Windows-Desktop-Anwendung (C# / .NET 10, WinForms), die aus einem 3D-Modell einen
simultanen 5-Achs-Werkzeugweg berechnet und daraus ein GCode-Programm schreibt.
Die 3D-Darstellung ist ein eigener Software-Renderer auf GDI+ – keine NuGet-Pakete,
keine externen Abhängigkeiten, gleiche Bauart wie Code Projects\GCodeViewer.
Projektseite: https://masdrive.ch/myprojects/projects/mas5acam/
| Achse | Art | Bereich | Bemerkung |
|---|---|---|---|
| X, Y, Z | linear | frei | Spindel steht fest, Werkzeugachse zeigt in Maschinen-Z nach unten |
| A | rotatorisch um X | −90° … +90° | Schwenkbrücke, trägt den C-Tisch |
| C | rotatorisch um Z | endlos | Rundtisch, trägt das Werkstück |
Kinematikkette: Maschine → A → C → Werkstück (Tisch-Tisch).
Alle fünf Achsen laufen simultan.
Programm-Nullpunkt ist der Werkstück-Nullpunkt: Mitte C-Tisch auf der Tischoberfläche, angetastet in der Ausgangsstellung A = C = 0. Genau dort setzt man in der Praxis G54.
Der Parameter Tischoberfläche über A-Achse sagt der App, wie weit der Drehtisch über der A-Achse sitzt (bei vielen Maschinen 25 mm). Dieser Wert geht ausschliesslich in die Kinematik ein – er beschreibt, wie weit der Nullpunkt beim Schwenken von A ausholt. Die ausgegebenen Koordinaten verschiebt er nicht:
| Fall | Tisch 0 mm über A | Tisch 25 mm über A |
|---|---|---|
| Punkt 10 mm über dem Tisch, A = C = 0 | Z10 | Z10 (nicht Z35) |
| Nullpunkt selbst bei A = 0 | X0 Y0 Z0 | X0 Y0 Z0 |
| Nullpunkt bei A = 90° | X0 Y0 Z0 | X0 Y−25 Z−25 |
Die letzte Zeile ist der eigentliche Zweck des Werts: beim Schwenken wandert der Nullpunkt um den Drehpunkt, und die Linearachsen müssen das ausgleichen.
Die A-Achse ist im 3D-Fenster eingeblendet – magenta gestrichelt, waagrecht in X, um den Tischversatz unter dem Nullpunkt, dazu die Strecke vom Nullpunkt zur Achse mit ihrem Mass. Sie ist maschinenfest und dreht deshalb nicht mit: in der Maschinenansicht sieht man beim Abspielen unmittelbar, dass das Werkstück um sie schwenkt und nicht um die X-Achse durch den Nullpunkt.
Nachgerechnet über den ganzen Schwenkbereich: der Abstand des Nullpunkts zur A-Achse bleibt konstant bei 25,0000 mm, der zur X-Achse schwankt zwischen 0 und 35,4 mm. Das Teil dreht also um die A-Achse.
Was im 3D-Fenster orange ist, lässt sich einzeln abschalten. Zwei Dinge werden orange gezeichnet: die kurzen Striche der Werkzeugachse (Haken Werkzeugachsen) und die gestrichelten Eilgänge und Verbindungswege zwischen den Bahnen (Haken Eilgänge). Bei einem komplexen Modell mit vielen Bahnen legen sich vor allem die Eilgänge als Netz über das ganze Teil und verdecken die blaue Schnittbahn. Beide Haken sitzen in der Animationsleiste unter dem 3D-Fenster; der Haken Bahn heisst jetzt Schnittbahn, weil er nur noch die blaue Bahn am Berührpunkt meint.
Drehung und Nullpunkt wirken sofort. Eine Eingabe in Modell drehen um X/Y/Z oder
Nullpunkt verschieben dreht das Modell unmittelbar – kein Knopfdruck nötig. Damit bei
grossen Netzen nicht jeder einzelne Tastendruck eine Neuberechnung auslöst, sammelt ein
Nachlauf von 250 ms die Eingabe ein. Eine halb getippte Zahl wie - wirft den Wert nicht
auf 0 zurück, sondern behält den letzten gültigen Stand, bis die Zahl vollständig ist.
Ein bereits berechneter Werkzeugweg gehört zur alten Lage und wird beim Drehen verworfen.
Die Maschinendaten bleiben erhalten. Achsgrenzen, Tischversatz, Maschinen-Z0,
Achsvorschübe und Drehrichtungen beschreiben die Maschine, nicht das Werkstück. Die
Schaltfläche Maschinendaten speichern legt sie in
%AppData%\Mas5ACAM\maschine.cfg ab – eine schlichte Textdatei, eine Zeile je Wert.
Beim Start werden sie automatisch geladen; Wieder laden holt sie nach einem Versuch
zurück. Geschrieben wird nur auf Knopfdruck, damit ein Versuch mit anderen Werten die
eingefahrene Einstellung nicht stillschweigend überschreibt.
