Hvad er en fræser?
Hvor man diskuterer eller bruger en CNC-fræser, er det nyttigt at vide, hvordan man bruger en håndholdt fræser. Din typiske overfræser har en motor (muligvis en motor med variabel hastighed), højdejustering (enten fast eller dykket) og en spændetang, som er en konisk fjeder, der, når den komprimeres, skaber den nødvendige friktion for at holde dit skæreværktøj på plads.
Når du bruger en ikke-computerstyret overfræser, ser, hører og føler du, hvordan værktøjet kan skære med øjeblikkelig haptisk feedback. Hvis du har adgang til en, så gå ud og leg med den, før du forsøger at oprette værktøjsbaner på computeren. Lav en hurtig skitse på et 12 “x12”-stykke krydsfiner og brug en ¼-tommers bit til at skære den ud. Hvis du arbejder med en fast base (ikke en dykkerfræser), skal du sørge for at bore et 3/8-tommers hul, så du sikkert kan starte fræseren i materialet. Indstil boret, så det ikke skærer mere end 1/8 tomme dybt pr. arbejdsgang, og sørg for at fastgøre krydsfinerpladen til dit bord. Vær opmærksom på, at det kan være potentielt farligt at bruge et fræserbor/dybde, der ikke er specificeret. Brug en bit mindre end 3/8 tomme, og brug et trin på mindre end bitens radius.
Begynd snittet i midten af din form og arbejd dig ud i et spiralformet mønster, dette vil give støtte til din overfræser, hvis din form er større end dens bund. Mens du arbejder dig frem mod de skitserede linjer, skal du prøve at lave både bevægelser med og mod uret og bemærke, at én retning giver langt mere kontrol og præcision.
Hvad er værktøjsbaner?
En værktøjsbane er den brugerdefinerede kodede rute, som et skæreværktøj følger for at bearbejde en del. De repræsenteres på skærmen af linjer og kurver, som repræsenterer vejen for skæreværktøjets nederste centrum. Lommeværktøjsbaner ætser overfladen af materialet, mens profilværktøjsbaner skærer hele vejen igennem.
Lomme
Den proces, der er beskrevet i det håndholdte eksempel ovenfor, kaldes en “lomme”-værktøjsbane. I din første arbejdsgang fjerner du alt inden for dine linjer til en konstant dybde på 1/8 tomme under overfladen. Hvis du vil fjerne mere end 1/8 tomme, skal du blot holde en pause efter den første passage, sænke bitten og fjerne en anden passage 1/8 tomme lavere og så videre.
Lommeværktøjsbaner i RhinoCAM
De røde linjer er “pen op”-rejselinjer, hvor overfræseren løfter fræseren og rejser over materialets overflade for at komme til det næste skærepunkt. Det blå skraverede område angiver, hvor materialet vil blive fjernet.
Faglige værktøjsbaner i RhinoCAM
Profil
Hvis du ønsker at skære din form ud i stedet for at fjerne materiale inden for linjerne, vil den værktøjsbane, du skal bruge, blive kaldt en profil (eller kontur).
Profilværktøjsbaner i RhinoCAM
Profilværktøjsbaner, der skæres.
De fleste CAM-software tilbyder, hvad der synes at være et vanvittigt antal kontroller og muligheder i værktøjsbanedialogen. Bliv ikke overvældet, og tag dig god tid til langsomt at bevæge dig gennem hver enkelt fane efter hinanden og være sikker på, at du forstår alle mulighederne. De vigtigste begreber, der skal tages med fra ovenstående eksperiment med den håndholdte fræser, er: spindelhastighed, fremføringshastighed, step-down og step-over. Vi vil dække disse mere detaljeret nedenfor.
Klippe vs. konventionel skærebevægelse
En standardfræserbit drejer med uret. Hvis dette skulle følge venstre side af linjen, ville det være et klatresnit, hvis det skulle følge højre side af linjen, ville det være en konventionel skærebevægelse.
Klatresnit vs. konventionelt snit
Den største forskel mellem klatresnit og konventionelt snit er, hvordan fræseren bider sig fast i materialet. Ved et konventionelt snit afbøjes bitten mod snittet, mens et klatresnit skubber bitten væk. Klatreskæring er ofte at foretrække ved brug af en CNC-router, da den forårsager mindre rivning af kornet eller “tearout”. Klatresnit kan dog være farligt på en ikke-computerstyret fræser, da emnet kan være svært at kontrollere med hånden og kan “gå væk.”
I det håndholdte eksempel ovenfor ville et spirallignende mønster med uret fra inderst til yderst også være et konventionelt snit og vil give mere kontrol, fordi vi har begrænset styrke, når vi bruger håndværktøj. Faktisk henviser mange træbearbejdningsbøger til denne metode som den eneste sikre retning at bruge en fræser.
