Noções básicas de roteamento CNC: Percursos e Feeds ‘n Velocidades

O que é um Roteador?

Antes de discutir ou usar um roteador CNC é útil saber como usar um roteador portátil. Seu roteador típico tem um motor (possivelmente um motor de velocidade variável), ajuste de altura (fixo ou de mergulho), e uma pinça, que é uma mola cônica que quando comprimida cria o atrito necessário para manter sua ferramenta de corte no lugar.

Quando você usa um roteador não computadorizado você vê, ouve, e sente como a ferramenta pode cortar com feedback táctil instantâneo. Se você tem acesso a um, vá brincar com ele antes de tentar criar caminhos de ferramentas no computador. Faça um esboço rápido em uma peça de madeira compensada de 12 “x12” e use um bit ¼ polegadas para cortá-la. Se você estiver trabalhando com uma base fixa (não um roteador de mergulho), certifique-se de fazer um furo de 3/8 polegadas para permitir que você inicie com segurança o roteador no material. Ajuste a broca para que ela não corte mais de 1/8 de polegada de profundidade por passagem, e certifique-se de prender o compensado à sua mesa. Esteja ciente de que usar um roteador bit/profundidade não especificada pode ser potencialmente perigoso. Use um bit menor que 3/8 polegadas e use um passo menor que o raio do bit.

Begin o corte no centro da sua forma e trabalhe em um padrão espiral, isto fornecerá suporte para o seu roteador se a sua forma for maior que a sua base. À medida que você trabalha em direção às linhas desenhadas, tente fazer movimentos no sentido horário e anti-horário e observe que uma direção fornece muito mais controle e precisão.

O que são caminhos de ferramentas?

Um caminho de ferramentas é a rota codificada definida pelo usuário que uma ferramenta de corte segue para usinar uma peça. Eles são representados na tela por linhas e curvas que representam o caminho do centro inferior da ferramenta de corte. Caminhos de ferramentas de bolso gravam a superfície do material, enquanto os caminhos de ferramentas de perfil cortam todo o caminho.

Pocket

O processo descrito no exemplo acima é chamado de caminho de ferramentas de “bolso”. Em sua primeira passagem você removerá tudo dentro de suas linhas a uma profundidade constante de 1/8 polegada abaixo da superfície. Se você quiser remover mais de 1/8 de polegada simplesmente pause após a primeira passagem, abaixe o bit, e remova uma segunda passagem 1/8 de polegada mais abaixo e assim por diante.

Pocket Toolpaths in RhinoCAM

As linhas vermelhas são linhas de percurso “pen up”, onde o roteador levanta a fresa e viaja acima da superfície do material para chegar ao próximo ponto de corte. A área azul sombreada indica onde o material será removido.

Pocket Toolpaths in RhinoCAM

Perfil

Se você quisesse cortar sua forma ao invés de remover o material dentro das linhas, o caminho de ferramenta a ser usado seria chamado de perfil (ou contorno).

Caminhos de ferramentas de perfil no RhinoCAM

Caminhos de ferramentas de perfil sendo cortados.

O software CAM fornece o que parece ser um número insano de controles e opções no diálogo do caminho de ferramentas. Não fique sobrecarregado e leve seu tempo para se mover lentamente através de cada guia em sucessão, tendo certeza de que você entendeu todas as opções. Os conceitos mais importantes a retirar da experiência de roteador de mão acima são: velocidade do fuso, taxa de avanço, step-down e step-over. Cobriremos estes conceitos com mais detalhes abaixo.

Mudança vs. Movimento de Corte Convencional

Um bit de roteador padrão gira no sentido horário. Se este seguisse o lado esquerdo da linha seria um corte ascendente, se seguisse o lado direito da linha seria um movimento de corte convencional.

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Cortes Ascendentes vs. Convencionais

A principal diferença entre ascendente e corte convencional é a forma como a fresa morde o material. Um corte convencional desvia o bit em direção ao corte e um corte de subida empurra o bit para longe. O corte trepante é frequentemente preferido quando se utiliza uma fresa CNC, já que causa menos rasgamento do grão ou “rasgamento”. Entretanto, o corte trepante pode ser perigoso em uma fresa não controlada por computador, pois a peça pode ser difícil de controlar manualmente e pode “se afastar”

No exemplo acima, um corte em espiral no sentido horário de dentro para fora também seria um corte convencional e proporcionaria mais controle, pois temos resistência limitada quando utilizamos ferramentas manuais. Na verdade, muitos livros de trabalho em madeira referem-se a este método como a única direcção segura para utilizar uma fresa bit.

