Interpolasi Linear & Lingkaran

Bagaimana Pengontrol Menggerakkan Alat

G-code mendefinisikan dua jenis gerakan fundamental:

G01: Interpolasi Linear: Alat bergerak dalam garis lurus dari posisi saat ini ke posisi target. Pengontrol mengoordinasikan motor X, Y, & Z sehingga semuanya tiba di titik akhir secara bersamaan. G01 X2.0 Y1.0 Z-0.5 menggambar garis lurus dalam ruang 3D.

G02 / G03: Interpolasi Lingkaran: Alat bergerak sepanjang busur lingkaran.

- G02 = busur searah jarum jam

- G03 = busur berlawanan arah jarum jam

Busur dapat didefinisikan dengan dua cara:

- Format jari-jari: G02 X2.0 Y1.0 R0.5: bergerak ke (2.0, 1.0) sepanjang busur dengan jari-jari 0.5

- Format pusat: G02 X2.0 Y1.0 I0.5 J0.0: I & J memberikan jarak inkremental dari posisi saat ini ke pusat busur. Format ini tidak ambigu & lebih disukai untuk pekerjaan presisi.

Di dalam pengontrol, bahkan busur melingkar dipecah menjadi segmen garis lurus kecil (interpolasi mikro-garis). Pengontrol menghitung ratusan atau ribuan titik perantara & mengirimkan pulsa langkah-&-arah ke motor. Resolusinya sangat baik sehingga gerak yang dihasilkan terlihat & terukur sebagai kurva halus.

Pemesinan Pendaki vs Konvensional

Pemesinan Pendaki vs Pemesinan Konvensional

Geometri bagaimana pemotong melibatkan material sangat penting untuk finishing permukaan, umur alat, & gaya pemotongan.

Pemesinan Konvensional (Naik): Pemotong berputar melawan arah umpan. Setiap gigi memasuki material pada ketebalan chip nol & keluar pada ketebalan maksimal. Pemotong cenderung mendorong menjauhi pekerjaan awalnya, kemudian menangkap & menarik. Ini menciptakan lebih banyak panas (gigi menggosok sebelum memotong) & finishing permukaan yang lebih kasar.

Pemesinan Pendaki (Turun): Pemotong berputar dengan arah umpan. Setiap gigi memasuki pada ketebalan chip maksimal & keluar pada minimum. Pemotong segera menggigit material & mendorong pekerjaan ke bawah ke meja. Ini menghasilkan finishing permukaan yang lebih baik, panas lebih sedikit, & umur alat yang lebih lama.

**Mengapa tidak selalu mendaki? Pemesinan pendaki menarik benda kerja ke pemotong. Pada mesin manual yang lebih tua tanpa kompensasi backlash, tarikan ini dapat menyebabkan meja meloncati ke depan & menabrak. Mesin CNC memiliki ballscrew dengan backlash minimal, jadi pemesinan pendaki adalah standar. Tetapi untuk bagian tipis atau yang tidak dipasang dengan baik, pemesinan konvensional mungkin masih lebih aman karena mendorong pekerjaan menjauh.

Busur Garis Singgung & Filet

Busur Garis Singgung, Filet, & Chamfer

Bagian nyata jarang memiliki sudut yang sangat tajam. Mereka memiliki filet (sudut dalam yang dibulatkan), jari-jari (sudut luar yang dibulatkan), & chamfer (potongan sudut yang menghilangkan tepi tajam).

Busur garis singgung adalah busur yang bertemu garis lurus (atau busur lain) tanpa diskontinuitas arah. Pada titik di mana busur dimulai, ia memiliki kemiringan yang sama dengan garis yang terhubung. Ini menghasilkan profil halus & berkelanjutan tanpa perubahan arah yang tiba-tiba.

Mengapa garis singgung penting untuk pemesinan:

- Sudut tajam memaksa alat untuk berhenti, mengubah arah, & mempercepat lagi. Ini meninggalkan tanda dwell (alat duduk di satu tempat sambil melambat, membakar permukaan).

- Busur garis singgung memungkinkan alat menyapu transisi dengan kecepatan. Tidak ada deselerasi, tidak ada tanda dwell, finishing permukaan lebih baik.

- Konsentrator stres: sudut dalam yang tajam memusatkan stres & di mana bagian retak. Filet mendistribusikan stres di atas permukaan melengkung.

Chamfer lebih sederhana: potongan lurus pada 45 derajat (atau sudut lain) yang menghilangkan tepi tajam. Diprogram dengan gerakan G01 pada sudut. Chamfer lebih mudah untuk mesin daripada filet tetapi tidak mendistribusikan stres sebaik.

Kompensasi Jari-jari Pemotong

Kompensasi Jari-jari Alat (G41 / G42)

Ketika Anda memprogram profil bagian, Anda mendeskripsikan geometri permukaan bagian yang selesai. Tetapi alat memiliki jari-jari: pusatnya harus mengikuti jalur yang diimbangi dari permukaan bagian oleh jari-jari itu.

