Tässä ohjeessa neuvotaan työstöpolkujen eli G-koodin luonti ilmaisella FreeCAD-suunnitteluohjelmalla.

Aiheesta on tekstitetty opasvideo (ei ääniraitaa):

FreeCAD:n toiminta perustuu eri työtiloihin (engl. Workbench), jotka valitaan työkalurivin pudotusvalikosta. Valittu työtila määrää mitkä toiminnot ovat kulloinkin näkyvillä valikoissa ja työkaluriveillä. Useimmin tarvitut työtilat ovat:

• Path Workbench: Työstöpolkujen luonti
• Part Workbench: Kappaleiden muokkaus ja yhdistely
• Part Design Workbench: Uusien kappaleiden suunnittelu
• Mesh Workbench: Muista ohjelmista tuotujen polygonimuotoisten mallien (kuten STL-tiedostot) käsittely

Käyttöliittymän vasemmassa laidassa näkyy puurakenteena kaikki kappaleet ja muut objektit, joita tiedostossa on. Kappaleita voi piilottaa näkyvistä valitsemalla ne ja painamalla välilyöntiä.

Oikean reunan 3D-näkymässä voi valita kappaleita tai niiden yksittäisiä osia, kuten pintoja, särmiä tai kulmapisteitä. Näkymää voi käyttää myös mittojen tarkistamiseen, sillä alareunan tilarivillä näkyy koordinaatit joiden kohdalla hiiri on. Esimerkiksi yllä kuvassa nähdään että kuution yläpinnan Z = 10 mm.

Kappaleita voi suunnitella FreeCAD:lla kahdella tavalla:

1. 2-ulotteisten mittakaavapiirrosten pohjalta Part Design -työtilassa. Tämä soveltuu erityisesti monimutkaisemmille kappaleille, joissa on tarkkoja mittoja. Oppaita: FreeCAD Creating a Simple Part with PartDesign FreeCAD Basic Part Design Tutorial, K.Kotron opasvideo suomeksi

2. 3-ulotteisia perusmuotoja yhdistelemällä Part-työtilassa. Tämä sopii kappaleille, joissa on vain vähän yksityiskohtia - esimerkkinä laatikko, jossa on reikiä. Oppaita: FreeCAD Whiffle Ball Tutorial, Rick Hoeferin opasvideo englanniksi

FreeCAD osaa tuoda useimmat OpenSCAD-mallit suoraan koodina, jolloin kaarevien pintojen muoto säilyy.

Mallit tuodaan OpenSCAD-työtilan toiminnolla Add OpenSCAD element.... FreeCAD laskee OpenSCAD-koodin pohjalta muodon uusiksi perusmuodoista lähtien, samaan tapaan kuin Part-työtilassa kappaleita luotaessa. Kappaletta voi siis muokata myös graafisesti tuonnin jälkeen.

Yleisimmät tiedostomuodot 3D-malleille ovat STL ja STEP. Näistä STEP on suositeltavampi, koska se pystyy esittämään myös kaarevat pinnat alkuperäisessä muodossaan.

STEP-tiedoston avaus onnistuu Part-työtilassa valitsemalla valikosta Part → Import CAD.... Kappale on heti sopivassa muodossa jyrsintäpolkujen luontia varten.

STL-tiedoston avaus tapahtuu Mesh Design -työtilassa valitsemalla valikosta Meshes → Import Mesh.... Tuotu malli täytyy kuitenkin muuttaa polygonimallista solidiksi eli yhtenäiseksi kappaleeksi ennen kuin sitä voi käyttää Path-työtilassa. Muunnos tapahtuu näin:

1. Vaihda Part-työtilaan.
2. Valitse polygonimalli vasemman reunan listasta ja sitten valikosta Part → Create shape from mesh....
3. Avautuvassa dialogissa valitse Sew shape ja aseta toleranssiksi esimerkiksi 0.1 millimetriä. Tämä määrää kuinka lähekkäiset pisteet yhdistetään samaksi pinnaksi.
4. Nyt listaan tulee kappaleeksi muunnettu kopio . Valitse se.
5. Malli koostuu yhä erillisistä kolmioista, mikä vaikeuttaa sen käsittelyä. Valitse Part → Create a copy → Refine shape, mikä yhdistää samassa tasossa olevat kolmiot yhtenäisiksi pinnoiksi.
6. Lopuksi valitaan vielä äskeinen Refine-kopio, ja valitaan Part → Convert to solid.
7. Nyt tuloksena on viimein Path-työtilalle soveltuva kappale . Voit poistaa muut objektit listasta valitsemalla ne ja painamalla Del.

