Frezowanie, toczenie i cięcie CNC online: G-code z modelu

Zakładka PRODUKCJA zamienia model w program dla maszyny CNC: frezarki, tokarki albo przecinarki (laser, plazma, strumień wody). Mówisz, z jakiego kawałka materiału zaczynasz, czym obrabiasz i co ma zniknąć, a Foremka liczy ścieżkę narzędzia, pokazuje, jak narzędzie zbiera materiał, porównuje wynik z modelem i zapisuje G-code, czyli tekstowy program z ruchami dla maszyny. Frezowanie obejmuje operacje 2.5D, w których frez pracuje na stałych wysokościach i schodzi warstwami (płyty, kieszenie, obrysy, fazy, rowki, napisy, otwory, gwinty), oraz operacje 3D, w których frez jedzie po zakrzywionej powierzchni, na przykład po dnie misy albo po wnęce formy. Ścieżki, symulację i program liczy sama przeglądarka w osobnych wątkach, więc długie liczenie nie blokuje okna.

Co możesz zrobić

Ustawienie i narzędzia

Nowe ustawienie opisuje, na jakiej maszynie i z jakiego materiału pracujesz. Rodzaj obróbki to frezowanie, cięcie (laser, plazma, woda) albo toczenie. Półfabrykat, czyli surowy blok, z którego powstanie część, to prostopadłościan z naddatkiem wokół modelu albo o podanych wymiarach, a przy toczeniu pręt albo tuleja. Wybierasz tu też oś narzędzia (od góry, od spodu albo z boku modelu) i zero przedmiotu, czyli punkt, od którego maszyna liczy współrzędne: narożnik, środek ściany albo środek bloku. Na karcie Program ustawisz numer programu, przesunięcie zera (G54 do G59, czyli położenie zera zapamiętane w maszynie) i jednostki: milimetry albo cale.
Gdy w projekcie nie ma pasującego ustawienia, operacja kliknięta na wstążce zakłada je sama, z wartościami domyślnymi. Toczenie trafia do ustawienia tokarskiego, cięcie do ustawienia cięcia.
Biblioteka narzędzi: frezy walcowo-czołowe, kulowe i toroidalne, głowice planujące, wiertła, frezy do faz i frezy do gwintów, do tego noże tokarskie, wytaczaki (noże do toczenia w otworze), przecinaki (wąskie noże do rowków i odcinania), noże do gwintów oraz narzędzia do cięcia: laser, plazma i strumień wody. Każde ma wymiary, oprawkę i parametry skrawania. Na początek dostajesz przykładową bibliotekę z 23 narzędziami i sześcioma oprawkami (tuleje ER, SK40, HSK63).
Oprawka to uchwyt, w którym siedzi narzędzie. Wybierzesz jedną z przykładowych albo opiszesz własną: jako walec albo jako stopnie o podanych średnicach i długościach. Symulacja i operacje 3D sprawdzają, czy oprawka nie zahacza o materiał i model.
Moja biblioteka zapisuje Twoje narzędzia i postprocesory na serwerze, więc masz je w każdym projekcie. Bez sieci działa kopia w przeglądarce, a zmiany trafią na serwer, gdy wróci połączenie. Przycisk Do mojej biblioteki kopiuje tam narzędzie z dokumentu albo z przykładów.
Okno operacji ma karty Narzędzie, Geometria, Wysokości, Przejścia (w wierceniu Cykl) i Łączenie. Operacje, które czegoś nie potrzebują, mają mniej kart. Wysokość to odniesienie, na przykład „Góra półfabrykatu” albo „Spód modelu”, plus przesunięcie. Po OK ścieżka liczy się od razu.