Drehsinn – intern wird durchgehend nach der Rechte-Hand-Regel gerechnet: A+ dreht Werkstück-Z nach Maschinen-−Y, C+ dreht Werkstück-X nach Werkstück-+Y. Dreht deine Maschine eine Achse andersherum, setze A-Drehrichtung umkehren bzw. C-Drehrichtung umkehren. Das kehrt nur das Vorzeichen im GCode um; die berechnete Bewegung bleibt dieselbe. Diese Einstellung vor dem ersten Einfahren prüfen.
Beim Start erzeugt die App das vorgegebene Beispiel:
- Zylinder ⌀10 mm, Länge 20 mm, entlang Z, eingespannt bei X = Y = Z = A = 0
- Kugel ⌀20 mm, tangential aufgesetzt, Mittelpunkt bei Z = 30, Scheitel bei Z = 40
- die Kugel ist als zu bearbeitende Fläche vorgewählt (blau), der Zylinder ist Aufspannung und bleibt unberührt
Ein zweites Beispiel deckt den anderen Fall ab: Block 120 × 80 mm mit welliger Freiformfläche obenauf, auf der C-Achse zentriert. Auch dort ist nur die Wellenfläche vorgewählt; Seiten und Boden sind Aufspannung. Beim Laden stellt sich die Bahnform gleich auf Parallelbahnen.
Beide Modelle lassen sich als STL exportieren; umgekehrt liest die App beliebige STL-Dateien (binär und ASCII).
Ein STL kennt keine Flächen, nur lose Dreiecke. Damit „nur die Kugel fräsen" nicht von Hilfskonstruktionen wie einem Radiusband abhängt, erkennt die App Flächen selbst:
Strg + Klick im 3D-Fenster wählt die Fläche unter dem Zeiger. Zusätzlich Umschalt nimmt eine weitere Fläche dazu, Alt nimmt eine weg.
Dahinter steckt ein Wachstumsverfahren über die Kantennachbarschaft: vom angeklickten Dreieck aus wird so lange über gemeinsame Kanten weitergelaufen, wie der Winkel zwischen den Facettennormalen unter dem Knickwinkel (Vorgabe 35°) bleibt. An einer echten Kante hört die Fläche auf – genau dort, wo das Auge sie auch enden sieht.
Am Beispiel:
| Klick auf | Ergebnis |
|---|---|
| Kugel | 9024 Dreiecke – die ganze Kugel, kein einziges Zylinderdreieck |
| Zylindermantel | 128 Dreiecke – Deckel und Boden bleiben aussen (90°-Kante) |
| Zylindermantel bei 120° Knickwinkel | 256 Dreiecke – die Auswahl läuft über die Kanten |
| Wellenfläche des Blocks | 26 880 Dreiecke – Seiten und Boden bleiben aussen |
Die gewählte Fläche wird blau dargestellt, der Rest grau. Bei der Bahnberechnung zählt nur sie: trifft ein Abtaststrahl zuerst etwas anderes, ist die Fläche dort verdeckt und es entsteht kein Bahnpunkt. Ohne Auswahl gilt das ganze Modell als bearbeitbar.
Projektionszentrum aus Auswahl: nach jeder Auswahl legt die App eine
Ausgleichskugel durch die gewählten Dreiecke (kleinste Fehlerquadrate). Passt sie
gut, werden Mittelpunkt und Radius als Projektionszentrum übernommen – beim Beispiel
exakt (0, 0, 30) mit r = 10,000 mm bei 0,000 mm mittlerer Abweichung. Passt sie nicht,
wird der Flächenschwerpunkt gesetzt und im Protokoll darauf hingewiesen.
Ein STL bringt sein eigenes Koordinatensystem mit, das selten zur Aufspannung passt. Die Gruppe Werkstück-Koordinatensystem richtet das Modell aus:
- Modell drehen um X / Y / Z (Grad) – in dieser Reihenfolge
- Nullpunkt verschieben X / Y / Z (mm) – danach angewandt
- Schaltflächen Null = Boden Mitte, Null = Modellmitte, Null = Oberkante und Null = Flächenmitte (Mittelpunkt der Ausgleichskugel der gewählten Fläche)
Das Ergebnis ist das Werkstück-Koordinatensystem:
- Ursprung (0,0,0) = Werkstück-Nullpunkt auf der Tischoberfläche
- +Z = Drehachse des C-Tisches, zeigt nach oben zur Spindel
- +X, +Y = Tischebene bei C = 0
Weil +Z die Tischdrehachse ist, muss das Teil auf dieser Achse stehen – die Nullpunkt-Schaltflächen setzen deshalb immer einen mittigen Punkt.
Im 3D-Fenster sind X, Y und Z (C-Achse) beschriftet und der Nullpunkt mit 0
markiert. Die Achsenlänge passt sich dem Modell an.
Die Flächenauswahl übersteht jede Änderung von Drehung und Nullpunkt: die Dreiecksreihenfolge bleibt erhalten, also bleibt die Auswahlmaske gültig.
