CNC-jyrsinnän perusteet: Työkaluradat ja syötöt

Mikä on reititin?

Ennen kuin keskustelemme CNC-jyrsimestä tai käytämme sitä, on hyödyllistä tietää, miten käsikäyttöistä reititintä käytetään. Tyypillisessä reitittimessäsi on moottori (mahdollisesti muuttuvanopeuksinen moottori), korkeudensäätö (joko kiinteä tai syöksytyöntö) ja holkki, joka on kartiomainen jousi, jota puristettaessa syntyy kitka, joka on välttämätön leikkuutyökalun paikallaan pitämiseksi.

Käyttäessäsi ei-tietokonepohjaista reititintä näet, kuulet ja tunnet, miten työkalu leikkaa välittömän haptisen palautteen avulla. Jos sinulla on käytettävissäsi sellainen, käy leikkimässä sillä ennen kuin yrität luoda työkaluratoja tietokoneella. Tee nopea luonnos 12 ”x12” vanerinpalalle ja leikkaa se ¼-tuumaisella terällä. Jos työskentelet kiinteällä alustalla (et syöksyleikkurilla), muista porata 3/8-tuumainen reikä, jotta voit käynnistää jyrsimen turvallisesti materiaalissa. Aseta jyrsin niin, että se leikkaa enintään 1/8 tuuman syvyydeltä joka kierroksella, ja varmista, että vaneri on kiinnitetty pöytään. Huomaa, että sellaisen jyrsimen terän/syvyyden käyttäminen, jota ei ole määritetty, voi olla mahdollisesti vaarallista. Käytä terää, joka on pienempi kuin 3/8 tuumaa, ja käytä askelta, joka on pienempi kuin terän säde.

Aloita leikkaus muodon keskipisteestä ja työskentele ulospäin spiraalimaisesti, tämä antaa tukea reitittimelle, jos muoto on suurempi kuin sen pohja. Työskennellessäsi kohti hahmoteltuja viivoja kokeile tehdä sekä myötä- että vastapäivään suuntautuvia liikkeitä ja huomaa, että yksi suunta tarjoaa huomattavasti paremman hallinnan ja tarkkuuden.

Mitä ovat työkalupolut?

Työkalupolku on käyttäjän määrittelemä koodattu reitti, jota leikkuutyökalu noudattaa työstäessään kappaletta. Ne esitetään näytöllä viivoilla ja käyrillä, jotka kuvaavat leikkuutyökalun alakeskipisteen reittiä. Taskutyökaluradat syövyttävät materiaalin pinnan, kun taas profiilityökaluradat leikkaavat koko matkan läpi.

Tasku

Yllä olevassa käsikäyttöisen työkalun esimerkissä kuvattua prosessia kutsutaan ”taskutyökaluradaksi”. Ensimmäisessä läpiviennissä poistat kaiken viivojen sisäpuolelta vakiosyvyyteen, joka on 1/8 tuumaa pinnan alapuolella. Jos haluat poistaa enemmän kuin 1/8 tuumaa, yksinkertaisesti pysähdy ensimmäisen syötön jälkeen, laske terää ja poista toisella syötöllä 1/8 tuumaa alempaa ja niin edelleen.

Tasku-työkaluradat RhinoCAMissa

Punaiset viivat ovat ”kynä ylöspäin”-liikkumislinjoja, joissa jyrsin nostaa jyrsimen ja liikkuu materiaalin pinnan yläpuolelle päästäkseen seuraavaan leikkuukohtaan. Sinisellä tummennettu alue osoittaa, mistä materiaali poistetaan.

Tasku-työkaluradat RhinoCAMissa

Profiili

Jos haluaisit leikata muotoasi sen sijaan, että poistaisit materiaalia viivojen sisäpuolelta, käytettävää työkalurataa kutsuttaisiin profiiliksi (tai ääriviivaksi).

Profiilityökaluradat RhinoCAMissa

Profiilityökaluratoja leikataan.

Useimmissa CAM-ohjelmistoissa on tarjolla mielettömältä tuntuva määrä säätöjä ja vaihtoehtoja työkaluratojen vuoropuhelussa. Älä hukkua ja käytä aikaa siirtyä hitaasti jokaisen välilehden läpi peräkkäin varmistaen, että ymmärrät kaikki vaihtoehdot. Tärkeimmät käsitteet, jotka kannattaa ottaa mukaan edellä esitetystä käsikäyttöisen jyrsimen kokeilusta, ovat: karan nopeus, syöttönopeus, step-down ja step-over. Käsittelemme näitä tarkemmin jäljempänä.

