直線補間と円弧補間

コントローラが工具を移動する方法

G-コードは2つの基本的な種類の動きを定義します：

G01：直線補間：工具は現在の位置からターゲット位置への直線で移動します。コントローラはX、Y、Zモータを調整し、それらが同時にエンドポイントに到達するようにします。G01 X2.0 Y1.0 Z-0.5は3D空間に直線を引きます。

G02 / G03：円弧補間：工具は円弧に沿って移動します。

- G02 = 時計回りアーク

- G03 = 反時計回りアーク

アークは2つの方法で定義できます：

- 半径形式： G02 X2.0 Y1.0 R0.5：半径0.5の弧に沿って（2.0、1.0）に移動

- 中心形式： G02 X2.0 Y1.0 I0.5 J0.0：IとJは現在位置から円弧の中心までの増分距離を与えます。このフォーマットは曖昧でなく、精密加工に推奨されます。

コントローラ内では、円弧も数百または数千の微小な直線セグメント（マイクロラインの補間）に分割されます。コントローラは数百または数千の中間点を計算し、ステップとディレクションパルスをモータに送信します。解像度は非常に細かいため、結果として得られる動きは滑らかな曲線に見え、測定されます。

クライム対従来型ミーリング

クライムミーリング対従来型ミーリング

カッターが材料に係合する方法の幾何学は、表面仕上げ、工具寿命、切削力に非常に大きな影響を与えます。

従来型（アップ）ミーリング：カッターは送り方向に対して回転します。各歯は材料にゼロチップの厚さで入り、最大厚さで出ます。カッターは最初は仕事から離れてプッシュ傾向があり、その後つかんでプルします。これはより多くの熱を生成します（歯は切削する前にこすります）とより粗い表面仕上げを生成します。

クライム（ダウン）ミーリング：カッターは送り方向で一緒に回転します。各歯は最大チップの厚さで入り、最小で出ます。カッターはすぐに材料に食いつき、作業をテーブルに押し込みます。これにより、より良い表面仕上げ、より少ない熱、そしてより長い工具寿命が生成されます。

なぜいつもクライムフレーズングしないのですか？ クライムミーリングはワークピースをカッターに引き込みます。バックラッシュ補正がない古い手動マシンでは、この引きによってテーブルが前方にジャークしてクラッシュする可能性があります。CNCマシンは最小バックラッシュを持つボールスクリューを持っているため、クライムミーリングは標準です。しかし薄いまたは不十分な固定パーツの場合、従来型ミーリングはワークを押しのけるため、安全かもしれません。

接線アークとフィレット

接線アーク、フィレット、& シャンファー

実際のパーツはめったに完全に鋭いコーナーを持ちません。彼らはフィレット（丸い内側のコーナー）、半径（丸い外側のコーナー）、& シャンファー（鋭いエッジを削除する角度カット）を持っています。

接線アークは、方向に不連続性がない直線（または別のアーク）を満たすアークです。アークが開始する点で、それが接続する線と同じ傾斜を持ちます。これは、急激な方向の変化がない滑らかで連続したプロフィールを生成します。

なぜミーリングに接線が重要なのか：

- 鋭いコーナーは工具を停止し、方向を変更し、再び加速することを強制します。これはドウェルマーク（工具が1つの場所に座っている間に減速しながら表面を焼く）を残します。

- 接線アークはツールを速度で遷移を通してスイープすることができます。減速はなく、ドウェルマークはなく、より良い表面仕上げ。

- 応力集中装置：鋭い内側のコーナーはストレスを集中し、パーツが亀裂する場所です。フィレットはストレスを湾曲した表面に分散します。

シャンファーはより単純です：45度（または別の角度）で鋭いエッジを削除する直線カット。45度の角度で切削されたプログラム。シャンファーはフィレットより簡単に機械加工されますが、ストレスを同じくらい分散しません。

カッター半径補正

ツール半径補正（G41 / G42）

パーツのプロフィールをプログラミングするとき、あなたは完成したパーツ表面の幾何学を説明します。しかしツールは半径を持っています：その中心は、その半径によってパーツの表面からオフセットされた経路に従う必要があります。