Die Linearachsen der Maschine sind dagegen durch die Kinematik festgelegt – die Spindel steht in Maschinen-Z, A dreht um X, C um Z. Was sich einstellen lässt, ist die Drehrichtung von A und C (Abschnitt 1) und die Höhe der Tischoberfläche über der A-Achse.
| Bahnform | Wofür | Kennt Z-Zustellung |
|---|---|---|
| Spirale | Kugel- und kuppelartige Flächen, die von einem Punkt aus sternförmig sichtbar sind | nein |
| Breitenkreise | dasselbe, aber als einzelne Ringe statt einer durchgehenden Spirale | nein |
| Parallelbahnen | Freiformflächen auf einem Block – Raster von oben in Z projiziert | ja |
Die untere Bearbeitungsgrenze Zmin gilt dagegen für alle drei.
Die Bahnform wird oben im Abschnitt Strategie gewählt; die Felder darunter sind je nach Wahl aktiv oder ausgegraut.
Zmin begrenzt, welcher Teil der gewählten Fläche bearbeitet wird – gemessen in der Ausgangsposition, also im Werkstück-Koordinatensystem vor jeder A/C-Drehung. Angefahren werden nur Berührpunkte mit z ≥ Zmin. Gilt für alle Bahnformen.
Das klassische Beispiel: Kugel als Fläche gewählt, Zmin auf die Kugelmitte gesetzt – dann wird nur die obere Halbkugel gefräst. Aus 5195 Bahnpunkten werden 3289, und die Bahn endet exakt am Äquator.
Es ist keine Schranke für das Werkzeug. An einer steilen Flanke hängt die Fräserkugel zwangsläufig unter ihrem Berührpunkt – am Äquator der Beispielkugel liegt ihr tiefster Punkt bei 27,0 mm, also 3 mm unter Zmin. Das muss sie dürfen, sonst liesse sich der Äquator gar nicht schlichten. Begrenzt wird die Fläche, nicht die Werkzeuglage.
Die Ebene wird eingeblendet, orange und beschriftet, damit sich der Wert prüfen lässt – sofort beim Tippen, nicht erst bei der Bahnberechnung. Nur in der Werkstückansicht: in der Maschinenansicht ist das Teil gedreht, eine waagrechte Z-Ebene wäre dort schief. Der Haken Z-Grenzen in der Bedienzeile blendet sie aus.
Warum es kein Zmax gibt. Eine obere Bearbeitungsgrenze wäre beim Fräsen von oben ohne Nutzen: was oben nicht bearbeitet werden soll, gehört nicht in die gewählte Fläche. Der Wert, den man an dieser Stelle wirklich braucht, ist ein anderer – die Rohteil-Oberkante, siehe unten. Beides war früher in einem Feld „Zmax" vermischt.
Die Rohteil-Oberkante sagt, ab welcher Höhe Material ansteht. Automatisch ist das der höchste Punkt der gewählten Fläche – dann gibt es nichts abzutragen, was über der Fläche liegt. Trägt man einen höheren Wert ein, steht dort Rohmaterial: daraus entstehen zusätzliche Schruppebenen, und die Bearbeitung beginnt entsprechend höher. Beim Freiform-Beispiel mit 6 mm Rohmaterial werden aus 8 Ebenen deren 11.
Die maximale Z-Zustelltiefe legt fest, wie viel eine Ebene höchstens zustellt; daraus ergibt sich ihre Zahl. Die Ebenen liegen gleichmässig von der Rohteil-Oberkante abwärts – nicht die letzte als Rest.
Die tiefste Schruppebene liegt eine Zustellung über der unteren Grenze, nicht auf ihr: eine Ebene genau dort würde einen flachen Boden fräsen, wo die Fläche tiefer liegt.
Die letzte Bahn ist immer die freie Schlichtbahn auf der Fläche.
Zickzack verbindet aufeinander folgende Rasterzeilen direkt, solange der Sprung nicht grösser als zwei Zustellungen ist. Eine Ebene, die nirgends greift, lässt die App weg.
Der seitliche Abstand der Bahnen wird gerechnet, nicht eingestellt – aus der Restmaterialhöhe (Scallop), die zwischen zwei Bahnen stehen bleibt. Für eine ebene Fläche und einen Kugelfräser mit Radius R gilt
h = R − √(R² − (s/2)²) → s = 2·√(2·R·h − h²)
Bei R3 und h = 0,01 mm sind das 0,489 mm. Auf einer gewölbten Fläche fällt der Abstand
kleiner aus; die Spiralstrategie rechnet dort mit dem Ersatzradius
1/R_eff = 1/R_Fräser + 1/r_Fläche.
| Wonach | Beispiel | |
|---|---|---|
| Schlichten | Restmaterialhöhe | 0,489 mm bei R3 und h = 0,01 mm |
| Schruppen (nur Parallelbahnen) | Anteil des Werkzeugdurchmessers | 2,4 mm bei 0,4 · D6 |
Beide Werte stehen nach dem Rechnen im Protokoll, damit sie nicht unsichtbar in der Formel stecken:
Bahnabstand aus Scallop 0.01 mm bei R3: 0.4895 mm auf ebener Flaeche
Bahnabstand quer: Schlichten 0.4895 mm, Schruppen 2.4 mm (0.4 x D6)
Wer den Abstand aus anderen Gründen festlegen will – Oberflächenbild, Taktzeit – setzt den Haken Bahnabstand stattdessen direkt vorgeben und trägt ihn in mm ein. Dann wird der Scallop nicht mehr verwendet, und das Protokoll sagt das auch.