Frezowanie 2.5D

Planowanie zdejmuje naddatek z góry półfabrykatu przejazdami zygzakiem, aż do góry modelu.
Kieszeń 2D wybiera materiał do płaskiego dna. Wyspy, czyli fragmenty wystające z dna, zostają. Gdy kieszeń wychodzi na brzeg części, frez wjeżdża z powietrza obok bloku, zamiast zagłębiać się w materiał. Obróbka resztek zbiera tylko to, co zostało po wcześniejszych operacjach albo po większym frezie, na przykład w narożnikach.
Adaptacyjne 2D też wybiera kieszenie i obniża płaskie ściany, ale tak, żeby frez przez cały czas skrawał z tym samym obciążeniem, także w narożnikach. Obciążenie to szerokość, na jaką frez wchodzi w materiał przy prostym przejściu (zwykle 5 do 15% średnicy). Wąski, równy pas materiału pozwala zejść od razu na głębokość bliską długości ostrza i jechać szybciej niż przy zwykłej kieszeni. Tam, gdzie przy krawędzi nie ma ścianki, frez zbiera materiał aż do obrysu półfabrykatu.
Kontur 2D obchodzi obrys części z zewnątrz albo otwór od środka, warstwami. Pole „Przejścia w bok” dodaje przejazdy wykańczające ściankę. Mostki (prostokątne albo trójkątne, z szerokością, wysokością i odstępem) zostawiają cienkie łączniki, żeby wycinana część nie odpadła od bloku przy ostatniej warstwie. Kontur przejdzie też po otwartym łańcuchu krawędzi, od końca do końca.
Faza 2D ścina frezem do faz krawędź obrysu albo otworu na zadaną szerokość.
Rowek prowadzi frez środkiem rowka tak szerokiego jak narzędzie, prostego albo pierścieniowego, i schodzi w nim zygzakiem.
Grawerowanie prowadzi środek narzędzia po krzywych szkicu albo krawędziach modelu, na przykład po napisie.
Wiercenie ma cztery cykle: zwykły (G81), z postojem na dnie (G82), głęboki z wycofaniem (G83) i z łamaniem wióra (G73). Otwory idą w kolejności najkrótszej drogi.
Gwint frezuje gwint frezem do gwintów, który zatacza helisę w otworze albo na czopie. Gdy w polu średnicy zostawisz zero, średnica i skok przyjdą z tabeli gwintów metrycznych: do otworu 5 mm Foremka dobierze gwint M6 × 1. Gwint jest prawy, chyba że odznaczysz „Gwint prawy”.

Frezowanie 3D

Operacje 3D liczą się na całym modelu ustawienia, bez wskazywania ścian. Granica obróbki mówi, gdzie może jechać narzędzie: w obrysie półfabrykatu, w prostokącie modelu albo w obrysie modelu widzianym z góry. Zwykle najpierw idzie obróbka zgrubna, która szybko zbiera większość materiału i zostawia cienki naddatek, a potem wykańczająca, która jedzie już po samej powierzchni modelu.

Zgrubne: Adaptacyjne 3D i Kieszeń 3D zbierają materiał warstwami nad modelem i zostawiają naddatek (domyślnie 0,3 mm). Adaptacyjne 3D skrawa ze stałym obciążeniem freza, jak Adaptacyjne 2D, a Kieszeń 3D idzie pierścieniami od ścianek modelu. Płaskie półki modelu dostają własną warstwę. Opcja „Resztki po wcześniejszych operacjach ustawienia” zbiera tylko to, co zostało po nich.
Równoległe prowadzi narzędzie po powierzchni prostymi przejściami obok siebie, pod zadanym kątem. Najlepiej sprawdza się na płaskich powierzchniach i łagodnych zboczach.
Kontur 3D jedzie na stałych wysokościach wzdłuż stromych ścian, warstwa pod warstwą. Rampa robi to samo bez przerw między warstwami: narzędzie schodzi po ścianie w sposób ciągły, nie stromiej niż zadany kąt.
Stały grzbiet trzyma stały odstęp przejść mierzony po powierzchni, więc grzbiety, czyli wąskie garby materiału między sąsiednimi przejściami, mają tę samą wysokość na płaskim dnie i na zboczu.
Strome i płaskie łączy Kontur 3D ze Stałym grzbietem: na ścianach stromszych od zadanego kąta jedzie konturem, na płaskich przejściami ze stałym grzbietem.
Poziome wykańcza tylko płaskie półki modelu, pierścieniami od ścianek do środka, i nie rusza ścian ani zboczy.
Ołówek przechodzi wzdłuż wewnętrznych naroży i zaokrągleń, w których narzędzie dotyka dwóch ścian naraz, zwykle po większym frezie. Może dodać przejścia po obu stronach naroża.
Spirala i Promieniowe prowadzą narzędzie spiralą albo wzdłuż promieni wokół środka granicy obróbki albo podanego punktu. Pasują do okrągłych kształtów.
Rzut rzuca krzywe szkicu albo krawędzie w osi narzędzia na powierzchnię modelu, na przykład żeby wygrawerować napis na zakrzywionej ściance.
Pole Trzonek i oprawka w operacjach 3D ma trzy ustawienia: bez sprawdzania, ostrzeżenie z liczbą miejsc, w których trzonek albo oprawka dotknęłyby modelu, albo ścieżka przycięta w tych miejscach (zostaje tam materiał).

