системы координат. Ось X направлена 
перпендикулярно оси Z - по направлению поперечных салазок 
суппорта (таким образом, движения по оси Z дают осевые 
перемещения, а по оси X - радиальные/диаметральные). На экране 
монитора ось Z направлена вправо, а ось X - вверх.

Направление оси Y определяется известным правилом: при 

взгляде с оси Y поворот от оси Z к X должен происходить против 
часовой стрелки, поэтому ось Y условно развернута к зрителю (см. 
рис. ниже).

В современных токарных станках, в частности, допускается 

управление 
углом 
поворота 
шпинделя. 
Угловые 
координаты 

(повороты 
вокруг 
осей 
X,Y,Z) 
обозначаются 
как 
A,B,C 

соответственно, поэтому поворот шпинделя задается координатой C 
(поворот против часовой стрелки - положительный).

Для ряда токарных обрабатывающих центров используются и 

другие 
системы 
координат. 
Так, 
например, 
при 
наличии 

контрсуппорта его координаты обозначаются как Z1,X1 [6].

Рис. 2 - Система координат при токарной обработке

При фрезерной обработке считается, что деталь установлена 

неподвижно в плоскости XY, а фреза изначально установлена 
вертикально по оси Z и перемещается относительно заготовки. При 
пятикоординатной обработке считается, что ось фрезы наклоняется 
вокруг осей X и Y (что задется угловыми координатами A и B). 
Заметим, что конструктивно станок может наклонять не фрезу, а 
деталь, или и фрезу и деталь.

Рис. 3 - Система координат при фрезерной обработке

Независимо от вида обработки координаты могут быть заданы 

либо в метрической системе (в мм), либо в британской (в дюймах). 
Переключаются системы измерения кодами G20 и G21.

Перемещения могут быть заданы: в абсолютной системе 

координат, относительно ее нуля. Заметим, что можно создать 

несколько систем координат (сдвинутых, развернутых, отраженных 
по отношению друг к другу) и перемещения задаются относительно 
активной в данный момент системы.

Часто бывает удобно задавать не координаты точек, а 

приращения - расстояния от текущей точки до конечной. При этом 
текущая точка считается временным нулем координат. Таким 
образом удобно задавать дуги окружностей, прямоугольники и т.п.

Работа 
в 
абсолютных 
координатах 
и 
приращениях 

переключается кодами G90 и G91. Так же как и коды G20/G21 они 
являются взаимоисключающими и не могут использоваться в одном 
кадре программы.

Следует учитывать, что слова I,J,K  обозначают приращения по 

осям X,Y,Z соответственно, причем независимо от установок 
G90/G91.

Таблица 1

од
Значение кода
Комментарий
П

ример
Расшифровка

20

Перемещения в 

программе заданы в 

дюймах

Как правило, 

используется однократно в 
начале программы Коды 20 и 

21 - взаимоисключающие

G

90 G20

Абсолютнаясистем
а координат, 

перемещения заданы в 

дюймах
21

Перемещениязад

аны в миллиметрах

90

Абсолютная 

система координат
Могут использоваться 

многократно, не могут 

использоваться в одном кадре

G

91 G21

Перемещения в 

мм,рассматриваются как 

приращения
91

Система 

координат в 
приращениях

1.8.
Команды движения по прямой – линейная 

интерполяция

Движение 
по 
каждой 
координате 
обычно 
осуществляет 

отдельный привод. Как правило, движение рабочих органов станка 
отслеживается датчиками положения различных конструкций, а само 
перемещение не может быть меньше разрешающей способности 
датчика - дискреты.

Для 
движения 
по 
произвольной 
прямой 
линии, 
нужна 

согласованная работа нескольких приводов, которые перемещают 
рабочий орган станка около теоретической прямой. Таким образом, 
реальное движение – это лишь приближение, иначе говоря –
интерполяция, поэтому команды движения по прямой называются 
командами 
линейной 
интерполяции. 
Стандарт 
ограничивает 

погрешность интерполяции величиной +/- 0,707 или корень из 3/2 от 
дискретности.

Считается, что инструмент перемещается из своего текущего 

положения в положение, заданное координатами в кадре, либо в 
абсолютном выражении, либо в приращениях.

Линейная интерполяция может происходить на максимально 

возможной подаче (обычно это подача на скорости холостого хода). 
Такие 
перемещения 
программируются 
кодом 
G00. 
Так 
как 

незначащие нули допускается не печатать, то в текстах программ 
можно встретить и обозначение G0 и обозначение G.

Движения на подаче холостого хода потенциально опасны. 

Поэтому их, выполняют в области, где гарантированно отсутствует 
опасность столкновений. При фрезерной обработке можно указать 
максимальную высоту по координате Z – так называемую плоскость 
безопасности, которая заведомо выше самой высокой точки детали 
вместе с приспособлением. Таким образом, быстрые перемещения 
фрез, сверел и т.д. программируют в три этапа:

• Подъем по оси Z вертикально на плоскость безопасности
• Быстрые перемещения по осям X,Y
• Быстрое 
вертикальное 
перемещение 
вниз 
на 

обрабатываемую деталь с некоторым зазором.

1.9.
Задание рабочей подачи

При обработке детали инструмент перемещается на рабочей 

подаче. При фрезеровании стали 45, например, подача может 
составлять 200-500 мм/мин в, тогда как быстрые перемещения 
происходят на скорости 6000-10000 мм/мин, то есть на порядок 
быстрее.

Рабочая подача назначается по виду обработки (черновая, 

получистовая, окончательная) и для токарных станков задается по 
умолчанию в мм/об, а для фрезерных станков (как правило) в мм/мин. 
Подачи на оборот невелики (0,1-10 мм), и в разы отличаются от 
типичных значений минутной подачи на фрезеровании. Если 
требуется переключиться другим единицам измерения подачи, то 
используют коды:

• G99 – мм/об;
• G98 – мм/мин;