Für die Ebenenschnitte reicht es nicht, den Flächenpunkt senkrecht unter dem Werkzeug zu betrachten und den Fräser auf die Ebene zu setzen. Die Schneidkugel hat Radius R, also kann sie seitlich in eine ansteigende Flanke schneiden, obwohl direkt unter ihr noch Luft ist. Genau das passiert an jeder Flanke – in der ersten Fassung waren das bis zu 0,66 mm Eingriff unter die Sollfläche.
Richtig ist die Bedingung Abstand Kugelmittelpunkt zur Fläche ≥ R. Die App lässt die
Kugel deshalb wirklich fallen: für jedes Dreieck in Reichweite wird der tiefste zulässige
Mittelpunkt geschlossen ausgerechnet – getrennt für die drei Fälle, in denen die Kugel auf
der Dreiecksfläche, auf einer Kante oder auf einer Ecke zu liegen kommt – und über alle
Dreiecke das Maximum genommen (BallDrop.cs). Damit misst der Selbsttest 0,0000 mm
Eingriff unter die Sollfläche.
Die Werkzeugachse folgt normalerweise der Flächennormale – das ist der 5-Achs-Fall. Für eine flache Freiformfläche ist das aber nicht immer klug: beim Freiform-Beispiel steht die Fläche höchstens 41° schräg, trotzdem dreht die C-Achse 14 Umdrehungen, nur weil sich die Richtung der Normale ändert.
Deshalb gibt es die Einstellung Werkzeugachse:
- Flächennormale (5 Achsen) – A und C folgen der Fläche
- Senkrecht (A und C stehen) – das Werkzeug bleibt vertikal, A = C = 0
Die App weist im Protokoll darauf hin, wenn eine flache Fläche die C-Achse unnötig oft dreht.
Aus einem Projektionszentrum (beim Beispiel der Kugelmittelpunkt 0,0,30, siehe
Abschnitt 3) wird die Fläche in Richtung (θ, φ) abgetastet: θ = 0° ist der Nordpol,
θ = 90° der Äquator. Der Strahl startet ausserhalb des Modells und läuft nach innen;
der erste Treffer ist die Aussenhaut in dieser Richtung. Gehört das getroffene Dreieck
nicht zur gewählten Fläche, entsteht dort kein Bahnpunkt – so bleibt der Zylinder
unberührt. Ein Radiusband steht zusätzlich zur Verfügung, ist aber ausgeschaltet, weil
die Flächenauswahl den Job sauberer erledigt.
- Zustellung aus der gewünschten Restmaterialhöhe h (Scallop). Bei konvexer Fläche
gilt mit
1/R_eff = 1/R_Fräser + 1/r_Fläche:Zustellung = √(8 · R_eff · h). Für R3 auf r10 bei h = 0,01 mm sind das 0,43 mm. - Punktabstand aus der Sehnentoleranz, begrenzt durch den maximalen Winkelschritt.
- Bahnform Spirale (durchgehend vom Pol nach unten, eine C-Umdrehung je Zustellung) oder Breitenkreise (einzelne Ringe mit Zustellung dazwischen).
Die Normale kommt nicht aus der Facette, sondern aus geglätteten Eckennormalen (baryzentrisch interpoliert, Knickwinkel 40° erhält scharfe Kanten). Das ist der Unterschied zwischen 0,3° und 12° Normalenfehler in Polnähe – und damit zwischen einer ruhigen und einer zappelnden A/C-Bewegung.
Für einen Kugelfräser gilt die zentrale Beziehung
Kugelmittelpunkt = Berührpunkt + R · Flächennormale
Der Mittelpunkt liegt also immer auf der um R versetzten Fläche – unabhängig davon,
wie das Werkzeug geneigt ist. Die Neigung entscheidet nur über Erreichbarkeit und
Freigang, nie über die Genauigkeit. Die Werkzeugspitze, die im GCode steht, ist dann
Mittelpunkt − R · Werkzeugachse.
Die Werkzeugachse folgt der Flächennormale, um den Voreilwinkel (Vorgabe 12°) in Bahnrichtung gekippt. Der Voreilwinkel hat zwei Aufgaben: er hält den Schnitt vom toten Zentrum des Fräsers weg, und er entschärft die C-Singularität am Pol, wo die Normalenrichtung sonst unbestimmt wäre.
Gesucht ist die Achsstellung, die die im Werkstück gewünschte Werkzeugachse
t = (i, j, k) parallel zur Spindel stellt, also R_A(A) · R_C(C) · t = (0,0,1):
C = atan2(i, j)
A = atan2(√(i² + j²), k)
Es gibt immer zwei Lösungen – (A, C) und (−A, C + 180°). Gewählt wird die
zulässige und, bei Gleichstand, die mit dem kürzeren Weg. C wird stetig ausgewickelt
und läuft im Beispiel über 57,8 Umdrehungen durch; das darf die endlose Achse.
