Лінійна та циркулярна інтерполяція

Як контролер рухає інструмент

G-code визначає два фундаментальних типи руху:

G01: Лінійна інтерполяція: Інструмент рухається по прямій лінії з поточної позиції до цільової позиції. Контролер координує двигуни X, Y та Z так, щоб вони всі прибули в кінцеву точку одночасно. G01 X2.0 Y1.0 Z-0.5 малює пряму лінію в тривимірному просторі.

G02 / G03: Циркулярна інтерполяція: Інструмент рухається вздовж круглої дуги.

- G02 = дуга за годинниковою стрілкою

- G03 = дуга проти годинникової стрілки

Дуги можуть бути визначені двома способами:

- Формат радіуса: G02 X2.0 Y1.0 R0.5: переміститися до (2.0, 1.0) вздовж дуги з радіусом 0.5

- Формат центра: G02 X2.0 Y1.0 I0.5 J0.0: I та J дають додаткову відстань від поточної позиції до центра дуги. Цей формат однозначний і переважний для точної роботи.

Всередину контролера навіть циркулярні дуги розбиваються на крихітні прямі сегменти (мікро-лінійна інтерполяція). Контролер обчислює сотні або тисячі проміжних точок & відправляє імпульси крок-&-напрямок до двигунів. Дозвіл настільки дрібний, що результуючий рух виглядає & вимірюється як гладка крива.

Фреззерування підйому проти звичайного

Підйомне фреззерування проти звичайного фреззерування

Геометрія того, як різець взаємодіє з матеріалом, дуже важлива для якості поверхні, терміну служби інструменту & сил різання.

Звичайне (позвисання) фреззерування: Різець обертається проти напрямку подачі. Кожен зуб входить в матеріал при нульовій товщині стружки та виходить при максимальній товщині. Різець прагне відсунутися від роботи спочатку, потім захопити та потягти. Це створює більше тепла (зуб тертя перед різанням) та грубішу якість поверхні.

Підйомне (низове) фреззерування: Різець обертається у напрямку подачі. Кожен зуб входить в максимальній товщині стружки та виходить при мінімальній. Різець негайно кусає матеріал та спрямовує роботу вниз до столу. Це виробляє краще якість поверхні, менше тепла та довшу термін служби інструменту.

Чому не завжди фреззерувати підйом? Підйомне фреззерування тягне деталь до різця. На старіших ручних машинах без компенсації люфту це може спричинити стовп таблиці вперед & аварійно. CNC машини мають гвинти кулькові з мінімальним люфтом, тому фреззерування підйому є стандартним. Але для тонких або погано закріплених деталей звичайне фреззерування може бути все ще безпечнішим, оскільки воно відштовхує роботу.

Дотичні дуги та закруглення

Дотичні дуги, закруглення & фаски

Справжні деталі рідко мають ідеально гострі кути. Вони мають закруглення (округлені внутрішні кути), радіуси (округлені зовнішні кути), & фаски (кутові розрізи, які видаляють гострі краї).

Дотична дуга — це дуга, яка зустрічає пряму лінію (або іншу дугу) без розриву напрямку. У точці, де дуга починається, вона має той же нахил, що й лінія, до якої вона пов'язується. Це виробляє гладкий, безперервний профіль без раптових змін напрямку.

Чому дотична има значення для машинообробки:

- Гострий кут змушує інструмент зупинитися, змінити напрямок, & знову прискорити. Це залишає сідальні сідала (інструмент сидить в одному місці під час уповільнення, спалення поверхні).

- Дотична дуга дозволяє інструменту швидко проходити через перехід. Без уповільнення, жодних сідальних позначок, краща якість поверхні.

- Концентратори напруги: гострі внутрішні кути концентрують напругу & це місце, де деталі тріскаються. Закруглення розподіляють напругу по вигнутій поверхні.

Фаски простіші: прямий розріз під 45 градусів (або іншим кутом), який видаляє гострий край. Запрограмовано за допомогою ходів G01 під кутом. Фаски простіше обробляти, ніж закруглення, але не розподіляють напругу так добре.

Компенсація радіуса різця

Компенсація радіуса інструменту (G41 / G42)

Коли ви програмуєте профіль деталі, ви описуєте геометрію завершеної поверхні деталі. Але інструмент має радіус: його центр повинен слідувати шляхом, який зміщений від поверхні деталі за цим радіусом.