Kilka ustawień jednej części

Gdy część trzeba obrobić z dwóch stron, drugą stronę zaczniesz poleceniem Druga strona (na wstążce i w menu ustawienia w drzewie). Nowe ustawienie ma odwróconą oś narzędzia, te same bryły i półfabrykat „Z poprzedniego ustawienia”, czyli ten sam kawałek materiału z tym, co zebrała już pierwsza strona. Zgrubne 3D na drugiej stronie zbiera tylko materiał, który został.
Symulacja takiego ustawienia przechodzi przez wszystkie ustawienia części od pierwszego i pokazuje półfabrykat jako pełną bryłę, więc widać obróbkę z każdej strony.
Postprocesor składa jeden program z kilku ustawień (lista „Ustawienia w programie”). Bez osi obrotowych każde ustawienie idzie na przesunięciu zera ze swojej karty Program (G54, G55...), a gdy dwa kolejne mają to samo, program staje (M0), żebyś przełożył część. Z 4. osią albo stołem uchylnym (A-C, B-C) maszyna sama obraca część przed każdym ustawieniem i dalej frezuje w trzech osiach (tak zwane pozycjonowanie 3+2). Współrzędne przeliczają się wokół osi obrotu, a sterowanie Fanuc może zamiast tego dostać płaszczyznę pochyloną G68.2.

Toczenie

Ustawienie z rodzajem Toczenie ma oś wrzeciona, zero na tej osi przy czole półfabrykatu i pręt albo tuleję jako półfabrykat. Gdy średnica i długość są równe 0, Foremka bierze je z modelu z naddatkami, a średnica otworu 0 oznacza pełny pręt.
W grupie TOCZENIE: Planowanie czoła wyrównuje czoło pręta, Zgrubne i Wykańczające toczą zarys części z zewnątrz albo w otworze (wytaczanie), Rowki wcinają się przecinakiem w zagłębienia zarysu, Gwint toczy gwint nożem do gwintów na wskazanym walcu, Odcinanie odcina gotową część za jej tyłem, a Wiercenie w osi wierci otwór w osi wrzeciona.
„Stała prędkość skrawania (G96)” sama podnosi obroty, gdy nóż zbliża się do osi, aż do pola „Największe obroty”. Posuw podajesz w milimetrach na obrót. Program podaje X jako średnicę, tak jak czyta go tokarka. Postprocesory: Fanuc, Haas i LinuxCNC w wersji na tokarkę.

Cięcie laserem, plazmą i wodą

Ustawienie z rodzajem Cięcie (laser, plazma, woda) i operacja Cięcie wycinają części z płaskiego arkusza. Wskazujesz krawędź konturu (cały łańcuch zaznacza się sam) albo zamknięte krzywe szkicu, na przykład arkusz ułożony narzędziem Rozłóż (zobacz formaty plików). Bez wskazań tnie obrysy wszystkich brył ustawienia: największą płaską ścianę każdej bryły razem z otworami, na przykład rozwinięcie blachy.
Najpierw idą otwory, potem obrys, a część leżąca w otworze innej części idzie przed nią, żeby nic nie wypadło przed czasem. Dojazd i odjazd leżą po stronie odpadu.
Szczelina to szerokość, jaką wypala wiązka albo wycina strumień. Należy do narzędzia, razem z czasem i wysokością przebicia oraz wysokością cięcia. Kompensacja szczeliny decyduje, kto odsuwa ścieżkę o pół szczeliny: program, sterowanie (G41) albo nikt (wtedy środek wiązki jedzie po linii).
Postprocesory: „Przecinarka: ogólny G-code”, „LinuxCNC (plasma)”, „Mach3 (plasma)” i „GRBL (laser)”, ten ostatni bez osi Z.