Aus A = atan2(√(i²+j²), k) folgt unmittelbar: eine Werkzeugachse mit k < 0 (also
eine Normale, die nach unten zeigt) verlangt |A| > 90° und ist auf dieser Maschine
nicht erreichbar. Am Kugeläquator ist die Normale waagrecht, dort steht A genau auf
90°. Darunter kann die Achse der Normale nicht mehr folgen.
Das ist kein Rechenfehler, sondern die Maschine. Und es ist kein Beinbruch: weil der Kugelmittelpunkt fest auf der Offset-Fläche liegt, bleibt der Berührpunkt exakt, auch wenn die Achse an der Grenze abknickt. Die App knickt sie deshalb kontrolliert ab, zählt die betroffenen Punkte und weist im Protokoll und im GCode-Kopf darauf hin. In der 3D-Ansicht sind diese Werkzeugachsen rot statt orange.
Im Beispiel wird so bis θ ≈ 142°, also 52° unterhalb des Äquators, gefräst. Weiter unten stösst der Schaft an die Zylinder-Stirnfläche – dort greift die Kollisionsprüfung.
Das Werkzeug wird als Kombination von Kapseln geprüft (exakter Abstand Strecke/Dreieck):
- Schneidkugel – darf berühren, Eingriff über die Gouge-Toleranz hinaus nicht
- Schaft ab Kugelmittelpunkt bis zur freien Länge
- Halter darüber, mit Sicherheitsabstand
Verletzte Punkte werden verworfen; die Bahn endet dort bzw. wird unterbrochen und neu angefahren.
Nicht geprüft werden Tisch, Spanner, Schwenkbrücke und Maschinenraum. Das Modell kennt nur Werkstück und Werkzeug.
Ausgegeben werden fertige Maschinenkoordinaten: die Kinematik ist im CAM gerechnet, die Steuerung braucht kein RTCP / TCPM / M128. Damit läuft das Programm auf LinuxCNC, Mach, Fanuc, Haas – überall dort, wo A und C als normale Achsen bekannt sind.
%
O1001 (5ACAM)
(... Kopf mit Maschine, Werkzeug, Strategie, Achsbereichen, Hinweisen ...)
(Satzaufbau: N | G | X Y Z [mm] | A C [Grad] | F - alle Achsen in jedem Satz)
(--------------------------------------------------------------------)
N10 G21 G90 G94 G17 G40 G49 G80
(Start im Maschinenraum, unabhaengig vom Werkstuecknullpunkt)
N20 G53 G0 Z-1.000
N30 T1 M6
N40 S12000 M3
N50 M8
N60 G0 A0.000 C0.000
N70 G93
(Schnitt ab Theta 0.0 Grad, 5195 Punkte)
N80 G0 Z120.000 A0.000 C0.000
N90 G0 Z120.000 A12.000 C86.000
N100 G0 X0.000 Y-8.940 Z120.000 A12.000 C86.000
N110 G0 X0.000 Y-8.940 Z42.060 A12.000 C86.000
N120 G1 X0.000 Y-8.940 Z39.060 A12.000 C86.000 F100.000
...
N52080 G0 X2.615 Y-19.738 Z120.000 A90.000 C-20705.134
N52090 G94
N52100 M9
N52110 M5
(Ende im Maschinenraum)
N52120 G53 G0 Z-1.000
N52130 G0 A0.000 C0.000
N52140 M30
%
Das Programm beginnt und endet mit G53 G0 Z-1. G53 fährt satzweise in
Maschinenkoordinaten, also unabhängig von jedem Nullpunkt – so startet und endet der Lauf
immer an derselben sicheren Höhe, auch wenn beim letzten Mal ein anderer Werkstücknullpunkt
gesetzt war. Am Anfang steht der Satz vor dem Werkzeugwechsel (erst hochfahren, dann
wechseln), am Ende nach M5 und vor M30.
Danach ist die Z-Lage im Werkstücksystem unbekannt. Der Postprozessor löscht deshalb seinen modalen Merker und schreibt im nächsten Satz den Z-Wert wieder ausdrücklich aus – sonst stünde dort ein Satz ohne Z, und die Steuerung bliebe auf der Maschinenhöhe stehen.
Die C-Achse wird nicht zurückgekurbelt. Am Ende eines Laufs steht sie bei mehreren
tausend Grad – beim Kugelbeispiel −20705°. Auf C0 zu fahren hiesse, das Teil 57 Mal um
die eigene Achse zu drehen, ohne jeden Nutzen: jede volle Umdrehung führt zur selben
Stellung. Angefahren wird deshalb das nächstgelegene Vielfache von 360°:
(C auf -20880 Grad = -58 volle Umdrehungen: dieselbe Stellung wie C0, nur 174.9 Grad Weg statt 20705.1)
N52130 G0 A0.000 C-20880.000
Gleiche Ausrichtung wie C0, aber höchstens 180° Weg.
