Kuinka CNC-metallikaiverruskoneet toimivat: mekanismit, työnkulku ja tarkkuus

Ydin elektroninen ja mekaaninen arkkitehtuuri

CNC-metallikaivertajan (Computer Numerical Control) ytimessä on hienostunut suhde digitaalisten ohjeiden ja fyysisen liikkeen välillä. Prosessi alkaa ohjain , joka toimii koneen aivoina. Se vastaanottaa G-koodin - ohjelmointikielen, joka sisältää koordinaattitietoja - ja kääntää nämä digitaaliset lauseet pienjännitesähköpulsseiksi. Nämä pulssit lähetetään stepperi- tai servo-ohjaimet , jotka vahvistavat signaaleja moottoreiden tehon saamiseksi.

Moottorit muuttavat tämän sähköenergian tarkaksi pyörimisliikkeeksi. Erittäin tarkassa metallikaiverruksessa tämä pyöriminen on muutettava lineaariseksi liikkeeksi mikroskooppisella tarkkuudella. Tämä saavutetaan voimansiirtojärjestelmän avulla, joka liikuttaa portaalia (X- ja Y-akselit) ja karan kiinnitystä (Z-akseli). Tämän koko järjestelmän jäykkyys on ensiarvoisen tärkeää; Toisin kuin puuntyöstöjyrsimet, metallikaivertajan on kestettävä merkittäviä taipumisvoimia estääkseen "puhinaa", joka aiheuttaa huonon pinnan ja rikkoontuneita työkaluja.

Voimansiirtojärjestelmät: palloruuvit vs. hammastanko

Koneen akseleiden siirtämiseen käytetty menetelmä vaikuttaa merkittävästi sen resoluutioon ja soveltuvuuteen hienojen yksityiskohtien kaiverrukseen. CNC-metallikaiverreissa on kaksi ensisijaista voimansiirtotyyppiä:

• Palloruuvivaihteisto: Tämä on korkean tarkkuuden metallikaiverruksen kultastandardi. Kierrekuulalaakereilla täytetyn mutterin läpi kulkee kierreakseli. Kun ruuvi pyörii, mutteri liikkuu lineaarisesti käytännössä nollavälysyksellä. Tämä mekanismi mahdollistaa erittäin tasaisen liikkeen ja suuren vääntömomentin siirron, mikä on välttämätöntä terän työntämiseksi kovien metallien, kuten ruostumattoman teräksen, läpi menettämättä asentoa.
• Hammastanko: Tämä järjestelmä, joka on yleinen suuremmissa ja nopeammissa koneissa, käyttää hammaspyörää (hammaspyörää) ja hammastelinettä. Vaikka se tarjoaa suuren nopeuden ja rajoittamattoman liikepituuden, siinä on luonnostaan ​​hieman enemmän välystä kuin kuularuuvilla. Mikroskooppisissa kaiverrustehtävissä tämä minuuttipeli voi johtaa hieman vähemmän määriteltyihin kulmiin, mikä tekee siitä vähemmän ihanteellisen korujen tai hienojen instrumenttien merkitsemiseen, mutta sopii laajamittaisiin kylteihin.

Materiaalin poistomekanismit: pyörivä vs. laser

"Kaiverrus" voi tarkoittaa kahta hyvin erilaista fyysistä prosessia riippuen CNC-koneeseen asennetusta työkalupäästä. Eron ymmärtäminen on elintärkeää oikean työnkulun valinnassa.

Digitaalinen työnkulku: CAD to Motion

Kone ei "näe" mallia; se seuraa vain koordinaatteja. Työnkulku muuttaa taiteellisen tarkoituksen matemaattisiksi poluiksi:

• CAD (tietokoneavusteinen suunnittelu): Käyttäjä luo kappaleesta 2D-vektorin tai 3D-mallin. Kaiverruksessa vektorit määrittävät kirjainten tai muotojen rajat.
• CAM (tietokoneavusteinen valmistus): Tämä ohjelmisto luo työstöradat. Käyttäjän on määritettävä työkalu (esim. 60 asteen V-bitti), leikkaussyvyys ja nopeus. CAM-ohjelmisto laskee tarkan polun, jota työkalun keskipisteen on kuljettava halutun geometrian saavuttamiseksi.
• G-koodin luominen: CAM-lähtö on tekstitiedosto, joka sisältää komentoja, kuten G01 X10 Y10 Z-0,5 F200 . Tämä käskee konetta liikkumaan lineaarisesti koordinaatteihin 10,10, syöksymään 0,5 mm:n syvyyteen syöttönopeudella 200 mm/minuutti.
• Ohjausohjelmisto: Ohjelmistot, kuten Mach3, GRBL tai UGS, lähettävät tämän koodin rivi riviltä koneohjaimelle ja hallitsevat reaaliaikaista kiihdytystä ja hidastamista.

