손쉬운 CNC 밀링 좌표계

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특정 CNC 기계뿐만 아니라 모든 곳에서 CNC 밀링 좌표계 기본 사항을 사용할 수 있습니다. 최신 CNC 기계도 핵심은 동일합니다. X, Y 및 Z축을 사용하여 기계 내부의 좌표 공간을 정의하고 도구(때로는 엔드밀, 때로는 압출기, 때로는 레이저 빔)가 움직입니다. 그 공간 주변. 기술은 바뀔 수 있지만 기본은 본질적으로 동일합니다. 이 기사에서는 데카르트 좌표계, 작업 좌표계(WCS) 및 오프셋을 포함한 CNC 좌표계의 기본 사항을 다룹니다.

CNC 밀링에 좌표가 중요한 이유는 무엇입니까?

적층 기계는 아래에서 위로 부품을 만듭니다. 제작판에서 조각이 시작되는 위치에 대해서는 의문의 여지가 없습니다. 그러나 밀링 머신과 같은 것은 외부 물체에서 재료를 빼야 합니다. 이렇게 하려면 기계가 물리적 공간에서 재고의 위치를 ​​이해해야 합니다. CNC에 금속 블록을 밀어 넣고 go를 누르는 것만 큼 간단하다면.

다양한 밀링 도구를 추가하면 상황이 복잡해지기 시작합니다. 각 비트는 길이가 다르므로 스핀들 데이텀과 공작물 사이의 거리가 변경됩니다. 1인치 길이의 엔드밀에 대해 방금 설정한 원점은 3인치 길이의 드릴에서는 작동하지 않습니다.

좌표계는 CNC 기계가 3D 공간을 이해하는 방식으로 생각할 수 있습니다. 좌표계가 없으면 CNC는 다음을 전혀 알 수 없습니다.

• 자료 블록의 위치
• 도구가 부품에서 얼마나 떨어져 있는지
• 부품 가공에 사용할 움직임

좌표계는 언뜻 복잡해 보이지만 간단한 구성 요소로 나눌 수 있습니다. 먼저 데카르트 좌표계의 기초부터 시작하겠습니다.

데카르트 기초

거의 모든 CNC 기계는 X, Y 및 Z축을 기반으로 하는 직교 좌표계를 사용합니다. 이 시스템을 사용하면 기계가 특정 평면을 따라 특정 방향으로 이동할 수 있습니다.

데카르트 시스템을 기본으로 줄이면 친숙한 숫자 라인이 생깁니다. 선의 한 점이 원점으로 지정됩니다. . 원점 왼쪽에 있는 숫자는 음수이고 오른쪽에 있는 숫자는 양수입니다.

X, Y, Z축을 90도 각도로 결합하면 CNC 기계가 내부로 이동할 수 있는 3차원 공간이 생성됩니다. 각 축은 원점에서 만납니다. .

두 축이 연결되면 평면을 형성합니다. 예를 들어 X축과 Y축이 만나면 대부분의 작업이 2.5D 부품에서 발생하는 XY 평면이 생성됩니다. 이 평면은 1-4로 번호가 매겨진 4개의 사분면으로 나뉘며 고유한 양수 및 음수 값이 있습니다.

CNC 기계와 관련된 직교 좌표계를 이해하는 쉬운 방법은 오른손 법칙을 사용하는 것입니다. . 엄지와 검지가 바깥쪽을 향하게 하여 손바닥을 위로 하고 중지를 위로 향하게 합니다. CNC 기계 앞에 손을 놓고 기계의 스핀들과 정렬하면 축이 완벽하게 정렬되는 것을 볼 수 있습니다.

• 가운데 손가락이 Z축입니다.
• 집게손가락은 Y축입니다.
• 엄지가 X축입니다.

CNC 기계가 좌표를 사용하는 방법

직교 좌표계를 사용하여 각 축을 따라 CNC 기계를 제어하여 재료 블록을 완성된 부품으로 변환합니다. 상대적인 용어로 축을 설명하기는 어렵지만 각 축을 기준으로 일반적으로 기계를 바라보는 작업자의 관점에서 다음과 같은 움직임을 얻습니다.

• X축으로 "왼쪽" 및 "오른쪽" 이동 가능
• Y축으로 "앞으로" 및 "뒤로" 이동 가능
• Z축으로 "위" 및 "아래로" 이동 가능

이 모든 것을 합치면 XY 평면과 Z축을 따라 다양한 깊이에서 공작물의 다양한 면을 절단할 수 있는 CNC 기계를 갖게 됩니다. 밀링 머신, 라우터 또는 레이저 등 모두 이 기본 이동 시스템을 사용합니다.

좌표계를 따라 CNC의 이동은 항상 테이블이 아니라 도구가 이동하는 방식을 기반으로 합니다. 예를 들어 X 좌표 값을 높이면 테이블이 왼쪽으로 이동하지만 도구의 관점에서 보면 공작물을 따라 오른쪽으로 이동합니다.

Z 축 좌표를 늘리면 스핀들이 위로 이동하고 줄이면 공작물로 이동합니다. 음의 Z축 좌표에 해당하는 조각으로 자르고 있습니다.

