Расположение резака

Данные о положении для фрезерных станков с ЧПУ

Местоположение фрезы ( CLData ) относится к положению, в котором фрезерный станок с ЧПУ должен удерживать фрезу в соответствии с инструкциями в программе (обычно G-кодом ).

Каждая линия движения, управляющая G-кодом, состоит из двух частей: тип движения от последнего положения резака до следующего положения резака (например, «G01» означает линейное, «G02» означает круговое) и само следующее положение резака (в данном примере — декартова точка (20, 1.3, 4.409)). «G01 X20Y1.3Z4.409»

Фундаментальной основой для создания траекторий движения фрезы, подходящих для фрезерования с ЧПУ, являются функции, которые могут находить допустимые местоположения фрезы и объединять их в последовательность.

Существуют два широких и противоречивых подхода к проблеме генерации допустимых положений резцов, учитывая модель CAD и определение инструмента: расчет по смещениям и расчет по треугольникам. Каждый из них обсуждается в следующем разделе этой статьи.

Наиболее распространенным примером общей проблемы расположения фрезы является компенсация радиуса фрезы (CRC) , при которой концевая фреза (с квадратным, сферическим или круглым концом) должна быть смещена для компенсации ее радиуса.

С 1950-х годов вычисления CRC, находящие точки касания на лету, выполнялись автоматически в системах ЧПУ, следуя инструкциям G-кодов, таких как G40, G41 и G42 . Главными входными данными были значения смещения радиуса, хранящиеся в регистрах смещения (обычно вызываемых через адрес D), и различие подъема влево/вправо/условного перемещения, вызываемое через G41 или G42 (соответственно). С появлением программного обеспечения CAM , которое добавило программную опцию в дополнение к старой среде ручного программирования, большую часть вычислений CRC можно было перенести на сторону CAM, и можно было предложить различные режимы для обработки CRC.

Хотя 2-осевые или 2,5-осевые задачи CRC (например, расчет траекторий инструмента для простого профиля в плоскости XY) довольно просты с точки зрения вычислительной мощности, именно в 3-, 4- и 5-осевых ситуациях контурирования 3D-объектов с помощью сферической концевой фрезы CRC становится довольно сложным. Именно здесь CAM становится особенно важным и намного превосходит ручное программирование. Обычно вывод вектора CAM постобрабатывается в G-код программой постпроцессора, которая адаптирована к конкретной модели управления ЧПУ. Некоторые поздние модели управления ЧПУ принимают вывод вектора напрямую и выполняют преобразование во входные сигналы сервопривода самостоятельно, внутренне.

По смещениям

Начните с параметрической точки UV на поверхности произвольной формы , вычислите точку xyz и нормаль, а затем сместитесь от точки вдоль нормали способом, соответствующим определению инструмента, так, чтобы резец теперь касался поверхности в этой точке.

Проблемы: могут сталкиваться или врезаться в модель в другом месте, и нет никакого способа определить, происходит ли это, кроме как при полной реализации триангуляционного подхода.

Большинство опубликованных ученых полагают, что это способ найти местоположение резака, и что проблема столкновений вдали от точки контакта разрешима. Однако пока ничего из напечатанного не приближается к решению реальных случаев.

Против треугольников

Начните с компонента XY для расположения фрезы и выполните цикл по каждому треугольнику в модели. Для каждого треугольника, который пересекает круглую тень фрезы, вычислите значение Z расположения фрезы, необходимое для того, чтобы она точно коснулась треугольника, и найдите максимальное из всех таких значений. Хванг и др. ^[1] описывают этот подход в 1998 году для цилиндрических, сферических и конусных фрез. Эти идеи получили дальнейшее развитие в статье 2002 года Чжуана и др. ^[2] В статье 2004 года Яу и др. ^[3] описывают алгоритм для определения местоположения APT-фрезы по треугольникам. Яу и др. используют kd-дерево для поиска перекрывающихся треугольников.