Kriittiset alajärjestelmät: Jäähdytys ja lastujen poisto

Metallin kaiverrus tuottaa merkittävää lämpöä kitkan vuoksi. Jos tätä lämpöä ei hallita, kaiverrusterä voi hehkua (pehmentyä) ja himmentyä välittömästi tai alumiinilastut voivat sulaa ja hitsata leikkuriin ("galling").

Jäähdytysnesteen sumujärjestelmät ovat yleisimpiä kaiverruksessa. Ne käyttävät paineilmaa sumuttamaan pienen määrän voiteluainetta hienoksi sumuksi. Tällä on kaksi tarkoitusta: ilmapuhallus poistaa lastut pois kaiverrusreitiltä, ​​jotta leikkuri ei leikkaa niitä uudelleen (mikä rikkoo kärjet), ja voiteluaine vähentää kitkaa. Kovemmille metalleille tai syvemmille leikkauksille, Tulvajäähdytysneste voidaan käyttää, kun jatkuva nestevirta virtaa osan yli, vaikka tämä vaatii täyden kotelon sotkun säilyttämiseksi.

Käytännön työn pitämisen strategiat

Metallikaiverruksessa työkappaletta on pidettävä jäykemmin kuin puujyrsinnässä. Jopa mikroskooppiset tärinät voivat rikkoa kaiverruspalojen herkät kärjet.

• Tarkkuuskoneruuvipuristimet: Paras neliön tai suorakaiteen muotoiseen varastoon. Ne tarjoavat valtavan puristusvoiman estääkseen osaa nousemasta.
• Tyhjiöpöydät: Ihanteellinen ohuille levyille (kuten nimikilpeille), jotka voivat taipua ruuvipuristimessa. Tyhjiöpumppu imee arkin tasaisesti pöytää vasten varmistaen tasaisen kaiverrussyvyyden koko pinnalla.
• Superliima ja teippi: "Rakentava hakkeri" pienille, epäsäännöllisille litteille osille on "teippi ja liima" -menetelmä. Peiteteippi levitetään sekä koneen alustalle että osalle, ja superliima liimaa kaksi teippipintaa. Tämä kestää yllättävän hyvin kaiverrusvoiman kevyitä voimia jättämättä metalliin jäämiä.

Materiaalikohtaiset haasteet: alumiini vs. ruostumaton teräs

Metallin "persoonallisuus" sanelee, kuinka CNC:n on toimittava.

Alumiini on pehmeä, mutta "kumimainen". Sillä on tapana tarttua työkaluun. Koneen on käytettävä suuria karan nopeuksia (RPM), jotta lastut poistuvat nopeasti, ja voitelusta ei voida neuvotella tarttumisen estämiseksi. Terävä, kiillotettu kovametalliterä on välttämätön.

Ruostumaton teräs on kova ja altis "työkarkaisulle", mikä tarkoittaa, että se kovenee kuumeneessaan. Teräksen kaiverrus vaatii alhaisemmat kierrosluvut lämmön vähentämiseksi, mutta suuremman vääntömomentin. Koneen on oltava erittäin jäykkä; mikä tahansa rungon jousto aiheuttaa työkalun pomppimisen ja todennäköisesti napsahtamisen. Pinnoitettuja teräjä (kuten AlTiN) käytetään usein kestämään leikkuureunassa syntyviä korkeita lämpötiloja.

Z-Zeron asettaminen: Avain syvyyden johdonmukaisuuteen

Ehkä kriittisin käytännön vaihe kaiverruksessa on "Z-Zero" -työkalun aloituskorkeuden asettaminen. Koska kaiverrukset ovat usein vain 0,1–0,3 mm syviä, vain 0,05 mm:n virhe voi tehdä kaiverruksesta näkymätön tai liian syvän.

Operaattorit käyttävät tyypillisesti a kosketusanturi (automaattinen kiekko, joka suorittaa piirin, kun työkalu koskettaa sitä) määrittääksesi tarkan materiaalin pinnan korkeuden. Vaihtoehtoisesti "paperimenetelmässä" lasketaan työkalua, kunnes se puristaa paperin kevyesti työkappaletta vasten, ja asetetaan sitten nolla (paperin paksuus huomioon ottaen). Epätasaisilla pinnoilla jotkin edistyneet ohjaimet käyttävät "automaattista tasoitusta", jossa kone mittaa pinnan pisteiden ruudukon ja vääntää G-koodia vastaamaan täydellisesti materiaalin kaarevuutta.