En CNC-router vil dog typisk give et bedre snit, når der bruges et klatresnit, især i massivt træ, fordi det vil eliminere muligheden for udrivning langs skærevektoren. I starten skal du ikke bekymre dig for meget om dette. Generelt bør du vælge den indstilling, der omfatter begge dele, såsom ‘blandet’, og softwaren vil vælge, hvad der skal bruges.
Værktøj
Der er 4 hovedtyper af fløjte-mønstre til routerbits, plus mange typer specialbits.
- Straight Flute – god all around bit, anstændig spånfjernelse
- Up Spiral – god spånfjernelse, kan rive toppen af tyndt finér som f.eks. finish grade krydsfiner ud
- Down Spiral – dårlig spånfjernelse, ingen udrivning, langsommere fremføringshastighed
- Compression – kombination af up og down spiral, god all around bit, god til krydsfiner eller lamineret pladegods.
Hvert af disse fløjteformer har deres ulemper. Hvis penge ikke er et problem, og du for det meste skærer finish grade krydsfiner, kan jeg virkelig godt lide Freud 77-202 eller 77-204. Lige fløjter er også fantastiske, billige og undervurderede.
3D Containment Boundaries
Jeg opfordrer eleverne til at bruge tid på 2D-snit, før de bruger fulde 3D-værktøjsbaner. Der er en række grunde til dette, men det vigtigste er, at det at tage sig tid til at forstå 2D-bearbejdning giver en meget bedre forståelse af 3D-parametrene. Jeg vil med glæde behandle 3D mere indgående på et senere tidspunkt, men nu vil jeg gerne diskutere indeslutningsgrænser.
I stedet for at bruge wireframe-geometri eller kurver og linjer som den primære inputkilde bruger en 3D-værktøjsbane overflader, der kaldes “køreflader”. For at opnå det ønskede resultat er det ofte nødvendigt at bruge en containment boundary. Dette er en kurve, der definerer grænserne for bevægelsen i x og y på kørefladen. Nøglen til at bruge containment boundaries er, at de skal være over din geometri.
Typisk flytter jeg modellen nedenunder til konstruktionsplanet, før jeg starter, og sætter containment på CPlane.
Feeds og hastigheder
De fleste spindler (betegnelsen for den fræser, der er fastgjort til din cnc-fræser) vil gå fra ca. 7.000rpm til 18.000rpm. Denne hastighed kaldes “spindelhastighed” og er direkte relateret til fremføringshastigheden eller overfladehastigheden, som de fleste maskiner er i stand til at gøre op til ca. 200ipm. De to andre variabler, step-down og step-over, bør holdes på en sådan måde, at det tværsnitsareal, der er i kontakt med materialet, ikke er større end radius gange bitens diameter. Dette er en tommelfingerregel, men det er et godt udgangspunkt for beregninger af fremføring og hastighed.
For at opsummere:
- Spindelhastighed – skæreværktøjets rotationshastighed i omdrejninger pr. min
- Fremføring – overfladehastighed i centrum af det roterende værktøj
- Trin nedad – den afstand i z-retningen pr. værktøj dykker ned i materialet
- Step over – den maksimale afstand i x/y-retningen, som et skæreværktøj vil gribe ind i uskåret materiale
Beregning af tilførsler og hastigheder
Nedenfor er en formel til beregning af tilførselshastighed:
ChipLoad x CutterDiameter x NumberOfFlutes x SpindleSpeed = FeedRate
Hvor chipload er den mængde materiale, der skæres pr. tand (fremføring pr. tand). Feed rate er skæreværktøjets overfladehastighed i tommer pr. minut, spindelhastighed er skæreværktøjets omdrejningshastighed i omdrejninger pr. minut, antallet af spoler og skærediameter bestemmes af dit værktøj. I dette tilfælde er de ¼ tomme og 2 spåner. Afhængigt af bitens størrelse er spånbelastningen for krydsfiner mellem 0,005 tommer og 0,01 tommer pr. tand. For små bits under 1/8 tomme starter du med 0,005 og øger derfra. For bits 1/4 tomme og større vil du sandsynligvis ikke ødelægge noget ved at starte med 0,01.
Størrelsen af spånbelastningen eller fremføringen pr. tand er en meget vigtig faktor ved bearbejdning, større spåner er i stand til at trække mere varme væk. Mindre spåner er lettere for din maskine og dine værktøjer, men kan forårsage for meget varme. Du ønsker at lave spåner, der, når de falder ned på gulvet, snarere end at blive til støv, der bliver i luften.
