Programiranje CNC strojeva

1. Kompenzacija radijusa vrha
oštrice alata
M. Bošnjaković1
1
Veleučilište u Slavonskom Brodu, Dr. Mile Budaka 1, 35000 Slavonski
Brod
*Autor za komunikaciju: M. Bošnjaković, mladen.bosnjakovic@vusb.hr
Sažetak:
U radu je opisana problematika vezana za uporabu
kompenzacije vrha oštrice alata pri programiranju CNC strojeva.
Kompenzacija vrha oštrice alata je funkcija kojom upravljačka jedinica
CNC stroja računa potrebnu korekciju putanje vrha alata radi
dobivanja točnih dimenzija obratka. Pri tome je bitno poznavati
pravila vezana za definiranje prilazne i odlazne putanje na kojoj se
kompenzacija uključuje, odnosno isključuje. Nepridržavanje ovim
pravilima može dovesti do neželjenih odstupanja dimenzija obratka.
Ključne riječi:CNC programiranje, kompenzacija vrha oštrice alata
1.
UVOD
Pri izradi cilindričnih dijelova na CNC strojevima, osim ploha
paralelnih s x i z osi, potrebno je obraditi i zaobljenja, skošenja i konusne
površine. Pri obradi ploha paralelnih x i z osi, ne pojavljuju se problemi
točnosti pri obradi, ali pri obradi zaobljenja, skošenja i konusaproblemi
točnosti obrade se javljaju, ako se ne koristi kompenzacija radijusa vrha
oštrice alata. Razlog za to je što se programiranjem vodi imaginarni vrh
oštrice alata P po konturi zadanoj crtežom, a stvarni dodir alata s
obratkom se ostvaruje u nekoj drugoj točki alata (slika 1).
Pri obradivanjskog ili unutarnjeg promjera duž z osi, točke A i P se nalaze
na istoj putanji, a pri obradi ploha uzduž xosi, točke B i P se nalaze na
istoj putanji. Stoga, iako su stvarne točke rezanje A i B, ostvarene
dimenzije su u oba slučaja točne (slika 1 desno). Međutim, prilikom
obrade konusnih ploha i radijusa situacija je posve različita. Alat se kreće
u smjeru obje osi istovremeno po putanji CD, dok je programirana
putanja od točke P1 do točke P2. Kao što se vidi iz crteža, doći će do
odstupanja dimenzija.

2. Slika1 Odstupanje dimenzija ako se ne koristi kompenzacija radijusa vrha alata
Veličina odstupanja u smjeru osi xi z, ovisno o kutu pod kojim je
kontura i o radijusu vrha oštrice alata, prikazana je u tablici 1.
Tablica 1. Veličina odstupanja pri izradi skošenja
Kut
15°
30°
Odstupanje
X
Y
X
Y
Radijus
0,4
0,09
0,35
0,17
0,25
vrha alata
0,8
0,19
0,69
0,34
0,51
2.
45°
X
0,24
0,47
Y
0,24
0,47
Funkcije za korekciju putanje vrha oštrice alata
Da bi se dobile točne izmjere obratka, nužno je korigirati putanju vrha
oštrice alata. Ovo se može ostvariti na dva načina:
- ručnim izračunom točaka korigirane putanje
- uporabom gotovih funkcija CNC upravljačke jedinice
Na slici 2 prikazana je
korigirana putanja alata. Treba
primijetiti da je putanja središta
vrha radijusa alata u svim
točkama jednako udaljena od
konture obratka, a da točke 2 i 4
ne leže na konturi obratka.
Slika 2 Korigirana putanja alata

3. 1.1
Funkcije za programiranje kompenzacije radijusa vrha oštrice
alata
G42 – uključivanje desne
kompenzacijeradijusavrha oštrice alata
G41 – uključivanje lijeve
kompenzacijeradijusavrha oštrice alata
G40 – isključivanje
kompenzacijeradijusavrha oštrice alata
Slika 3 Prikaz primjene funkcija G41 i G42
Kako bi korekcija vrha radijusa alata bila
uspješna, upravljačkoj jedinici stroja su
potrebni podaci o veličini polumjera rε i
orijentacijivrha oštrice noža.
Slika 4 Orijentacija vrha noža
Kompenzacija radijusa vrha oštrice alata može se uključiti i isključiti
samo pri pravocrtnom gibanju alata, tj. pri zadavanju funkcija G1 i G0.
Kompenzacija se uključuje po prilaznoj putanji, a isključuje po odlaznoj
putanji, što je prikazano na slici 5.
Slika 5 Putanja za
uključivanje i
isključivanje
kompenzacije