Uma fresa CNC, no entanto, normalmente proporcionará um melhor corte quando se utiliza um corte trepante, especialmente em madeira maciça, porque eliminará a possibilidade de rasgar ao longo do vector de corte. Começando, não se preocupe muito com isso. Geralmente você deve escolher a opção que inclui tanto o ‘mixed’ como o software irá escolher o que usar.

Tooling

Existem 4 tipos principais de padrões de flauta para bits de roteadores, mais muitos tipos de bits especiais.

• Flauta recta – excelente para todos os tipos de bits, remoção decente de cavacos
• Espiral para cima – excelente para remoção de cavacos, pode rasgar a parte superior do contraplacado fino, como o contraplacado de grau de acabamento
• Espiral para baixo – má remoção de cavacos, sem rasgos, taxa de alimentação mais lenta
• Compressão – combinação de espiral para cima e para baixo, excelente para todos os tipos de bits, excelente para contraplacados ou chapas laminadas.

Cada um destes padrões de flauta tem as suas quedas. Se o dinheiro não é um problema e você está principalmente cortando compensado de grau de acabamento, eu realmente gosto do Freud 77-202 ou 77-204. Flautas rectas também são fantásticas, baratas e subvalorizadas.

3D Containment Boundaries

I encorajo os alunos a passar tempo com cortes 2D antes de usar percursos de ferramentas 3D completos. Há uma série de razões para isso, mas o mais importante é que a demora no entendimento da usinagem 2D permite uma compreensão muito melhor dos parâmetros 3D. Eu ficaria feliz em cobrir 3D com mais profundidade em uma data posterior, mas por enquanto eu quero discutir limites de contenção.

Em vez de usar geometria de estrutura de fio ou curvas e linhas como a principal fonte de entrada, um caminho de ferramenta 3D usa superfícies chamadas ‘superfícies de acionamento’. Para alcançar o resultado desejado é muitas vezes necessário usar um limite de contenção. Esta é uma curva que define os limites de movimento em x e y na superfície do acionamento. A chave para usar limites de contenção é que eles devem estar acima de sua geometria.

Tipicamente eu movo o modelo abaixo para o plano de construção antes de iniciar e coloco contenção na pista CP.

Feeds e Speeds

Most spindles (o termo para o roteador ligado ao seu roteador cnc) irá de cerca de 7.000rpm para 18.000rpm. Esta velocidade é denominada ‘velocidade do fuso’ e está diretamente relacionada com a velocidade de avanço ou velocidade de superfície, que a maioria das máquinas são capazes de fazer até cerca de 200 ipm. As outras duas variáveis, step-down e step-over, devem ser mantidas de modo que a área da seção transversal acoplada ao material não seja mais do que o raio vezes o diâmetro do bit. Esta é uma regra geral, mas é um bom ponto de partida para os cálculos de alimentação e velocidade.

Para recapitular:

• Velocidade do fuso – velocidade de rotação da ferramenta de corte em rotações por minuto
• Avanço – velocidade de superfície no centro da ferramenta de rotação
• Descer – a distância na direcção z por passo que um corte A ferramenta é mergulhada no material
• Passo acima – a distância máxima na direcção x/y que uma ferramenta de corte irá engatar com material não cortado

Cálculo de Feeds e Velocidades

Below é uma fórmula para calcular a taxa de avanço:

ChipLoad x CutterDiameter x NumberOfFlutes x SpindleSpeed = FeedRate

Onde chipload é a quantidade de material cortado por dente (alimentação por dente). A velocidade de avanço é a velocidade superficial da ferramenta de corte em polegadas por minuto, a velocidade do fuso é a velocidade de rotação da ferramenta de corte em rotações por minuto, o número de sulcos e o diâmetro da fresa são determinados pela sua ferramenta. Neste caso, são ¼ polegadas e 2 flautas. Dependendo do tamanho da sua broca, o chipload para compensado está entre 0,005 polegadas e 0,01 polegadas por dente. Para bits pequenos abaixo de 1/8 polegadas, comece com 0,005 polegadas e aumente a partir daí. Para bits de 1/4 polegadas e maiores você provavelmente não vai quebrar nada começando em 0.01.

O tamanho do carregamento ou alimentação por dente é um fator muito importante na usinagem, cavacos maiores são capazes de puxar para fora mais calor. As cavacos menores são mais fáceis na sua máquina e ferramentas, mas podem causar muito calor. Você quer fazer cavacos que quando caem no chão ao invés de se tornarem pó que fica no ar.

