Podstawy Frezowania CNC: Toolpaths and Feeds 'n Speeds

Co to jest router?

Przed omówieniem lub użyciem routera CNC warto wiedzieć, jak używać ręcznego routera. Typowy router posiada silnik (ewentualnie silnik o zmiennej prędkości), regulację wysokości (stałą lub wgłębną) oraz tuleję zaciskową, która jest sprężyną stożkową, która po ściśnięciu wytwarza tarcie niezbędne do utrzymania narzędzia tnącego w miejscu.

Gdy używasz nieskomputeryzowanego routera widzisz, słyszysz i czujesz jak narzędzie może ciąć z natychmiastowym haptycznym sprzężeniem zwrotnym. Jeśli masz dostęp do jednego, idź grać z nim przed próbą tworzenia ścieżek narzędzia na komputerze. Zrób szybki szkic na kawałku sklejki 12 „x12” i użyj ¼-calowego bitu, aby go wyciąć. Jeśli pracujesz z nieruchomej podstawy (nie zagłębić router) należy pamiętać, aby wywiercić otwór 3/8 cala, aby umożliwić bezpieczne rozpoczęcie router w materiale. Ustaw bit tak, że tnie nie więcej niż 1/8 cala głębokości na przejście, i upewnij się, aby zabezpieczyć sklejki do stołu. Należy pamiętać, że korzystanie z routera bit / głębokość nie określone może być potencjalnie niebezpieczne. Użyj bit mniejszy niż 3/8 cala i używać kroku mniej niż promień bit.

Początek cięcia w centrum kształtu i pracy w spirali jak wzór, to zapewni wsparcie dla routera, jeśli kształt jest większy niż jego podstawy. Jak pracujesz swoją drogę w kierunku linii szkicu, spróbuj zrobić zarówno ruchy zgodnie i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara i zauważyć, że jeden kierunek zapewnia znacznie większą kontrolę i dokładność.

Co to są ścieżki narzędzia?

Ścieżka narzędzia jest zdefiniowany przez użytkownika zakodowane trasy, które narzędzie tnące podąża do obróbki części. Są one reprezentowane na ekranie przez linie i krzywe, które reprezentują ścieżkę dolnego środka narzędzia tnącego. Kieszonkowe ścieżki wytrawiają powierzchnię materiału, podczas gdy ścieżki profilowe tną na wylot.

Kieszonkowe

Proces opisany w powyższym przykładzie ręcznym jest nazywany „kieszonkową” ścieżką narzędzia. W pierwszym przejściu usuniesz wszystko wewnątrz linii do stałej głębokości 1/8 cala poniżej powierzchni. Jeśli chcesz usunąć więcej niż 1/8 cala po prostu przerwij po pierwszym przejściu, opuść wiertło i wykonaj drugie przejście 1/8 cala niżej i tak dalej.

Kieszonkowe ścieżki narzędzia w RhinoCAM

Czerwone linie są liniami „pióra w górę”, gdzie router podnosi frez i przemieszcza się nad powierzchnią materiału, aby dostać się do następnego punktu cięcia. Niebieski zacieniony obszar wskazuje, gdzie materiał zostanie usunięty.

Kieszonkowe ścieżki narzędzia w RhinoCAM

Profil

Jeśli chciałbyś wyciąć swój kształt zamiast usuwać materiał wewnątrz linii, ścieżka narzędzia do użycia byłaby nazywana profilem (lub konturem).

Profilowanie ścieżek narzędzia w RhinoCAM

Profilowanie ścieżek narzędzia podczas cięcia.

Większość oprogramowania CAM dostarcza to, co wydaje się być szaloną liczbą kontroli i opcji w dialogu ścieżki narzędzia. Nie daj się przytłoczyć i wziąć swój czas, aby powoli przejść przez każdą kartę w kolejności, upewniając się, że rozumiesz wszystkie opcje. Najważniejsze pojęcia, aby zabrać z ręcznego routera eksperymentu powyżej są: prędkość wrzeciona, prędkość posuwu, krok – w dół, i krok – nad. Będziemy obejmować je w sposób bardziej szczegółowy poniżej.

