カッターの位置

カッター位置( CLData ) とは、プログラム (通常はG コード) の命令によってCNC フライス盤がフライスカッターを保持するように指示された位置を指します。

G コードを制御する各動作ラインは、最後のカッター位置から次のカッター位置への動作のタイプ (たとえば、「G01」は直線、「G02」は円形) と次のカッター位置自体 (この例では直交座標 (20, 1.3, 4.409)) の 2 つの部分で構成されます。「G01 X20Y1.3Z4.409」

CNC フライス加工に適したカッター パスを作成するための基本的な基礎は、有効なカッターの位置を見つけて、それらを連続して連結できる機能です。

CADモデルとツール定義が与えられた場合に有効なカッター位置を生成する問題には、オフセットによる計算と三角形に対する計算という 2 つの大まかで相反するアプローチがあります。それぞれについては、この記事の後半で説明します。

一般的なカッター位置の問題の最も一般的な例は、カッター半径補正 (CRC)です。これは、エンドミル(スクエアエンド、ボールエンド、ブルエンドのいずれの場合も) をオフセットして半径を補正する必要があるものです。

1950 年代以降、 G40、G41、G42などの G コードの指示に従って、CNC 制御内で接点をオンザフライで検出する CRC 計算が自動的に行われるようになりました。主な入力は、オフセット レジスタに格納されている半径オフセット値 (通常はアドレス D で呼び出されます) と、それぞれ G41 または G42 で呼び出される左/右の上昇/従来の区別です。古い手動プログラミング環境を補完するソフトウェア支援オプションを追加したCAMソフトウェアの登場により、CRC 計算の多くを CAM 側に移行し、CRC の処理方法についてさまざまなモードを提供できるようになりました。

2 軸または 2.5 軸の CRC 問題 (XY 平面の単純なプロファイルのツールパスの計算など) は計算能力の点では極めて単純ですが、ボールエンドミルで 3D オブジェクトの輪郭を描く 3 軸、4 軸、5 軸の状況では CRC がかなり複雑になります。ここで CAM が特に重要になり、手動プログラミングをはるかに上回ります。通常、CAM ベクトル出力は、特定の CNC 制御モデルに合わせて調整されたポストプロセッサ プログラムによって G コードにポスト処理されます。一部の最新モデルの CNC 制御は、ベクトル出力を直接受け入れ、内部でサーボ入力への変換を行います。

自由曲面の UV パラメトリック ポイントから開始し、xyz ポイントと法線を計算し、ツール定義と一致する方法で法線に沿ってポイントからオフセットして、そのポイントでカッターがサーフェスに接するようにします。

問題: 他の場所でモデルと衝突したり、削ったりする可能性がありますが、三角形分割アプローチを完全に実装しない限り、これが起こっていることを知る方法はありません。

出版されたほとんどの学者は、これがカッターの位置を見つける方法であり、接触点から離れた場所での衝突の問題は解決できると考えています。しかし、これまで出版されたもので、現実世界のケースを扱うのに近いものはありません。

カッター位置の XY コンポーネントから始めて、モデル内のすべての三角形をループします。カッターの円形の影の下を横切る各三角形について、三角形に正確に接触するために必要なカッター位置の Z 値を計算し、すべての値の最大値を見つけます。Hwang ら^[1]は、 1998 年に円筒形、ボールエンド、およびブルエンドのフライス工具に対するこのアプローチについて説明しています。これらのアイデアは、Chuang ら^[2]による 2002 年の論文でさらに発展しています。2004年の論文で、Yau ら^{[3] は}三角形に対して APT カッターを配置するアルゴリズムについて説明しています。Yau らは、重なり合う三角形を見つけるためにkd ツリーを使用しています。

問題: 十分に厳しい許容値でモデルを登録するのに十分な三角形を保持するために大量のメモリが必要であり、初期のカッター位置の値を取得するためのプログラムに時間がかかります。ただし、少なくともすべてのケースで有効であることが保証されています。

これは、モデルの複雑さや形状に関係なく失敗することなく動作し、後で高速化できるため、最近のすべての主要な CAM システムで採用されている方法です。信頼性は効率よりもはるかに重要です。

上記は 3 軸マシンに関するものです。5 軸マシンの場合は、別途エントリが必要です。

ZMapアルゴリズムは、2003年にByoung K Choiによって学術文献で提案されたもので、カッター位置の値を規則的な配列で事前に計算し、コンピュータメモリに保存する方法です。その結果、カッター位置の高さマップのモデルが作成され、そこから中間の値を補間することができます。^[4]

精度の問題により、これは、固定 ZMap ポイントの間に「浮動」ポイントを配置することによって、拡張 ZMap (EZMap) に一般化されました。EZMap ポイントの位置は、ZMap の作成時に繰り返し検出されます。EZMap ポイントは、通常の ZMap ポイント間に鋭いエッジが発生する場所にのみ配置されます。完全に平坦なソース ジオメトリには、EZMap ポイントは必要ありません。