Wat is een bovenfrees?
Voordat we een CNC bovenfrees bespreken of gebruiken, is het nuttig te weten hoe je een handbovenfrees gebruikt. Een typische bovenfrees heeft een motor (mogelijk een motor met variabel toerental), een hoogteverstelling (vast of induikend) en een spantang, een taps toelopende veer die bij indrukken de wrijving creëert die nodig is om het snijgereedschap op zijn plaats te houden.
Wanneer je een niet-computergestuurde bovenfrees gebruikt, zie, hoor en voel je hoe het gereedschap kan snijden met onmiddellijke haptische feedback. Als je er een hebt, ga er dan mee spelen voordat je op de computer gaat proberen om toolpaths te maken. Maak een snelle schets op een stuk multiplex van 12 x 12″ en gebruik een ¼ inch boor om het uit te zagen. Als je met een vaste basis werkt (geen invalfrees), boor dan een gat van 3/8 inch zodat je de frees veilig in het materiaal kunt steken. Stel de frees zo in dat hij niet meer dan 1/8 inch diep freest en zet het multiplex vast op de tafel. Wees u ervan bewust dat het gebruik van een freesbit/diepte die niet is gespecificeerd potentieel gevaarlijk kan zijn. Gebruik een bit kleiner dan 3/8 inch en gebruik een stap van minder dan de radius van het bit.
Begin de snede in het midden van uw vorm en werk uit in een spiraalvormig patroon, dit zal steun bieden voor uw router als uw vorm groter is dan de basis. Als u naar de geschetste lijnen toe werkt, probeer dan zowel met de klok mee als tegen de klok in te werken en merk dat één richting veel meer controle en nauwkeurigheid geeft.
Wat zijn Toolpaths?
Een toolpath is de door de gebruiker gedefinieerde gecodeerde route die een snijgereedschap volgt om een onderdeel te bewerken. Ze worden op het scherm weergegeven door lijnen en curven die het pad van het onderste centrum van het snijgereedschap weergeven. Pocket toolpaths etsen het oppervlak van het materiaal, terwijl profile toolpaths helemaal doorsnijden.
Het proces beschreven in het handheld voorbeeld hierboven wordt een “pocket” toolpath genoemd. In je eerste werkgang verwijder je alles binnen je lijnen tot een constante diepte van 1/8 inch onder het oppervlak. Als u meer dan 1/8 inch wilt verwijderen, pauzeert u na de eerste pass, laat u het bit zakken en verwijdert u een tweede pass 1/8 inch lager enzovoort.
Pocket Toolpaths in RhinoCAM
De rode lijnen zijn “pen omhoog” verplaatsingslijnen, waar de bovenfrees de frees optilt en boven het oppervlak van het materiaal verplaatst om naar het volgende snijpunt te gaan. Het blauw gearceerde gebied geeft aan waar materiaal zal worden verwijderd.
Pocket Toolpaths in RhinoCAM
Profile
Als u uw vorm zou willen uitsnijden in plaats van materiaal binnen de lijnen te verwijderen, zou de te gebruiken toolpath een profiel (of contour) worden genoemd.
Profile Toolpaths in RhinoCAM
Profile toolpaths worden gesneden.
De meeste CAM-software biedt wat lijkt op een krankzinnig aantal controls en opties in de toolpath dialoog. Laat je niet overweldigen en neem de tijd om langzaam achter elkaar door elk tabblad te gaan en er zeker van te zijn dat je alle opties begrijpt. De belangrijkste concepten uit het experiment met de handfrees hierboven zijn: spiltoerental, voedingssnelheid, step-down, en step-over. We zullen deze hieronder in meer detail behandelen.
Klimmen vs. Conventionele snijbeweging
Een standaard bovenfrees draait met de klok mee. Als dit de linkerkant van de lijn zou volgen, zou het een klimsnede zijn, als het de rechterkant van de lijn zou volgen, zou het een conventionele snijbeweging zijn.
Climb vs Conventionele sneden
Het belangrijkste verschil tussen klimmen en conventioneel snijden is hoe de frees in het materiaal bijt. Een conventionele snede buigt de bit naar de snede toe en een klimsnede duwt de bit weg. Klimsnijden heeft vaak de voorkeur bij gebruik van een CNC frees, omdat het minder scheuren in de nerf of “tearout” veroorzaakt. Klimsnijden kan echter gevaarlijk zijn op een niet-computergestuurde frees, omdat het stuk moeilijk met de hand kan worden gecontroleerd en kan “weglopen.”
In het handheld voorbeeld hierboven zou een met de klok mee spiraalvormig patroon van binnen naar buiten ook een conventionele snede zijn en zal meer controle bieden omdat we beperkte kracht hebben bij het gebruik van handgereedschap. In feite verwijzen veel houtbewerkingsboeken naar deze methode als de enige veilige richting om een freesbit te gebruiken.
