Vad är en router?
För att diskutera eller använda en CNC-router är det bra att veta hur man använder en handhållen router. Din typiska router har en motor (eventuellt en motor med variabel hastighet), höjdjustering (antingen fast eller djupgående) och en spännhylsa, som är en konisk fjäder som när den komprimeras skapar den friktion som krävs för att hålla skärverktyget på plats.
När du använder en icke-datorstyrd router ser, hör och känner du hur verktyget kan skära med omedelbar haptisk återkoppling. Om du har tillgång till en sådan, gå och lek med den innan du försöker skapa verktygsbanor på datorn. Gör en snabb skiss på en 12 x 12 tums plywoodskrot och använd en ¼-tumsbit för att skära ut den. Om du arbetar med en fast bas (inte en djupgående fräs) ska du se till att borra ett 3/8-tums hål så att du säkert kan starta fräsen i materialet. Ställ in borren så att den inte skär mer än 1/8 tum djupt per gång, och se till att fästa plywooden på bordet. Observera att det kan vara potentiellt farligt att använda en routerbit/djup som inte är specificerad. Använd en bit som är mindre än 3/8 tum och använd ett steg som är mindre än bitens radie.
Begynna snittet i mitten av din form och arbeta dig ut i ett spiralliknande mönster, detta kommer att ge stöd för din överfräsare om din form är större än dess bas. När du arbetar dig mot de skissade linjerna kan du prova att göra både rörelser med och moturs och märka att en riktning ger mycket mer kontroll och noggrannhet.
Vad är verktygsbanor?
En verktygsbana är den användardefinierade kodade väg som ett skärande verktyg följer för att bearbeta en del. De representeras på skärmen av linjer och kurvor som representerar banan för skärverktygets nedre centrum. Pocketverktygsbanor etsar materialets yta, medan profilverktygsbanor skär hela vägen igenom.
Den process som beskrivs i det handhållna exemplet ovan kallas för en ”pocket”-verktygsbana. I din första passage tar du bort allt inom dina linjer till ett konstant djup på 1/8 tum under ytan. Om du vill ta bort mer än 1/8 tum gör du helt enkelt en paus efter det första passet, sänker biten och tar bort ett andra pass 1/8 tum lägre och så vidare.
Fickverktygsbanor i RhinoCAM
De röda linjerna är ”pen up”-reselinjer, där överfräsen lyfter upp fräsen och reser sig ovanför materialets yta för att komma till nästa skärpunkt. Det blå skuggade området visar var materialet kommer att tas bort.
Fickverktygsbanor i RhinoCAM
Profil
Om du skulle vilja skära ut din form i stället för att ta bort material innanför linjerna skulle verktygsbanan som ska användas kallas för en profil (eller kontur).
Profilerade verktygsbanor i RhinoCAM
Profilerade verktygsbanor som skärs ut.
De flesta CAM-programvaror tillhandahåller vad som verkar vara ett vansinnigt antal reglage och alternativ i verktygsbanedialogen. Bli inte överväldigad utan ta dig tid att sakta gå igenom varje flik i tur och ordning och försäkra dig om att du förstår alla alternativ. De viktigaste begreppen att ta med sig från experimentet med den handhållna routern ovan är: spindelhastighet, matningshastighet, step-down och step-over. Vi tar upp dessa mer i detalj nedan.
Klippning vs. konventionell skärrörelse
En standardfräsbit snurrar medurs. Om detta skulle följa den vänstra sidan av linjen skulle det vara en klätterskärning, om det skulle följa den högra sidan av linjen skulle det vara en konventionell skärrörelse.
Klättring vs konventionell skärning
Den största skillnaden mellan klättring och konventionell skärning är hur skäraren biter sig fast i materialet. En konventionell skärning avleder biten mot skärningen och en klätterskärning trycker bort biten. Klippskärning är ofta att föredra när man använder en CNC-router, eftersom den orsakar mindre kornutrivning eller ”tearout”. Klätterskärning kan dock vara farlig på en icke-datorstyrd fräs, eftersom stycket kan vara svårt att kontrollera för hand och kan ”gå iväg”
I det handhållna exemplet ovan skulle ett spiralliknande mönster medurs inifrån och ut också vara en konventionell skärning och ge mer kontroll eftersom vi har begränsad styrka när vi använder handhållna verktyg. Faktum är att många träbyggnadsböcker hänvisar till denna metod som den enda säkra riktningen för att använda en fräs.
