더 빠른 가공을 위해 CNC 코드를 어떻게 최적화합니까?

최적화의 두 가지 개척지

사이클 시간 최적화는 두 가지 뚜렷한 영역에서 작동합니다:

1. 컷 내 효율성:  최적화된 도구 경로, 더 나은 절삭 매개변수 및 효율적인 전략을 통해 가공 자체를 더 빠르게 만듭니다

2. 비절단 효율성:  불필요한 모션 제거, 도구 변경 감소, 프로그램 흐름 간소화

둘 다 중요합니다. 완벽한 인컷 효율성을 갖춘 프로그램이지만 과도한 급류 및 공구 교환은 여전히 ​​느립니다. 번개처럼 빠른 속도를 갖고 있지만 절단 매개변수가 비효율적인 프로그램은 여전히 ​​느릴 것입니다. 최고의 프로그램은 두 가지 모두를 최적화합니다.

1부:비절단 시간 최적화

비절삭 시간에는 공구가 재료와 맞물리지 않을 때 기계가 수행하는 모든 작업(급 이송 이동, 포지셔닝 이동, 공구 변경, 절삭유 켜기/끄기, 프로그램 종료 시퀀스)이 포함됩니다.

1.1 빠른 이동 거리 감소

많은 프로그램에서 가장 명백한 비효율성은 불필요하게 먼 거리를 횡단하는 길고 빠른 움직임입니다.

문제:  CAM 시스템은 형상이 서로 가까이 있는 경우에도 모든 형상 사이의 안전한 후퇴 평면(예:Z1.0)으로 도구를 반환하는 경우가 많습니다.

최적화:  증분 후퇴를 사용하세요. 전체 여유 공간 평면으로 돌아가는 대신 다음 기능을 지울 수 있을 만큼만 도구를 들어 올리세요.

예:

(Unoptimized - returns to Z1.0 between holes)
G00 Z1.0
G00 X1.0 Y1.0
G81 Z-0.5 R0.1 F10.0
G00 Z1.0
G00 X2.0 Y1.0
G81 Z-0.5 R0.1 F10.0
(Optimized - retracts only to clearance for next feature)
G00 X1.0 Y1.0
G81 Z-0.5 R0.1 F10.0
G00 X2.0 Y1.0 (Position moves at retract plane, no extra Z move)
G81 Z-0.5 R0.1 F10.0

잠재적 절감액:  기능이 많은 부품의 경우 빠른 거리를 줄이면 사이클당 몇 초에서 몇 분까지 절약할 수 있습니다.

1.2 접근 및 출발 전략 최적화

CAM 시스템은 보수적인 접근 및 이탈 동작을 생성하는 경우가 많습니다. 즉, 간격을 보장하지만 동작을 낭비하는 긴 리드인 및 리드아웃 라인이 발생합니다.

최적화:  공간이 허용하는 경우 리드인/리드아웃 거리를 줄이십시오. 포켓 작업의 경우 시간을 낭비하는 위치 이동보다는 절단 중에 절단에 들어가는 나선형 램프를 사용하십시오.

잠재적 절감액:  작업당 1-3초; 50개 작업 프로그램에서 주기당 분.

1.3 도구 변경 최소화

모든 도구 변경에는 시간이 걸립니다. 일반적인 자동 공구 교환에는 5~15초가 소요됩니다. 10가지 불필요한 도구 교체로 인해 사이클 시간이 1분 이상 늘어납니다.

최적화:  변경하기 전에 동일한 도구로 수행할 수 있는 모든 작업을 그룹화하려면 작업 순서를 다시 지정하세요. 단일 도구로 형상을 황삭 및 정삭할 수 있는 경우, 한 도구로 모든 형상을 황삭한 다음 다른 도구로 모든 형상을 마무리하는 대신 도구를 변경하기 전에 두 작업을 모두 수행하십시오.

절충점:  도구별로 작업을 그룹화하면 기능 간 속도가 더 길어질 수 있습니다. 순 이익은 특정 형상에 따라 다릅니다.

경험 법칙:  도구 변경을 제거하여 절약된 시간이 그룹화된 기능에 도달하는 데 필요한 추가 빠른 시간을 초과하는 경우 최적화가 효과가 있습니다.

1.4 불필요한 냉각수 및 보조 명령 제거

M08마다  (냉각수 켜짐) 및 M09  (절삭유 꺼짐)은 스핀들 시작/중지 명령과 마찬가지로 실행하는 데 시간이 걸립니다.

최적화:  모든 기능에 대해 냉각수를 껐다가 켜는 대신 가능하면 작업 사이에 냉각수를 켜 두십시오. 다중 작업 프로그램의 경우 공구 작업 시작 시 절삭유를 켜고 작업이 끝날 때 끄십시오.

잠재적 절감액:  명령당 1초도 안 되는 시간이지만, 수백 개의 명령을 합하면 1초도 안 되는 시간입니다.

1.5 후퇴 평면 최적화

CAM 시스템은 현재 작업이 해당 높이에 전혀 근접하지 않은 경우에도 전체 부품에서 가장 높은 형상을 제거하는 안전 후퇴 평면을 기본으로 설정합니다.