Beides lässt sich im Abschnitt Postprozessor abschalten bzw. auf einen anderen Wert als −1 setzen.
Zwei Schalter im Abschnitt Postprozessor steuern die Lesbarkeit, beide sind voreingestellt eingeschaltet:
- Vollständige Sätze – jede Zeile enthält G, X, Y, Z, A, C und F, auch wenn sich ein Wert nicht geändert hat. Man sieht jedem Satz an, wo die Maschine steht, ohne rückwärts suchen zu müssen, wann X zuletzt geschrieben wurde. Ausgeschaltet arbeitet der Postprozessor modal (nur geänderte Worte) – kürzere Datei, aber Zeile für Zeile nicht mehr selbsterklärend.
- Spalten ausrichten – die Achsworte stehen auf festen Spaltenbreiten untereinander,
auch die Satznummer, damit die Spalten nicht von
N10bisN52130wandern. Aufgefüllt wird immer hinter der Zahl, nie zwischen Adressbuchstabe und Zahl – das verträgt jede Steuerung.
Voll ausgeschrieben wächst die Beispieldatei von etwa 265 KB auf 400 KB. Für Steuerungen mit knappem Programmspeicher lässt sich beides abschalten.
Das Teil sitzt rotationssymmetrisch auf der C-Achse. Beim Fräsen bewegen sich die
Linearachsen dadurch kaum – die Schnittbewegung kommt fast vollständig aus der
C-Drehung. Im Beispiel gilt das für 5120 von 5195 Sätzen. Ein F-Wert in mm/min
beschreibt eine solche Bewegung nicht; G93 Inverszeit (F = 1 / Blockzeit in Minuten) beschreibt sie exakt und ohne Kinematikkenntnis der Steuerung.
Wer G93 nicht nutzen kann, wählt G94 mm/min, kompensiert: dort wird F je Satz so skaliert, dass am Werkstück der Sollvorschub ankommt. Die App warnt im Protokoll, wenn die Linearachsen dominiert werden und G94 damit wenig aussagekräftig ist.
In beiden Fällen begrenzt die Blockzeit zusätzlich der maximale Achsvorschub der Drehachsen (Vorgabe A 3600, C 7200 Grad/min). Ohne diese Bremse liefen die Drehachsen in Polnähe unrealistisch schnell, weil dort der Weg am Werkstück fast null, die C-Drehung aber gross ist.
Weil die Werkzeugachse im Maschinenraum immer Maschinen-Z ist, ist Abheben entlang der Werkzeugachse schlicht Z+. Reihenfolge je Schnitt: auf Rückzugsebene, dann A/C drehen, dann X/Y positionieren, dann im Eilgang bis Abhebehöhe, dann im Vorschub eintauchen.
Links die Parameter (Modell, Werkstück-Koordinatensystem, zu bearbeitende Fläche, Werkzeug, Maschine, Strategie, Kollision, Technologie, Postprozessor) und darunter das Protokoll, rechts die 3D-Vorschau.
Ansicht umschalten: unter dem 3D-Fenster, in der Zeile mit den Abspielknöpfen –
Ansicht: ( ) Werkstueck ( ) Maschine. Welche gerade aktiv ist, steht auch oben links
im 3D-Fenster.
Die beiden Ansichten:
- Werkstückansicht – das Teil steht still, das Werkzeug kippt. Die CAM-Sicht.
- Maschinenansicht – das Werkzeug steht senkrecht, das Teil dreht sich mit A und C, genau wie es die Maschine macht. Das ist die eigentliche GCode-Kontrolle.
Der Schieber und Start/Pause fahren das ganze Programm Satz für Satz ab – Eilgänge, Anfahren, Schnitt, Abheben und die beiden G53-Rückzüge, in genau der Reihenfolge, in der sie im GCode stehen. Die Liste entsteht beim Schreiben des GCodes, aus derselben Quelle; Animation und Programm können deshalb nicht auseinanderlaufen. Verbindungswege sind orange gestrichelt gezeichnet, die Schnittbahn cyan.
Am Ende steht das Werkzeug zurückgezogen, A und C auf 0 – so wie das Programm endet:
Wo G53 Z-1 im Werkstück-Koordinatensystem liegt, weiss die App nur, wenn im Abschnitt
Maschine Maschinen-Z0 über Nullpunkt eingetragen ist. Ohne diesen Wert zeigt die
Animation stattdessen die Rückzugsebene und schreibt „Höhe im Werkstücksystem unbekannt"
dazu. Auf den erzeugten GCode hat der Wert keinen Einfluss.
Oben links stehen laufend Satznummer, Bewegungsart, X/Y/Z, A/C, Berührpunkt und F-Wert.
Zmin eingeben: Haken Nach unten begrenzen (Zmin) im Abschnitt Strategie setzen – dann ist das Feld darunter editierbar, vorbelegt mit dem tiefsten Punkt der gewählten Fläche. Rohteil-Oberkante entsprechend: Haken Rohteil-Oberkante = höchster Flächenpunkt entfernen. Beide Häkchen sind immer bedienbar, unabhängig von der Bahnform.
