Kako rade CNC gravere za metal: mehanizmi, tijek rada i preciznost

Osnovna elektronička i mehanička arhitektura

U srcu CNC (Computer Numerical Control) gravera za metal leži sofisticirani odnos između digitalnih uputa i fizičkog kretanja. Proces počinje s kontrolor , koji djeluje kao mozak stroja. Prima G-kod—programski jezik koji sadrži koordinatne podatke—i prevodi te digitalne rečenice u niskonaponske električne impulse. Ti se impulsi šalju u koračne ili servo drajvere , koji pojačavaju signale za napajanje motora.

Motori zatim tu električnu energiju pretvaraju u precizno rotacijsko kretanje. Kod visokopreciznog graviranja metala, ova se rotacija mora prevesti u linearno kretanje s mikroskopskom točnošću. To se postiže prijenosnim sustavom koji pomiče portal (X i Y osi) i nosač vretena (Z-os). Krutost cijelog ovog sustava je najvažnija; za razliku od glodalica za obradu drva, graver za metal mora se oduprijeti značajnim silama otklona kako bi spriječio "klepetanje", koje uzrokuje lošu završnu obradu površine i slomljene alate.

Prijenosni sustavi: kuglasti vijci u odnosu na zupčastu letvu i zupčanik

Metoda koja se koristi za pomicanje osi stroja značajno utječe na njegovu razlučivost i prikladnost za graviranje finih detalja. Dva su primarna tipa prijenosa koji se nalaze u CNC graverima za metal:

• Prijenos s kuglastim navojem: Ovo je zlatni standard za visokoprecizno graviranje metala. Osovina s navojem prolazi kroz maticu napunjenu recirkulirajućim kugličnim ležajevima. Kako se vijak okreće, matica se pomiče linearno s gotovo nultom zračnošću (zračnost). Ovaj mehanizam omogućuje izuzetno glatko kretanje i prijenos velikog momenta, što je bitno za guranje rezača kroz tvrde metale poput nehrđajućeg čelika bez gubitka položaja.
• Zupčanik i zupčanik: Uobičajen na većim, bržim strojevima, ovaj sustav koristi zupčanik (zupčanik) koji se spaja s nazubljenom tračnicom (zupčanikom). Iako nudi veliku brzinu i neograničenu duljinu putovanja, inherentno ima nešto veći zazor od kugličnog vretena. Za mikroskopske zadatke graviranja, ova sitna igra može rezultirati malo manje definiranim kutovima, što ga čini manje idealnim za nakit ili fino označavanje instrumenata, ali prikladnim za natpise velikih razmjera.

Mehanizmi za uklanjanje materijala: rotacijski u odnosu na laser

"Graviranje" se može odnositi na dva vrlo različita fizička procesa ovisno o glavi alata instaliranoj na CNC stroju. Razumijevanje razlike ključno je za odabir pravog tijeka rada.

Digitalni tijek rada: CAD u pokret

Stroj ne "vidi" dizajn; prati samo koordinate. Tijek rada pretvara umjetničku namjeru u matematičke putove:

• CAD (kompjuterski potpomognuti dizajn): Korisnik kreira 2D vektor ili 3D model dijela. Za graviranje, vektori definiraju granice slova ili oblika.
• CAM (proizvodnja uz pomoć računala): Ovaj softver generira putanje alata. Korisnik mora definirati alat (npr. V-bit od 60 stupnjeva), dubinu rezanja i brzinu. Softver CAM izračunava točan put kojim centar alata mora ići da postigne željenu geometriju.
• Generiranje G-koda: CAM izlaz je tekstualna datoteka koja sadrži naredbe poput G01 X10 Y10 Z-0,5 F200 . Ovo govori stroju da se kreće linearno do koordinate 10,10, poniranja do dubine od 0,5 mm, brzinom posmaka od 200 mm/minuti.
• Kontrolni softver: Softver poput Mach3, GRBL ili UGS šalje ovaj kod red po red kontroleru stroja, upravljajući ubrzanjem i usporavanjem u stvarnom vremenu.