G41: Kompensasi Pemotong Kiri: Pusat alat diimbangi ke KIRI dari jalur yang diprogram (terlihat ke arah perjalanan). Digunakan untuk pemesinan pendaki profil luar.

G42: Kompensasi Pemotong Kanan: Pusat alat diimbangi ke KANAN.

G40: Batalkan kompensasi pemotong.

Dengan kompensasi aktif, Anda memprogram geometri bagian yang tepat (permukaan yang selesai), & pengontrol secara otomatis menghitung jalur offset untuk pusat alat. Ini memiliki dua keuntungan utama:

1. Program cocok dengan cetakan. Dimensi pada gambar cocok dengan dimensi dalam kode. Tidak ada perhitungan offset manual.

2. Penyesuaian keausan alat. Ketika alat aus & memotong sedikit berukuran besar, operator menyesuaikan nilai kompensasi pemotong dalam tabel offset: tidak perlu edit program. Nilai kompensasi yang lebih kecil menarik alat lebih dekat ke permukaan bagian, mengkompensasi potongan ukuran bawah.

Pengontrol menangani semua kompleksitas geometris: mengimbangi garis lurus, menghitung ulang jari-jari busur untuk jalur offset, & mengelola geometri transisi di sudut.

Mengapa GD&T Bergantung pada Geometri

GD&T: Geometri, Bukan Hanya Dimensi

Dimensioning tradisional mengatakan: 'Lubang ini berdiameter 0,500 inci, berlokasi 2,000 inci dari tepi kiri, plus atau minus 0,005 inci.'

Masalahnya: toleransi plus-atau-minus menciptakan zona toleransi persegi. Pusat lubang harus jatuh dalam persegi panjang 0,010 x 0,010 inci. Tetapi zona persegi tidak adil: lubang yang pusatnya berada di sudut persegi panjang (0,005 kanan DAN 0,005 ke atas dari nominal) sebenarnya 0,007 inci dari posisi sebenarnya (teorema Pythagoras: akar kuadrat dari 0,005 kuadrat ditambah 0,005 kuadrat). Anda akan menolak bagian itu bahkan meskipun lubang pada 0,007 dari nominal dalam satu arah akan lulus.

GD&T mengganti zona persegi dengan zona toleransi silindris. Pusat lubang harus jatuh dalam lingkaran diameter tertentu di sekitar posisi sebenarnya. Ini adil secara geometris: 0,007 dari nominal adalah 0,007 dari nominal terlepas dari arah.

GD&T adalah bahasa geometris lengkap untuk mendeskripsikan berapa banyak fitur dapat menyimpang dari bentuk, orientasi, & lokasinya yang ideal. Ini menggunakan bingkai kontrol fitur: kotak persegi panjang dengan simbol yang Anda lihat pada gambar teknik.

Toleransi Bentuk & Orientasi

Toleransi Bentuk: Bentuk Pengendalian

Posisi mengontrol di mana fitur. Toleransi bentuk mengontrol bentuk apa itu.

Kebencangan: Permukaan harus terletak antara dua bidang paralel yang dipisahkan oleh nilai toleransi. Jika kerataan adalah 0,002, setiap titik pada permukaan harus berada dalam zona 0,002 inci tinggi antara dua bidang datar yang sempurna & paralel. Tidak ada referensi datum: kerataan bersifat referensi diri.

Perpendicularity: Permukaan atau sumbu harus berada dalam zona toleransi relatif terhadap datum (permukaan referensi). Untuk permukaan, zona adalah dua bidang paralel tegak lurus datum, dipisahkan oleh nilai toleransi. Untuk sumbu (seperti lubang), zona adalah silinder tegak lurus datum.

Concentricity: Dua fitur silindris harus berbagi sumbu yang sama dalam zona toleransi. Titik median satu silinder harus jatuh dalam zona toleransi silindris yang berpusat pada sumbu datum. Konsentrisitas mahal untuk diperiksa (memerlukan perhitungan titik median): sebagian besar toko menggunakan runout sebagai gantinya.

Semua ini adalah kontrol geometris. Mereka mendefinisikan zona toleransi yang berbentuk (bidang, silinder, kerucut), bukan hanya angka. Toleransi kerataan 0,002 adalah sepasang bidang paralel. Toleransi posisi diameter 0,014 adalah silinder. Inilah yang membuat GD&T geometris: setiap toleransi adalah bentuk di ruang.

Batas Perjalanan Mesin

Amplop Kerja: Ruang Yang Dapat Dicapai Mesin

Setiap mesin CNC memiliki perjalanan terbatas di setiap sumbu. Pusat penggilingan vertikal tipikal mungkin memiliki:

- X perjalanan: 30 inci

- Y perjalanan: 16 inci

- Z perjalanan: 20 inci

Amplop kerja adalah volume 3D yang ditentukan oleh batas perjalanan ini: kotak persegi panjang (untuk penggiling 3 sumbu) atau bentuk yang lebih kompleks (untuk mesin dengan sumbu putar). Setiap fitur yang ingin dipotong harus jatuh dalam amplop ini.