Symulacja, program i arkusz

Generuj (Ctrl+G) przelicza zaznaczone operacje, a bez zaznaczenia wszystkie. Ruchy szybkie są żółte, dojazdy zielone, zagłębianie czerwone, skrawanie niebieskie.
Symuluj pokazuje, jak narzędzie zbiera materiał, i zgłasza kolizje: ruch szybki przez materiał, materiał powyżej ostrzy i oprawkę w materiale.
Porównanie z modelem na pasku symulacji koloruje półfabrykat: czerwony to podcięcie (narzędzie weszło w model), zielony zgadza się z modelem z dokładnością do 0,05 mm, a od żółtego do pomarańczowego zostaje naddatek (pomarańczowy od 2 mm). Obok widać największe podcięcie i największy naddatek w danej chwili.
Postprocesor pokazuje gotowy program i zapisuje go do pliku. Własne postprocesory… to kopie wbudowanych, w których zmienisz rozszerzenie pliku, numery wierszy, komentarze, łuki (G2/G3 albo same odcinki), cykle wiercenia, zmianę narzędzia i własne wiersze na początku, przy zmianie narzędzia i na końcu programu. W wierszach wstawisz pola, na przykład numer narzędzia albo obroty, a okno od razu pokazuje przykładowy program.
Arkusz ustawienia to strona dla operatora maszyny: półfabrykat i punkt zerowy, lista narzędzi, operacje z parametrami skrawania, szacowanym czasem i zasięgiem w osi Z oraz widok ścieżek z góry. Zapisz HTML pobiera ją jako plik, Drukuj wysyła na drukarkę albo do PDF.

Jak to wygląda w praktyce

Zrób płytkę 100 × 60 × 20 mm z prostokątną kieszenią i czterema otworami Ø6 na wylot (Wyciągnij i Otwór, zobacz bryły).
W zakładce PRODUKCJA kliknij Nowe ustawienie. Rodzaj obróbki to domyślnie frezowanie, a zero leży w lewym przednim narożniku, na górze półfabrykatu. Na karcie Półfabrykat zostaw naddatek 1 mm z boków i u góry: okno pokaże blok 102 × 62 × 21 mm.
Nowa operacja sama bierze pasujące narzędzie z biblioteki, a inne wybierzesz na karcie Narzędzie. Obroty i posuwy przechodzą razem z narzędziem.
Planowanie nie potrzebuje wskazań. Kliknij OK, a ścieżka policzy się od razu.
Kieszeń 2D: kliknij dno kieszeni. Frez schodzi po helisie, czyli spiralą w dół, i zbiera materiał pierścieniami od środka do ścianki, warstwa po warstwie, aż dojdzie do dna.
Kontur 2D: kliknij górną krawędź obrysu, a cały zamknięty łańcuch zaznaczy się sam. Strona narzędzia „Samoczynnie” prowadzi frez po zewnętrznej stronie obrysu, z dojazdem łukiem. Na karcie Wysokości ustaw Dolna na „Spód modelu”, żeby frez zszedł na całą grubość.
Wiercenie: kliknij okrąg jednego otworu, potem Dodaj otwory o tej samej średnicy. Wybierz wiertło 6 mm (przy innej średnicy okno ostrzega), a na karcie Cykl zaznacz „Wierzchołek przez dno otworu przelotowego”, żeby otwór wyszedł na wylot pełną średnicą.
Po zmianach Generuj (Ctrl+G) przelicza ścieżki.
Symuluj otwiera pasek odtwarzania z suwakiem podzielonym na operacje i czasem programu. Półfabrykat ciemnieje tym bardziej, im głębiej zszedł frez, więc dno kieszeni widać nawet z góry. Kolizje są zaznaczone czerwonymi kreskami na suwaku.
Postprocesor tłumaczy ścieżki na G-code w dialekcie Twojego sterowania: Fanuc (ISO), Haas, LinuxCNC, Mach3 / Mach4 albo GRBL. Po podglądzie Zapisz plik pobiera program z nazwą projektu, jako .nc, .ngc (LinuxCNC) albo .tap (Mach3 / Mach4).

