Волны и полосы на 3D-рельефе: что менять в CAM, а что искать в станке

Сначала измерьте полосы

Штангенциркулем измерьте расстояние между гребнями на 10 периодах и поделите на 10. Так точнее, чем по одному промежутку. Затем сопоставьте с четырьмя величинами.

Формулу хода за оборот для рейки мы разбирали в статье про привод самодельного станка: ход = π · m · z / i. Если шестерня модуля 1,5 на 30 зубьев стоит за редуктором 4, один оборот мотора даёт 35,3 мм хода, и период колебаний от привода нередко совпадает с этой длиной.

Отдельный признак: полосы одинаковы в одном месте поля и пропадают в другом. Тогда проверяйте состояние направляющих, кабеля мотора и затяжку каретки в этой зоне, а не CAM.

Шаг строк и радиус фрезы

Между строками чистовой траектории остаётся гребешок. Его высота зависит от радиуса шарика R и шага s: h = R − √(R² − (s/2)²). Формулу и расчёт времени для панно вы найдёте в статье про резные панно. Здесь важнее другое: сколько получится для разных фрез.

Для дерева под лак и шлифовку 0,02–0,03 мм считаются приемлемыми, и для таких значений годится совет операторов: шаг около 5–10% диаметра кончика.

Но на склонах шаг на поверхности больше, чем в плане. Если склон поднимается поперёк строк под углом θ к горизонту, расстояние между соседними проходами вдоль поверхности равно s / cos θ. Гребешок растёт примерно как квадрат шага: при θ = 60° шаг по поверхности вдвое больше, а гребешок почти вчетверо. Для шарика R = 1,5 мм и s = 0,45 мм это около 0,07 мм против 0,017 на плоском месте. Поэтому на рельефе с крутыми склонами строчки видны именно там, где поверхность идёт вбок относительно строк. Лечат это сменой направления строк на 90° (для второго прохода по крутым зонам), стратегией «по уровням» или спиралью с постоянным шагом по поверхности и уменьшением шага. Один из операторов убрал полосы, заменив крупный шарик фрезой 2 мм, шаг около 0,2 мм и спираль вместо растра, и перед запуском прогнал УП в симуляторе.

Точность траектории и разрешение модели

В CAM есть параметр допуска (tolerance, «точность следования рельефу»). Он задаёт, на сколько траектория имеет право отойти от поверхности, и по нему программа решает, сколько точек оставить. Если допуск 0,1–0,2 мм, на пологом склоне траектория превращается в ломаную с заметными ступенями. Практики ставят 0,01–0,05 мм и смотрят вес файла: более строгий допуск даёт заметно больше строк кода, и контроллер должен успевать их читать.

Второе — разрешение растровой модели. Рельеф в ArtCAM и подобных программах хранится как карта высот, и размер пикселя задаёт минимальный шаг неровности. Для панно 600×400 мм при 3000×2000 пикселей на пиксель приходится 0,2 мм. Если пиксель 0,5 мм при шаге строк 0,2 мм, ступени пикселей шире шага строк и проступают на рельефе рядами. В обсуждениях называют разрешение около 3000×3000 как нормальный минимум для крупного рельефа. В моделях, собранных из STL, эту роль играет сетка треугольников.

Третье — запись координат. Если постпроцессор выводит координаты с одним знаком после запятой, Z ступенчато округляется до 0,1 мм, и на пологом склоне, где высота меняется на сотые доли за шаг, рельеф превращается в лестницу. Для метрического станка нужно как минимум два, лучше три знака (0,001 мм). Проверка проста: откройте файл УП в текстовом редакторе и посмотрите на строки вида G1 X123.456 Y45.678 Z-3.210. Если там Z-3.2, правьте постпроцессор.

На контроллере сглаживание траектории тоже влияет. В LinuxCNC команда G64 P0.015 разрешает траектории отходить от запрограммированных точек не более чем на 0,015 мм и снижает скорость, если нужно удержать этот допуск. Другие системы ведут себя по-своему, а на китайских DSP-пультах параметры сглаживания и порогов чаще лежат в меню производителя, поэтому ищите их по документации к своей модели.

Коническая фреза: что вводить в CAM

Для конической фрезы в программу вводят половину угла конуса и радиус сферы кончика. В каталогах нередко указан полный угол, и если ввести его как половину, программа считает инструмент в два раза «толще», и стенки получат подрезы или недорезы. Если на рельефе видна ступенька вдоль всех крутых стенок, первым делом проверьте строку «угол» в библиотеке инструментов.

Практика операторов для конуса: чистовой шаг 5–10% диаметра носика, черновая концевой фрезой 6–8 мм с припуском около 2 мм. Тонкая коническая фреза без чернового прохода греется и ломается, особенно на твёрдой породе. Про уклон стенок и ворс в древесине написано отдельно, в статье про дерево для рельефа.

Внутренние углы получаются скруглёнными на радиус фрезы. Хотите чёткий угол на фасаде — пройдите его конусной фрезой с малым радиусом кончика по средней линии паза: так внутренний угол выходит острым. Для паркета и вставных деталей в ArtCAM пользуются парой «матрица и пуансон», которая сама скругляет модель под диаметр фрезы, и делают пробные резы.

Если CAM не виноват

Когда полосы не совпадают с шагом строк и не меняются при смене CAM-настроек, их ищут в станке. Порядок такой.

1. Привод. Проверьте опору винта, биение хвостовика и муфту, натяжение ремня, зазор в зацеплении рейки. Подробности — в статье про люфт ШВП, рейки и кареток.
2. Износ направляющих. У старых станков на износ в 0,1 мм хватает, чтобы на плоскости пошли полосы. Проверяют индикатором на каретке.
3. Шпиндель и ось Z. Спинка шпинделя не вертикальна, каретка Z играет, фреза на длинном вылете отжимается. Это отдельная тема: ось Z, ход и перпендикулярность шпинделя.
4. Скорость и ускорения. На высокой подаче шаговый двигатель теряет момент и отстаёт, а на углах рельефа дёргается. Серво с обратной связью убирают пропуск шагов: в линейке Wattsan такой привод, например, у M2 1616 и M9 1325 (двигатели Yaskawa у M9, по карточкам). Он не исправит CAM-причины, но снимает один вариант из списка.

Часть операторов в таких темах сводит полосы к G-коду, хотя сам по себе G-код полос не содержит: они рождаются, когда машина исполняет траекторию. Другие утверждают, что причина механика. Поэтому наилучшая проверка — прогнать то же УП на другой скорости или с другим шагом и посмотреть, что меняется.