Når du forsøger at finpudse dine fremføringer og hastigheder med en ny bit, skal du gætte så godt du kan ved hjælp af formlen for fremføringer og hastigheder og røre ved bitten, så snart den stopper med at dreje efter at have lavet et par snit (husk: sikkerhed først), den skal være varm, måske lidt varm at røre ved, men den skal ikke brænde dig. Hvis den er for varm, skal du øge fremføringshastigheden eller sænke spindelhastigheden. Se på kvaliteten af kanten, efter at snittet er afsluttet. Hvis den er bølget, er det værktøjsbrag, og du bør nedsætte din fremføringshastighed eller øge din spindelhastighed.
Brug også dine ører, værktøjet skal lyde godt, når det skærer … stol på din mavefornemmelse.
Nogle eksempler
Hvis vi sætter vores kendte variabler ind, får vi:
0,01 x 0.25 x 2 x 18000 = FeedRate = 90ipm
Holder vi i tankerne, at vi ikke ønsker at skubbe boret hurtigere end ca. 200ipm, kan vi, hvis vi ønsker at bruge et 1/2 tommer 4-fløjede bor, løse for spindelhastighed i stedet for feed rate.
- 0,01 x 0,5 x 4 x SpindleSpeed = 200ipm
- SpindleSpeed = 10.000rpm
Det er nyttigt at lave et skema, så du hurtigt kan finde de tal, du leder efter. Du er velkommen til at bruge mit skema over fremføringer og hastigheder.
Bearbejdningstips og -tricks
Step-Down og bitdiameter
Alle disse tal er baseret på en step-down af radius og step-over af bitdiameteren. Med spånbelastningen indstillet til 0,01 er det muligt at gå nedad og over bitdiameteren, men det er det absolutte maksimum og bør kun være korte øjeblikke i snittet. Det er muligt at beskadige din spindel ved at skubbe den for hårdt, husk altid at varme spindlen op i mindst 10 minutter, før du foretager et snit. Der er nogle dyre lejer derinde, som vil blive ødelagt, hvis du springer dette trin over.
Løgskind på profilskæring
Når jeg profilskærer fineret krydsfiner, kan jeg godt lide at bruge en kompressionsbit med en teknik, der kaldes løgskind. Der er mange forskellige måder at programmere ethvert job på, men denne metode er en catchall til små dele og en god færdig kant uden udrivning på et vakuumbord med et spoilboard. Ideen er at træde ned efter niveau først, så skær alle dine dele ned til det første trin, derefter til det andet trin osv. og efterlad et tyndt lag finer i bunden af hvert snit. I en sidste arbejdsgang skæres det tynde “løgskind” af finer, der er tilbage, over. Fordi den tilbageværende mængde er så tynd, giver den kun lidt modstand mod boret og mindsker chancen for, at din del bevæger sig.
Hvis jeg skar 3/4 i krydsfiner, ville det faktisk måle et sted omkring 0,72 tommer, jeg ville træde ned to gange, 0,34 pr. gennemløb, hvilket efterlader 0,04 tommer plus 0,02 gennembrud for den sidste værktøjsbane til at fjerne. Fordi jeg træder ned næsten 3/8 af en tomme, mens jeg skærer den fulde 1/4 tomme bredde af bitten i hvert gennemløb, ville jeg være nødt til at sænke fremføringshastigheden.
Med en 1/4 tomme bit skal jeg træde ned 1/8 af en tomme (radius), når jeg laver konturskæring ved hjælp af en spånbelastning på 0,01 tommer. Men jeg ønsker at bruge en kompressionsbit for at undgå udrivning på toppen af min plade, og denne bit har ikke en nedadgående spiral før omkring 5/16 tomme op ad skærekanten. Så jeg er nødt til at gå 3/8 tomme nedad. Da jeg øger tværsnitsarealet af den bit, der er i kontakt med materialet, bør jeg reducere spånbelastningen med det samme beløb, så den nye spånbelastning vil være 0,00333 og give en ny fremføringshastighed på 30ipm. Efter lidt eksperimentering har jeg fundet ud af, at en spånbelastning på 0,005 tommer ved 18000 omdrejninger pr. minut, hvilket resulterer i en fremføringshastighed på 45ipm, er optimal til mine behov.
Eksperimentér sikkert
Lad dig ikke for meget rive med af tallene, brug din sunde fornuft og stol på din mavefornemmelse. Hver bit er lidt forskellig, og der er en bred vifte af densiteter i massivt træ og forskellige plader. Tag også altid dine sikkerhedsbriller på. Det virker mange gange som en overforsigtig foranstaltning, men tænk på det sandsynlige scenarie, hvor en lille 1/8 tommer hårdmetalbits splintrer. Det er ikke sandsynligt, at træstøv vil sende dig på hospitalet, men et lille stålsplinter i dit øje er noget at regne med.
Hvis du er interesseret, er det muligt at downloade en gratis prøveversion af Rhino i 90 dage. Du kan også downloade RhinoCAM fra MecSoft. Det vil ikke give dig mulighed for at gemme dine filer, men du kan eksperimentere og lære gratis.