Liniowa i okrężna interpolacja

Jak sterownik porusza narzędzie

Kod G definuje dwa podstawowe rodzaje ruchu:

G01: Liniowa interpolacja: Narzędzie porusza się w prostoliniowej linii od aktualnej pozycji do celowej pozycji. Sterownik koordynuje motory X, Y i Z, aby wszyscy dotarli do punktu końcowego jednocześnie. G01 X2.0 Y1.0 Z-0.5 rysuje prostą linię w przestrzeni 3D.

G02 / G03: Okrężna interpolacja: Narzędzie porusza się wzdłuż krzywej okręgu.

- G02 = zgodnie z ruchem wskazówek zegara

- G03 = przeciwnie do ruchu wskazówek zegara

Elipsy można zdefiniować dwoma sposobami:

- Format promienia: G02 X2.0 Y1.0 R0.5: porusz do (2.0, 1.0) wzdłuż elipsy o promieniu 0.5

- Format centrum: G02 X2.0 Y1.0 I0.5 J0.0: I i J podają odległość inkrementalną od aktualnej pozycji do centrum elipsy. Ten format jest jednoznaczny i preferowany dla pracy wysokiej precyzji.

Już w sterowniku, nawet elipsy są dzielone na małe prostoliniowe segmenty (mikro-liniowa interpolacja). Sterownik oblicza setki lub tysiące punktów pośrednich i wysyła impulsy kroków i kierunku do silników. Rozdzielczość jest tak wysoka, że ruch wygląda i mierzy się jak gładka krzywa.

Climb vs Conventional Milling

Toczenie wspinaczki vs konwencjonalne toczenie

Geometria, w jaki sposób frezarka angażuje materiał, ma ogromne znaczenie dla powierzchni wykończenia, trwałości narzędzi i sił cięcia.

Konwencjonalne (w górę) toczenie: Węzeł obraca się przeciwko kierunkowi podawania. Każdy zębiczny wprowadza się do materiału z zerową grubością łyka i wyjeźdź z maksymalną grubością. Węzeł skłania się początkowo do oddalenia od pracy, a następnie złapać i wyciągnąć. To tworzy więcej ciepła (zębica ściera przed tym, jak ciąć) i gładka powierzchnia wykończenia.

Toczenie wspinaczki (w dół) toczenie: Węzeł obraca się z kierunkiem podawania. Każdy ząb wprowadza się z maksymalną grubością łyka i wyjeźdź z minimalną. Węzeł natychmiast ugania się do materiału i puszcza obiekt w dół na stole. To produkuje lepszą powierzchnię wykończenia, mniej ciepła i dłuższą żywotność narzędzi.

Dlaczego nie zawsze toczyć wspinaczki? Toczenie wspinaczki pcha obiekt do frezarki. Na starszych ręcznych maszynach bez kompensacji sprężystości, ten pchacz może spowodować, że stół ląduje i uderza. Sterowane numeryczne maszyny CNC mają łańcuchy z minimalną sprężystością, więc toczenie wspinaczki jest standardem. Ale dla cienkich lub słabo zabezpieczonych części, konwencjonalne toczenie może nadal być bezpieczniejsze, ponieważ oddala się od pracy.

Arcowe Krzywe Tangensy i Fillety

Krzywe Tangensy, Fillety & Chamfery

Rzeczywiste elementy rzadko mają doskonale ostre rogi. Mają fillety (zaokrąglone wewnętrzne rogi), promienie (zaokrąglone zewnętrzne rogi) & chamfery (kroki, które usuwają ostre krawędzie).

Krzywa tangens to krzywa, która spotyka się z prostą linią (lub inną krzywą) bez dyskonta w dyskrecji kierunku. Na punkcie, gdzie krzywa zaczyna się, ma taki sam nachylenie jak linia, do której się łączy. To tworzy gładkie, ciągłe profile bez nagłówków zmian kierunku.

Dlaczego tangens ma znaczenie dla frezowania:

- Ostry róg zmusza narzędzie do zatrzymania, zmiany kierunku & znowu zaczyna przyspieszać. To pozostawia odciski postoju (narzędzie stoi na miejscu podczas hamowania, spalając powierzchnię).

- Krzywa tangens pozwala narzędziu przesunąć się przez przejście z prędkością. Brak hamowania, brak odcisków postoju, lepsza powierzchnia.

- Koncentratory naprężeń: ostre wewnętrzne rogi koncentrują naprężenia & są to miejsca, gdzie elementy pękają. Fillety rozprzestrzeniają naprężenia na powierzchni łukowej.

Chamfery są prostsze: prostokątna kropla (lub inny kąt) że usuwa ostre krawędź. Programowane z ruchami G01 pod kątem. Chamfery są łatwiejsze do frezowania niż filtry, ale nie rozprzestrzeniają naprężeń tak dobrze.

Kompensacja promienia ścięcia

Kompensacja promienia narzędzia (G41 / G42)

Gdy programujesz profil części, opisujesz geometrię powierzchni gotowej części. Ale narzędzie ma promień: jego centrum musi śledzić ścieżkę, która jest odsunięta od powierzchni części o taki promień.