최적화:  로컬 기능을 지울 수 있을 만큼만 작업별 후퇴 평면을 높게 설정합니다. 적절한 경우 절대(G90) 대신 증분 후퇴(G91)를 사용하십시오.

주의:  이러한 최적화는 위험을 증가시킵니다. 철저한 시뮬레이션이 필수적입니다.

파트 2:절단 매개변수 최적화

스핀들 속도, 이송 속도, 절삭 깊이 등 절삭 매개변수는 재료가 제거되는 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. CAM 라이브러리의 기본 매개변수는 생산성이 높은 값보다는 보수적이고 안전한 값을 지향하는 경향이 있습니다.

2.1 도구 성능 내에서 이송 속도 증가

사이클 시간을 줄이는 가장 직접적인 방법은 이송 속도를 높이는 것입니다. 대부분의 CAM 기본 피드는 도구가 실제로 처리할 수 있는 것보다 훨씬 낮습니다.

방법:  기존 프로그램에서 이송 속도를 점진적으로(10-20%) 증가시켜 테스트합니다. 공구 마모, 표면 조도 및 기계 부하를 모니터링합니다. 이러한 요소 중 하나가 허용 가능한 한도에 도달할 때까지 누르세요.

일반적인 이익:  툴링을 변경하지 않고도 절단 시간을 10~30% 단축할 수 있는 경우가 많습니다.

2.2 절삭 깊이 및 스텝오버 최적화

절삭 깊이와 스텝오버에 따라 재료 제거율이 결정됩니다. 이러한 매개변수 간의 상호 작용은 복잡합니다. 하나를 늘리면 다른 하나를 줄여야 할 수도 있습니다.

황삭용:  먼저 절삭 깊이를 최대화한 다음 스텝오버를 설정하여 공구 부하의 균형을 맞춥니다. 많은 재료의 경우 공구 직경의 1~2배에 달하는 축 깊이를 얻을 수 있습니다.

마무리용:  전체 축 깊이를 갖춘 가벼운 스텝오버(공구 직경의 5-10%)는 표면 조도를 유지하면서 생산성을 극대화합니다.

2.3 고효율 가공(HEM) 도구 경로 사용

표준 도구 경로는 도구 사용을 지속적으로 변화시켜 생산성을 제한하는 힘 스파이크를 생성합니다. HEM 공구 경로는 일정한 결합을 유지하므로 동일한 도구로 재료 제거율을 훨씬 높일 수 있습니다.

전략:  낮은 반경 방향 맞물림(공구 직경의 5-10%)과 높은 축 깊이(전체 공구 길이). 공구는 지속적으로 맞물려 있고 절삭력은 낮고 일정하게 유지되며 재료 제거율은 기존 황삭 가공보다 2~4배 더 높을 수 있습니다.

CAM 요구사항:  HEM에는 적응형 또는 동적 도구 경로 기능을 갖춘 CAM 소프트웨어가 필요하며 대부분의 최신 CAM 패키지가 이를 지원합니다.

2.4 자재 조건에 맞는 공급 속도

다양한 재료 조건에는 다양한 절단 매개변수가 필요합니다. 전체 작업에 걸쳐 단일 공급 속도가 최적인 경우는 거의 없습니다.

최적화:  직선 절단, 개방 절단에는 더 높은 이송 속도를 프로그래밍하고 모서리, 좁은 공간 또는 결합이 많은 영역에는 더 낮은 이송 속도를 프로그래밍하십시오. 많은 최신 CAM 시스템은 도구 사용에 따라 이송 속도를 자동으로 조정할 수 있습니다.

2.5 깊은 공동에 플런지 밀링 사용

깊은 공동의 경우 전통적인 측면 밀링에서는 비효율적으로 편향되고 절단되는 긴 공구가 필요합니다. 플런지 밀링(공구 끝을 사용하여 수직으로 이동하는 가공)은 더 짧고 단단한 도구를 사용하며 속도가 훨씬 빨라질 수 있습니다.

사용 시기:  공구 직경의 4배보다 깊은 공동, 단단한 재료 또는 공구 휘어짐으로 인해 생산성이 제한되는 모든 상황.

3부:도구 경로 전략 최적화

공구가 재료를 따라가는 경로는 사이클 시간에 큰 영향을 미칩니다. 동일한 기능에 대한 다양한 전략은 시간에 따라 2~5배까지 달라질 수 있습니다.

3.1 적절한 경우 지그재그를 단방향 절단으로 교체

지그재그 도구 경로는 교차 방향으로 절단되며 패스 간 빠른 이동이 가능합니다. 단방향 도구 경로는 한 방향으로 절단되며 패스 간 복귀가 더 길어집니다.

직관에 반하는 진실:  더 긴 급속 이동에도 불구하고 단방향 절삭은 전체적으로 상승 밀링 조건을 유지하고 더 높은 이송률을 허용하므로 더 빨라질 수 있습니다. 지그재그는 등반과 일반을 번갈아 가며 보수적인 피드를 강요합니다.