Een CNC-frees zal echter meestal een betere snede opleveren bij gebruik van een klimsnede, vooral in massief hout, omdat het de mogelijkheid van uitscheuren langs de snijvector zal elimineren. Als je begint, moet je je hier niet te veel zorgen over maken. Over het algemeen moet u de optie kiezen die beide omvat, zoals ‘gemengd’ en de software zal kiezen wat te gebruiken.
Tooling
Er zijn 4 hoofdtypen spiraalpatronen voor bovenfrezen, plus vele soorten speciale bits.
- Rechte spiraal – goede spaanafvoer, goede spaanafvoer
- Opwaartse spiraal – goede spaanafvoer, kan de bovenkant van dun fineer afscheuren, zoals afgewerkt multiplex
- Neerwaartse spiraal – slechte spaanafvoer, geen scheuren, langzamere aanvoersnelheid
- Compressie – combinatie van op- en neerwaartse spiraal, goede spaanafvoer, zeer geschikt voor multiplex of gelamineerd plaatmateriaal.
Elk van deze fluitpatronen heeft zijn nadelen. Als geld geen probleem is en je vooral afwerkingsmultiplex zaagt, vind ik de Freud 77-202 of 77-204 erg goed. Rechte fluiten zijn ook fantastisch, goedkoop en ondergewaardeerd.
3D Insluitingsgrenzen
Ik moedig studenten aan om tijd te besteden aan 2D snedes voordat ze volledige 3D toolpaths gebruiken. Daar zijn een aantal redenen voor, maar het belangrijkste is dat als je de tijd neemt om 2D-bewerkingen te begrijpen, je de 3D-parameters veel beter begrijpt. Op een later tijdstip zal ik graag dieper ingaan op 3D, maar voor nu wil ik het hebben over insluitingsgrenzen.
In plaats van wireframe geometrie of krommen en lijnen te gebruiken als de primaire bron van invoer, gebruikt een 3D toolpath oppervlakken die ‘drive surfaces’ worden genoemd. Om het gewenste resultaat te bereiken is het vaak noodzakelijk om een insluitingsgrens te gebruiken. Dit is een kromme die de grenzen van de beweging in x en y op het aandrijfoppervlak bepaalt. De sleutel tot het gebruik van insluitingsgrenzen is dat ze boven je geometrie moeten liggen.
Typisch verplaats ik het model hieronder naar het constructievlak voordat ik begin en zet insluitingen op het CPlane.
Feeds en snelheden
De meeste spindels (de term voor de router die aan je cnc router zit) gaan van ongeveer 7.000rpm tot 18.000rpm. Deze snelheid wordt “spindelsnelheid” genoemd en staat in direct verband met de voedingssnelheid of oppervlaktesnelheid, die de meeste machines tot ongeveer 200 ipm kunnen halen. De twee andere variabelen, step-down en step-over, moeten zo worden gehouden dat de doorsnede die met het materiaal in aanraking komt, niet meer bedraagt dan de radius maal de diameter van de bit. Dit is een vuistregel, maar het is een goed uitgangspunt voor voeding en snelheidsberekeningen.
Om samen te vatten:
- Spiltoerental – rotatiesnelheid van het snijgereedschap in omwentelingen per min
- Aanzet – oppervlaktesnelheid in het midden van het roterende gereedschap
- Step down – de afstand in de z-richting per gang dat een snij
- Step over – de maximale afstand in de x/y richting dat een snijgereedschap in aanraking komt met ongeslepen materiaal
Berekenen van voedingen en snelheden
Hieronder staat een formule voor het berekenen van de aanvoersnelheid:
ChipLoad x CutterDiameter x NumberOfFlutes x SpindleSpeed = FeedRate
Waarbij chipload de hoeveelheid materiaal is die per tand wordt gesneden (voeding per tand). Aanzet is de oppervlakte snelheid van het snijgereedschap in inches per min, spindelsnelheid is de rotatiesnelheid van het snijgereedschap in omwentelingen per min, aantal spaangroeven en snijdiameter worden bepaald door je gereedschap. In dit geval zijn dat ¼ inch en 2 spiraalgroeven. Afhankelijk van de grootte van je bit is de spaanbelasting voor multiplex tussen 0,005 inch 0,01 inch per tand. Voor kleine bits onder 1/8 inch begin je met 0.005 en verhoog je vanaf daar. Voor bits van 1/4 inch en groter zult u waarschijnlijk niets breken als u begint met 0.01.
De grootte van de spaanlading of voeding per tand is een zeer belangrijke factor bij het bewerken, grotere spanen zijn in staat om meer warmte weg te trekken. Kleinere spanen zijn gemakkelijker voor uw machine en gereedschap maar kunnen te veel warmte veroorzaken. U wilt spanen maken die bij het vallen op de grond vallen in plaats van stof te worden dat in de lucht blijft.