G41: Kompensacja ścięcia w lewo: Centrum narzędzia odsuwa się W LEWO od programowanej ścieżki (patrząc w kierunku podróży). Używany dla toczenia w dół profilów zewnętrznych.

G42: Kompensacja ścięcia w prawo: Centrum narzędzia odsuwa się W PRAWO.

G40: Anulowanie kompensacji ścięcia.

Z aktywną kompensacją narzędzia programujesz dokładną geometrię części (powierzchnię gotowej), a kontroler automatycznie oblicza ścieżkę offsetu dla centrum narzędzia. To ma dwa główne zalety:

1. Programa zgadza druk. Wymiary na rysunku zgadzają się z wymiarami w kodzie. Nie są potrzebne ręczne obliczenia przesunięć.

2. Dostosowywanie narzędzi. Gdy narzędzie zużywa się i wycina nieco większe otwory, operator dostosowuje wartość kompenzacji tłoka w tabeli przesunięć: nie jest wymagana edycja programu. Wartość kompenzacji mniejsza przesunie tłok bliżej powierzchni elementu, kompensując niedostateczne wycięcie.

Sterownik obsługuje całą geometrię geometryczną: przesuwanie linii prostych, ponowne obliczanie promieni łuków dla ścieżki przesunięcia oraz zarządzanie geometrią przejściową na kątach.

Dlaczego GD&T Zależy na Geometrii

GD&T: Geometria, a nie tylko Wymiary

Tradycyjne określanie wymiarów mówi: 'To otworko ma 0,500 cala na średnicy, znajduje się 2,000 cala od lewego brzegu, plus lub minus 0,005 cali.'

Problem: tolerowanie plus-minus tworzy strefę tolerancji w kształcie kwadratu. Środek otworu musi znajdować się w kwadratowej strefie o bokach 0,010 x 0,010 cala. Jednak kwadratowa strefa nie jest sprawiedliwa: otwór o środku na rogu kwadratu (0,005 w prawo I 0,005 w górę od nominalnej) jest faktycznie o 0,007 cala od prawidłowej pozycji (teorema Pitagorasa: pierwiastek z 0,005 podniesiony do kwadratu plus 0,005 podniesiony do kwadratu). Odrzucilibyście tę część, nawet jeśli otwór o 0,007 cala od nominalnej w jednej osi przejdzie.

GD&T zastępuje kwadratową strefę strefą cylindryczną. Środek otworu musi znajdować się w kołowej strefie określonego promienia wokół prawidłowej pozycji. To jest geometrycznie sprawiedliwe: 0,007 cala od nominalnej to 0,007 cala od nominalnej niezależnie od kierunku.

GD&T to kompletny język geometryczny służący do opisu ilości, z jaką element może odbiegać od swojej idealnej formy, orientacji i lokalizacji. Używa ram sterujących cech: tych prostokątnych pudełek z symbolami, które widzisz na rysunkach technicznych.

Tolerancje formy i orientacji

Tolerancje formy: kontrola kształtu

Sterowanie położeniowe określa gdzie znajduje się cecha. Tolerancje kształtu kontrolują jakie kształty ma ona.

Równość: Powierzchnia musi znajdować się między dwiema równoległymi płaszczyznami oddalonymi o wartość tolerancji. Jeśli równość wynosi 0,002, każdy punkt na powierzchni musi znajdować się w strefie o wysokości 0,002 cali między dwiema doskonale płaskimi, równoległymi płaszczyznami. Brak potrzeby odniesienia do punktów ciągłych: równość jest samodzielna.

Prawidłowość: Powierzchnia lub osie muszą znajdować się w strefie tolerancji względem punktu ciągłego (odniesienia powierzchni). Dla powierzchni strefa to dwie równoległe płaszczyzny prostopadłe do odniesienia, oddzielone wartością tolerancji. Dla osi (takiej jak otwór) strefa to cylinder prostopadły do odniesienia.

Współcentryczność: Dwa elementy cylindryczne muszą dzielić tę samą osie w strefie tolerancji. Środki punktów jednego cylindra muszą znajdować się w cylindrycznej strefie tolerancji ośrodkowej na osi odniesienia. Współcentryczność jest droga w inspekcji (wymaga obliczeń środkowych punktów): większość warsztatów używa zamiast tego wyjścia.

Te wszystkie są kontrolami geometrycznymi. Definiują strefy tolerancji, które są kształtami (płaszczyzny, cylinder, kon), a nie tylko liczby. Tolerancja równości 0,002 to para równoległych płaszczyzn. Tolerancja położeniowa 0,014 średnicy to cylinder. To, co czyni ASZ geometrycznym: każda tolerancja jest kształtem w przestrzeni.

Ograniczenia podróży maszyny

Pole robocze: Przestrzeń, do której maszyna może dotrzeć

Każda maszyna CNC ma ograniczone podróże w każdym osi. Typowy centrum obróbki wertykalnej może mieć:

- X podróży: 30 cali

- Y podróży: 16 cali

- Z podróży: 20 cali

Pole robocze to 3D objętość określona przez te granice podróży: prostokątny blokad (dla 3-os. frezarki) lub bardziej skomplikowany kształt (dla maszyn z obrotowymi osiami). Każde obliczenie, które chcesz wyciąć, musi spaść w tym obszarze.

