선형 및 원형 보간

컨트롤러가 공구를 이동시키는 방법

G-코드는 두 가지 기본 유형의 운동을 정의합니다:

G01: 선형 보간: 공구는 현재 위치에서 목표 위치까지 직선으로 이동합니다. 컨트롤러는 X, Y, Z 모터를 조정하여 모두 끝점에 동시에 도착합니다. G01 X2.0 Y1.0 Z-0.5는 3D 공간에 직선을 그립니다.

G02 / G03: 원형 보간: 공구는 원형 호를 따라 이동합니다.

- G02 = 시계방향 호

- G03 = 반시계방향 호

호는 두 가지 방법으로 정의할 수 있습니다:

- 반경 형식: G02 X2.0 Y1.0 R0.5: 반경 0.5인 호를 따라 (2.0, 1.0)으로 이동

- 중심 형식: G02 X2.0 Y1.0 I0.5 J0.0: I와 J는 현재 위치에서 호의 중심까지의 증분 거리를 제공합니다. 이 형식은 명확하고 정밀한 작업에 선호됩니다.

컨트롤러 내부에서도 원형 호는 작은 직선 세그먼트로 분해됩니다(마이크로라인 보간). 컨트롤러는 수백 개 또는 수천 개의 중간 포인트를 계산하고 단계 및 방향 펄스를 모터에 보냅니다. 해상도가 매우 미세하여 결과 운동이 부드러운 곡선처럼 보이고 측정됩니다.

상향 밀링 vs 하향 밀링

상향 밀링 vs 하향 밀링

공구가 재료와 어떻게 맞물리는지의 기하학은 표면 마무리, 공구 수명, & 절삭력에 엄청나게 중요합니다.

하향 밀링(업) 밀링: 공구는 피드 방향에 대해 회전합니다. 각 공구날은 영 칩 두께에서 재료에 진입하고 최대 두께에서 빠져나옵니다. 공구는 초기에 공작물에서 멀어지려는 경향이 있고 나중에 잡고 당깁니다. 이것은 더 많은 열(공구날이 절삭 전에 문지름)과 더 거친 표면 마무리를 생성합니다.

상향 밀링(다운) 밀링: 공구는 피드 방향과 회전합니다. 각 공구날은 최대 칩 두께에서 진입하고 최소에서 빠져나옵니다. 공구는 즉시 재료를 물고 공작물을 테이블로 아래로 밉니다. 이것은 더 나은 표면 마무리, 적은 열, & 더 긴 공구 수명을 생성합니다.

왜 항상 상향 밀링하지 않는가? 상향 밀링은 공작물을 공구로 당깁니다. 백래시 보정이 없는 구형 수동 기계에서 이 당김은 테이블이 약간 움직이게 할 수 있고 충돌합니다. CNC 기계는 백래시가 최소인 볼 나사를 가지고 있으므로 상향 밀링이 표준입니다. 하지만 얇거나 부실하게 고정된 부품의 경우 하향 밀링이 공작물을 멀리 밀어내므로 여전히 더 안전할 수 있습니다.

접선 호와 필렛

접선 호, 필렛, & 모따기

실제 부품은 완벽하게 날카로운 모서리를 거의 갖지 않습니다. 그들은 필렛(둥근 안쪽 모서리), 반지름(둥근 바깥쪽 모서리), & 모따기(날카로운 모서리를 제거하는 비스듬한 절삭)를 가집니다.

접선 호는 직선(또는 다른 호)을 만나되 방향에 불연속이 없는 호입니다. 호가 시작하는 지점에서 연결되는 선과 같은 기울기를 가집니다. 이것은 갑작스러운 방향 변화가 없는 부드럽고 연속적인 프로파일을 생성합니다.

밀링을 위해 접선이 중요한 이유:

- 날카로운 모서리는 공구를 멈추고, 방향을 바꾸고, 다시 가속하도록 강제합니다. 이것은 정체 자국(공구가 한 자리에 앉아 있는 동안 감속하여 표면을 태움)을 남깁니다.

- 접선 호를 사용하면 공구는 속도로 전환을 통과할 수 있습니다. 감속 없음, 정체 자국 없음, 더 나은 표면 마무리.

- 응력 집중: 날카로운 안쪽 모서리는 응력을 집중시키고 부품이 깨지는 곳입니다. 필렛은 곡면에 응력을 분산시킵니다.

모따기는 더 간단합니다: 45도(또는 다른 각도)에서의 직선 절삭으로 날카로운 모서리를 제거합니다. 각도에서 G01 이동으로 프로그래밍됩니다. 모따기는 필렛보다 기계화하기 쉽지만 응력을 분산시키지 못합니다.

공구 반지름 보정

공구 반지름 보정(G41 / G42)

부품 프로파일을 프로그래밍할 때 완성된 부품 표면의 기하학을 설명합니다. 하지만 공구는 반지름을 가집니다: 그것의 중심은 그 반지름으로 부품 표면에서 오프셋된 경로를 따라야 합니다.

