Как работают граверы по металлу с ЧПУ: механизмы, рабочий процесс и точность

Основная электронная и механическая архитектура

В основе гравера по металлу с ЧПУ (компьютерное числовое управление) лежит сложная связь между цифровыми инструкциями и физическим движением. Процесс начинается с контроллер , который действует как мозг машины. Он получает G-код — язык программирования, содержащий данные координат — и переводит эти цифровые предложения в электрические импульсы низкого напряжения. Эти импульсы передаются в шаговые или сервоприводы , которые усиливают сигналы для питания двигателей.

Затем двигатели преобразуют эту электрическую энергию в точное вращательное движение. При высокоточной гравировке металла это вращение необходимо преобразовать в линейное движение с микроскопической точностью. Это достигается за счет системы передачи, которая перемещает портал (оси X и Y) и крепление шпинделя (ось Z). Жесткость всей этой системы имеет первостепенное значение; В отличие от фрезерных станков по дереву, гравер по металлу должен противостоять значительным силам отклонения, чтобы предотвратить «дребезг», который приводит к ухудшению качества поверхности и поломке инструментов.

Системы трансмиссии: шарико-винтовые передачи или реечная передача

Метод, используемый для перемещения осей станка, существенно влияет на его разрешение и пригодность для гравировки мелких деталей. В граверах по металлу с ЧПУ имеется два основных типа передачи:

• Шарико-винтовая передача: Это золотой стандарт высокоточной гравировки по металлу. Резьбовой вал проходит через гайку с шарикоподшипниками с рециркуляцией. При вращении винта гайка движется линейно практически с нулевым люфтом (зазором). Этот механизм обеспечивает чрезвычайно плавное движение и передачу высокого крутящего момента, что важно для проталкивания фрезы через твердые металлы, такие как нержавеющая сталь, без потери положения.
• Реечная и шестерня: В этой системе, распространенной на более крупных и быстрых машинах, используется шестерня (шестерня), находящаяся в зацеплении с зубчатой гусеницей (рейкой). Несмотря на то, что он обеспечивает высокую скорость и неограниченную длину хода, он по своей природе имеет немного больший люфт, чем шариковый винт. При микроскопических задачах гравировки эта минутная игра может привести к несколько менее выраженным углам, что делает ее менее идеальной для ювелирных изделий или тонкой маркировки инструментов, но подходящей для крупномасштабных вывесок.

Механизмы удаления материала: роторный или лазерный

«Гравировка» может относиться к двум совершенно разным физическим процессам в зависимости от головки инструмента, установленной на станке с ЧПУ. Понимание различия жизненно важно для выбора правильного рабочего процесса.

Цифровой рабочий процесс: CAD в движение

Машина не «видит» дизайн; он следует только координатам. Рабочий процесс преобразует художественный замысел в математические пути:

• САПР (компьютерное проектирование): Пользователь создает 2D-вектор или 3D-модель детали. В гравюре векторы определяют границы букв или фигур.
• CAM (автоматизированное производство): Это программное обеспечение генерирует траектории инструмента. Пользователь должен определить инструмент (например, V-образный бит с углом 60 градусов), глубину резания и скорость. Программное обеспечение CAM рассчитывает точный путь, который должен пройти центр инструмента для достижения желаемой геометрии.
• Генерация G-кода: Выходные данные CAM представляют собой текстовый файл, содержащий такие команды, как G01 X10 Y10 Z-0,5 F200 . Это заставляет станок двигаться линейно по координатам 10,10, погружаться на глубину 0,5 мм со скоростью подачи 200 мм/мин.
• Программное обеспечение управления: Программное обеспечение, такое как Mach3, GRBL или UGS, построчно отправляет этот код в контроллер машины, управляя ускорением и замедлением в реальном времени.

Критические подсистемы: охлаждение и эвакуация стружки

Гравировка металла выделяет значительное количество тепла из-за трения. Если не контролировать это тепло, гравировальное сверло может мгновенно отжечься (размягчиться) и затупиться, а алюминиевая стружка может расплавиться и привариться к резцу («истирание»).

Системы туманообразования наиболее распространены для гравировки. Они используют сжатый воздух для распыления небольшого количества смазки в мелкий туман. Это служит двойной цели: струя воздуха удаляет стружку с траектории гравировки, поэтому фреза не режет ее повторно (что ломает кончики), а смазка уменьшает трение. Для более твердых металлов или более глубоких резов Наводнение охлаждающей жидкости может использоваться там, где по детали течет непрерывный поток жидкости, хотя для этого требуется полный корпус для удержания беспорядка.

Стратегии проведения практической работы

При гравюре по металлу заготовку необходимо удерживать более жестко, чем при фрезеровании по дереву. Даже микроскопические вибрации могут разрушить хрупкие кончики гравировальных насадок.

• Прецизионные машинные тиски: Лучше всего подходит для квадратных или прямоугольных лож. Они обеспечивают огромную дробящую силу, предотвращая подъем детали.
• Вакуумные столы: Идеально подходит для тонких листов (например, табличек), которые могут согнуться в тисках. Вакуумный насос прижимает лист к столу, обеспечивая равномерную глубину гравировки по всей поверхности.
• Суперклей и скотч: «Конструктивный прием» для небольших плоских деталей неправильной формы — метод «лента и клей». Малярная лента наносится как на станину станка, так и на деталь, а суперклей склеивает две поверхности ленты. Это на удивление хорошо выдерживает легкие нагрузки при гравировке, не оставляя следов на металле.

Проблемы, связанные с конкретными материалами: алюминий или нержавеющая сталь

«Индивидуальность» металла диктует, как должен работать ЧПУ.

Алюминий мягкий, но «клейкий». Он имеет тенденцию прилипать к инструменту. Станок должен работать на высоких скоростях шпинделя (об/мин), чтобы быстро выбрасывать стружку, а смазка не подлежит обсуждению, чтобы предотвратить прилипание. Необходимо острое, полированное твердосплавное сверло.

Нержавеющая сталь твердый и склонный к «наклепу», то есть по мере нагревания он становится тверже. Гравировка стали требует более низких оборотов в минуту для уменьшения нагрева, но более высокого крутящего момента. Машина должна быть чрезвычайно жесткой; любой изгиб рамы приведет к тому, что инструмент подпрыгнет и, скорее всего, сломается. Биты с покрытием (например, AlTiN) часто используются, чтобы выдерживать высокие температуры, возникающие на режущей кромке.

Установка Z-ноля: ключ к постоянству глубины

Возможно, наиболее важным практическим шагом в гравировке является установка «Z-Zero» — начальной высоты инструмента. Поскольку гравировка часто имеет глубину всего от 0,1 до 0,3 мм, ошибка всего в 0,05 мм может сделать гравировку невидимой или слишком глубокой.

Операторы обычно используют сенсорный зонд (автоматическая шайба, которая замыкает круг при касании инструмента) для определения точной высоты поверхности материала. В качестве альтернативы «бумажный метод» предполагает опускание инструмента до тех пор, пока он слегка не прижмет лист бумаги к заготовке, а затем установку нуля (с учетом толщины бумаги). Для неровных поверхностей некоторые продвинутые контроллеры используют «автоматическое выравнивание», когда машина исследует сетку точек на поверхности и деформирует G-код, чтобы он идеально соответствовал кривизне материала.