En CNC-router ger dock vanligtvis ett bättre snitt när man använder ett klättringssnitt, särskilt i massivt trä, eftersom det eliminerar risken för utrivning längs skärvektorn. I början ska du inte oroa dig för mycket för detta. I allmänhet bör du välja alternativet som innehåller båda, till exempel ”mixed”, och programvaran kommer att välja vad som ska användas.
Verktyg
Det finns 4 huvudtyper av flöjtmönster för routerbitar, plus många typer av specialbitar.
- Straight Flute – bra allroundbit, hyfsad spånavskiljning
- Up Spiral – bra spånavskiljning, kan riva ut toppen av tunn faner, t.ex. finisherplywood
- Down Spiral – dålig spånavskiljning, ingen utrivning, långsammare matningshastighet
- Compression – kombination av uppåt- och nedåtgående spiral, bra allroundbit, bra för plywood eller laminerade plåtvaror.
Var och en av dessa flöjtmönster har sina nackdelar. Om pengar inte är ett problem och du mestadels kapar plywood av finishkvalitet, gillar jag verkligen Freud 77-202 eller 77-204. Raka flöjter är också fantastiska, billiga och underskattade.
3D Containment Boundaries
Jag uppmuntrar eleverna att tillbringa tid med 2D-skärningar innan de använder fullständiga 3D-verktygsbanor. Det finns ett antal skäl till detta, men det viktigaste är att om man tar sig tid att förstå 2D-bearbetning kan man få en mycket bättre förståelse för 3D-parametrarna. Jag tar gärna upp 3D mer ingående vid ett senare tillfälle, men nu vill jag diskutera inneslutningsgränser.
Istället för att använda trådformad geometri eller kurvor och linjer som den primära källan till indata använder en 3D-verktygsbana ytor som kallas ”drivytor”. För att uppnå det önskade resultatet är det ofta nödvändigt att använda en inneslutningsgräns. Detta är en kurva som definierar gränserna för rörelsen i x och y på drivytan. Nyckeln till att använda containment boundaries är att de måste ligga ovanför din geometri.
Typiskt sett flyttar jag modellen nedanför till konstruktionsplanet innan jag börjar och sätter containment på CPlane.
Feeds and Speeds
De flesta spindlar (termen för fräsen som är fäst vid din cnc-fräsare) går från cirka 7 000 rpm till 18 000 rpm. Denna hastighet kallas ”spindelhastighet” och är direkt relaterad till matningshastigheten eller ythastigheten, som de flesta maskiner klarar upp till cirka 200ipm. De två andra variablerna, step-down och step-over, bör hållas så att den tvärsnittsarea som är i kontakt med materialet inte är större än radien gånger bitsens diameter. Detta är en tumregel, men det är en bra utgångspunkt för beräkningar av matning och hastighet.
För att sammanfatta:
- Spindelhastighet – Skärverktygets rotationshastighet i varv per minut
- Matningshastighet – Ythastighet i centrum av det roterande verktyget
- Steg nedåt – Avståndet i z-riktningen per pass som en skärande Steg över – det maximala avståndet i x/y-riktningen som ett skärverktyg kommer i kontakt med obearbetat material
Beräkning av matningar och hastigheter
Nedan följer en formel för beräkning av matningshastighet:
ChipLoad x CutterDiameter x NumberOfFlutes x SpindleSpeed = FeedRate
Varvid chipload är den mängd material som skärs av per tand (matning per tand). Feed rate är skärverktygets ythastighet i tum per minut, spindelhastighet är skärverktygets rotationshastighet i varv per minut, antal skåror och skärdiameter bestäms av ditt verktyg. I det här fallet är de ¼ tum och 2 skåror. Beroende på storleken på din borrkrona är spånbelastningen för plywood mellan 0,005 tum och 0,01 tum per tand. För små bitar under 1/8 tum börjar du med 0,005 och ökar därifrån. För bitar på 1/4 tum och större kommer du förmodligen inte att bryta något om du börjar med 0,01.
Storleken på spånlasten eller matningen per tand är en mycket viktig faktor vid maskinbearbetning, större spån kan dra bort mer värme. Mindre spån är lättare för maskinen och verktygen men kan orsaka för mycket värme. Du vill göra spån som när du tappar dem faller till golvet snarare än att bli damm som stannar i luften.