Climb vs. konwencjonalny ruch cięcia

Standardowy router bit obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Jeśli miałoby to nastąpić po lewej stronie linii, byłoby to cięcie wznoszące, jeśli po prawej stronie linii, byłoby to cięcie konwencjonalne.

Cięcie wznoszące vs cięcie konwencjonalne

Główną różnicą pomiędzy cięciem wznoszącym a konwencjonalnym jest sposób, w jaki frez wgryza się w materiał. Konwencjonalne cięcie odchyla końcówkę w kierunku cięcia, a cięcie wznoszące wypycha końcówkę. Cięcie wspinaczka jest często preferowane podczas korzystania z routera CNC, ponieważ powoduje mniej rozdarcie ziarna lub „tearout”. Jednak wspinaczka cięcia może być niebezpieczne na nie-komputer sterowany router, jak kawałek może być trudne do kontrolowania ręcznie i może „odejść.”

W ręcznym przykładzie powyżej, zgodnie z ruchem wskazówek zegara spirala-jak wzór od wewnątrz na zewnątrz byłoby również konwencjonalne cięcie i zapewni większą kontrolę, ponieważ mamy ograniczoną siłę podczas korzystania z narzędzi ręcznych. W rzeczywistości, wiele książek stolarskich odnoszą się do tej metody jako jedyny bezpieczny kierunek do korzystania z routera bit.

Ruter CNC jednak zazwyczaj zapewniają lepsze cięcie podczas korzystania z cięcia wspinaczki szczególnie w litym drewnie, ponieważ wyeliminuje możliwość wyrwania wzdłuż wektora cięcia. Zaczynając, nie martw się zbytnio o to. Generalnie powinieneś wybrać opcję, która zawiera obie takie jak 'mieszane’ i oprogramowanie wybierze, co ma być użyte.

Narzędzia

Są 4 główne typy wzorów rowków dla frezów, plus wiele typów specjalnych bitów.

• Spirala prosta – świetny bit dookoła, przyzwoite odprowadzanie wiórów
• Spirala w górę – świetne odprowadzanie wiórów, może wyrwać wierzchnią warstwę cienkiego forniru, takiego jak sklejka klasy finish
• Spirala w dół – słabe odprowadzanie wiórów, nie wyrywa, wolniejszy posuw
• Kompresja – kombinacja spirali w górę i w dół, świetny bit dookoła, świetny do sklejki lub laminowanych arkuszy.

Każdy z tych wzorów fletów ma swoje wady. Jeśli pieniądze nie są problemem i jesteś głównie cięcia sklejki wykończenia klasy, naprawdę lubię Freud 77-202 lub 77-204. Proste flety są również fantastyczne, niedrogie i niedoceniane.

3D Containment Boundaries

Zachęcam studentów do spędzenia czasu z cięciami 2D przed użyciem pełnych ścieżek 3D. Istnieje wiele powodów, ale najważniejsze jest to, aby poświęcić czas na zrozumienie obróbki 2D pozwala na znacznie lepsze zrozumienie parametrów 3D. Byłbym szczęśliwy, aby pokryć 3D bardziej szczegółowo w późniejszym terminie, ale na razie chcę omówić granice containment.

Zamiast używać geometrii wireframe lub krzywych i linii jako głównego źródła danych wejściowych, ścieżka narzędzia 3D wykorzystuje powierzchnie zwane „powierzchnie napędowe. W celu osiągnięcia pożądanego rezultatu często konieczne jest użycie granicy powstrzymującej (containment boundary). Jest to krzywa, która definiuje granice ruchu w x i y na powierzchni napędowej. Kluczem do użycia granic powstrzymujących jest to, że muszą one być powyżej twojej geometrii.

Typowo przesuwam model poniżej do płaszczyzny konstrukcyjnej przed rozpoczęciem i umieszczam powstrzymujące na CPlane.