Alle Eingaben wirken sofort in der Vorschau – Zmin-Ebene, Rohteil-Oberkante und die Lage der A-Achse gehen beim Tippen mit, ohne Neuberechnung. Eine unvollständige Eingabe (leeres Feld, blosses Minus) lässt den bisherigen Wert stehen.
Maus: links ziehen = drehen, rechts ziehen = schieben, Rad = zoomen, Strg+Klick = Fläche wählen (+Umschalt = dazu, +Alt = weg). Die Flächenauswahl funktioniert in beiden Ansichten – in der Maschinenansicht wird der Sichtstrahl dafür durch A und C zurückgedreht.
dotnet build "Code Projects\5ACAM\Mas5ACAM.sln" -c Release
Ergebnis: src\bin\Release\net10.0-windows\Mas5ACAM.exe.
Voraussetzung: .NET-10-Desktop-Runtime. Alternativ Mas5ACAM.sln in Visual Studio öffnen.
Optionale Startparameter:
Mas5ACAM.exe teil.stl STL beim Start laden
Mas5ACAM.exe --shot bild.png [stl] Diagnose: rechnen, zwei PNG ablegen, beenden
Der Rechenkern lässt sich ohne Oberfläche prüfen:
dotnet run --project "Code Projects\5ACAM\selftest\Selftest.csproj" -c Release -- C:\Temp
Geprüft werden unter anderem:
| Prüfung | Ergebnis |
|---|---|
Forward() stellt die Werkzeugachse exakt in Maschinen-Z |
Fehler < 1e-15 |
ToolAxisFromAC ist die exakte Umkehrung von SolveAC |
Fehler < 1e-15 |
Inverse(Forward(p)) = p (mit Tischversatz) |
Fehler < 1e-13 |
| Achse mit k < 0 wird als unerreichbar erkannt, A auf 90° begrenzt | ja |
| Fräsermitte überall 13 mm vom Kugelzentrum | max. 0,011 mm |
| ausgegebene Maschinenposition ist die Werkzeugspitze | exakt |
| A bleibt in −90 … +90° | ja |
| Flächenabweichung bei linearer Satzinterpolation aller fünf Achsen | max. 0,011 mm |
| Sätze mit gleichzeitiger Linear- und Doppel-Drehachsbewegung | > 3200 |
| C läuft über mehr als eine Umdrehung durch | 57,8 Umdrehungen |
| Klick auf die Kugel wählt genau die Kugel, kein Zylinderdreieck | 9024 von 9280 |
| Klick auf den Zylindermantel stoppt an den 90°-Kanten | 128 Dreiecke |
| Ausgleichskugel der Auswahl | (0,0,30), r = 10,0000 mm, Rest 0,00000 mm |
| Flächenauswahl übersteht Drehung und Nullpunktverschiebung | ja |
| Bahn in einem schräg gestellten Koordinatensystem | Fräsermitte max. 0,011 mm daneben |
| Freiform: Klick wählt genau die Wellenfläche | 26 880 von 27 826 |
| Freiform: grösste Z-Zustellung bleibt unter der Grenze | 2,686 mm bei 3 mm Grenze |
| Freiform: Eingriff unter die Sollfläche | 0,0000 mm (4460 Punkte geprüft) |
| Freiform: Schlichtbahn liegt auf der Fläche | 0,0000 mm Abweichung von R |
| Kugel mit Zmin auf Kugelmitte: nur die obere Hälfte | 3289 statt 5195 Punkte, Theta endet bei 90° |
| Kein Berührpunkt unter Zmin | tiefster 30,0033 mm bei Zmin = 30 |
| Die Fräserkugel darf unter Zmin hängen | tiefster Kugelpunkt 27,0 mm |
| Rohteil-Oberkante über dem Modell erzeugt zusätzliche Schruppebenen | 11 statt 8 |
| Die Schlichtbahn bleibt in beiden Betriebsarten erhalten | 0 Ebenenpunkte in der letzten Bahn |
| Eingabe wirkt sofort in der Vorschau, ohne Neuberechnung | Zmin 33,5 und A-Achse −25 sofort sichtbar |
| Werkzeugachse senkrecht: A und C stehen still | 0,000° Bewegung |
| Klick-Rundprobe Bildpunkt → Dreieck | 0,000 mm, in beiden Ansichten |
| Genau zwei G53-Sätze, vor dem Werkzeugwechsel und nach M5 | ja |
| Der erste Bewegungssatz nach G53 schreibt Z ausdrücklich | ja |
| Animation enthält alle Sätze, nicht nur die Schnitte | 5205 Sätze zu 5195 Schnittpunkten |
| Letzter Satz stellt A und C auf 0, davor der G53-Rückzug | ja |
| Mit Maschinen-Z0 = 400 liegt der Rückzug auf Z 399 | exakt |
| C endet auf einem Vielfachen von 360° – gleiche Stellung wie C0 | −20880° = −58 Umdrehungen |
| Dafür dreht C nur 174,9° statt 20705,1° | ja |
| Maschinendaten überstehen Speichern → Ändern → Laden | ja |
Eingabe 90 im Drehfeld kippt das Modell ohne Knopfdruck |
40 mm hoch → 20 mm hoch |
Halbe Eingabe - lässt die Drehung auf 90° stehen |
kein Rückfall auf 0 |
| Werkzeugweg wird beim Drehen verworfen | ja |
| Haken Eilgänge aus: Bild ändert sich | 9204 Bildpunkte |
| dabei bleibt die blaue Schnittbahn stehen | 1233 → 1227 Bildpunkte |
Die letzte Zeile der Tabelle ist die aussagekräftigste: dort wird die Satzmitte so nachgerechnet, wie die Steuerung sie bei linearer Interpolation aller fünf Achsen wirklich anfährt, und gegen die Sollfläche gemessen. Die 0,011 mm sind der Facettenfehler des STL-Modells selbst – die Bahn ist also so genau, wie das Modell es zulässt.
