Ubicación de la cortadora

La ubicación de la fresa ( CLData ) se refiere a la posición en la que una fresadora CNC ha recibido instrucciones para sostener una fresa mediante las instrucciones del programa (normalmente código G ).

Cada línea de código G que controla el movimiento consta de dos partes: el tipo de movimiento desde la última posición de la herramienta hasta la siguiente (por ejemplo, "G01" significa lineal, "G02" significa circular) y la posición de la siguiente herramienta (el punto cartesiano (20, 1.3, 4.409) en este ejemplo). "G01 X20Y1.3Z4.409"

La base fundamental para crear las trayectorias de corte adecuadas para el fresado CNC son las funciones que pueden encontrar ubicaciones válidas de la herramienta de corte y encadenarlas en serie.

Existen dos enfoques generales y contradictorios para generar ubicaciones de corte válidas a partir de un modelo CAD y la definición de una herramienta: el cálculo mediante desfases y el cálculo con respecto a triángulos. Cada uno se analiza en una sección posterior de este artículo.

El ejemplo más común del problema general de la ubicación de la herramienta de corte es la compensación del radio de corte (CRC, por sus siglas en inglés) , en la que una fresa (ya sea de extremo cuadrado, de extremo esférico o de extremo cónico) debe desplazarse para compensar su radio.

Desde la década de 1950, los cálculos de CRC para encontrar puntos de tangencia sobre la marcha se han realizado automáticamente en los controles CNC, siguiendo las instrucciones de los códigos G como G40, G41 y G42 . Las principales entradas han sido los valores de desplazamiento del radio almacenados en los registros de desplazamiento (normalmente llamados a través de la dirección D) y la distinción entre ascenso/convencional izquierda/derecha, llamada a través de G41 o G42 (respectivamente). Con la llegada del software CAM , que añadió una opción asistida por software para complementar el antiguo entorno de programación manual, gran parte de los cálculos de CRC pudieron trasladarse al lado CAM, y se pudieron ofrecer varios modos para gestionar el CRC.

Si bien los problemas de CRC de 2 o 2,5 ejes (como el cálculo de trayectorias de herramienta para un perfil simple en el plano XY) son bastante sencillos en términos de capacidad de cálculo, es en las situaciones de 3, 4 y 5 ejes, como el contorneado de objetos 3D con una fresa de punta esférica, donde el CRC se vuelve bastante complejo. Aquí es donde el CAM cobra especial importancia y supera con creces la programación manual. Normalmente, la salida vectorial del CAM se procesa en código G mediante un programa de posprocesamiento adaptado al modelo de control CNC específico. Algunos controles CNC de última generación aceptan la salida vectorial directamente y realizan la conversión a entradas de servo internamente.

Comience con un punto paramétrico UV en una superficie de forma libre , calcule el punto xyz y la normal, y desplácese desde el punto a lo largo de la normal de una manera consistente con la definición de la herramienta para que la fresa sea ahora tangente a la superficie en ese punto.

Problemas: puede colisionar o dañar el modelo en otras partes, y no hay forma de saber que esto está sucediendo excepto con una implementación completa del enfoque triangulado.

La mayoría de los académicos que han publicado trabajos creen que este es el método para determinar la ubicación de los cortadores y que el problema de las colisiones lejos del punto de contacto tiene solución. Sin embargo, hasta ahora, ninguna publicación aborda casos reales.

Comience con el componente XY para una ubicación de fresa y recorra cada triángulo en el modelo. Para cada triángulo que cruza bajo la sombra circular de la fresa, calcule el valor Z de la ubicación de la fresa requerido para que toque exactamente el triángulo, y encuentre el máximo de todos esos valores. Hwang et al. ^{[ 1 ]} describen este enfoque en 1998, para herramientas de fresado cilíndricas, de extremo esférico y de extremo torcido. Estas ideas se desarrollan más en un artículo de 2002 por Chuang et al. ^{[ 2 ]} En un artículo de 2004 Yau et al. ^{[ 3 ]} describen un algoritmo para ubicar una fresa APT contra triángulos. Yau et al. usan un árbol kd para encontrar triángulos superpuestos.

Problemas: requiere mucha memoria para almacenar suficientes triángulos y registrar el modelo con la precisión necesaria, y la programación para obtener los valores iniciales de la posición de la herramienta de corte lleva más tiempo. Sin embargo, al menos se garantiza su validez en todos los casos.

Así es como funcionan actualmente todos los sistemas CAM importantes, ya que es un método infalible, independientemente de la complejidad y la geometría del modelo, y permite una mayor rapidez en el proceso. La fiabilidad es mucho más importante que la eficiencia.

Lo anterior se refiere a máquinas de 3 ejes. Las máquinas de 5 ejes requieren una entrada especial propia.

El algoritmo ZMap fue propuesto en la literatura académica por Byoung K Choi en 2003 como una forma de precalcular y almacenar una matriz regular de valores de ubicación de la fresa en la memoria de la computadora. El resultado es un modelo del mapa de alturas de las posiciones de la fresa a partir del cual se pueden interpolar los valores intermedios. ^{[ 4 ]}

Debido a problemas de precisión, esto se generalizó en un ZMap extendido (EZMap) mediante la colocación de puntos flotantes entre los puntos fijos del ZMap. La ubicación de los puntos del EZMap se determina iterativamente al crear el ZMap. Los puntos del EZMap solo se colocan donde existen aristas pronunciadas entre los puntos normales del ZMap; una geometría de origen completamente plana no requerirá ningún punto del EZMap.