CNC Path Analyzer

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 диаметрРасчётная частота при G96 S200С G50 S2500
Ø60Около 1,061 rpm1,061 rpm
Ø40Около 1,592 rpm1,592 rpm
Ø25Около 2,546 rpm2,500 rpm
Ø10Около 6,366 rpm2,500 rpm
Ø0 (центр)Бесконечность2,500 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.
M30
Торцевание Ø60 до центра при G96 S200, точение наружного Ø56 и переход на G97 — ZX (радиус) траекторияZX (радиус)
Светло-синий пунктир — быстрый ход G00, сплошная оранжевая линия — резание. Дуги показаны как рассчитанные статические кривые.

На 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 S800 в 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.

Частые вопросы

Используется ли G96 на обрабатывающих центрах?
На обычном обрабатывающем центре вращается инструмент, поэтому G96 либо не нужна, либо имеет другое значение. Постоянная скорость резания — функция токарных станков, где вращается деталь.
Когда меняется единица S?
В G96 S означает скорость резания в m/min (ft/min в дюймовой системе), а в G97 — rpm. При каждой смене режима S следует задавать заново.

Следующие шаги

Проверить траекторию в CNC Path Analyzer