Kiipeäminen vs. perinteinen leikkausliike

Vakiomallinen jyrsinkärki pyörii myötäpäivään. Jos tämä seuraisi viivan vasenta puolta, kyseessä olisi kiipeävä leikkaus, jos se seuraisi viivan oikeaa puolta, kyseessä olisi tavanomainen leikkausliike.

Kiipeävä vs. tavanomainen leikkausliike

Kipeävän ja tavanomaisen leikkausliikkeen tärkein ero on se, miten leikkuri pureutuu materiaaliin. Perinteinen leikkaus poikkeuttaa terää kohti leikkausta ja kiipeilyleikkaus työntää terää poispäin. Kiipeilyleikkaus on usein suositeltavampi, kun käytetään CNC-jyrsintä, koska se aiheuttaa vähemmän rakeiden repeytymistä tai ”repimistä”. Kiipeilyleikkaus voi kuitenkin olla vaarallista muulla kuin tietokoneohjatulla jyrsimellä, koska kappaletta voi olla vaikea hallita käsin ja se voi ”kävellä pois.”

Yllä olevassa käsikäyttöisessä esimerkissä myötäpäivään menevä spiraalimainen kuvio sisältä ulospäin olisi myös tavanomainen leikkaus, ja se tarjoaa paremman hallinnan, koska voimamme ovat rajalliset käsikäyttöisiä työkaluja käytettäessä. Itse asiassa monissa puuntyöstökirjoissa viitataan tähän menetelmään ainoana turvallisena suuntana käyttää jyrsimen terää.

CNC-jyrsimellä saadaan kuitenkin yleensä parempi leikkaus, kun käytetään kiipeilevää leikkausta erityisesti massiivipuuhun, koska se eliminoi repeämismahdollisuuden leikkausvektorin varrella. Aloittaessasi älä huolehdi tästä liikaa. Yleensä kannattaa valita vaihtoehto, joka sisältää molemmat, kuten ”sekoitettu”, ja ohjelmisto valitsee, mitä käyttää.

Työkalut

Jyrsimissä on neljä päätyyppiä urakuvioita ja lisäksi monia erityyppisiä erikoispiikkejä.

• Suora huilu – loistava all around bit, kunnollinen lastunpoisto
• Up Spiral – loistava lastunpoisto, voi repiä ohuen viilun, kuten viimeistellyn vanerin, yläpinnan irti
• Down Spiral – huono lastunpoisto, ei repeä irti, hitaampi syöttönopeus
• Compression – ylhäältä ylöspäin menevän ja alhaalta alaspäin menevän huilun kombinaatio – loistava all round bit, loistava vaneriin tai laminoidulle ohutlevylle.

Kullakin näistä urakuvioista on omat huonot puolensa. Jos raha ei ole ongelma ja leikkaat enimmäkseen viimeistelylaatuista vaneria, pidän todella paljon Freud 77-202 tai 77-204:stä. Suorat huilut ovat myös loistavia, edullisia ja aliarvostettuja.

3D Containment Boundaries

Kannustan oppilaita viettämään aikaa 2D-leikkausten kanssa ennen kuin he käyttävät täydellisiä 3D-työkaluratoja. Tähän on useita syitä, mutta tärkeintä on, että jos käytät aikaa 2D-työstön ymmärtämiseen, voit ymmärtää 3D-parametrit paljon paremmin. Käsittelen mielelläni 3D:tä perusteellisemmin myöhemmin, mutta nyt haluan keskustella rajoitusrajoista.

Sen sijaan, että 3D-työkaluradassa käytettäisiin rautalankageometriaa tai käyriä ja viivoja ensisijaisena syötteen lähteenä, 3D-työkaluradassa käytetään pintoja, joita kutsutaan ”ajopinnoiksi”. Halutun lopputuloksen saavuttamiseksi on usein tarpeen käyttää containment-rajaa. Tämä on käyrä, joka määrittelee liikkeen rajat x- ja y-suunnassa ajopinnalla. Tärkeintä containment-rajojen käyttämisessä on, että niiden on oltava geometriasi yläpuolella.