3.2 슬롯 가공에 트로코이드 밀링 사용

전통적인 슬로팅(최대 깊이까지 절입한 후 직선으로 이동)은 극도로 높은 절삭력을 발생시켜 느린 이송과 얕은 깊이를 발생시킵니다. 트로코이드 밀링은 슬롯을 따라 천천히 전진하면서 원형의 순환 경로로 공구를 이동시킵니다.

이점:  일정하고 낮은 맞물림으로 훨씬 더 높은 축 깊이와 이송 속도가 가능합니다. 기존 슬로팅으로 2분이 걸리는 슬롯이 트로코이드 밀링으로 20초가 걸릴 수 있습니다.

3.3 리드인/리드아웃 전략 최적화

도구는 재료에 원활하게 들어가고 나가야 합니다. 리드인 전략의 선택은 주기 시간에 영향을 미칩니다.

• 나선형 램핑:  주머니에 들어가는 데 효율적입니다. 공구는 진입하는 동안 절단됩니다

• 지그재그 램핑:  나선형보다 느립니다. 일부 자료에는 필요할 수 있습니다

• 플런지 항목:  진입은 가장 빠르지만 도구 사용이 가장 어렵습니다. 적절한 경우에만 사용하세요

3.4 잔삭 가공:공기를 자르지 마세요

잔삭 가공은 황삭 후 재료가 남아 있는 영역을 식별하고 해당 영역만 절단하는 공구 경로를 생성합니다.

이점:  잔삭 가공은 더 작은 도구로 전체 표면을 다시 절단하는 대신 재료가 남아 있는 부분만 절단하여 복잡한 부품에서 상당한 시간을 절약합니다.

파트 4:프로그래밍 구조 및 제어 설정

4.1 G00(고속)을 적절하게 사용

G00 급속 이동은 최대 속도이지만 반드시 직선일 필요는 없습니다. 다른 컨트롤은 G00을 다르게 처리합니다. 일부 이동 축은 독립적으로 이루어지며 내부 이동에 안전하지 않을 수 있는 굴곡 경로를 생성합니다.

최적화:  길고 방해받지 않는 이동의 경우 G00이 가장 빠릅니다. 고정 장치나 부품 형상 근처로 이동하려면 예측 가능한 직선 동작을 위해 높은 이송 속도의 G01을 사용하세요.

4.2 G04(드웰) 시간 최소화

드웰 명령은 "안전을 위해" CAM 시스템에 의해 삽입되는 경우가 많습니다. 많은 것은 불필요합니다.

방법:  G04 명령에 대한 프로그램을 검토하십시오. 한 번에 하나씩 제거해 보세요. 기계가 드웰 없이 올바르게 작동한다면 그대로 두세요.

4.3 가감속 매개변수 최적화

기계 매개변수는 축의 가속 및 감속 속도를 제어합니다. 보수적인 설정은 생산성을 제한합니다.

최적화:  일반적인 작업에 대한 가속 매개변수를 조정하려면 기계 제작업체 또는 서비스 제공업체와 협력하세요. 가속 설정이 높을수록 이송 속도를 높이거나 낮추는 데 소요되는 시간이 줄어듭니다.

경고:  매개변수 변경은 모든 프로그램에 영향을 미치며 기계 구성요소의 마모를 증가시킬 수 있습니다. 전문가의 지도를 받는 것이 좋습니다.

4.4 고속 가공(HSM) 모드 사용

많은 최신 제어 장치에는 높은 이송 속도에 맞게 동작을 최적화하는 HSM 모드가 있습니다. 이러한 모드는 코너링을 부드럽게 하고 진동을 줄이며 복잡한 공구 경로를 통해 더 높은 평균 이송 속도를 유지합니다.

액션:  컨트롤이 지원하는 경우 HSM 모드를 활성화합니다. 사이클 시간의 차이는 복잡한 3축 작업에서는 10-20%, 5축 작업에서는 훨씬 더 클 수 있습니다.

5부:작업 흐름 및 프로세스 최적화

5.1 도구 라이브러리 표준화

CAM 시스템은 특정 재료 및 작업에 대해 사전 정의된 속도와 피드를 갖춘 도구 라이브러리를 허용합니다. 잘 구축된 라이브러리를 사용하면 각 프로그램의 매개변수를 계산할 필요가 없습니다.

이점:  모든 프로그램에 걸쳐 일관되고 최적화된 매개변수 더 빠른 프로그래밍; 오류가 줄어듭니다.

5.2 템플릿 및 매크로 사용

볼트 원, 포켓, 보스 등 반복되는 기능의 경우 최적화된 공구 경로 및 매개변수를 자동으로 적용하는 매크로 또는 CAM 템플릿을 생성하세요.

이점:  향후 해당 기능을 사용할 때마다 일회성 최적화 노력이 적용됩니다.

5.3 후처리기 최적화

포스트 프로세서는 CAM 도구 경로를 G 코드로 변환합니다. 기성 후처리기는 안전하지만 최적인 경우는 거의 없습니다.

기회:  보다 효율적인 코드(더 짧은 속도, 더 적은 불필요한 움직임, 최적화된 블록 구조)를 생성하기 위해 포스트 프로세서를 사용자 정의하면 모든 프로그램에서 이점이 배가됩니다.