4. 3.
Definiranje prilazne i odlazne putanje
Ako je prvi obrađivani element kuglasta površina (radijus),
prilazna putanja sadrži specifičnosti koje su objašnjene na primjeru niže.
Kako je vidljivo iz slike, prilazna putanja
se sastoji iz dva dijela. Prvi dio putanje
mora biti pravocrtno gibanje od točke T1
do T2 (G0) kako bi se mogla uključiti
kompenzacija radijusa vrha alata, a drugi
dio putanje je kružni tangencijalni prilaz
obrađivanoj površini.
Slika 6 Prilazna putanja na kuglasti dio
Duljina putanje pravocrtnog gibanja u smjeru osi z mora biti
najmanje dvostruko veća od radijusa vrha pločice. Ako odaberemo 3 mm,
tada smo pokrili uporabu tri standardne veličine radijusa pločica: 0,4 mm,
0,8 mm i 1,2 mm. Također treba upamtiti da radijus kružnog
tangencijalnog prilaza mora biti veći od radijusa vrha alata. Odabir
vrijednosti od 2 mm je razumno rješenje koje zadovoljava izbor svih
standardnih pločica.Dio programa koji rješava ovu problematiku bi
izgledao:
…
N100 G0 X-4 Z5
N110 G42 G0 Z2
N120 G2 X0 Z0 CR2
N130 G3 X30 Z-15 CR15
…
Neiskusni programeri nastoje pojednostaviti programiranje pa pogrešno
definiraju prilaznu putanju. Tipični primjeri nepravilnih putanja prikazani
su na crtežu niže. U svim slučajevima, G42 se aktivira duž prilazne
putanje i formalno zadovoljava prethodno opisane zahtjeve.
Slika 7 Tipične pogreške u programiranju prilazne putanje

5. Prethodni primjeri kriju
nepravilnost obrađene površine,
što je prikazano na slici lijevo.
Slika 8 Nepravilnost obrade pri
pogrešno definiranoj prilaznoj putanji
Pri programiranju obrade čeone površine, također su moguće pogreške u
programiranju putanje alata. Na slici niže, prikazani su takvi slučajevi.
Treba obratiti pažnju da pri kretanju alata duž putanje 2-3 dolazi do
promjene smjera gibanja alata, a time i do promjene korekcije G41 u G42.
…
G41 G0 X35 Z0
G1 X-2.5
G42 G1 X20 Z2.5
G1 X30 Z-2
…
…
Pogreška kutnog odlaska
alata od konture
…
G41 G0 X35 Z0
G1 X-2.5
G1 Z1
G42 G0 X24
G1 X30 Z-2
…
G41 G0 X35 Z0
G1 X-2.5
G1 Z2.5
G42 G0 X21
G1 X30 Z-2
…
Nedovoljna udaljenost za
promjenu korekcije alata
Ispravan način
programiranja putanje

6. Slika Pogreška! U dokumentu nema teksta navedenog stila..4 Pogreške pri
programiranju obrade čela obratka
Da bi se izbjegle prikazane pogreške i njima slične, u tablici niže su
prikazane preporuke za najmanje potrebne udaljenosti pri uporabi
kompenzacije radijusa vrha alata.
Tablica 2
Radijus vrha alata
Najmanja udaljenost po x osi (po promjeru)
Najmanja udaljenost po z osi
0,4
1,6
0,8
0,8
3,2
1,6
1,2
4,8
2,4
1,6
6,4
3,2
Navedene vrijednosti su najmanje, pri programiranju treba uzeti nešto
veće (zaokružene na cijeli broj).Pri programiranju odlazne putanje, treba
obratiti pažnju da se kompenzacija radijusa vrha alata vrši izvan
predmeta. U nastavku su prikazani primjeri odlaznih putanja.
;odlazna putanja, ako je zadnji element
konture skošenje
…
N200 G1 X38 Z-28 ; Točka 2
N210 G40 G0 X43 ; Točka 3
N220 G0 Z150
…
;odlazna putanja, ako je zadnji element
konture vanjski plašt
…
N200 G1 X36 Z-28 ; Točka 1
N210 G40 G1 X41 ; Točka 2
N220 G0 Z150
…
;odlazna putanja, ako je zadnji element
konture radijus
…
N200 G2 X34 Z-21 CR2
; Točka 2
N210 G40 G0 X39
; Točka 3
N220 G0 Z150
…

7. Slika5 Odlazna putanja u različitim slučajevima
4. ZAKLJUČAK
Pri programiranju CNC strojeva radi postizanja točnih dimenzija obratka
potrebna je koristiti komenzaciju vrha oštrice alata. U tu svrhu neophodno je
definirati orjentaciju vrha oštrice alata te radijus vrha alata. Pri programiranju
prilazne putanje treba obratiti pozornost na mogućnost nastajanje nepotpune
obrade plohe. Kod programiranja odlazne putanje, pažnju treba usmjeriti na
mogućnost nastajanja kutne greške, odnosno na odabir dovoljne duljine putanje
alata kako bi se kompenzacija vrha alata pravilno izvršila.
5. LITERATURA
1.
2.
3.
Evans, K., Programming of CNC Machines, Industrial Press Inc. (2nd
edition), New York, 2001.
Smid, P., CNC Programming Handbook, Industrial Press Inc. (2nd
edition), New York, 2003.
Mattson, M. CNC Programming: Principles and Application, Delmar, Cengage
Learning, 2010.