FIFTY LINETurn G-code
EN

Архимедова спираль на торце: спиральная канавка на токарном станке с ЧПУ

· ~6 мин чтения

Архимедова спираль - кривая, которая с каждым оборотом удаляется от центра на одно и то же расстояние. Если прорезать её на торце детали, получится торцевая спиральная канавка или торцевая резьба, как на спиральном диске самоцентрирующегося патрона. На токарном станке с ЧПУ это делается резьбовым ходом, но не вдоль оси Z, а поперёк, по X.

Содержание

  1. Что такое спираль Архимеда
  2. Где она встречается
  3. Как её режут на токарном станке
  4. Шаг, ход и число заходов
  5. Глубина и проходы
  6. Режимы: обороты и скорость оси X
  7. Пример программы
  8. Частые ошибки
  9. Архимедова спираль в Turn G-code

Что такое спираль Архимеда

В полярных координатах спираль Архимеда записывается так:

r = a + b·θ
  • r - расстояние от центра;
  • θ - угол поворота (в радианах);
  • a - начальный радиус;
  • b - на сколько растёт радиус на один радиан.

За полный оборот (θ = 2π) радиус увеличивается на 2π·b - это и есть шаг спирали, расстояние между соседними витками. Он одинаков по всей спирали: у центра и у края витки идут через равные промежутки. Этим спираль Архимеда отличается от логарифмической, у которой расстояние между витками растёт.

Для станка это удобно: при постоянных оборотах шпинделя резец должен двигаться по X равномерно - на один шаг за оборот.

Где она встречается

  • Спиральный диск трёхкулачкового самоцентрирующегося патрона: по его торцевой спирали ходят зубья кулачков.
  • Торцевые резьбы в механизмах перемещения и регулировки.
  • Спиральные канавки на торцах шайб и упорных поверхностей - для распределения смазки.
  • Кулачки равномерного движения: профиль по спирали Архимеда даёт перемещение толкателя, пропорциональное углу поворота.
  • Декоративные спиральные канавки на торцах ручек, крышек, дисков.

Как её режут на токарном станке

Обычная резьба - это синхронное движение по Z: за оборот шпинделя резец проходит шаг вдоль оси. Спираль на торце - то же самое, только синхронное движение идёт по X: за оборот резец смещается на шаг от центра к краю (или наоборот).

В LinuxCNC это резьбовой ход G33 с одной координатой X:

G0 X2.5             (встать на начальный радиус)
G1 Z-0.3 F50        (врезаться в торец на глубину прохода)
G33 X40 K12         (спиральный ход до X40, K - ход за оборот)
G0 Z2               (выйти из канавки)

Что для этого нужно станку:

  • Энкодер шпинделя с индексной меткой. Без датчика положения шпинделя синхронизировать подачу с оборотом невозможно - такую программу станок корректно не выполнит.
  • Постоянные обороты - G97. G96 здесь не подходит: при синхронном ходе обороты должны быть постоянными.
  • Жёсткость и резец для торцевой обработки: резец работает торцом, как отрезной или канавочный.

На станках с приводным инструментом и осью C спираль можно сделать и фрезой, через полярную интерполяцию, но на обычном токарном станке с LinuxCNC путь один - синхронный ход по X.

Шаг, ход и число заходов

  • Шаг - расстояние между соседними витками канавки по радиусу.
  • Ход - на сколько смещается один и тот же виток за оборот.
  • У однозаходной спирали шаг равен ходу.
  • У многозаходной спирали несколько канавок идут параллельно, со сдвигом друг относительно друга: ход = шаг × число заходов. Каждый заход начинается на своём начальном радиусе, со сдвигом на шаг.

Ширина канавки определяется шириной пластины (если резать за одну ширину), а между соседними витками остаётся перемычка: шаг минус ширина канавки.

Пример из программы ниже: три захода начинаются с X2.5, X6.5 и X10.5 - соседние витки идут через 4 мм по радиусу, ход K12 = 3 захода × 4 мм. При пластине 2 мм получается канавка 2 мм и перемычка 2 мм.