Tyypillisesti siirrän mallin alapuolelle rakennetasolle ennen aloittamista ja asetan containmentin CP-tasolle.

Syötöt ja nopeudet

Useimmat karat (termi cnc-jyrsimeen liitetylle jyrsinkoneistimelle) kulkevat nopeusalueella, joka on suunnilleen 7 000 rpm – 18 000 rpm. Tätä nopeutta kutsutaan ”karan nopeudeksi” ja se on suoraan yhteydessä syöttönopeuteen tai pintanopeuteen, johon useimmat koneet pystyvät noin 200 ipm:iin asti. Kaksi muuta muuttujaa, step-down ja step-over, olisi pidettävä niin, että materiaalin kanssa kosketuksissa oleva poikkipinta-ala ei ole suurempi kuin säde kertaa terän halkaisija. Tämä on nyrkkisääntö, mutta se on hyvä lähtökohta syöttö- ja nopeuslaskelmille.

Kertauksena:

• Karan nopeus – leikkuutyökalun pyörimisnopeus kierroksina minuutissa
• Syöttönopeus – pintanopeus pyörivän työkalun keskipisteessä
• Askel alaspäin – etäisyys z-suunnassa kulkua kohti, jonka leikkaava leikkuutyökalu uppoaa materiaaliin
• Step over – maksimietäisyys x/y-suunnassa, jonka leikkuutyökalu koskettaa leikkaamatonta materiaalia

Syötönopeuksien ja -nopeuksien laskeminen

Alla on kaava syöttönopeuden laskemiseksi:

ChipLoad x CutterDiameter x NumberOfFlutes x SpindleSpeed = FeedRate

Missä chipload on leikatun materiaalin määrä hammasta kohti (syöttö hammasta kohti). Syöttönopeus on leikkuutyökalun pintanopeus tuumina minuutissa, karan nopeus on leikkuutyökalun pyörimisnopeus kierroksina minuutissa, urien lukumäärä ja jyrsimen halkaisija määräytyvät työkalun mukaan. Tässä tapauksessa ne ovat ¼ tuumaa ja 2 uraa. Riippuen terän koosta, lastuamismäärä vanerille on välillä 0,005 tuumaa 0,01 tuumaa hammasta kohti. Pienillä, alle 1/8 tuuman terillä aloitetaan 0,005:stä ja kasvatetaan siitä eteenpäin. 1/4 tuuman ja sitä suuremmissa terissä et luultavasti riko mitään aloittaessasi 0,01:llä.

Lastukuormitus tai syöttö hammasta kohti on erittäin tärkeä tekijä koneistuksessa, sillä suuremmat lastut pystyvät vetämään pois enemmän lämpöä. Pienemmät lastut ovat helpompia koneelle ja työkaluille, mutta voivat aiheuttaa liikaa lämpöä. Haluat tehdä lastuja, jotka pudotessaan putoavat lattialle sen sijaan, että niistä tulisi pölyä, joka jää ilmaan.

Kun yrität hioa syöttöjä ja nopeuksia uudella lastulla, arvaa parhaasi mukaan syöttöjen ja nopeuksien kaavan avulla ja kosketa lastua heti, kun se pysähtyy pyörimään muutaman leikkauksen tekemisen jälkeen (muista: turvallisuus ennen kaikkea), sen pitäisi olla lämmin, ehkä hieman kuuma kosketeltaessa, mutta sen ei pitäisi polttaa sinua. Jos se on liian kuuma, lisää syöttönopeutta tai vähennä karan nopeutta. Tarkastele reunan laatua leikkauksen jälkeen. Jos se on aaltoileva, se on työkalun kolinaa, ja sinun pitäisi pienentää syöttönopeutta tai lisätä karan nopeutta.

Käytä myös korviasi, työkalun pitäisi kuulostaa hyvältä leikattaessa … luota vaistoosi.

Joitakin esimerkkejä

Jos kytkemme tunnetut muuttujamme yhteen, saamme:

0.01 x 0.25 x 2 x 18000 = FeedRate = 90ipm

Pitäen mielessä, että emme halua työntää bittiä yhtään nopeammin kuin noin 200ipm, jos haluaisimme käyttää 1/2 tuuman 4-hampaista bittiä, voisimme ratkaista karan kierrosnopeuden syöttönopeuden sijasta.

