Mahir Sistem Koordinat Pemesinan CNC: Panduan Praktis dan Jelas

Baca artikel ini dalam: Italiano (Italiano) Deutsch (Jerman) 日本語 (Jepang)

Anda akan menggunakan dasar-dasar sistem koordinat pemesinan CNC Anda di mana saja, tidak hanya untuk satu mesin CNC tertentu. Bahkan mesin CNC terbaru sama pada intinya: mereka menggunakan sumbu X, Y, dan Z untuk mendefinisikan ruang koordinat di dalam mesin, dan alat (kadang endmill, kadang extruder, kadang sinar laser) bergerak di sekitar ruang itu. Teknologi mungkin berubah, tetapi dasar-dasarnya tetap pada dasarnya sama. Dalam artikel ini, kami akan membahas dasar-dasar sistem koordinat CNC, termasuk sistem koordinat Cartesian, sistem koordinat kerja (WCS), dan offset.

Mengapa Koordinat Penting untuk Pemesinan CNC?

Mesin aditif membangun bagian dari bawah ke atas. Tidak ada pertanyaan tentang di mana potongan dimulai di build plate. Namun, sesuatu seperti mesin frais harus mengurangi bahan dari objek eksternal. Untuk melakukan ini, mesin perlu memahami posisi stok dalam ruang fisik. Sekiranya itu sepele seperti memasukkan blok logam ke dalam CNC Anda dan menekan tombol go.

Hal-hal mulai menjadi rumit saat menambahkan berbagai alat pemesinan. Setiap bit memiliki panjang yang berbeda, yang mengubah jarak antara datum spindel dan workpiece. Titik asal yang baru saja Anda atur untuk endmill 1 inci tidak akan bekerja untuk bor 3 inci.

Anda dapat memikirkan sistem koordinat sebagai cara mesin CNC memahami ruang 3D. Tanpa sistem koordinat, CNC Anda tidak akan sama sekali memiliki cara untuk mengetahui:

• Di mana blok bahan Anda berada
• Seberapa jauh alat Anda dari bagian Anda
• Gerakan apa yang akan digunakan untuk memesin bagian Anda

Sistem koordinat mungkin terlihat rumit pada first glance, tetapi dapat dipecah menjadi komponen sederhana. Mari kita mulai dengan dasar-dasar sistem koordinat Cartesian.

Dasar-dasar Cartesian

Hampir semua mesin CNC menggunakan sistem koordinat Cartesian berdasarkan sumbu X, Y, dan Z. Sistem ini memungkinkan mesin bergerak dalam arah tertentu di sepanjang plane tertentu.

Kurangi sistem Cartesian ke dasar-dasarnya, dan Anda memiliki garis angka yang familiar. Satu titik pada garis ditetapkan sebagai Origin. Semua angka di kiri Origin adalah negatif, sementara angka di kanan adalah positif.

Gabungkan sumbu X, Y, dan Z pada sudut 90 derajat, dan Anda menciptakan ruang tiga dimensi untuk mesin CNC Anda bergerak di sekitarnya. Setiap sumbu bertemu di Origin.

Ketika dua sumbu terhubung, mereka membentuk Plane. Misalnya, ketika sumbu X dan Y bertemu, Anda mendapatkan plane XY, di mana sebagian besar pekerjaan terjadi pada bagian 2.5D. Plane ini dibagi menjadi empat kuadran, bernomor 1-4, dengan nilai positif dan negatif masing-masing.

Cara mudah untuk memahami sistem koordinat Cartesian dalam hubungan dengan mesin CNC Anda adalah menggunakan Right Hand Rule. Pegang tangan Anda telapak tangan ke atas dengan jempol dan telunjuk Anda menunjuk ke luar, dan jari tengah Anda menunjuk ke atas. Letakkan tangan Anda di depan mesin CNC Anda, selaras dengan spindel mesin, dan Anda akan melihat sumbu-nya selaras sempurna.

• Jari tengah adalah sumbu Z.
• Telunjuk adalah sumbu Y.
• Jempol adalah sumbu X.

Cara Mesin CNC Menggunakan Koordinat

Menggunakan sistem koordinat Cartesian, kami mengontrol mesin CNC di sepanjang setiap sumbu untuk mengubah blok bahan menjadi bagian yang selesai. Meskipun sulit untuk mendeskripsikan sumbu menggunakan istilah relatif, berdasarkan setiap sumbu, Anda biasanya akan mendapatkan gerakan berikut dari perspektif operator yang menghadap mesin:

• Sumbu X memungkinkan gerakan “kiri” dan “kanan”
• Sumbu Y memungkinkan gerakan “maju” dan “mundur”
• Sumbu Z memungkinkan gerakan “atas” dan “bawah”

Gabungkan semuanya ini, dan Anda memiliki mesin CNC yang dapat memotong berbagai sisi workpiece di plane XY dan pada kedalaman yang berbeda di sepanjang sumbu Z. Apakah itu mesin frais, router, atau laser, mereka semua menggunakan sistem gerakan dasar ini.