Глубина и проходы

Как и обычную резьбу, спиральную канавку не режут на всю глубину за один раз. Типичная схема:

  1. Встать на начальный радиус над торцом.
  2. Врезаться по Z на глубину прохода обычной подачей (G1).
  3. Пройти спиральным ходом G33 по X до конечного радиуса.
  4. Выйти по Z и отвести резец за край.
  5. Повторить для каждого захода, затем перейти на следующую глубину.

Глубину удобно делить на проходы с уменьшением к концу, как в резьбе: например, 0,3 / 0,6 / 0,9 / 1,0 мм.

Режимы: обороты и скорость оси X

Скорость оси X при спиральном ходе = обороты × ход. При 100 об/мин и ходе 12 мм это 1200 мм/мин - уже заметная скорость для поперечного суппорта. Если ось не успевает, спираль искажается. Поэтому обороты для спирали обычно низкие, особенно при большом ходе и многозаходной спирали.

Скорость резания при этом меняется: у центра она маленькая, у края - в разы больше, а обороты постоянны. Это нормально для такой операции: обороты подбирают по наружному диаметру и по возможностям оси X.

Пример программы

Настоящий вывод цикла «Архимедова спираль» Turn G-code: трёхзаходная спиральная канавка на торце от Ø5 до Ø80, глубиной 1 мм, пластина 2 мм, 4 прохода по глубине (0,3 / 0,6 / 0,9 / 1,0 мм), врезание 50 мм/мин, 100 об/мин, режим G8 (X - радиус).

G21 G18 G90 G8 G40 G80 G94
G54

G97 S100 M3
G0 Z2.0000
G0 X45.0000

(Проход 1 из 4, заход 1 из 3, Z-0.3000)
G0 X2.5000
G1 Z-0.3000 F50.0000
G33 X40.0000 K12.0000
G0 Z2.0000
G0 X45.0000

(Проход 1 из 4, заход 2 из 3, Z-0.3000)
G0 X6.5000
G1 Z-0.3000 F50.0000
G33 X40.0000 K12.0000
G0 Z2.0000
G0 X45.0000

(Проход 1 из 4, заход 3 из 3, Z-0.3000)
G0 X10.5000
G1 Z-0.3000 F50.0000
G33 X40.0000 K12.0000
G0 Z2.0000
G0 X45.0000

Дальше то же самое на глубинах Z−0.6, Z−0.9 и Z−1.0. Полная программа с разбором по строкам - на странице «Архимедова спираль».

Частые ошибки

  1. Нет энкодера шпинделя. G33 без датчика положения не работает: витки не попадают друг в друга.
  2. G96 вместо G97. Обороты должны быть постоянными.
  3. Слишком высокие обороты. Ось X не успевает за ходом - спираль искажается, возможна ошибка следования.
  4. Заходы не с того радиуса. Сдвиг между заходами должен быть равен шагу, иначе канавки идут неравномерно или сливаются.
  5. Пластина шире шага. Соседние витки сливаются, перемычки нет.
  6. Резец не по центру. Для торцевой работы высота вершины резца важна так же, как при торцовке.
  7. Малый начальный диаметр. У центра витки сильно изогнуты, и боковые стороны пластины могут тереться о стенки канавки.

Архимедова спираль в Turn G-code

Цикл «Архимедова спираль» в Turn G-code - это форма с полями: начальный и конечный диаметр, шаг, ширина пластины, число заходов, глубина и проходы, подача врезания. Программа сама рассчитывает ход, начальные радиусы заходов и порядок проходов, а траекторию показывает в 2D-симуляторе до генерации файла. Цикл проверен реальным резом по металлу на станке автора.

Синтаксис хода - G33 или G32, буква шага K, I или F, режим G7/G8 - настраиваются один раз для всех циклов. Обычная резьба вдоль оси - в статье Нарезание резьбы в LinuxCNC.

Скачайте Turn G-code - 15 дней бесплатно, без ключа.

← Все статьи