Penghindaran tabrakan adalah geometri memastikan alat, pemegang alat, kepala spindle, fixture, & benda kerja tidak bertabrakan selama program. Pengontrol tidak secara inheren tahu di mana vise, clamp, atau fixture berada. Penghindaran tabrakan adalah tanggung jawab pemrogram.

Geometri tabrakan kritis:

- Panjang alat vs kedalaman kantong: Alat panjang yang menjangkau ke kantong dalam mungkin menabrak pemegang alat atau kepala spindle dengan dinding bagian.

- Interferensi fixture: Jalur alat harus menghapus clamp, paralel, & rahang vise. Gerakan cepat (G00) di seluruh bagian pada ketinggian Z yang salah dapat mendorong alat ke clamp.

- Bidang cepat: Kebanyakan program mendefinisikan 'bidang cepat': ketinggian Z aman di atas semua obstruksi. Cepat terjadi di atas bidang ini. Jangan pernah cepat di bawahnya.

Sumbu Putar & Kebebasan Geometris

Sumbu ke-4 & ke-5: Rotasi Memperluas Geometri

Penggiling 3 sumbu hanya dapat mendekati benda kerja dari atas (sepanjang Z). Setiap fitur yang memerlukan akses dari samping atau di bawah memerlukan setup terpisah: balik bagian, fixture ulang, sentuh ulang, & berdoa fitur selaras.

Sumbu ke-4: Menambah satu sumbu putar (biasanya A, yang berputar di sekitar X). Bagian dapat diputar untuk menyajikan wajah berbeda ke alat. Sumbu ke-4 biasanya adalah meja putar yang dibaut ke meja penggiling. Ini memungkinkan Anda membuat fitur di sekitar silinder atau di beberapa wajah tanpa fixture ulang.

Sumbu ke-5: Menambahkan dua sumbu putar. Alat (atau meja) dapat miring dalam dua arah rotasi independen. Ini berarti alat dapat mendekati dari hampir semua sudut.

Apa yang menjadikan 5 sumbu mampu secara geometris yang tidak dapat dilakukan 3 sumbu:

- Undercut: Fitur yang tersembunyi dari tampilan atas ke bawah. Alat miring untuk menjangkau di balik geometri yang tergantung.

- Sudut majemuk: Permukaan yang tidak paralel atau tegak lurus terhadap sumbu apa pun. Mesin 3 sumbu memerlukan fixture sudut khusus. Mesin 5 sumbu hanya miring.

- Impeller & bilah turbin: Permukaan bengkok & melengkung yang berubah sudut secara berkelanjutan. Hanya pemesinan simultan 5 sumbu yang dapat memotong ini dalam satu setup.

- Setup berkurang: Bagian yang memerlukan enam setup pada mesin 3 sumbu mungkin hanya memerlukan satu setup pada mesin 5 sumbu. Setiap setup adalah kesempatan kesalahan keselarasan.

Ringkasan

Geometri Pemesinan CNC: Takeaway Kunci

Sistem koordinat: MCS adalah kerangka absolut mesin. WCS (G54-G59) adalah kerangka referensi Anda untuk bagian. Aturan tangan kanan mendefinisikan arah sumbu. Offset panjang alat mengkompensasi panjang alat yang berbeda.

Jalur alat: G01 bergerak dalam garis lurus. G02/G03 bergerak dalam busur. Format pusat I/J menghilangkan ambiguitas dua busur dari format jari-jari. Pemesinan pendaki (rotasi pemotong dengan arah umpan) memberikan finishing permukaan yang lebih baik & umur alat yang lebih lama.

Busur & profil: Busur garis singgung menciptakan transisi halus tanpa tanda dwell. Jari-jari filet dalam minimum sama dengan jari-jari alat. Kompensasi pemotong (G41/G42) memungkinkan Anda memprogram geometri bagian sementara pengontrol mengimbangi jalur alat.

GD&T: Toleransi geometris mendefinisikan zona toleransi sebagai bentuk (silinder, bidang). Zona toleransi posisi melingkar, bukan persegi: adil secara geometris. Toleransi bonus MMC mencerminkan jaminan perakitan nyata. Kerataan & perpendicularity mengontrol bentuk secara independen dari dimensi.

Amplop kerja: Setiap mesin memiliki perjalanan terbatas. Sumbu putar (4 & 5) memperluas geometri apa yang dapat dijangkau & mengurangi setup. Lebih sedikit setup berarti toleransi fitur-ke-fitur lebih ketat karena semua fitur berbagi asal WCS yang sama.

Geometri adalah dasar. Setiap perintah G-code, setiap callout toleransi, setiap keputusan fixture adalah operasi geometris. Menguasai geometri, & pemesinan mengikuti.