G41: Компенсація різця вліво: Центр інструменту зміщується ВЛІВО від запрограмованої траєкторії (дивлячись у напрямку руху). Використовується для фреззерування підйому зовнішніх профілів.

G42: Компенсація різця вправо: Центр інструменту зміщується ВПРАВО.

G40: Скасувати компенсацію різця.

З активною компенсацією різця ви програмуєте точну геометрію деталі (завершену поверхню), & контролер автоматично обчислює шлях зміщення для центра інструменту. Це має дві основні переваги:

1. Програма відповідає креслюнку. Розміри на кресленні відповідають розмірам у коді. Немає ручних розрахунків зміщення.

2. Регулювання износу інструменту. Коли інструмент зношується і різьбле трохи надмірно, оператор регулює значення компенсації різця в таблиці зміщення: жодного редагування програми не потрібно. Менше значення компенсації тягне інструмент ближче до поверхні деталі, компенсуючи недорізаний розріз.

Контролер обробляє всю геометричну складність: компенсацію прямих ліній, перерахунок радіусів дуг для компенсованої траєкторії, & управління геометрією переходу на кутах.

Чому GD&T покладається на геометрію

GD&T: Геометрія, не просто розміри

Традиційне розміреження говорить: 'Цей отвір діаметром 0.500 дюйма, розташований 2.000 дюйма від лівого краю, плюс або мінус 0.005 дюйма.'

Проблема: допуски плюс-мінус створюють квадратну зону допуску. Центр отвору повинен потрапляти в квадрат 0.010 x 0.010 дюйма. Але квадратна зона не справедлива: отвір, центр якого знаходиться в кутку квадрата (0.005 вправо І 0.005 вгору від номіналу), фактично знаходиться на 0.007 дюйма від істинного положення (теорема Піфагора: корінь квадратний з 0.005 в квадраті плюс 0.005 в квадраті). Ви б відкинули цю деталь, навіть якщо отвір на 0.007 від номіналу в одному напрямку буде пройтися.

GD&T замінює квадратну зону на циліндричну зону допуску. Центр отвору повинен потрапляти в коло заданого діаметра навколо істинного положення. Це геометрично справедливо: 0.007 від номіналу — це 0.007 від номіналу незалежно від напрямку.

GD&T є повною геометричною мовою для опису того, наскільки значно елемент може відхилятися від його ідеальної форми, орієнтації та місцезнаходження. Вона використовує контрольні кадри особливостей: ті прямокутні коробки з символами, які ви бачите на інженерних кресленнях.

Форма і допуски орієнтації

Форма допусків: контроль форми

Положення контролює де елемент. Допуски форми контролюють яка форма він має.

Плоскість: Поверхня повинна лежати між двома паралельними площинами, розділеними значенням допуску. Якщо плоскість 0.002, кожна точка на поверхні повинна бути в межах зони 0.002 дюйма висоти між двома ідеально плоскими, паралельними площинами. Немає посилання на базу: плоскість самореференціюється.

Перпендикулярність: Поверхня або вісь повинна бути в межах зони допуску відносно бази (референтна поверхня). Для поверхні зона — це дві паралельні площини перпендикулярні до бази, розділені значенням допуску. Для осі (як отвір), зона — це циліндр перпендикулярний до бази.

Концентричність: Два циліндричних елементи повинні ділити одну вісь в межах зони допуску. Медіанні точки одного циліндра повинні потрапляти в циліндричну зону допуску з центром на осі бази. Концентричність дорога для перевірки (вимагає розрахунків медіанної точки): більшість магазинів використовують відхилення замість цього.

Все це — геометричні контролі. Вони визначають зони допуску, які є формами (площини, циліндри, конуси), не просто числа. Допуск плоскості 0.002 — це пара паралельних площин. Допуск положення 0.014 діаметром — це циліндр. Це те, що робить GD&T геометричним: кожен допуск — це форма в просторі.

Межі подорожей машини

Робочий простір: простір, який машина може досягти

Кожна CNC-машина має кінцеві гарячі в кожній осі. Типовий вертикальний центр обробки може мати:

- Х подорож: 30 дюймів

- Y подорож: 16 дюймів

- Z подорож: 20 дюймів

Робочий простір — це тривимірний об'єм, визначений цими межами подорожей: прямокутна коробка (для 3-осевого фрезера) або більш складна форма (для машин з обертовими осями). Будь-який елемент, який ви хочете різати, повинен потрапляти в цей простір.