Wanneer u probeert uw voedingen en snelheden aan te passen met een nieuw bit, gok dan zo goed mogelijk met behulp van de voedingen en snelheden formule en raak het bit aan zodra het stopt met draaien na het maken van een paar sneden (onthoud: veiligheid eerst), het zou warm moeten zijn, misschien een beetje heet om aan te raken, maar het zou u niet moeten verbranden. Als het te heet is, verhoog dan de voedingssnelheid of verlaag het toerental van de spindel. Kijk naar de kwaliteit van de rand nadat de snede is voltooid. Als het golvend is, is dat gereedschapgeratel en moet u uw voedingssnelheid verlagen of uw spiltoerental verhogen.
Gebruik ook uw oren, het gereedschap moet goed klinken tijdens het snijden … vertrouw op uw gevoel.
Enkele voorbeelden
Als we onze bekende variabelen inpluggen, krijgen we:
0.01 x 0.25 x 2 x 18000 = FeedRate = 90ipm
In gedachten houdend dat we de bit niet sneller willen duwen dan ruwweg 200ipm, als we een 1/2 inch 4 spiraal bit wilden gebruiken, konden we oplossen voor spiltoerental in plaats van voedingssnelheid.
- 0.01 x 0.5 x 4 x SpindleSpeed = 200ipm
- SpindleSpeed = 10.000rpm
Het is handig om een grafiek te maken, zodat je snel de getallen kunt vinden die je zoekt. U bent van harte welkom om mijn feeds en snelheden chart.
Machining Tips and Tricks
Step-Down en Bit Diameter
Al deze getallen zijn gebaseerd op een step-down van de radius en step-over van de diameter van het bit. Met de chipload ingesteld op 0.01 is het mogelijk om over de diameter van het bit heen en terug te stappen, maar dat is het absolute maximum en zou alleen korte momenten in de snede mogen voorkomen. Het is mogelijk om je spindel te beschadigen door er te hard op te drukken, vergeet niet om de spindel altijd minstens 10 minuten op te warmen voordat je gaat zagen. Er zitten een aantal dure lagers in die vernietigd zullen worden als je deze stap overslaat.
Onion Skins on Profile Cuts
Bij het profielsnijden van gefineerd multiplex gebruik ik graag een compressiebit met een techniek die onion skinning heet. Er zijn veel verschillende manieren om elke job te programmeren, maar deze methode is een vangnet voor kleine onderdelen en een goede afgewerkte rand zonder uitscheuren op een vacuümtafel met een spoilboard. Het idee is om stap naar beneden door niveau eerst, dus snijd al uw onderdelen tot aan de eerste stap, dan naar de tweede stap en ga zo maar door, waardoor een dunne laag fineer aan de onderkant van elke cut. Snij dan in een laatste keer de dunne ‘uienschil’ van fineer die overblijft. Omdat de overgebleven hoeveelheid zo dun is, biedt het weinig weerstand aan het bit en verlaagt het de kans dat je onderdeel beweegt.
Als ik 3/4 in triplex zou zagen, zou het eigenlijk ergens rond de 0,72 inch meten, ik zou twee keer naar beneden stappen, 0,34 per pas waardoor 0,04 inch plus 0,02 doorbraak overblijft voor de laatste toolpath om te verwijderen. Omdat ik bijna 3/8 van een inch naar beneden stap terwijl ik de volledige 1/4 inch breedte van het bit in elke gang snij, zou ik de voedingssnelheid moeten verlagen.
Met een 1/4 inch bit zou ik 1/8 van een inch (de radius) naar beneden moeten stappen bij het maken van contoursnedes met een spaanlading van 0,01 inch. Maar ik wil een compressie bit gebruiken om scheuren aan de bovenkant van mijn plaat te voorkomen en dat bit heeft geen neerwaartse spiraal tot ongeveer 5/16 van een inch op de snijkant. Dus ik moet 3/8 van een inch naar beneden. Omdat ik de doorsnede van de snijkant vergroot, moet ik de spaanlading met dezelfde hoeveelheid verminderen, zodat de nieuwe spaanlading 0,00333 zou zijn en een nieuwe voedingssnelheid van 30 ipm zou opleveren. Na wat experimenteren heb ik ontdekt dat een spaanlading van 0,005 inch bij 18000 rpm resulteert in een voedingssnelheid van 45 ipm optimaal is voor mijn behoeften.
Experimenteer veilig
Laat je niet te veel meeslepen door de getallen, gebruik je gezond verstand en vertrouw op je gevoel. Elk stukje is een beetje anders en er is een breed scala van dichtheden in massief hout en verschillende plaatmaterialen. Draag ook altijd uw veiligheidsbril. Het lijkt vaak een overdreven voorzorgsmaatregel, maar denk eens aan het waarschijnlijke scenario van een kleine 1/8 inch carbide bit die versplintert. Het is niet waarschijnlijk dat je door houtstof in het ziekenhuis belandt, maar een kleine staalsplinter in je oog is wel iets om rekening mee te houden.
Als u geïnteresseerd bent is het mogelijk om een gratis proefversie van Rhino te downloaden voor 90 dagen. U kunt ook RhinoCAM van MecSoft downloaden. Hiermee kunt u uw bestanden niet opslaan, maar u kunt wel gratis experimenteren en leren.