Метод увеличения точности гравировки на станках с ЧПУ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Литература

1. Аткина В. С. Оценка эффективности катастрофоустойчивых решений // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 10. Инновационная деятельность, 2012. № 6. С. 45-48.

2. Никишова А. В. Программный комплекс обнаружения атак на основе анализа данных реестра // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 10. Инновационная деятельность, 2012. № 6. С. 152-155.

3. Середа С. А., Федотов Н. Н. Расширительное толкование терминов «вредоносная программа» и «неправомерный доступ» // журнал «Закон», 2007.

4. Классификация вредоносных программ // Лаборатория Касперского. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kaspersky.ru/internet-security-center/threats/malware-classifications/ (дата обращения: 10.11.2016).

Method for increasing the accuracy of engraving with CNC machines

Ronzhin A.

Метод увеличения точности гравировки на станках с ЧПУ

Ронжин А. М.

Ронжин Алексей Михайлович / Ronzhin Alexey — магистр радиофизики, инженер, кафедра общей физики, физико-технический факультет, Тверской государственный университет, г. Тверь

Аннотация: в статье предлагается метод по увеличению точности гравировки на станках с числовым программным управлением. Увеличение точности обработки достигается за счёт использования информации о кривизне поверхности заготовки.

Abstract: the article proposes a method for increasing the accuracy of engraving with CNC machines. The increase in processing accuracy is achieved through the use of information about the curvature of the workpiece surface.

Ключевые слова: ЧПУ, гравировка, печатная плата, g-код, прототипирование. Keywords: CNC, engraving, PCB, g-code, prototyping.

Введение

В настоящее время станки с числовым программным управлением (ЧПУ) используются практически во всех отраслях промышленности: от производства мебели до военной техники. Современные станки с ЧПУ позволяют обрабатывать материалы самыми различными способами: сверление, гравировка, фрезеровка, лазерная и плазменная резки. Благодаря стремительному техническому прогрессу в данной области такое оборудование стало доступнее, и сейчас приобрести ЧПУ станок может любой желающий.

Основное назначение станков с ЧПУ - серийное производство деталей и прототипирование, т. е. изготовление опытных образцов в единичном экземпляре. Благодаря высокой точности ЧПУ станки являются незаменимым инструментом для изготовления тестовых образцов печатных плат.

Стоит отметить, что изготовление печатных плат с помощью ЧПУ станка сопряжено с определёнными трудностями. При фрезеровке печатных плат лишние участки меди удаляются с поверхности текстолита с помощью режущего инструмента. Поверхность фольгированного стеклотекстолита никогда не бывает идеально ровной; зачастую его толщина может варьироваться в пределах нескольких десятых долей миллиметра, тогда как толщина меди обычно не превышает 35 мкм. Такая большая погрешность приводит к существенному уменьшению точности изготовления печатной платы, повышает вероятность брака, помимо этого срок службы режущего инструмента сокращается в 2-3 раза. Предложенный в данной статье метод позволяет существенно увеличить точность гравировки без каких-либо изменений в аппаратной или программной частях ЧПУ оборудования. Метод

Метод основан на использовании информации о кривизне поверхности заготовки. Подавляющее большинство современных ЧПУ станков оснащаются измерительным щупом, позволяющим проводить контактные измерения заготовки. Перед началом фрезерных операций станок с помощью измерительного щупа сканирует поверхность заготовки, запоминая значения

высоты поверхности zij для набора точек (xi, yj). Получившееся облако точек используется в управляющей программе (УП) для коррекции высоты фрезеровки; значения высоты между базовыми точками вычисляется методом билинейной интерполяции. И операцию сканирования поверхности, и алгоритм коррекции координат можно реализовать в управляющей программе, используя методы параметрического программирования [1].

