Постоянная скорость резания G96 и G97/G50: почему при торцевании меняется частота вращения
На примере торцевания объясняется, как токарная команда G96 изменяет частоту вращения по диаметру X, зачем нужно ограничение G50 и когда для резьбы и сверления возвращаться к G97.
Скорость резания — это скорость поверхности, а не вращения шпинделя
В каталогах инструмента режим обычно задаётся как скорость резания V (m/min): сколько метров поверхности детали проходит мимо режущей кромки за минуту. При одной частоте вращения поверхность движется быстро на большом диаметре и медленно на малом. Связь с частотой N: V = π × D × N ÷ 1000.
При точении постоянного наружного диаметра V не меняется при фиксированной частоте, но при непрерывном уменьшении X, например во время торцевания, V постоянно падает. Из-за этого поверхность у центра часто получается грубее и отличается по цвету.
G96: УЧПУ постоянно пересчитывает частоту вращения
Команда G96 S200 означает «поддерживать скорость резания 200 m/min». УЧПУ читает текущий диаметр X, в реальном времени вычисляет N = 1000 × 200 ÷ (π × D) и меняет частоту. На Ø60 получается около 1,061 rpm, на Ø20 — около 3,183 rpm.
Диаметр X относится к вершине инструмента, поэтому расчёт точен лишь при правильных геометрическом корректоре и нуле детали. Если ноль X смещён от оси шпинделя, положение, которое программа считает Ø10, может фактически быть Ø14, и частота будет ошибочной в той же мере.
| Текущий диаметр | Расчётная частота при G96 S200 | С G50 S2500 |
|---|---|---|
| Ø60 | Около 1,061 rpm | 1,061 rpm |
| Ø40 | Около 1,592 rpm | 1,592 rpm |
| Ø25 | Около 2,546 rpm | 2,500 rpm |
| Ø10 | Около 6,366 rpm | 2,500 rpm |
| Ø0 (центр) | Бесконечность | 2,500 rpm |
Почему ограничение максимальной частоты G50 обязательно
Как видно из таблицы, при приближении диаметра к нулю расчётная частота неограниченно растёт. Без ограничения шпиндель разгонится до максимума станка, а из-за центробежной силы зажим патрона на высокой скорости ослабевает. Большую деталь при слабом зажиме может выбросить.
Поэтому перед G96 задают максимум, например G50 S2500. Его выбирают не по инструменту, а по патрону, кулачкам, размеру и массе детали. Для длинного прутка, выступающего сзади шпинделя, предел должен быть ниже.
Пример траектории
При торцевании от X62. до X-0.8 частота начинается примерно с 1,027 rpm и около Ø25 достигает предела 2,500 rpm. X-0.8 немного за центром не оставляет выступ из-за радиуса вершины резца. На рисунке видна только траектория, но во всём участке торцевания частота меняется.
Торцевание Ø60 до центра при G96 S200, точение наружного Ø56 и переход на G97
O3005
T0101
G21 G90 G18 G40 G99
G50 S2500
G96 S200 M03
G00 X62. Z0.2
G01 X-0.8 F0.12
G00 Z2.
X56.
G01 Z-30. F0.2
G00 X62. Z2.
G97 S800
G00 X100. Z100.
M30На рисунке выше показан результат анализа этой программы в CNC Path Analyzer (линейное резание 2 сегментов, быстрый ход 4 сегментов).
Операции, требующие возврата к G97
- Нарезание резьбы: при резьбе G76 или G92 винтовая линия каждого прохода должна начинаться одинаково. Изменение частоты нарушает шаг, поэтому применяют постоянную частоту
G97 S_. - Центровка, сверление и нарезание резьбы метчиком: инструмент находится на X0, поэтому G96 сразу разгонит шпиндель до максимума. Подходящую для сверления частоту задают непосредственно через G97.
- Длинные переходы к позиции смены инструмента: при движении X к большому значению G96 снижает частоту, а на обратном пути вновь повышает. Чтобы избежать лишних разгонов и торможений, перед сменой инструмента обычно включают G97.
G97 S800в примере — такой случай.
Ограничения расчёта времени обработки в инструменте
При подаче на оборот (G99) вместе с G96 минутная подача тоже меняется с частотой шпинделя. CNC Path Analyzer учитывает это в справочном времени обработки для поддерживаемых условий, но не включает реальное время разгона шпинделя. Подробнее: единицы подачи G98/G99.