Posuwy i prędkości

Większość wrzecion (termin dla frezarki dołączonej do twojej frezarki cnc) będzie się poruszać od około 7,000rpm do 18,000rpm. Prędkość ta jest określana jako „prędkość wrzeciona” i jest bezpośrednio związana z prędkością posuwu lub powierzchni, które większość maszyn są w stanie zrobić do około 200ipm. Dwie pozostałe zmienne, step-down i step-over powinny być utrzymywane w taki sposób, aby powierzchnia przekroju zaangażowana w materiał nie była większa niż promień pomnożony przez średnicę wiertła. Jest to zasada kciuka, ale jest to dobry punkt wyjścia do obliczeń posuwu i prędkości.

Przypominając:

• Prędkość obrotowa wrzeciona – prędkość obrotowa narzędzia skrawającego w obrotach na min
• Posuw – prędkość powierzchniowa w środku obracającego się narzędzia
• Krok w dół – odległość w kierunku z na przejście, na jaką narzędzie skrawające zagłębia się w materiał
• Krok nad – maksymalna odległość w kierunku x/y, na jaką narzędzie tnące wejdzie w nieobcięty materiał

Obliczanie posuwów i prędkości

Poniżej znajduje się wzór do obliczania posuwu:

ChipLoad x CutterDiameter x NumberOfFlutes x SpindleSpeed = FeedRate

Gdzie chipload to ilość materiału skrawanego na ząb (feed per tooth). Posuw to prędkość powierzchni narzędzia tnącego w calach na minutę, prędkość obrotowa wrzeciona to prędkość obrotowa narzędzia tnącego w obrotach na minutę, liczba rowków i średnica frezu są określone przez narzędzie. W tym przypadku są to ¼ cala i 2 rowki. W zależności od wielkości wiertła, obciążenie wiórowe dla sklejki wynosi 0,005 cala 0,01 cala na ząb. Dla małych bitów poniżej 1/8 cala zacznij od 0.005 i od tego momentu zwiększaj. Dla bitów 1/4 cala i większych prawdopodobnie nie złamiesz niczego zaczynając od 0.01.

Rozmiar ładunku wiórów lub posuwu na ząb jest bardzo ważnym czynnikiem w obróbce, większe wióry są w stanie odciągnąć więcej ciepła. Mniejsze wióry są łatwiejsze dla twojej maszyny i narzędzi, ale mogą powodować zbyt dużo ciepła. Chcesz zrobić wióry, które po upuszczeniu spadają na podłogę, a nie stają się pyłem, który pozostaje w powietrzu.

Podczas próby ustawienia posuwów i prędkości z nowym bitem, zgadnij najlepiej jak potrafisz używając wzoru posuwów i prędkości i dotknij bitu jak tylko przestanie się obracać po wykonaniu kilku cięć (pamiętaj: bezpieczeństwo przede wszystkim), powinien być ciepły, może trochę gorący w dotyku, ale nie powinien cię poparzyć. Jeśli jest zbyt gorąca, należy zwiększyć posuw lub zmniejszyć prędkość obrotową wrzeciona. Przyjrzyj się jakości krawędzi po zakończeniu cięcia. Jeśli jest falista, to jest to drgania narzędzia i należy zmniejszyć posuw lub zwiększyć prędkość obrotową wrzeciona.

Użyj również uszu, narzędzie powinno dobrze brzmieć podczas cięcia … zaufaj swojemu przeczuciu.

Kilka przykładów

Jeśli podłączymy nasze znane zmienne otrzymamy:

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

Mając na uwadze, że nie chcemy pchać wiertła szybciej niż około 200ipm, jeśli chcielibyśmy użyć 1/2 cala 4-fletowego wiertła, moglibyśmy rozwiązać dla prędkości wrzeciona zamiast prędkości posuwu.

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

Pomocne jest zrobienie wykresu, abyś mógł szybko znaleźć liczby, których szukasz. Zapraszamy do korzystania z mojego wykresu posuwów i prędkości.