Билинейная интерполяция

Билинейная интерполяция — расширение линейной интерполяции для функций двух переменных [2]. Пусть известны четыре значения функции z11, z21, z12, z22 в точках (x1, y1), (x2, y1), (x1, y2), (x2 y2). Тогда приближённое значение функции в точке (x, y) можно вычислить по формуле:

^ _ Znfe - х)(у2 - у) + z21(x-x1)(y2 - у) +

' ~ (*2 - xj (у2 - У1) О2 - ^l) О2 - У1) (1)

% 2(х2-х) (y-yi) Z2 2 (x-xi) (y-yi) ( ;

(х2 - х±)(у2 - ух) (х2 - Х!)(у2 - ух) '

Узлы интерполяции (x1, y1), (x2, y1), (x1, y2), (x2 y2) определяются на этапе создания УП, точка (x, y) известна из траектории движения инструмента, поэтому выражение (1) можно записать в следующем виде:

z(x,y) ~ z11k1 + z21k2 + z12/c3 + z22k4, _ (x2 - x)(y2 -y) _ (x-x^Cyz-y)

1 (Х2 - xj (У2-У1)' 2 (Х2 - xj О2-УО' (2)

k = (x2 - x)(y - yj = (x-x^Qy-yi)

3 O2 - *i)(y2 - У1)' 4 (*2 - *i)(y2 - У1)'

Таким образом, коррекция высоты инструмента для любой точки (x, y) определяется через линейную комбинацию значений zij, полученных при сканировании поверхности заготовки.

Алгоритм

Современные CAM пакеты не позволяют создавать УП с операцией сканирования поверхности, поэтому для практического использования вышеописанного метода необходимо скорректировать управляющую программу с помощью дополнительного приложения. Возможный алгоритм такого преобразования представлен ниже.

- Определить область обработки;

- Добавить в начало кода процедуру сканирования поверхности в пределах области обработки;

- Если в УП есть перемещения, которые больше шага интерполяции, то их необходимо разбить на 2 и более перемещения;

- В конец каждого кадра с перемещением в плоскости XY добавить параметр координаты по оси Z, вычисленный по формуле (2).

Результаты

В соответствии с вышеописанным алгоритмом разработано приложение для корректировки УП. Приложение поддерживает G-код стандарта ГОСТ 20999-83 [3]. В таблице 1 приведены оригинальная УП и откорректированная с циклом сканирования поверхности по четырём точкам. Для операции измерения высоты используется команда G31.

Оригинальная УП Отредактированная УП

% %

G00 G90 G94 G40 G54 G80 (Процедура сканирования поверхности)

T1 M06 G21 G90

M03 S8000 M05

G00 Z10 G00 Z10

X0 Y0 G00 X0 Y0 Z1

G01 Z-1 F400 G31 Z-1 F40

G01 X50 F2000 #100=#2002

Y50 G00 Z1

X0 G00 X0 Y50 Z1

Y0 G31 Z-1 F40

G00 Z10 #102=#2002

M05 G00 Z1

M02 G00 X50 Y50 Z1

% G31 Z-1 F40

#103=#2002

G00 Z1

G00 X50 Y0 Z1

G31 Z-1 F40

#101=#2002

G00 Z1

(Сканирование завершено, нажмите СТАРТ для запуска УП)

M00

G00 G90 G94 G40 G54 G80

T1 M06

M03 S8000

G00 Z[10 + 1*#100 + 0*#101 + 0*#102 + 0*#103]

X0 Y0 Z[10 + 1*#100 + 0*#101 + 0*#102 + 0*#103]

G01 Z[-1 + 1*#100 + 0*#101+ 0*#102 + 0*#103] F400

G01 X50 Z[-1 + 0*#100 + 1*#101 + 0*#102 + 0*#103] F2000

Y50 Z[-1 + 0*#100 + 0*#101 + 0*#102 + 1*#103]

X0 Z[-1 + 0*#100 + 0*#101 + 1*#102 + 0*#103]

Y0 Z[-1 + 1*#100 + 0*#101 + 0*#102 + 0*#103]

G00 Z[10 + 1*#100 + 0*#101 + 0*#102 + 0*#103]

M05

M02

%

Литература

1. [Электронный ресурс]: Parameterized Programming Macro Variables. Режим доступа: http://www.cnccookbook.com/CCCNCGCodeParameterized.htm/ (дата обращения 14.11.2016).

2. [Электронный ресурс]: Интерполяция функций двух переменных, проблема выбора узлов. Режим доступа: http://www.machinelearning.ru/wiki/index.php?title=Интерполяция_функций_ двух_переменных,_проблема_выбора_узлов/ (дата обращения 14.11.2016).

3. ГОСТ 20999-83. Устройства числового программного управления для металлообрабатывающего оборудования [Текст]: Государственный комитет СССР по стандартам. Введ. 1983-28-03. Офиц. изд. Москва. 29 c.