Kritični podsustavi: Hlađenje i evakuacija čipova

Metal za graviranje stvara značajnu toplinu zbog trenja. Ako se ne upravlja ovom toplinom, nastavak za graviranje može se žariti (omekšati) i trenutačno otupjeti ili se aluminijski komadići mogu rastopiti i zavariti na rezač ("nagrizanje").

Sustavi rashladnog sredstva za maglu najčešći su za graviranje. Oni koriste komprimirani zrak za raspršivanje male količine maziva u finu maglu. Ovo ima dvostruku svrhu: zračni udar uklanja strugotine s staze za graviranje tako da ih rezač ne reže ponovno (što lomi vrhove), a lubrikant smanjuje trenje. Za tvrđe metale ili dublje rezove, Poplavna rashladna tekućina može se koristiti, gdje kontinuirani mlaz tekućine teče preko dijela, iako to zahtijeva punu zatvorenost da bi se zadržao nered.

Praktične strategije držanja posla

Kod graviranja metala, obradak se mora držati čvršće nego kod glodanja drva. Čak i mikroskopske vibracije mogu slomiti krhke vrhove bitova za graviranje.

• Precizne strojne škripce: Najbolje za kvadratne ili pravokutne dionice. Oni pružaju ogromnu silu gnječenja kako bi spriječili podizanje dijela.
• Vakuumski stolovi: Idealno za tanke listove (poput pločica s imenima) koji se mogu saviti u škripac. Vakuumska pumpa usisava lim ravno uz stol, osiguravajući jednoliku dubinu graviranja po cijeloj površini.
• Superljepilo i traka: "Konstruktivni trik" za male, nepravilne ravne dijelove je metoda "trake i ljepila". Zaštitna traka nanosi se i na postolje stroja i na dio, a superljepilo spaja dvije površine trake. Ovo je iznenađujuće dobro za lagane sile graviranja bez ostavljanja tragova na metalu.

Izazovi specifični za materijal: Aluminij u odnosu na nehrđajući čelik

"Osobnost" metala diktira kako CNC mora raditi.

Aluminij je mekan ali "gumast". Sklon je lijepljenju za alat. Stroj mora raditi pri velikim brzinama vretena (RPM) kako bi se strugotine brzo izbacile, a o podmazivanju se ne može raspravljati kako bi se spriječilo lijepljenje. Bitno je oštro, polirano svrdlo od karbida.

Nehrđajući čelik je tvrd i sklon "radnom otvrdnjavanju", što znači da postaje tvrđi kako se zagrijava. Čelik za graviranje zahtijeva niže okretaje za smanjenje topline, ali veći zakretni moment. Stroj mora biti izuzetno krut; svako savijanje okvira uzrokovat će odskakanje alata i vjerojatno pucanje. Obložena svrdla (poput AlTiN) često se koriste kako bi izdržala visoke temperature koje se stvaraju na oštrici.

Postavljanje Z-Zero: ključ dosljednosti dubine

Možda je najkritičniji praktični korak u graviranju postavljanje "Z-Zero"—početne visine alata. Budući da su gravure često duboke samo 0,1 mm do 0,3 mm, pogreška od samo 0,05 mm može učiniti gravuru nevidljivom ili predubokom.

Operatori obično koriste a dodirna sonda (automatizirani pak koji dovrši krug kada ga alat dotakne) za određivanje točne visine površine materijala. Alternativno, "metoda s papirom" uključuje spuštanje alata sve dok lagano ne priklješti komad papira uz obradak, a zatim postavljanje nule (uzimajući u obzir debljinu papira). Za neravne površine neki napredni kontroleri koriste "automatsko niveliranje", gdje stroj ispituje mrežu točaka na površini i iskrivljuje G-kod kako bi savršeno odgovarao zakrivljenosti materijala.