Gerakan CNC Anda di sepanjang sistem koordinat selalu berdasarkan bagaimana alat bergerak, bukan meja. Misalnya, meningkatkan nilai koordinat X memindahkan meja ke kiri, tetapi melihat dari perspektif alat, itu bergerak ke kanan di sepanjang workpiece.

Meningkatkan koordinat sumbu Z akan memindahkan spindel ke atas, menurunkannya akan memindahkannya ke dalam workpiece. Anda memotong ke dalam potongan yang sesuai dengan koordinat sumbu Z negatif.

Jika membaca ini membuat Anda lebih bingung daripada sebelumnya, jangan khawatir. Memahami perbedaan antara gerakan alat dan meja lebih mudah untuk ditunjukkan daripada dijelaskan dengan kata-kata. Lihat video di bawah ini dari Robert Cowan untuk melihatnya dalam tindakan:

Origin Mesin CNC Anda

Setiap mesin CNC memiliki titik asal internalnya sendiri yang disebut Machine Home. Saat CNC Anda pertama kali menyalakan, ia tidak memiliki ide di mana ia berada dalam ruang fisik dan memerlukan kalibrasi untuk mendapatkan arahnya.

Saat proses ini terjadi, ketiga sumbu CNC Anda bergerak menuju batas mekanik maksimum mereka. Setelah batas tercapai, sinyal dikirim ke kontroler yang mencatat posisi home untuk sumbu tertentu tersebut. Setelah ini terjadi untuk ketiga sumbu, mesin sekarang “ter-home.”

Di dalam prosesnya, dapat bervariasi dari mesin ke mesin. Untuk beberapa mesin, ada limit switch fisik yang memberitahu kontroler bahwa mesin telah mencapai batas sumbu. Pada beberapa mesin, ada seluruh sistem servo yang membuat proses ini sangat halus dan presisi. Kontroler mesin mengirim sinyal melalui papan sirkuit ke motor servo, yang terhubung ke setiap sumbu mesin. Motor servo memutar ball screw yang terpasang di meja CNC Anda, membuatnya bergerak.

Gerakan mundur dan maju meja mengkomunikasikan perubahan koordinat secara instan dengan akurasi hingga .0002 inci.

Cara Pemesin Menggunakan Koordinat CNC

Sampai sekarang kita telah berbicara tentang cara mesin CNC menggunakan sistem koordinat internalnya. Masalahnya, sistem koordinat ini tidak mudah direferensi oleh kita manusia. Misalnya, saat CNC Anda menemukan posisi home-nya, biasanya berada pada batas mekanik ekstrem di sepanjang sumbu X, Y, dan Z. Bayangkan harus menggunakan nilai koordinat ekstrim ini sebagai tempat awal untuk program CNC Anda. Betapa buruknya.

Untuk memudahkan penulisan program CNC, kita menggunakan sistem koordinat yang berbeda yang dirancang untuk manipulasi manusia yang disebut Work Coordinate System atau WCS. WCS mendefinisikan titik asal tertentu pada blok bahan, biasanya di perangkat lunak CAM seperti Fusion 360.

Anda dapat menentukan titik apa pun pada blok bahan sebagai titik asal untuk WCS. Setelah titik asal ditetapkan, Anda akan perlu menempatkannya di dalam mesin CNC Anda menggunakan edge finder, dial indicator, probe, atau metode penempatan lainnya.

Memilih titik asal untuk WCS Anda memerlukan perencanaan yang hati-hati. Ingat hal-hal ini saat melalui proses:

• Origin akan perlu ditemukan dengan cara mekanik dengan edge finder atau probe
• Origin yang dapat diulang membantu menghemat waktu saat menukar bagian
• Origin perlu mempertimbangkan toleransi yang diperlukan untuk operasi hiliran

Bisa saja ada blog penuh tentang memilih titik asal yang paling optimal, terutama untuk setiap setup berikutnya saat stack-up toleransi mulai tumbuh. Pastikan Anda tetap memperhatikan toleransi fitur yang telah dipesin sebelumnya, mekanisme penempatan Anda, dan mesin Anda untuk memastikan bagian akhir Anda sesuai spesifikasi.

Bagaimana Koordinat CNC dan Manusia Berinteraksi

Seperti yang kami sebutkan di atas, operator manusia akan menggunakan WCS, yang menyediakan serangkaian koordinat yang mudah untuk menulis program CNC. Namun, koordinat ini selalu berbeda dari koordinat mesin, jadi bagaimana CNC Anda menyelaraskan keduanya? Dengan offset.

Mesin CNC akan menggunakan work offset untuk menentukan perbedaan jarak antara WCS Anda dan posisi home-nya sendiri. Offset ini disimpan di kontroler mesin dan biasanya dapat diakses dalam tabel offset.

Di sini kita dapat melihat bahwa beberapa offset diprogram; G54, G55, dan G59. Apa manfaat dari memiliki banyak offset? Jika Anda memesin banyak bagian dalam satu pekerjaan, setiap bagian dapat ditetapkan offsetnya sendiri. Ini memungkinkan mesin CNC untuk secara akurat menyelaraskan sistem koordinatnya dengan banyak bagian di tempat yang berbeda dan menyelesaikan banyak setup sekaligus.

