ツインは、ソフトウェアとして作った MC-1 です。ツインの中では Twinwright 独自カーネルが動作し、コントローラのまわりにある機械の各部分は、物理モデルで表されます。ツインが物理世界について示す数値は、すべて物理モデルによる推定値です。モデルのパラメータは、機械の設計、部品のデータシート、公表されている値から得ています。それぞれの MC-1 は、コミッショニング時に測定し、そのツインを測定値に合わせます(計画中)。以下の各節の最後に、そのパラメータの根拠を示します。
_草稿(ラウンド 14):本文は執筆中で、節が増えることがあります。_
ツインのコントローラは Twinwright 独自カーネルで、機械のファームウェアと同じソースからビルドされています。モデル化されているのは、そのまわりの基板です。タイマーとステップパルス、デバウンス付きの入力、コンピューターとの接続(USB シリアルポートとそのハンドシェイク)、コントローラのフォアグラウンド処理にかかる時間が含まれます。
根拠:カーネル自身のコード。フォアグラウンド処理の時間は、基板で測定するまでは推定値です。
各軸は、クローズドループのステッピングドライバとボールねじで駆動されます。ツインはこれらを 4段階の詳細度でモデル化しており、既定は 3質量モデルです。
根拠:設計(質量、慣性モーメント、手計算と有限要素解析による剛性)、ドライバとモーターのデータシート。摩擦とドライバの内部パラメータは、測定するまでは仮定です。
オンにすると、ツインは工具先端を機械の幾何誤差の分だけ動かします。対象は、各軸のリード誤差とその周期成分、2つの真直度誤差と、アッベアームを介して作用する 3つの角度誤差、軸間の直角度、ナットのバックラッシ、そして熱によるねじと主軸の伸びです。リミットスイッチはスライドを、ツールセッターとタッチプローブは工具先端を検知します。これは実機と同じです。このモデルは既定ではオフです。公称のツインは理想状態です。
根拠:部品の等級から導いた、組み立て済みの標準的な機械の表。これらは機械の仕様ではありません。コミッショニング時に、その機械の ISO 230-2 による測定値に置き換えます(計画中)。
主軸とボールねじは、使うと温まり、休止すると冷えます。ツインはセッションをまたいでそれらの温度を保持し、その温度に応じて工具先端とねじのリードを動かします。
根拠:1次の熱モデル。パラメータは、機械のウォームアップを測定するまでは仮定です。
主軸のインバータは、機械のものと同じようにモデル化されています。コントローラは RS-485 で、インバータ固有のプロトコルを使い、設定された通信速度で 1バイトずつ通信します。インバータは、そのマニュアルに書かれているとおりに応答します。これには、通信を受け付けるかどうかを決めるパラメータも含まれます。その背後には、すべりから求まるモーターのトルク、電流、インバータの過電流・過負荷・不足電圧のトリップ、電源が一瞬落ち込んでもインバータを動作させ続ける DC バス、ウォーターポンプがあります。
根拠:インバータとモーターのデータ。バスの静電容量、電流の励磁成分、摩擦は、測定するまでは仮定です。
素材は高さフィールドで、指定した場所には、より細かい領域が置かれます。工具が動くたびに、工具の形状が掃引した部分が除去されるので、部品の形状はプログラムそのものから決まります。
切削抵抗は、材料の切削係数から求めます。切削係数は、切りくずの厚さと切削速度によって変わり、工具の実際の形状(フラット、ボール、ブルノーズ、V)に対して、刃ごとに計算されます。この切削抵抗から、ツインは主軸の負荷と動力、工具のたわみ、工具が折れる危険性を推定します。折れる危険性は、刃溝の付け根の曲げ応力を超硬合金の強度と比べて求めます。
根拠:材料ごとの公表されている切削データ(各材料の出典は機械プロファイルにあります)、切れ味の鋭い工具、一般的な工具形状。
切削ごとに、ツインは、使用中の主軸回転数でびびりが始まる切込み深さを、工具と機械の振動モードおよび切削の形状から計算し、切削が安定する主軸回転数を選びます。また、切削の強制振動から、壁面がどの位置に仕上がるかを推定します。
工具先端には、各方向に三つのモードがあります。機械の構造、コレットと主軸に取り付けたツールホルダー、そして工具自身のたわみです。たわみモードの周波数は、工具の形状(刃、首、シャンク、突き出し長さ)から決まります。突き出し 20 mm の 6 mm エンドミルで約 14 kHz、0.2 mm の工具では 100 kHz を超えます。約 1 mm 未満の工具は、びびるとすれば自身のたわみでびびり、その深さは主軸回転数にほとんど依存しません。ツインはこの深さを、切削ごとに時間領域で計算します。
根拠:有限要素解析によるフレームのモード、仮定したホルダーのモード、工具の形状からはり理論で推定したたわみ。三つとも減衰は仮定値(3 %)です。まだどれも測定していません。組み立てた機械でのタップテストで測定する予定で、それまでは安定な深さは推定値です。切削自体の減衰はモデル化していません。小さな工具では、びびり指標は安全側になります。
軸が主軸からずれた工具は、最も外側の刃で切削します。そのため、穴は大きく、ボスは小さく仕上がります(所見 187)。ツインはその包絡で切削し、CAM ははめあいの計算でこれを見込みます。工具ごとに、その仕様に振れを持たせることもできます(精密コレットの等級、または測定値。tir3:TIR をマイクロメートルで)。指定がなければ機械の振れを使います。
根拠:機械で測定するまでは、仮定した振れ。
1.0 では、すべての工具が新品です。どれだけ長く切削しても、切削する形状と切削抵抗は、切れ味の鋭い工具のものです。プログラムが工具ごとに使う寿命を数える機能は、後のバージョンで計画されています。アルミニウムを削る工具は、逃げ面が摩耗したからではなく、アルミニウムが刃に付着して、部品にバリが出たり仕上がりが悪くなったりするために、たいていは先に交換されます。
タッチプローブは、ボールが部品に触れるとプローブ入力を切り替える工具です。ツインは、素材の形状と切削された面(傾斜面を含む)から、接触を厳密に求めます。モデルは 2種類あります。ボールが触れた瞬間に切り替わる理想的なプローブと、方向によって変わるプリトラベル、3つのローブ、ばらつき、押し込みすぎたときのスタイラスの破損を備えた一般的なプローブです。
根拠:タッチトリガープローブの一般的な値。測定に使う前に、リングゲージでタッチプローブを校正してください。
テーブル上の段取りについて、ツインは、越える必要がある最も高い点を求めます。また、主軸の工具と工具テーブルの各工具について、Z 軸の上端での工具先端の高さを求めます。段取りを越えられない工具は、段取りまたは工具が変わったときに報告されます(所見 188)。
根拠:機械の設計と、指定された工具の長さ。
ツインは、工具、そのホルダー、主軸が、部品、治具、機械に当たらないかを調べ、衝突しそうになる前に警告します。ワーク保持(クランプ、バイス、V ブロック、テープ、固定された部品)は、一定の力で部品を保持するので、それより強く押す切削では、部品が滑ることがあります。
根拠:設計に基づく機械と治具の形状。保持力は推定値です。
組み上がった機械が必要な受け入れ試験(ドライバと音の測定、切削抵抗、表面、熱、フレームのモード、実機とのシャドーモード)は、ツインの設計ノート(docs/06、第7節)にあります。