Zwei Diagnoseschalter über Umgebungsvariablen: NDIAG=1 vergleicht die interpolierten
Normalen mit der analytischen Kugelnormale, DUMP=1 gibt einen Ausschnitt der
Bahnpunkte mit Tangente, Achse und Achsstellung aus.
Ehrlich gesagt, was die App nicht kann:
- Nur Kugelfräser. Kein Torus-, Schaft- oder Scheibenfräser.
- Schruppen nur in Z-Ebenen und nur bei den Parallelbahnen. Es gibt keine Restmaterial-Verfolgung: jede Ebene fährt die ganze Fläche ab, auch dort, wo eine höhere Ebene schon alles weggenommen hat. Das ist sicher, aber nicht die kürzeste Bahn.
- Kein Rohteilmodell. Die Rohteil-Oberkante ist eine Zahl, keine Geometrie – seitlich wird immer das Rechteck über der gewählten Fläche abgefahren.
- Flächenauswahl über den Knickwinkel. Geht eine Fläche tangential in die nächste über, laufen beide zusammen; dann hilft nur ein kleinerer Knickwinkel oder mehrere Klicks mit Umschalt und Alt.
- Eine Strategie: Kugelkoordinaten-Projektion aus einem Zentrumspunkt. Sie passt zu allem, was von diesem Punkt aus sternförmig sichtbar ist – Kugeln, Kuppeln, Turbinenschaufel-ähnliche Formen. Für eine Prismenform ist sie das falsche Werkzeug.
- Kollisionsprüfung nur Werkzeug gegen Werkstück. Tisch, Spanner und Maschinenraum sind nicht modelliert.
- Keine Achsbeschleunigung, kein Look-ahead. Die Zeitschätzung ist eine reine Weg-durch-Vorschub-Rechnung mit Drehachsbegrenzung.
- Genauigkeit ist durch das STL begrenzt. Ein grob facettiertes Modell liefert eine grob facettierte Fläche; die Bahnrechnung selbst arbeitet im Bereich 1e-14.
- Das Programm ist nicht an einer realen Maschine eingefahren. Vor dem ersten Lauf: Drehrichtungen prüfen, Rückzugsebene prüfen, im Einzelsatz und ohne Werkstück testen.
| Datei | Inhalt |
|---|---|
Geometry.cs |
Vektor- und Winkelrechnung |
Mesh.cs |
Dreiecksnetz, geglättete Eckennormalen, Abstand Strecke/Dreieck |
MeshTopology.cs |
Kantennachbarschaft, Flächenauswahl, Ausgleichskugel |
Workpiece.cs |
Werkstück-Koordinatensystem: Modell drehen und Nullpunkt setzen |
TriGrid.cs |
Voxelgitter für Strahlschnitt (DDA) und Boxabfrage |
StlIo.cs |
STL lesen (binär/ASCII) und schreiben |
ModelGenerator.cs |
Beispielmodell Kugel auf Zylinder |
Kinematics.cs |
Tisch-Tisch-Kinematik AC, vorwärts, rückwärts, Lösungswahl |
MachineSettings.cs |
Maschinendaten in %AppData%\Mas5ACAM\maschine.cfg |
CamParameters.cs |
Werkzeug, Maschine, Strategie, Technologie, Postprozessor |
Toolpath.cs |
Bahnpunkte, Schnitte, Kennzahlen |
ToolpathGenerator.cs |
Abtastung, Werkzeuglage, Kinematik, Vorschub |
ToolpathRaster.cs |
Parallelbahnen, Ebenenschruppen, Ausdünnen nach Toleranz |
BallDrop.cs |
Kugel fallen lassen – tiefster gouge-freier Mittelpunkt |
ToolCollision.cs |
Werkzeug/Halter gegen Modell |
PostProcessor.cs |
GCode-Ausgabe, modal, G93/G94 |
Viewport3D.cs |
Software-Renderer auf GDI+ |
MainForm.cs |
Oberfläche |
selftest/ |
Prüfungen des Rechenkerns ohne Oberfläche |
Im Ordner doc\ liegen ausserdem ein fertiges Beispielprogramm
(beispiel_kugel_5achs.nc, G93, vollstaendige Saetze) und das Beispielmodell als STL.