G41：左のカッター補正：ツール中心は、プログラムされた経路の左側にオフセット（移動方向を見ながら）。外のプロフィールをクライム ミーリングするために使用。

G42：右のカッター補正：ツール中心は右側にオフセット。

G40：カッター補正をキャンセルします。

カッター補正がアクティブな場合、完成した表面を正確にプログラミングします（完成した表面）、そしてコントローラは自動的にツール中心のオフセット経路を計算します。これには2つの主な利点があります：

1. プログラムはプリントと一致します。 図面の寸法はコードの寸法と一致します。手動オフセット計算はありません。

2. ツール摩耗調整。 ツールが摩耗して、パーツが少し大きすぎる場合、オペレータはコントローラのオフセット表のカッター補正値を調整します：プログラム編集は不要です。より小さいコンペ値はツールをパーツの表面に近づけて、アンダーサイズカットを補正します。

コントローラは幾何学的なすべての複雑さを処理します：直線をオフセット、オフセット経路のアーク半径を再計算、コーナーでの遷移幾何学を管理します。

GD&Tが幾何学に依存する理由

GD&T：寸法だけでなく幾何学

従来の寸法付けは：「このホールは直径0.500インチで、左端から2.000インチの場所にあります、プラスまたはマイナス0.005インチ。」と言います

問題：プラスマイナス許容は正方形許容ゾーンを作成します。ホール中心は0.010 x 0.010インチの正方形内に収まる必要があります。しかし正方形ゾーンは公平ではありません：ホール中心が正方形のコーナーにあるホール（公称から右に0.005ANDを上に0.005）は実際に真の位置から0.007インチです（ピタゴラスの定理：0.005の2乗と0.005の2乗の平方根）。あなたは0.007が単一の方向で公称から離れていても通過するであろう部分を拒否すると思われます。

GD&Tは正方形のゾーンを円筒形の許容ゾーンに置き換えます。 ホール中心は、真の位置の周りの指定されたエリアの円内に収まる必要があります。これは幾何学的に公平です：方向に関係なく公称から0.007。

GD&Tは、フィーチャがその理想的な形、方向、位置からどれだけ逸脱できるかを説明するための完全な幾何学的言語です。它使用feature control frames：エンジニアリング図面に表示される四角いボックスにシンボル。

フォーム & 向きの許容

フォーム許容：形状の制御

位置はフィーチャがある場所を制御します。フォーム許容はそれが何の形かを制御します。

平坦性：表面は許容値で分離された2つの平行な平面の間に位置する必要があります。平坦性が0.002の場合、表面上のあらゆる点は、2つの完全に平坦で平行な平面の間の0.002インチ高いゾーン内に入る必要があります。基準参照は不要です：平坦性は自己参照です。

直角性：表面またはアクシスは、基準（基準表面）に対する許容ゾーン内にある必要があります。表面の場合、ゾーンは基準に垂直な2つの平行な平面で、許容値で分離されています。軸（ホールなど）の場合、ゾーンは基準に垂直な円筒です。

同心性：2つの円筒形フィーチャは、許容ゾーン内の同じ軸を共有する必要があります。1つの円筒の中央ポイントは、データ軸を中心に円筒形許容ゾーン内に収まる必要があります。同心性は検査に費用がかかります（中央ポイント計算が必要）：ほとんどのショップは代わりに径方向振れを使用します。

これらはすべて幾何学的コントロールです。これらは許容ゾーンを形状（平面、円筒、円錐）として定義し、数字だけではありません。0.002の平坦性許容は平行な平面のペアです。0.014直径の位置許容は円筒です。これがGD&Tを幾何学的にする理由です：すべての許容は空間内の形状です。

マシン移動限度

ワーク包囲体：マシンが到達できるスペース

すべてのCNCマシンには各軸に有限の移動があります。典型的な垂直機械加工センターは以下を持つ可能性があります：

- X移動：30インチ

- Y移動：16インチ

- Z移動：20インチ

ワーク包囲体はこれらの移動限度によって定義される3Dボリュームです：3軸フレーズングセンター用の長方形のボックス（またはロータリー軸マシン用のより複雑な形状）。あなたが切削したい機能は、このエンベロープ内に落ちる必要があります。