Porady i wskazówki dotyczące obróbki

Step-Down i średnica wiertła

Wszystkie te liczby są oparte na zmniejszaniu promienia i zwiększaniu średnicy wiertła. Przy obciążeniu wiórem ustawionym na 0,01 możliwe jest zmniejszenie i zwiększenie średnicy wiertła, ale jest to absolutne maksimum i powinno być tylko w krótkich momentach cięcia. Pamiętaj, aby zawsze rozgrzewać wrzeciono przez co najmniej 10 minut przed wykonaniem jakiegokolwiek cięcia. Są tam drogie łożyska, które zostaną zniszczone jeśli pominiesz ten krok.

Onion Skins on Profile Cuts

Przy cięciu profilowym sklejki fornirowanej lubię używać bitów kompresyjnych z techniką zwaną onion skinning. Istnieje wiele różnych sposobów na zaprogramowanie każdej pracy, ale ta metoda jest punktem odniesienia dla małych części i dobrze wykończonej krawędzi bez wyrywania na stole próżniowym z płytą łupkową. Pomysł jest krok w dół przez poziom pierwszy, więc wyciąć wszystkie swoje części w dół do pierwszego kroku, a następnie do drugiego kroku i tak dalej, pozostawiając cienką warstwę forniru na dole każdego cięcia. Następnie, w ostatnim przejściu, wytnij cienką „skórkę cebuli” forniru, która pozostała. Ponieważ kwota w lewo jest tak cienka, że oferuje niewielki opór do bitu i obniża szansę swojej części moving.

Jeśli byłem cięcia 3/4 w sklejce to faktycznie mierzyć gdzieś około 0,72 cala, chciałbym krok w dół dwa razy, 0,34 na przejście pozostawiając 0,04 cala plus 0,02 przełom dla ostatniej ścieżki narzędzia do usunięcia. Ponieważ schodzę prawie 3/8 cala podczas cięcia pełnej szerokości bitu 1/4 cala w każdym przejściu, musiałbym obniżyć prędkość posuwu.

Z bitem 1/4 cala powinienem schodzić 1/8 cala (promień) podczas wykonywania cięcia konturowego używając obciążenia wiórem 0,01 cala. Ale chcę użyć bitu kompresyjnego aby uniknąć wyrwania na górze mojego arkusza i ten bit nie ma spirali w dół aż do około 5/16 cala w górę krawędzi tnącej. Muszę więc zejść o 3/8 cala w dół. Ponieważ zwiększam powierzchnię przekroju wiertła zaangażowanego w materiał, powinienem zmniejszyć ładunek wiórów o tę samą wartość, więc nowy ładunek wiórów wynosiłby 0.00333 i zwróciłby nową prędkość posuwu 30ipm. Po odrobinie eksperymentów stwierdziłem, że obciążenie wiórem 0.005 cala przy 18000rpm skutkujące posuwem 45ipm jest optymalne dla moich potrzeb.

Doświadczaj bezpiecznie

Nie daj się ponieść liczbom, użyj zdrowego rozsądku i zaufaj swojemu przeczuciu. Każdy kawałek jest trochę inny i istnieje szeroki zakres gęstości w litym drewnie i różnych wyrobach z blachy. Ponadto, zawsze należy nosić okulary ochronne. Często wydaje się to zbyt ostrożnym środkiem, ale rozważ prawdopodobny scenariusz roztrzaskania się małego 1/8 calowego wiertła z węglików spiekanych. Nie jest prawdopodobne, że pył drzewny wyląduje w szpitalu, ale mały odłamek stali w oku to coś, z czym należy się liczyć.

Pobierz przykładowe pliki Rhino 3D

Jeśli jesteś zainteresowany, możesz pobrać darmową wersję próbną Rhino na 90 dni. Można również pobrać RhinoCAM ze strony MecSoft. Nie pozwoli Ci on na zapisywanie plików, ale możesz eksperymentować i uczyć się za darmo.

.