Drugi przykład, z powierzchnią 3D:

Zrób płytkę 80 × 80 × 25 mm z gładką misą Ø50 mm głęboką na 12 mm: narysuj w szkicu zarys misy i wytnij go Obrotem.
Nowe ustawienie: na karcie Półfabrykat ustaw Naddatek z boków na 0, bo płytka jest już przycięta na wymiar. Okno pokaże blok 80 × 80 × 26 mm.
W Adaptacyjnym 3D niczego nie wskazujesz: operacja bierze cały model, a okno samo podsunie frez walcowo-czołowy. Na karcie Przejścia zmniejsz Zagłębienie warstwy do 2 mm, żeby schodki na zboczach misy wyszły niskie. Zgrubna zostawia 0,3 mm naddatku na ściankach i na dnie.
Stały grzbiet dobiera frez kulowy. Przy frezie 6 mm i domyślnym odstępie przejść 0,6 mm grzbiety między przejściami mają około 0,015 mm wysokości. Granica „Obrys modelu z góry” obejmuje całą płytkę, więc wykończy też jej górę.
Symuluj i zaznacz na pasku Porównanie z modelem. Po zgrubnej misa jest żółta, bo zostało na niej 0,3 mm. Po wykańczaniu powinna zrobić się zielona, a każdy czerwony ślad to miejsce, w którym narzędzie weszło w model.

Na co uważać

Kontur na pełną grubość odcina część od bloku. Włącz Mostki, zostaw cienką warstwę (Dolna „Spód modelu” z przesunięciem 0,3 mm) albo przykręć detal do stołu.
Wewnętrzne narożniki kieszeni wychodzą zaokrąglone promieniem freza. Mniejszy frez z Obróbką resztek zmniejszy ten promień.
Parametry skrawania w przykładowej bibliotece są dobrane pod aluminium na małej frezarce, noże tokarskie pod stal konstrukcyjną, a narzędzia do cięcia pod blachę stalową 3 mm. Sprawdź je dla swojej maszyny i materiału.
Równoległe na stromych ścianach zostawia schodki po zgrubnej. Ściany wykończysz Konturem 3D, Rampą albo Strome i płaskie.
Wykańczanie 3D trafia do programu jako krótkie odcinki, bez łuków G2/G3. Program tokarski też nie ma łuków ani cykli wbudowanych w sterowanie: każdy ruch jest w nim rozpisany. Takie pliki są dłuższe.
Toczenie widzi część jako bryłę obrotową: zarys to największy promień w każdym przekroju. Spłaszczenia i otwory poza osią nie wejdą do programu, a zagłębienia, do których płytka nie sięga, zostają dla innego narzędzia (okno o tym ostrzega).
Oś narzędzia biegnie zawsze wzdłuż jednej z osi modelu, więc w programie 3+2 część obraca się co 90°. Nie ma obróbki z osiami obrotowymi w ruchu podczas skrawania. Środkiem obrotu jest zero pierwszego ustawienia programu, więc tam ustaw zero maszyny, na osi obrotu.
Operacje 2D liczą się bez sprawdzania oprawki. Jej kolizję z materiałem pokaże dopiero symulacja.
Symulacja nie pokazuje zwojów gwintu: frez do gwintów zbiera w niej materiał jak zwykły walec.
Cięcie bez wskazań pomija pętle, które nie idą na wylot, na przykład kieszenie w bryle.
GRBL nie zmienia narzędzia sam: program zatrzymuje się wtedy (M0) z komentarzem, które założyć, a cykle wiercenia są rozpisane na zwykłe ruchy.
Przy wielu operacjach przewinięcie symulacji od razu na koniec może trwać kilkanaście sekund, bez paska postępu. Do tego czasu półfabrykat i porównanie pokazują stan sprzed obróbki.
Ścieżki nie zapisują się w projekcie. Symuluj, Postprocesor i Arkusz ustawienia same przeliczą brakujące i nieaktualne.