Kompenzacija radijusa vrha oštrice alata

M. Bošnjaković1

1Veleučilište 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.

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 skošenjaKut 15° 30° 45°Odstupanje X Y X Y X YRadijus vrha alata

0,4 0,09 0,35 0,17 0,25 0,24 0,240,8 0,19 0,69 0,34 0,51 0,47 0,47

2. 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

1.1 Funkcije za programiranje kompenzacije radijusa vrha oštrice alata

G42 – uključivanje desne kompenzacijeradijusa vrha oštrice alata G41 – uključivanje lijeve kompenzacije radijusa vrha oštrice alataG40 – isključivanje kompenzacije radijusa vrha 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 orijentaciji vrha 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

3. Definiranje prilazne i odlazne putanjeAko 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 Z5N110 G42 G0 Z2N120 G2 X0 Z0 CR2N130 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

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.

Slika 10.4 Pogreške pri programiranju obrade čela obratka

…G41 G0 X35 Z0G1 X-2.5G42 G1 X20 Z2.5G1 X30 Z-2…

…G41 G0 X35 Z0G1 X-2.5G1 Z1G42 G0 X24G1 X30 Z-2…

…G41 G0 X35 Z0G1 X-2.5G1 Z2.5G42 G0 X21G1 X30 Z-2…

Pogreška kutnog odlaska alata od konture

Nedovoljna udaljenost za promjenu korekcije alata

Ispravan način programiranja putanje

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 0,4 0,8 1,2 1,6Najmanja udaljenost po x osi (po promjeru) 1,6 3,2 4,8 6,4Najmanja udaljenost po z osi 0,8 1,6 2,4 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.

Slika 5 Odlazna putanja u različitim slučajevima

;odlazna putanja, ako je zadnji element konture skošenje…N200 G1 X38 Z-28 ; Točka 2N210 G40 G0 X43 ; Točka 3N220 G0 Z150

;odlazna putanja, ako je zadnji element konture vanjski plašt…N200 G1 X36 Z-28 ; Točka 1N210 G40 G1 X41 ; Točka 2N220 G0 Z150

;odlazna putanja, ako je zadnji element konture radijus…N200 G2 X34 Z-21 CR2 ; Točka 2N210 G40 G0 X39 ; Točka 3N220 G0 Z150

…

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. Evans, K., Programming of CNC Machines, Industrial Press Inc. (2nd

edition), New York, 2001.2. Smid, P., CNC Programming Handbook, Industrial Press Inc. (2nd

edition), New York, 2003.3. Mattson, M. CNC Programming: Principles and Application, Delmar, Cengage

Learning, 2010.