Hacklabin CNC-työaseman tietokoneella FreeCAD:n asetukset ovat valmiiksi sopivat, mutta kotikoneella käytettäessä täytyy tehdä pari muutosta:

1. Valitse työkalurivin pudotusvalikosta Path -työtila.
2. Avaa valikosta Edit → Preferences.
3. Valitse vasemmalta General, yläreunasta Units ja sitten Unit system: Metric small parts & CNC (mm, mm/min).
4. Valitse vasemmalta Path ja aseta Post processor-osiosta Default Post Processor: LinuxCNC
5. Valitse ylhäältä Advanced-välilehti, ja kytke päälle Enable OCL dependent features.

Lisäksi on hyödyllistä lisätä Hacklabin CNC:lle tehdyt oletusasetukset ja työkalukirjasto:

1. Lataa repository git:llä, tai .zip-tiedostona
2. Valitse FreeCADin asetuksissa vasemmalta Path ja General-osiosta aseta Path:ksi lataamasi hakemisto CAM_configs/FreeCAD.
3. Aseta Template:ksi lataamasi CAM_configs/FreeCAD/job_FreeCAD_template.json

Osa Path-toiminnoista on toistaiseksi kokeellisia, ja ne täytyy kytkeä erikseen päälle. Näistä olennaisin on 3D Surface, jota tarvitaan kolmiulotteisesti kaarevien pintojen jyrsintään. Experimental-ominaisuuksien päällekytkentään on ohje FreeCAD:n wikissä.

Lopuksi käynnistä FreeCAD uudelleen.

Jyrsintäpolkujen luomista varten vaihda Path-työtilaan.

Aluksi luodaan Path → Job objekti, joka kokoaa yhteen tiedot jyrsittävästä kappaleesta ja tehdyistä jyrsintäpoluista. Avautuvasta dialogista valitaan kappaleet, joita ollaan jyrsimässä.

Tämän jälkeen aukeaa Job Edit -näkymän Setup-sivu. Tässä voi asettaa materiaalin mitat sekä asettaa jyrsinnässä käytettävän nollapisteen. Valittu nollapiste näkyy kolmivärisenä nuoliosoittimena 3D-näkymässä. Monesti kätevintä on laittaa nollapiste kappaleen ylä- tai alapintaan joko keskelle tai johonkin kulmista. Nollapisteen muuttaminen tapahtuu valitsemalla jokin kohta kappaleesta ja painamalla esimerkiksi Z=0 painiketta.

Muihin asetuksiin ei vielä tässä vaiheessa tarvitse puuttua, joten voit painaa yläreunasta OK. Jos muutit kappaleen nollakohtaa, kannattaa piilottaa objektipuussa alkuperäinen kappale valitsemalla se ja painamalla välilyöntiä, ja tuoda Job:n alla oleva Model näkyviin. FreeCAD ei nimittäin siirrä alkuperäistä kappaletta vaan luo siitä linkitetyn kopion.

Valitsemalla Path → Toolbit dock aukeaa oikeaan laitaan terälista, josta voi tuplaklikata haluamansa jyrsinterät mukaan jobiin. Vasemmanpuoleisesta listasta tuplaklikkaamalla pääsee asettamaan kyseiselle terälle käytettävät liike- ja pyörimisnopeudet. Vinkkejä saa Jyrsintäasetuksia-sivulta.

FreeCAD:ssa kuhunkin jyrsinterään liittyy Tool Controller, joka määrää nopeudet sekä Toolbit, joka määrää terän muodon. Jos käytettyä terää ei ole valmiiksi listassa, voi sen tehdä muokkaamalla Toolbit-asetuksia.

Tässä tärkeimmät FreeCAD:n tukemista erilaisista työstöpoluista:

• Profile: Pystysuorien pintojen luonti jyrsimällä joko kappaleen sisä- tai ulkopintaa myöten.
• Pocket: Kuoppien luonti jyrsimällä valitun alueen sisältä haluttuun syvyyteen asti.
• Adaptive: Sisältää sekä pocket- että profile-tyyliset polut, mutta välttää koko terän leveyden käyttöä. Tästä on hyötyä erityisesti metalleja jyrsittäessä, koska se pienentää terän kuormitusta ja lastut pääsevät paremmin pois.
• Helix: Pyöreiden reikien luonti jyrsimällä spiraalimaisesti alaspäin.
• 3D Surface: Syvyyssuunnassa kaareutuvien pintojen jyrsintä. Sopii myös tasaisille pinnoille.
• 3D Waterline: Pystypintojen jyrsintä korkeuskäyrien perusteella.

Polku tallennetaan G-koodiksi "Post process" -valinnalla.