Проблемы: требуется много памяти для хранения достаточного количества треугольников для регистрации модели с достаточно жестким допуском, и требуется больше времени для программирования, чтобы получить начальные значения положения резака. Однако они, по крайней мере, гарантированно действительны во всех случаях.

Именно так сейчас работают все основные CAM-системы, потому что это работает без сбоев, независимо от сложности и геометрии модели, и может быть ускорено позже. Надежность гораздо важнее эффективности.

Вышеизложенное относится к 3-осевым станкам. 5-осевые станки требуют отдельной записи.

Z-карта

Алгоритм ZMap был предложен в академической литературе Бёнгом К Чоем в 2003 году как способ предварительного расчета и хранения регулярного массива значений положения резца в памяти компьютера. Результатом является модель карты высот положений резца, из которой можно интерполировать промежуточные значения. ^[4]

Из-за проблем с точностью это было обобщено в Extended ZMap, или EZMap, путем размещения «плавающих» точек между фиксированными точками ZMap. Местоположение точек EZMap находится итеративно при создании ZMap. Точки EZMap размещаются только там, где между обычными точками ZMap возникают острые края; полностью плоская исходная геометрия не потребует никаких точек EZMap.

Ссылки

^ Хванг, Джи Сон; Чанг, Тянь-Чиен (июль 1998 г.). «Трехосевая обработка сложных поверхностей с использованием плоских и скругленных концевых фрез». Computer-Aided Design . 30 (8): 641– 647. doi :10.1016/S0010-4485(98)00021-9.
^ Chuang, C.-M.; Chen, C.-Y.; Yau, H.-T. (январь 2002 г.). «Подход обратного проектирования к созданию траекторий инструмента без помех при трехкоординатной обработке на основе сканированных данных физических моделей». International Journal of Advanced Manufacturing Technology . 19 (1): 23– 31. doi :10.1007/PL00003965. ISSN 1433-3015. S2CID 109073526.
^ Яу, Х.-Т.; Чуан, Ч.-М.; Ли, И.-С. (июль 2004 г.). «Числовая обработка триангулированных скульптурных поверхностей в формате стереолитографии с использованием обобщенного резака». Международный журнал исследований производства . 42 (13): 2573– 2598. doi : 10.1080/00207540410001671651. S2CID 110948373.
^ Maeng, Seung Ryol; Baek, Nakhoon; Shin, Sung Yong; Choi, Byoung Kyu (2003). "Метод обновления Z-карты для линейно движущихся инструментов" (PDF) . Computer-Aided Design . 35 (11): 995– 1009. doi :10.1016/S0010-4485(02)00161-6. S2CID 32700285. Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2011 г. . Получено 22 июля 2010 г. .

[1] Хванг, Джи Сон; Чанг, Тянь-Чиен (июль 1998 г.). «Трехосевая обработка сложных поверхностей с использованием плоских и скругленных концевых фрез». Computer-Aided Design . 30 (8): 641– 647. doi :10.1016/S0010-4485(98)00021-9.

[2] Chuang, C.-M.; Chen, C.-Y.; Yau, H.-T. (январь 2002 г.). «Подход обратного проектирования к созданию траекторий инструмента без помех при трехкоординатной обработке на основе сканированных данных физических моделей». International Journal of Advanced Manufacturing Technology . 19 (1): 23– 31. doi :10.1007/PL00003965. ISSN 1433-3015. S2CID 109073526.

[3] Яу, Х.-Т.; Чуан, Ч.-М.; Ли, И.-С. (июль 2004 г.). «Числовая обработка триангулированных скульптурных поверхностей в формате стереолитографии с использованием обобщенного резака». Международный журнал исследований производства . 42 (13): 2573– 2598. doi : 10.1080/00207540410001671651. S2CID 110948373.

[4] Maeng, Seung Ryol; Baek, Nakhoon; Shin, Sung Yong; Choi, Byoung Kyu (2003). "Метод обновления Z-карты для линейно движущихся инструментов" (PDF) . Computer-Aided Design . 35 (11): 995– 1009. doi :10.1016/S0010-4485(02)00161-6. S2CID 32700285. Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2011 г. . Получено 22 июля 2010 г. .