När du försöker finslipa dina flöden och hastigheter med en ny bit, gissa så gott du kan med hjälp av formeln för flöden och hastigheter och rör vid biten så snart den slutar snurra efter att ha gjort några snitt (kom ihåg: säkerhet först), den ska vara varm, kanske lite varm vid beröring, men den ska inte bränna dig. Om den är för varm ska du öka matningen eller sänka spindelhastigheten. Titta på kvaliteten på kanten efter att snittet har slutförts. Om den är vågig är det verktygsskrammel och du bör minska matningshastigheten eller öka spindelhastigheten.
Använd dina öron också, verktyget ska låta bra när det skär … lita på din magkänsla.
Några exempel
Om vi kopplar in våra kända variabler får vi:
0,01 x 0.25 x 2 x 18000 = FeedRate = 90ipm
Med tanke på att vi inte vill trycka på biten snabbare än ungefär 200ipm kan vi, om vi vill använda en 1/2 tums 4-flutig bit, lösa spindelhastigheten i stället för matningshastigheten.
- 0,01 x 0,5 x 4 x SpindleSpeed = 200ipm
- SpindleSpeed = 10 000 rpm
Det är bra att göra ett diagram så att du snabbt kan hitta de siffror du söker. Du får gärna använda mitt diagram över matningar och hastigheter.
Machining Tips and Tricks
Step-Down and Bit Diameter
Alla dessa siffror är baserade på en nedtrappning av radien och en övertrappning av bitsens diameter. Med spånbelastningen inställd på 0,01 är det möjligt att trappa ner och över borrdiametern, men det är det absoluta maximumet och bör bara vara korta moment i snittet. Det är möjligt att skada spindeln genom att trycka på den för hårt, kom ihåg att alltid värma upp spindeln i minst 10 minuter innan du gör några snitt. Det finns några dyra lager där inne som kommer att förstöras om du hoppar över detta steg.
Lökskinn på profilskärningar
När jag profilskärar fanerad plywood använder jag gärna en kompressionsbit med en teknik som kallas lökskinn. Det finns många olika sätt att programmera alla jobb, men den här metoden är en catchall för små delar och en bra färdig kant utan utrivning på ett vakuumbord med en spoilboard. Tanken är att först gå ner i nivå, så skär alla dina delar ner till det första steget, sedan till det andra steget och så vidare, och lämna ett tunt lager faner i botten av varje snitt. Skär sedan i en sista omgång det tunna ”lökskinnet” av faner som finns kvar. Eftersom den kvarvarande mängden är så tunn att den ger lite motstånd mot biten och minskar risken för att din del rör sig.
Om jag skulle skära 3/4 i plywood skulle den faktiskt mäta någonstans runt 0,72 tum, skulle jag ta ett steg nedåt två gånger, 0,34 per pass och lämna 0,04 tum plus 0,02 genombrott för den sista verktygsbanan att ta bort. Eftersom jag minskar nästan 3/8 av en tum samtidigt som jag skär hela 1/4 tums bredd på biten i varje pass måste jag sänka matningshastigheten.
Med en 1/4 tums bit bör jag minska 1/8 av en tum (radien) när jag gör konturskärning med en spånbelastning på 0,01 tum. Men jag vill använda en kompressionsbit för att undvika utrivning på ovansidan av min plåt och den biten har inte en nedåtgående spiral förrän ungefär 5/16 tum uppåt på skärkanten. Så jag måste gå ner 3/8 av en tum. Eftersom jag ökar tvärsnittsytan för den bit som är i kontakt med materialet bör jag minska spånbelastningen med samma mängd, så att den nya spånbelastningen blir 0,00333 och ger en ny matningshastighet på 30ipm. Efter lite experimenterande har jag funnit att en spånbelastning på 0,005 tum vid 18000 varv per minut som ger en matningshastighet på 45ipm är optimal för mina behov.
Experimentera säkert
Följ inte för mycket med siffrorna, använd ditt sunda förnuft och lita på din magkänsla. Varje bit är lite annorlunda och det finns ett brett spektrum av densiteter i massivt trä och olika plåtmaterial. Bär också alltid dina skyddsglasögon. Det verkar många gånger vara en överdrivet försiktig åtgärd, men tänk på det troliga scenariot att en liten 1/8-tums hårdmetallbit splittras. Det är inte troligt att trädamm kommer att skicka dig till sjukhuset, men en liten stålskärva i ögat är något att räkna med.
Om du är intresserad är det möjligt att ladda ner en gratis provversion av Rhino i 90 dagar. Du kan också ladda ner RhinoCAM från MecSoft. Det låter dig inte spara dina filer, men du kan experimentera och lära dig gratis.