衝突回避は、工具、工具ホルダー、スピンドルヘッド、フィクスチャ、&ワークピースがプログラム中にぶつからないようにすることの幾何学です。コントローラは本質的にバイス、クランプ、またはフィクスチャが存在する場所を知りません。衝突回避はプログラマーの責任です。

重要な衝突幾何学：

- ツール長対ポケット深度： 深いポケットに到達する長いツールは、ツール保持者またはスピンドルヘッドをパーツの壁と衝突させるかもしれません。

- フィクスチャ干渉： ツール経路はクランプ、平行、& バイスの顎をクリアする必要があります。急速移動（G00）パーツを横切った間違ったZ高さでクランプに工具を駆動することができます。

- 急速飛行機： ほとんどのプログラムは「急速飛行機」を定義します：すべての障害物の上に安全なZ高さ。急速はこの平面上で起こります。決してこの下で急速に行きません。

ロータリー軸 & 幾何学的自由度

4軸 & 5軸：回転が幾何学を拡張

3軸フレーズングセンターは上からのみワークピースに接近できます（Zに沿って）。別のセットアップにはサイドまたは下からのアクセスが必要なフィーチャ：パーツをひっくり返し、改め、再度タッチオフし、機能が整列することを祈ります。

4軸：1つのロータリー軸を追加します（通常A、Xの周りを回転）。パーツを回転して異なる面をツールに提示することができます。4軸は一般的にフレーズングセンターのテーブルに固定されたロータリーテーブルです。それはあなたが改めずに円柱の周り または複数の面のフィーチャを機械加工することができます。

5軸：2つのロータリー軸を追加します。ツール（またはテーブル）は2つの独立した回転方向に傾けることができます。これはツールがほぼすべての角度から接近することができることを意味します。

5軸が幾何学的に可能にする3軸はできないこと：

- アンダーカット：トップダウンビューから隠されたフィーチャ。ツールは傾いて、張り出した幾何学の背後に到達します。

- 複合角度：軸に平行でも垂直でもない表面。3軸マシンはカスタム角度のフィクスチャが必要です。5軸マシンは傾きます。

- インペラ & タービンブレード：ツイスト、曲面は連続的に角度を変えます。5軸同時機械加工のみがこれらを1つのセットアップで切削できます。

- 削減されたセットアップ：3軸マシン上で6つのセットアップが必要なパーツは、5軸マシンで1つのセットアップが必要な場合があります。各セットアップは整列エラーのチャンスです。

要約

CNC加工の幾何学：重要なポイント

座標系：MCSはマシンの絶対フレーム。WCS（G54-G59）はパーツの基準フレーム。右手の法則は軸の方向を定義します。工具長のオフセットは異なる工具の長さを補正します。

工具経路：G01は直線で移動します。G02/G03はアーク内で移動します。I/J中心形式は半径形式の2-アーク曖昧性を排除します。クライムミーリング（カッター回転、送り方向）はより良い表面仕上げと工具寿命を与えます。

アークとプロフィール：接線アークはドウェル・マークなし滑らかな遷移を作成します。最小の内側フィレット半径はツール半径に等しい。カッター補正（G41/G42）はパーツの幾何学をプログラミングしながら、コントローラはツール経路をオフセットすることができます。

GD&T：幾何学的許容は許容ゾーンを形状（円筒、平面）として定義します。位置許容ゾーンは正方形ではなく円形です：幾何学的に公正。MMCボーナス許容は実際の組み立てのクリアランスを反映します。平坦性と直角性はフォームを寸法から独立して制御します。

ワーク包囲体：すべてのマシンは有限の移動を持ちます。ロータリー軸（4番目と5番目）は、どの幾何学が到達可能であるかを拡張し、セットアップを削減します。より少ないセットアップはより厳しいフィーチャ・ツー・フィーチャー許容を意味します。すべてのフィーチャは同じWCSのオリジンを共有するからです。

幾何学は基礎です。すべてのG-コードコマンド、すべての許容呼び出し、すべてのフィクスチャ決定は幾何学的操作です。幾何学をマスターし、機械加工が従います。