G41: 공구 보정 왼쪽: 공구 중심이 프로그래밍된 경로의 왼쪽으로 오프셋됩니다(이동 방향을 보고 있을 때). 외부 프로파일의 상향 밀링에 사용됩니다.

G42: 공구 보정 오른쪽: 공구 중심이 오른쪽으로 오프셋됩니다.

G40: 공구 보정 취소.

공구 보정이 활성화되면 정확한 부품 기하학(완성된 표면)을 프로그래밍하면 컨트롤러는 공구 중심에 대한 오프셋 경로를 자동으로 계산합니다. 이것은 두 가지 주요 이점이 있습니다:

1. 프로그램이 도면과 일치합니다. 도면의 치수는 코드의 치수와 일치합니다. 수동 오프셋 계산이 없습니다.

2. 공구 마모 조정. 공구가 마모되고 약간 과대 크기로 절삭할 때 기계공이 공구 보정 값을 오프셋 테이블에서 조정합니다: 프로그램 편집이 필요하지 않습니다. 더 작은 보정 값은 공구를 부품 표면에 더 가깝게 당겨 부족한 크기 절삭을 보정합니다.

컨트롤러는 모든 기하학적 복잡성을 처리합니다: 직선 오프셋, 오프셋 경로에 대한 호 반지름 재계산, & 모서리의 전환 기하학 관리.

GD&T가 기하학에 의존하는 이유

GD&T: 단순 치수가 아닌 기하학

기존 치수는 다음과 같이 말합니다: '이 구멍은 0.500인치 직경이고, 왼쪽 모서리에서 2.000인치에 있으며, 플러스 또는 마이너스 0.005인치입니다.'

문제: 플러스 또는 마이너스 공차는 사각형 공차 영역을 만듭니다. 구멍 중심은 0.010 x 0.010인치 사각형 내에 있어야 합니다. 하지만 사각형 영역은 공평하지 않습니다: 사각형의 모서리(공칭에서 오른쪽 0.005 AND 위 0.005)에 있는 구멍은 실제로 참된 위치에서 0.007인치입니다(피타고라스 정리: 0.005의 제곱 더하기 0.005의 제곱의 제곱근). 단일 방향으로 공칭에서 0.007일 부분을 거부할 것입니다.

GD&T는 사각형 영역을 원통형 공차 영역으로 대체합니다. 구멍 중심은 참된 위치 주위의 지정된 직경의 원 내에 있어야 합니다. 이것은 기하학적으로 공평합니다: 공칭에서 0.007은 방향에 관계없이 공칭에서 0.007입니다.

GD&T는 특징이 이상 형태, 방향, 위치에서 얼마나 편차가 있을 수 있는지 설명하기 위한 완전한 기하학적 언어입니다. 이것은 특징 제어 프레임을 사용합니다: 엔지니어링 도면에서 보는 직사각형 상자와 기호입니다.

형태 및 방향 공차

형태 공차: 형태 제어

위치는 특징이 어디인지 제어합니다. 형태 공차는 어떤 형태인지 제어합니다.

평탄도: 표면은 공차 값으로 분리된 두 평행 평면 사이에 있어야 합니다. 평탄도가 0.002이면 표면의 모든 점은 두 개의 완벽하게 평탄하고 평행한 평면 사이의 0.002인치 높이 영역 내에 있어야 합니다. 데이텀 참조 필요 없음: 평탄도는 자기 참조입니다.

수직도: 표면 또는 축은 기준(기준 표면)에 상대적으로 공차 영역 내에 있어야 합니다. 표면의 경우 영역은 기준에 수직인 두 평행 평면이며 공차 값으로 분리됩니다. 축의 경우(예: 구멍) 영역은 기준에 수직인 원통입니다.

동심도: 두 원통 특징은 공차 영역 내에서 같은 축을 공유해야 합니다. 한 원통의 중간점이 데이텀 축을 중심으로 하는 원통형 공차 영역 내에 있어야 합니다. 동심도는 검사하기에 비쌉니다(중간점 계산 필요): 대부분의 숍은 대신 런아웃을 사용합니다.

이 모두는 기하학적 제어입니다. 단순 숫자가 아닌 공차 영역을 형태(평면, 원통, 원뿔)로 정의합니다. 0.002의 평탄도 공차는 평행한 평면 쌍입니다. 0.014 직경의 위치 공차는 원통입니다. 이것이 GD&T를 기하학적으로 만드는 것입니다: 모든 공차는 공간의 형태입니다.

기계 이동 제한

작업 범위: 기계가 도달할 수 있는 공간

모든 CNC 기계는 각 축에서 유한한 이동을 가집니다. 일반적인 수직 가공 센터는 다음을 가질 수 있습니다:

- X 이동: 30인치

- Y 이동: 16인치

- Z 이동: 20인치

작업 범위는 이러한 이동 제한으로 정의된 3D 볼륨입니다: 직육면체(3축 밀의 경우) 또는 더 복잡한 형태(회전축 기계의 경우). 절삭하려는 모든 특징은 이 범위 내에 있어야 합니다.