Offset Alat

Cukup umum untuk menggunakan banyak alat untuk pekerjaan yang sama, tetapi Anda perlu cara untuk menghitung panjang alat yang berbeda. Memprogram offset alat ke dalam mesin CNC Anda membuatnya mudah dilakukan. Dengan offset alat yang diprogram, mesin CNC Anda akan tahu tepat sejauh mana setiap alat menjulur dari spindel. Ada beberapa cara untuk mencatat offset alat:

• Jogging. Pindahkan alat dari posisi home mesin ke posisi nol bagian. Jarak yang ditempuh diukur dan dimasukkan sebagai offset alat.
• Precision block. Atur semua alat ke posisi Z yang sama di atas blok presisi 1-2-3 yang beristirahat di meja mesin.
• Probing. Gunakan probe untuk menentukan offset alat secara otomatis. Ini adalah metode yang paling efisien tetapi juga yang paling mahal, karena memerlukan peralatan probe.

Menggabungkan Semuanya

Sekarang kami telah menempatkan semua dasar koordinat kami, mari kita melalui serangkaian pekerjaan contoh. Kami menggunakan bagian yang sudah dipesin secara manual untuk mendefinisikan bentuk luar. Sekarang kita perlu menggunakan mesin CNC untuk membuat lubang, kantong, dan slot.

Pekerjaan 1
Pertama kita perlu mengamankan dan menetapkan sumbu serta titik asal kita:

• Bagian ditempelkan di vise, di-bol pada meja mesin kita, dan disetir dengan sumbu mesin.
• Ini menjaga sumbu X WCS selaras dengan sumbu X mesin.
• Bagian kiri wajah menempel pada Vise Stop. Ini menetapkan origin X yang dapat diulang.
• Karena salah satu rahang vise tetap, kita dapat menggunakan rahang ini untuk menentukan origin Y yang dapat diulang, menemukan lokasi ini dengan bantuan edge finder atau probe.

Dengan WCS kami terpasang, mesin kami sekarang memahami posisi stok relatif terhadap koordinat internalnya sendiri. Proses pemesinan dimulai dengan memesin kantong dan membuat lubang di sisi pertama bagian.

Pekerjaan 2
Sekarang bagian harus dibalik untuk bekerja di sisi lain. Karena kita baru saja membalik bagian 180 derajat, kontur luar simetris, dan offset X dan Y sebelumnya dapat diulang, WCS tidak akan berubah. Kami juga menggunakan alat yang sama sehingga offset Z yang sama dapat digunakan.

Salah satu variabel penting yang harus dipertimbangkan di sini adalah gesekan clamping dari vise Anda. Jika Anda belum melihatnya di bengkel Anda, pemesin biasanya akan menandai posisi tertutup dari vise dengan penanda hitam atau menggunakan kunci torsi. Mengapa mereka melakukan ini? Untuk menciptakan tekanan clamping yang konsisten saat memindahkan atau memutar bagian. Perubahan dalam tekanan clamping dapat menyebabkan perbedaan dalam pemosisian bagian atau kegagalan lain seperti deformasi atau membengkok bagian, tergantung pada geometri bagian. Asumsi bahwa gesekan clamping kami kurang lebih sama, Pekerjaan 2 sekarang dapat dipesin.

Pekerjaan 3
Sekarang kita perlu membuat beberapa lubang, yang memerlukan bagian berdiri di ujungnya. Rotasi ini tidak mengubah origin XY WCS. Namun, kita sekarang memiliki jarak perjalanan yang lebih pendek antara alat dan bagian kita.

Ini memerlukan offset baru untuk digunakan, yang akan menggeser titik asal ke sudut atas bagian. Kami juga menghapus parallels untuk meningkatkan permukaan pegangan dan menurunkan Vise Stop, sehingga ia terhubung dengan wajah bagian alih-alih kantong bawah.

Kami masih dapat menggunakan dua dari plane referensi asli kami di sini untuk menyelesaikan Pekerjaan 3.

Ini adalah contoh sederhana; bagian persegi, origin XY dapat diulang untuk ketiga setup, dan bahkan origin Z hanya berubah sekali. Namun, proses pemikiran tentang align workholding, repeatability, dan akurasi fitur sebelumnya penting, dan Anda akan menemukan diri Anda melalui langkah-langkah dasar ini berulang kali.

Siap dan Siap

Anda sekarang telah memiliki presisi pengetahuan koordinat CNC di tangga perkakas pemesinan Anda. Gunakan di mana pun karir Anda membawanya! Sistem Koordinat Kerja (WCS) menghubungkan celah antara koordinat internal mesin dan program CNC Anda. Ketiga sistem ini bekerja sama untuk menempatkan dan memesin bagian dengan presisi yang konsisten berkali-kali. Apakah Anda menggunakan Bridgeport, Tormach, atau Haas, sistem koordinat selalu tetap benar.

Siap untuk menyesuaikan koordinat untuk proyek CNC berikutnya Anda menggunakan perangkat lunak CAD/CAM terintegrasi? Coba Fusion 360 hari ini!