그 글을 읽고 이전보다 더 혼란스러웠더라도 걱정하지 마세요. 도구와 테이블의 움직임의 차이점을 이해하는 것은 말로 설명하는 것보다 더 쉽게 보여줍니다. 아래의 Robert Cowan 비디오를 확인하여 실제 작동 모습을 확인하십시오.

CNC 기계의 기원

모든 CNC 기계에는 Machine Home이라는 자체 내부 원점이 있습니다. . CNC가 처음 부팅될 때 물리적 공간의 위치를 ​​알지 못하며 베어링을 얻기 위해 보정이 필요합니다.

이 프로세스가 발생하면 CNC의 세 축 모두 최대 기계적 한계를 향해 이동합니다. 한계에 도달하면 해당 특정 축의 홈 위치를 기록하는 신호가 컨트롤러로 전송됩니다. 세 축 모두에 대해 이것이 발생하면 기계는 이제 "원점 복귀"됩니다.

후드 아래에서 프로세스는 기계마다 다를 수 있습니다. 일부 기계의 경우 기계가 축 한계에 도달했음을 컨트롤러에 알리는 물리적 한계 스위치가 있습니다. 일부 기계에는 이 전체 프로세스를 매우 유연하고 정밀하게 만드는 전체 서보 시스템이 있습니다. 기계 컨트롤러는 회로 기판을 통해 각 기계 축에 연결된 서보 모터에 신호를 보냅니다. 서보 모터는 CNC 기계의 테이블에 부착된 볼 나사를 회전시켜 움직입니다.

테이블의 앞뒤 이동은 최대 0.0002인치의 정확도 내에서 즉시 좌표 변경을 전달합니다.

기계공이 CNC 좌표를 사용하는 방법

지금까지 우리는 CNC 기계가 내부 좌표계를 사용하는 방법에 대해 이야기했습니다. 문제는 이 좌표계는 우리 인간이 참조하기가 쉽지 않다는 것입니다. 예를 들어, CNC가 홈 위치를 찾으면 일반적으로 X, Y 및 Z 축을 따라 기계적 한계가 극도로 제한됩니다. 이러한 극한 좌표 값을 CNC 프로그램의 시작점으로 사용해야 한다고 상상해 보십시오. 악몽 같군요.

CNC 프로그램 작성을 쉽게 하기 위해 작업 좌표계라는 사람이 조작하도록 설계된 다른 좌표계를 사용합니다. 또는 WCS . WCS는 일반적으로 Fusion 360과 같은 CAM 소프트웨어에서 재료 블록의 특정 원점을 정의합니다.

재료 블록의 모든 점을 WCS의 원점으로 정의할 수 있습니다. 원점이 설정되면 에지 파인더, 다이얼 표시기, 프로브 또는 기타 위치 지정 방법을 사용하여 CNC 기계 내부에서 원점을 찾아야 합니다.

WCS의 출발점을 선택하려면 몇 가지 신중한 계획이 필요합니다. 프로세스를 진행할 때 다음 사항을 염두에 두십시오.

• 에지 파인더 또는 프로브를 사용하여 기계적 수단으로 원점을 찾아야 합니다.
• 반복 가능한 원점은 부품 교체 시 시간 절약에 도움이 됩니다.
• 오리진은 다운스트림 작업에 필요한 허용 오차를 고려해야 합니다.

가장 최적의 원점 선택에 대한 또 다른 전체 블로그가 있을 수 있습니다. 특히 허용 오차 누적이 증가하기 시작하는 각 후속 설정에 대해 그렇습니다. 최종 부품이 사양에 맞는지 확인하려면 이전에 가공된 기능, 위치 지정 메커니즘 및 기계의 허용 오차를 염두에 두십시오.

CNC와 인간의 좌표가 상호 작용하는 방식

위에서 언급했듯이 작업자는 CNC 프로그램을 작성하기 위한 쉬운 좌표 세트를 제공하는 WCS를 사용합니다. 그러나 이러한 좌표는 항상 기계의 좌표와 다르므로 CNC 기계는 두 좌표를 어떻게 정렬합니까? 오프셋 포함.

CNC 기계는 워크 오프셋을 사용하여 WCS와 자체 홈 위치 간의 거리 차이를 결정합니다. 이러한 오프셋은 기계의 컨트롤러에 저장되며 일반적으로 오프셋 테이블에서 액세스할 수 있습니다.

여기에서 여러 오프셋이 프로그래밍된 것을 볼 수 있습니다. G54, G55 및 G59. 오프셋이 여러 개 있으면 어떤 이점이 있습니까? 한 작업에서 여러 부품을 가공하는 경우 각 부품에 자체 오프셋을 할당할 수 있습니다. 이를 통해 CNC 기계는 좌표계를 다른 위치의 여러 부품과 정확하게 연관시키고 한 번에 여러 설정을 완료할 수 있습니다.