Unikanie kolizji to geometria zapewnienia, że narzędzie, uchwyt narzędzi, głowica, uchwyt i element roboczy nie kolizją podczas programu. Kontroler nie wie automatycznie, gdzie znajdują się wkrętka, śruby lub uchwyty. Unikanie kolizji jest odpowiedzialnością programisty.

Krytyczne geometry kolizji:

- Długość narzędzia wobec głębokości dołka: Długie narzędzie docierając do głębokiego dołka może uderzyć w uchwyt narzędzi lub głowicę spulchnięcia w części.

- Wpływ uchwytu: Ścieżka narzędzia musi być wolna od śrub, równoległych i wkrętek żuchwy. Ruch szybki (G00) przez część na złej wysokości Z może prowadzić narzędzie do śruby.

- Rapidszybki płaszczyzna: Więcej programów definiuje 'szybki płaszczyzna': bezpieczna wysokość Z powyżej wszystkich przeszkód. Szybki występują powyżej tej płaszczyzny. nigdy szybkości poniżej niego.

Osi obrotowe i geometryczna swoboda

4. i 5. os. Obroty rozszerzają geometrię

3-os. frezarka może podejść do części tylko z góry (wzdłuż O). Jakakolwiek cecha wymagająca dostępu z boku lub z dołu wymaga osobnego ustawienia: obróć część, zresetuj ustawienie, zresetuj dotykanie i modlisz się, że cechy będą się zgadzać.

4. os.: Dodaje jedną obrotową os (zwykle A, która obiera się wokół X). Część może być obracana, aby prezentować różne twarze narzudzi. 4. os. to często obrotowa taca zaciskana do frezarki. Pozwala na frezowanie cech wokół cylinder lub na różnych powierzchniach bez przewijania.

5. os.: Dodaje dwa obrotowe sterowania. Narzędzie (lub taca) może się wykładać w dwóch niezależnych kierunkach obrotowych. Oznacza to, że narzędzie może podejść z praktycznie jakiegokolwiek kąta.

Co 5-os. czyni geometrycznie możliwym, czego 3-os. nie może:

- Podkłady: Cechy ukryte z perspektywy z góry. Narzędzie się wykłada, aby dotrzeć za nadwyrężoną geometrią.

- Skomplikowane kąty: Powierzchnie, które nie są równoległe lub prostopadłe do jakiejkolwiek osi. 3-os. frezarka potrzebowałaby indywidualnego ustawienia pod kątem. 5-os. frezarka po prostu się wykłada.

- Śmigła i żyły turbinowe: Zagięte, krzywe powierzchnie, które zmieniają kąt na bieżąco. Tylko 5-os. frezowanie jednoczesne może tę część w jednym ustawieniu.

- Zmniejszone ustawienia: Element, który wymaga sześciu ustawień na maszynie 3-osiowej, może wymagać jednego ustawienia na maszynie 5-osiowej. Każde ustawienie to szansa na błąd wyrównania.

Podsumowanie

Geometria Obróbki CNC: Kluczowe wnioski

Systemy współrzędnych: MCS to absolutna ramka maszyny. WCS (G54-G59) to Twój ramka odniesienia dla części. Prawa ręka określa kierunki osi. Odstępy narzędzi korygują różne długości narzędzi.

Ścieżki narzędzi: ruchy G01 wzdłuż prostych. Ruchy okrężne G02/G03. Format środka I/J eliminuje dwuznaczność dwóch łuków formatu promienia. Frezowanie w górę (obrot narzędzia z kierunkiem podstawowego ruchu) daje lepsze wykończenie powierzchni i dłuższą żywotność narzędzi.

Łuki i profile: łuki tangensowe tworzą gładkie przejścia bez oczekiwania na znaki zatrzymania. Minimalny promień wewnętrznego kącika równy jest promieniowi narzędzia. Kompensacja narzędzi (G41/G42) pozwala programować geometrię części, podczas gdy sterownik koryguje ścieżkę narzędzi.

GD&T: geometryczne tolerancje definiują strefy tolerancji w postaci kształtów (cylindry, płaszczyzny). Strefy tolerancji pozycji są okrągłe, a nie kwadratowe: uczciwe geometrycznie. Premia za tolerancję MMC odzwierciedla rzeczywisty przesuw wewnętrzny. Prawidłowość i równoległość kontrolują formę niezależnie od wymiarów.

Obszar roboczy: każda maszyna ma ograniczone podróże. Obroty (czwarty i piąty osie) rozszerzają to, co jest osiągalne geometrycznie, i zmniejszają liczby ustawień. Mniejsza liczba ustawień oznacza ścisłą tolerancję między elementami, ponieważ wszystkie elementy dzielą tę samą OWS.

Geometria jest podstawą. Każde polecenie G-code, każde wywołanie tolerancji, każda decyzja o uchwycie to jest operacja geometryczna. Zrozum geometrię, a obróbka będzie się stosowała.