충돌 회피는 공구, 공구 홀더, 스핀들 헤드, 고정물, & 공작물이 프로그램 중에 충돌하지 않도록 보장하는 것의 기하학입니다. 컨트롤러는 바이스, 클램프, 또는 고정물이 어디에 있는지 고유하게 알 수 없습니다. 충돌 회피는 프로그래머의 책임입니다.

중요한 충돌 기하학:

- 공구 길이 vs 포켓 깊이: 깊은 포켓에 도달하는 긴 공구는 공구 홀더 또는 스핀들 헤드가 부품 벽과 충돌할 수 있습니다.

- 고정물 간섭: 공구 경로는 클램프, 패러렐, & 바이스 턱을 맞춰야 합니다. 잘못된 Z 높이에서 빠른 이동(G00)은 공구를 클램프에 몰 수 있습니다.

- 빠른 평면: 대부분의 프로그램은 '빠른 평면'을 정의합니다: 모든 장애물 위의 안전한 Z 높이. 빠른 이동은 이 평면 위에서 일어납니다. 아래로 빠르게 이동하지 마세요.

회전축과 기하학적 자유

4축과 5축: 회전이 기하학을 확장

3축 밀은 위에서만(Z를 따라) 공작물에 접근할 수 있습니다. 측면 또는 아래에서 접근이 필요한 모든 특징은 별도의 설정이 필요합니다: 부품을 뒤집고, 재고정하고, 다시 터치오프하고, 특징이 정렬되길 바랍니다.

4축: 한 개의 회전축을 추가합니다(보통 X 주위로 회전하는 A). 부품을 돌려서 다양한 면을 공구에 제시할 수 있습니다. 4축은 보통 밀 테이블에 볼트된 회전 테이블입니다. 부품을 재고정하지 않고 원통 주위 또는 여러 면의 특징을 기계화할 수 있습니다.

5축: 두 개의 회전축을 추가합니다. 공구(또는 테이블)는 두 개의 독립적인 회전 방향으로 기울일 수 있습니다. 이것은 공구가 실제로 어떤 각도에서든 접근할 수 있음을 의미합니다.

5축이 기하학적으로 3축이 할 수 없는 것을 가능하게 합니다:

- 언더컷: 위에서 아래로 보기에서 숨겨진 특징. 공구가 기울어진 기하학 위에 도달합니다.

- 복합 각도: 어떤 축에도 평행하거나 수직이 아닌 표면. 3축 기계는 맞춤 각도 고정물이 필요합니다. 5축 기계는 기울입니다.

- 임펠러와 터빈 블레이드: 각도가 지속적으로 변하는 비틀린 곡면. 한 설정에서 절삭할 수 있는 것은 5축 동시 기계화뿐입니다.

- 감소된 설정: 3축 기계에서 6개 설정이 필요한 부품은 5축 기계에서 한 설정이 필요할 수 있습니다. 각 설정은 정렬 오류의 기회입니다.

요약

CNC 가공의 기하학: 핵심 요점

좌표계: MCS는 기계의 절대 프레임입니다. WCS(G54-G59)는 부품에 대한 기준 프레임입니다. 오른손 법칙은 축 방향을 정의합니다. 공구 길이 오프셋은 다양한 공구 길이를 보정합니다.

공구 경로: G01은 직선으로 이동합니다. G02/G03은 호로 이동합니다. I/J 중심 형식은 반지름 형식의 두 호 모호함을 제거합니다. 상향 밀링(공구 회전이 피드 방향과 함께)은 더 나은 표면 마무리와 공구 수명을 제공합니다.

호 및 프로파일: 접선 호는 정체 자국 없이 부드러운 전환을 만듭니다. 최소 내부 필렛 반지름은 공구 반지름과 같습니다. 공구 보정(G41/G42)은 부품 기하학을 프로그래밍할 수 있게 하는 동안 컨트롤러는 공구 경로를 오프셋합니다.

GD&T: 기하학적 공차는 공차 영역을 형태(원통, 평면)로 정의합니다. 위치 공차 영역은 사각형이 아닌 원형: 기하학적으로 공평. MMC 보너스 공차는 실제 조립 여유를 반영합니다. 평탄도와 수직도는 치수와 독립적으로 형태를 제어합니다.

작업 범위: 모든 기계는 유한한 이동을 가집니다. 회전축(4축 및 5축)은 도달할 수 있는 기하학을 확장하고 설정을 감소합니다. 적은 설정은 모든 특징이 같은 WCS 원점을 공유하기 때문에 더 타이트한 특징간 공차를 의미합니다.

기하학이 기초입니다. 모든 G-코드 명령, 모든 공차 호출, 모든 고정물 결정은 기하학적 연산입니다. 기하학을 마스터하면 가공이 따릅니다.