도구 오프셋

동일한 작업에 여러 도구를 사용하는 것은 매우 일반적이지만 다른 도구 길이를 설명할 방법이 필요합니다. CNC 기계에 프로그래밍 도구 오프셋을 사용하면 이 작업을 쉽게 수행할 수 있습니다. 공구 오프셋이 프로그래밍되면 CNC 기계는 각 공구가 스핀들에서 얼마나 멀리 확장되는지 정확히 알 수 있습니다. 공구 오프셋을 기록하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

• 조깅 . 기계의 홈 위치에서 부품의 제로 위치로 도구를 이동합니다. 이동한 거리가 측정되어 도구의 오프셋으로 입력됩니다.
• 정밀 블록. 모든 도구를 기계 테이블에 놓인 1-2-3 정밀 블록 상단의 공통 Z 위치로 설정합니다.
• 탐색. 프로브를 사용하여 공구 오프셋을 자동으로 결정하십시오. 이것은 가장 효율적인 방법이지만 프로브 장비가 필요하기 때문에 가장 비쌉니다.

모두 합치기

이제 좌표 기본 사항이 모두 준비되었으므로 샘플 작업 세트를 살펴보겠습니다. 우리는 외부 모양을 정의하기 위해 이미 수동으로 가공된 부품을 사용하고 있습니다. 이제 CNC 기계를 사용하여 구멍, 포켓 및 슬롯을 드릴해야 합니다.

작업 1
먼저 축과 원점을 확보하고 설정해야 합니다.

• 부품은 바이스로 고정되고 기계 테이블에 볼트로 고정되고 기계 축에 제곱됩니다.
• 이렇게 하면 WCS X축이 기계의 X축과 정렬된 상태로 유지됩니다.
• 얼굴의 왼쪽 부분이 바이스 스톱에 기대어 있습니다. 이렇게 하면 반복 가능한 X축 원점이 설정됩니다.
• 바이스 죠 중 하나가 고정되어 있으므로 이 죠를 사용하여 반복 가능한 Y축 원점을 결정하고 에지 파인더 또는 프로브를 사용하여 이 위치를 찾을 수 있습니다.

WCS가 제자리에 있으면 우리 기계는 이제 자체 내부 좌표를 기준으로 재고 위치를 이해합니다. 가공 공정은 부품의 첫 번째 면에 포켓을 가공하고 구멍을 뚫는 것으로 시작됩니다.

작업 2
이제 다른 쪽에서 작업하려면 부품을 뒤집어야 합니다. 부품을 180도 뒤집었으므로 외부 윤곽이 대칭이었고 이전 X 및 Y 오프셋이 반복 가능했기 때문에 WCS는 변경되지 않습니다. 또한 동일한 Z 오프셋을 사용할 수 있도록 동일한 도구를 사용하고 있습니다.

여기서 명심해야 할 중요한 변수 중 하나는 바이스의 조이는 힘입니다. 매장에서 아직 본 적이 없다면 기계공은 일반적으로 바이스의 닫힌 위치를 검은색 마커로 표시하거나 토크 렌치를 사용합니다. 왜 이러는 걸까요? 부품을 이동하거나 회전할 때 일정한 클램핑 압력을 생성합니다. 클램핑 압력의 변화는 부품 위치의 차이 또는 부품 형상에 따라 부품 변형 또는 휘어짐과 같은 기타 오류로 이어질 수 있습니다. 형체력이 거의 같다고 가정하면 이제 작업 2를 가공할 수 있습니다.

작업 3
이제 끝 부분에 부품을 세워야 하는 구멍을 뚫어야 합니다. 이 회전은 WCS의 XY 원점을 변경하지 않습니다. 그러나 이제 도구와 부품 사이의 이동 거리가 더 짧아졌습니다.

이를 위해서는 새로운 오프셋을 사용해야 하며, 이는 원점을 부품의 상단 모서리로 이동합니다. 또한 그립면을 늘리기 위해 평행선을 제거하고 바이스 ​​스톱을 낮추어 하단 포켓 대신 부품의 면과 연결되도록 했습니다.

여기에서 원래 참조 평면 두 개를 사용하여 작업 3을 완료할 수 있습니다.

이것은 간단한 예입니다. 부품은 정사각형이고 XY 원점은 세 가지 설정 모두에서 반복 가능했으며 Z 원점도 한 번만 변경되었습니다. 그러나 작업 유지 정렬, 반복성 및 이전 기능의 정확성에 대한 사고 과정이 중요하며, 이러한 기본 단계를 계속 반복하고 있는 자신을 발견하게 될 것입니다.

잠김 및 로드됨

이제 Machinist 도구 벨트에 정밀한 CNC 좌표 지식이 있습니다. 경력이 필요한 곳 ​​어디에서나 사용하십시오! 작업 좌표계(WCS)는 내부 기계 좌표와 CNC 프로그램 사이의 간격을 연결합니다. 이 세 가지 시스템이 함께 작동하여 부품을 정밀하게 찾고 계속해서 일관된 품질로 가공합니다. Bridgeport, Tormach 또는 Haas를 흔들어도 좌표계는 항상 사실로 유지됩니다.

통합 CAD/CAM 소프트웨어를 사용하여 다음 CNC 프로젝트를 위한 좌표를 입력할 준비가 되셨습니까? 지금 Fusion 360을 사용해 보세요!