• 0.01 x 0.5 x 4 x SpindleSpeed = 200ipm
• SpindleSpeed = 10,000rpm

On hyödyllistä tehdä kaavio, jotta löydät nopeasti etsimäsi luvut. Olet tervetullut käyttämään syöttö- ja nopeusdiagrammiani.

Machining Tips and Tricks

Step-Down ja bitin halkaisija

Kaikki nämä luvut perustuvat säteen step-downiin ja bitin halkaisijan step-overiin. Kun lastuaminen on asetettu 0,01:een, on mahdollista astua alaspäin ja ylittää bitin halkaisija, mutta se on ehdoton maksimi ja sen tulisi olla vain lyhyitä hetkiä leikkauksessa. On mahdollista vahingoittaa karaa työntämällä sitä liian kovaa, muista aina lämmittää karaa vähintään 10 minuuttia ennen leikkausten tekemistä. Siellä on kalliita laakereita, jotka tuhoutuvat, jos jätät tämän vaiheen väliin.

Sipulikuoret profiilileikkauksissa

Viilutettua vaneria profiilileikatessani käytän mielelläni puristusterää tekniikalla, jota kutsutaan sipulikuoriksi. On monia eri tapoja ohjelmoida mikä tahansa työ, mutta tämä menetelmä on kiinnekohta pieniin osiin ja hyvään viimeisteltyyn reunaan ilman repimistä tyhjiöpöydällä, jossa on spoilboard. Ajatuksena on astua alaspäin ensin tason mukaan, joten leikkaa kaikki osat ensin ensimmäiseen askeleeseen, sitten toiseen askeleeseen ja niin edelleen, jättäen ohuen viilukerroksen jokaisen leikkauksen alareunaan. Leikkaa sitten viimeisellä kerralla jäljelle jäävä ohut ”sipulikuori” viilua. Koska jäljelle jäävä määrä on niin ohut, se tarjoaa vain vähän vastusta terälle ja vähentää kappaleesi liikkumisen mahdollisuutta.

Jos leikkaisin 3/4-viilua vaneriin, sen pituus olisi itse asiassa noin 0,72 tuumaa, astuisin alaspäin kahdesti, 0,34 per läpivienti, jolloin jäljelle jäisi 0,04 tuumaa plus 0,02 läpimurtoa viimeisen työkalupolun poistamista varten. Koska astun alaspäin lähes 3/8 tuumaa leikatessani koko 1/4 tuuman leveyden jokaisessa läpiviennissä, minun olisi pienennettävä syöttönopeutta.

1/4 tuuman terällä minun pitäisi astua alaspäin 1/8 tuumaa (säde) tehdessäni ääriviivaleikkausta käyttäen 0,01 tuuman lastuamismäärää. Minun on siis astuttava alaspäin 3/8 tuumaa. Koska kasvatan materiaaliin tarttuvan terän poikkipinta-alaa, minun pitäisi pienentää lastuamismäärää samalla määrällä, joten uusi lastuamismäärä olisi 0,00333 ja uusi syöttönopeus 30 ipm. Hieman kokeiltuani olen havainnut, että lastuamismäärä 0,005 tuumaa 18000rpm:n kierrosnopeudella, mikä johtaa 45ipm:n syöttönopeuteen, on optimaalinen tarpeisiini.

Kokeile turvallisesti

Älä innostu liikaa numeroista, käytä maalaisjärkeäsi ja luota vaistoosi. Jokainen kappale on vähän erilainen ja massiivipuun ja erilaisten levytuotteiden tiheydet vaihtelevat suuresti. Käytä myös aina suojalaseja. Se tuntuu monesti liian varovaiselta toimenpiteeltä, mutta ajattele todennäköistä skenaariota, jossa pieni 1/8 tuuman kovametalliterä pirstoutuu. Ei ole todennäköistä, että puupöly vie sinut sairaalaan, mutta pieni teräksen sirpale silmässäsi on jotain, mihin kannattaa varautua.

Lataa Rhino 3D -esimerkkitiedostot

Mikäli olet kiinnostunut, on mahdollista ladata ilmainen kokeiluversio Rhino-ohjelmasta 90 päiväksi. Voit myös ladata RhinoCAMin MecSoftilta. Sen avulla et voi tallentaa tiedostoja, mutta voit kokeilla ja oppia ilmaiseksi.