Ao tentar melhorar seus avanços e velocidades com um novo bit, adivinhe o melhor que você pode usar a fórmula de avanços e velocidades e toque o bit assim que ele parar de girar depois de fazer alguns cortes (lembre-se: segurança primeiro), ele deve estar quente, talvez um pouco quente ao toque, mas ele não deve queimar você. Se estiver muito quente, aumente a velocidade de avanço ou baixe a velocidade do fuso. Observe a qualidade da aresta após o corte ter sido completado. Se estiver ondulada, isso é conversa de ferramenta e você deve diminuir sua taxa de avanço ou aumentar a velocidade do seu fuso.

Utilize seus ouvidos também, a ferramenta deve soar bem ao cortar… confie em seu instinto.

alguns exemplos

Se conectarmos nossas variáveis conhecidas, obtemos:

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

Keeping tendo em mente que não queremos empurrar o bit mais rápido do que aproximadamente 200ipm, se quiséssemos usar um bit de 1/2 polegada e 4 flautas, poderíamos resolver para a velocidade do fuso em vez da taxa de alimentação.

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

É útil fazer um gráfico para que você possa encontrar rapidamente os números que você está procurando. Você está convidado a usar meu gráfico de alimentação e velocidades.

Dicas e truques de maquinação

Passo-Down e diâmetro do bit

Todos esses números são baseados em um passo para baixo do raio e passo para cima do diâmetro do bit. Com o chipload ajustado para 0,01 é possível descer e ultrapassar o diâmetro do bit, mas esse é o máximo absoluto e deve ser apenas um breve momento no corte. É possível danificar o seu fuso empurrando-o com muita força, lembre-se de sempre aquecer o fuso por pelo menos 10 minutos antes de fazer qualquer corte. Há lá alguns rolamentos caros que serão destruídos se você pular este passo.

Onion Skins on Profile Cuts

Quando se corta compensado folheado de perfil eu gosto de usar uma broca de compressão com uma técnica chamada de esfolamento de cebola. Há muitas maneiras diferentes de programar qualquer trabalho, mas este método é um catchall para peças pequenas e uma boa borda acabada, sem rasgar em uma mesa de vácuo com um spoilboard. A idéia é descer por nível primeiro, então corte todas as suas partes para o primeiro passo, depois para o segundo passo e assim por diante, deixando uma fina camada de folheado no fundo de cada corte. Depois, num último passo, corte a fina “pele de cebola” do folheado que é deixado. Porque a quantidade restante é tão fina que oferece pouca resistência ao bit e diminui a chance da sua peça se mover.

Se eu estivesse cortando 3/4 em compensado ele realmente mediria em torno de 0,72 polegadas, eu desceria duas vezes, 0,34 por passo deixando 0,04 polegadas mais 0,02 de avanço para o último caminho de ferramenta a ser removido. Como estou descendo quase 3/8 de polegada enquanto corto toda a largura de 1/4 de polegada do bit em cada passagem, eu teria que baixar a taxa de avanço.

Com um bit de 1/4 de polegada eu deveria estar descendo 1/8 de polegada (o raio) ao fazer o corte de contorno usando um chipload de 0.01 polegadas. Mas eu quero usar um bit de compressão para evitar qualquer rasgo na parte superior da minha folha e esse bit não tem uma espiral para baixo até cerca de 5/16 de polegada acima da aresta de corte. Então eu tenho que descer 3/8 de uma polegada. Porque eu estou aumentando a área da seção transversal da bit acoplada ao material, eu devo diminuir o chipload na mesma quantidade para que o novo chipload seja de 0,00333 e retornar uma nova taxa de alimentação de 30 ipm. Após um pouco de experimentação eu descobri que um chipload de 0.005 polegadas a 18000rpm resultando em uma taxa de alimentação de 45ipm é ideal para as minhas necessidades.

Experiment Safely

Não se deixe levar pelos números, use o seu bom senso e confie no seu instinto. Cada bit é um pouco diferente e há uma grande variedade de densidades em madeira maciça e diferentes produtos em folha. Além disso, usa sempre os teus óculos de segurança. Parece uma medida excessivamente cautelosa muitas vezes, mas considere o cenário provável de um pequeno estilhaçamento de um pedaço de carboneto de 1/8 polegada. Não é provável que o pó de madeira o coloque no hospital, mas um pequeno pedaço de aço no seu olho é algo a considerar.

Baixar o exemplo de arquivos Rhino 3D

Se você estiver interessado é possível baixar um teste gratuito do Rhino por 90 dias. Você também pode baixar o RhinoCAM da MecSoft. Ele não lhe permitirá salvar seus arquivos, mas você pode experimentar e aprender de graça.