Запобігання зіткненню — це геометрія переконання в тому, що інструмент, держатель інструменту, голова шпинделя, пристосування, & деталь не зіштовхуються під час програми. Контролер за замовчуванням не знає, де знаходиться лещата, затиски, або пристосування. Запобігання зіткненню — це відповідальність програміста.

Критичні геометрії зіткнення:

- Довжина інструменту проти глибини кишені: Довгий інструмент, що сягає в глибоку кишеню, може зіткнути тримач інструменту або голову шпинделя зі стінами деталі.

- Вторгнення пристосування: Траєкторія інструменту повинна очистити затиски, паралелі, & щелепи лещат. Швидкий хід (G00) через деталь при неправильній висоті Z може спрямувати інструмент в затиск.

- Площина швидкого ходу: Більшість програм визначають 'площину швидкого ходу': безпечну висоту Z вище всіх перешкод. Швидкі ходи відбуваються вище цієї площини. Ніколи не рухайтеся швидко нижче неї.

Обертові осі та геометрична свобода

4-та та 5-та вісь: обертання розширює геометрію

3-осевий фрезер може лише наближатися до деталі зверху (вздовж Z). Будь-який елемент, що вимагає доступу зі сторони або знизу, вимагає окремої установки: перевернути деталь, переприпасити, перетворити, та молитися, щоб елементи вирівнювалися.

4-та вісь: додає одну обертову вісь (зазвичай A, яка обертається навколо X). Деталь може бути повернута, щоб представити різні грані до інструменту. 4-та вісь — це зазвичай обертовий стіл, прикріплений до столу фрезера. Це дозволяє вам обробляти елементи навколо циліндра або на кількох гранях без переприпасовування.

5-та вісь: додає дві обертові осі. Інструмент (або стіл) може нахилятися в двох незалежних напрямках обертання. Це означає, що інструмент може наближатися практично під будь-яким кутом.

Що 5-вісь робить геометрично можливим, що 3-вісь не може:

- Підрізи: елементи, які приховані від виду зверху вниз. Інструмент нахилюється, щоб досягти за нависаючої геометрії.

- Складні кути: поверхні, які не паралельні або перпендикулярні жодній осі. 3-осевий верстат потребував би пристосування на замовлення під кутом. 5-осевий верстат просто нахилюється.

- Лопаті та лопатки турбін: скручені, вигнуті поверхні, які безупинно змінюють кут. Лише 5-вісь одночасна обробка може обробляти це в одну установку.

- Скорочені установки: деталь, яка вимагає шість установок на 3-осевому верстаті, може потребувати одну установку на 5-осевому верстаті. Кожна установка — це можливість для помилки вирівнювання.

Резюме

Геометрія CNC-обробки: ключові моменти

Системи координат: MCS — це абсолютна система машини. WCS (G54-G59) — це ваша референтна система для деталі. Правило правої руки визначає напрями осей. Зміщення довжини інструменту компенсують різні довжини інструменту.

Траєкторії інструменту: G01 рухається прямими лініями. G02/G03 рухаються по дугах. Формат центру I/J усуває двозначність радіуса формату R. Фреззерування підйому (обертання різця з напрямком подачі) забезпечує краще якість поверхні та терміну служби інструменту.

Дуги та профілі: дотичні дуги створюють гладкі переходи без сідальних позначок. Мінімальний радіус внутрішнього закруглення дорівнює радіусу інструменту. Компенсація різця (G41/G42) дозволяє вам програмувати геометрію деталі, в той час як контролер зміщує траєкторію інструменту.

GD&T: геометричні допуски визначають зони допуску як форми (циліндри, площини). Зони допуску положення циліндричні, а не квадратні: геометрично справедливі. Бонусний допуск MMC відображає реальний кліранс збірки. Плоскість та перпендикулярність контролюють форму незалежно від розмірів.

Робочий простір: кожна машина має кінцевий подорож. Обертові осі (4-та та 5-та) розширюють те, яка геометрія досяжна, та скорочують установки. Менше установок означає більш тісні допуски елемент-до-елемента, оскільки все елементи ділять один початок WCS.

Геометрія — це основа. Кожна команда G-code, кожен допуск на кресленні, кожне рішення пристосування — це геометрична операція. Оволодійте геометрією, & обробка слідує.