Cum funcționează gravoarele CNC pe metal: mecanisme, flux de lucru și precizie

Arhitectura de bază electronică și mecanică

În centrul unui gravor CNC (Computer Numerical Control) pe metal se află o relație sofisticată între instrucțiunile digitale și mișcarea fizică. Procesul începe cu controlor , care acționează ca creierul mașinii. Primește codul G — un limbaj de programare care conține date de coordonate — și traduce aceste propoziții digitale în impulsuri electrice de joasă tensiune. Aceste impulsuri sunt trimise către drivere pas cu pas sau servo , care amplifică semnalele pentru a alimenta motoarele.

Motoarele transformă apoi această energie electrică în mișcare de rotație precisă. În gravura metalică de înaltă precizie, această rotație trebuie transpusă în mișcare liniară cu precizie microscopică. Acest lucru se realizează prin sistemul de transmisie, care mișcă portalul (axele X și Y) și suportul arborelui (axa Z). Rigiditatea acestui întreg sistem este primordială; Spre deosebire de routerele pentru prelucrarea lemnului, un gravor de metal trebuie să reziste unor forțe semnificative de deformare pentru a preveni „câlcâiala”, care provoacă un finisaj slab al suprafeței și unelte sparte.

Sisteme de transmisie: șuruburi cu bile față de cremalieră și pinion

Metoda folosită pentru deplasarea axelor mașinii are un impact semnificativ asupra rezoluției și adecvarea acesteia pentru gravarea detaliilor fine. Există două tipuri principale de transmisie găsite în gravoarele CNC pentru metal:

• Transmisie cu șurub cu bile: Acesta este standardul de aur pentru gravarea metalelor de înaltă precizie. Un arbore filetat trece printr-o piuliță plină cu rulmenți cu bile cu recirculare. Pe măsură ce șurubul se rotește, piulița se mișcă liniar, cu joc practic zero (juciu). Acest mecanism permite o mișcare extrem de lină și o transmisie mare a cuplului, ceea ce este esențial pentru împingerea unui cuțit prin metale dure, cum ar fi oțelul inoxidabil, fără a pierde poziția.
• Cremaliera și pinionul: Des întâlnit la mașinile mai mari și mai rapide, acest sistem folosește o roată dințată (pinion) care se angrenează cu o cale dințată (crema). Deși oferă viteză mare și lungime de deplasare nelimitată, are în mod inerent un joc puțin mai mare decât un șurub cu bile. Pentru sarcinile de gravare microscopică, acest joc minut poate duce la colțuri puțin mai puțin definite, făcându-l mai puțin ideal pentru bijuterii sau marcarea instrumentelor fine, dar potrivit pentru semnalizare la scară largă.

Mecanisme de îndepărtare a materialului: rotativ vs. laser

„Gravarea” se poate referi la două procese fizice foarte diferite, în funcție de capul sculei instalat pe mașina CNC. Înțelegerea distincției este vitală pentru alegerea fluxului de lucru potrivit.

Fluxul de lucru digital: CAD to Motion

Aparatul nu „vede” un design; urmărește doar coordonatele. Fluxul de lucru transformă intenția artistică în căi matematice:

• CAD (Design asistat de calculator): Utilizatorul creează un vector 2D sau un model 3D al piesei. Pentru gravură, vectorii definesc limitele literelor sau formelor.
• CAM (producție asistată de calculator): Acest software generează traseele sculei. Utilizatorul trebuie să definească instrumentul (de exemplu, V-bit de 60 de grade), adâncimea de tăiere și viteza. Software-ul CAM calculează calea exactă pe care trebuie să o parcurgă centrul sculei pentru a obține geometria dorită.
• Generarea codului G: Ieșirea CAM este un fișier text care conține comenzi precum G01 X10 Y10 Z-0,5 F200 . Aceasta îi spune mașinii să se miște liniar la coordonatele 10,10, să plonjeze la o adâncime de 0,5 mm, la o viteză de avans de 200 mm/minut.
• Software de control: Software precum Mach3, GRBL sau UGS trimite acest cod linie cu linie la controlerul mașinii, gestionând accelerarea și decelerația în timp real.

Subsisteme critice: răcire și evacuare a așchiilor

Gravarea metalului generează căldură semnificativă datorită frecării. Dacă această căldură nu este gestionată, bitul de gravat se poate recoa (înmuia) și se poate toci instantaneu, sau așchiile de aluminiu se pot topi și suda cu freza („găling”).

Sisteme de răcire cu ceață sunt cele mai comune pentru gravură. Ei folosesc aer comprimat pentru a atomiza o cantitate mică de lubrifiant într-o ceață fină. Acest lucru are un dublu scop: suflarea de aer îndepărtează așchiile de pe traseul de gravare, astfel încât dispozitivul de tăiere să nu le taie din nou (ceea ce sparge vârfurile), iar lubrifiantul reduce frecarea. Pentru metale mai dure sau tăieturi mai adânci, Fluid de răcire poate fi utilizat în cazul în care un flux continuu de lichid curge peste piesa, deși acest lucru necesită o incintă completă pentru a conține mizeria.

Strategii practice de deținere a muncii

În gravura metalică, piesa de prelucrat trebuie să fie ținută mai rigid decât în trasarea lemnului. Chiar și vibrațiile microscopice pot sparge vârfurile fragile ale biturilor de gravură.

• Menghine de precizie pentru mașini: Cel mai bun pentru stoc pătrat sau dreptunghiular. Ele oferă o forță imensă de strivire pentru a preveni ridicarea piesei.
• Mese cu vid: Ideal pentru foi subțiri (cum ar fi plăcuțele de identificare) care s-ar putea înclina într-o menghină. O pompă de vid aspira foaia plat pe masă, asigurând o adâncime uniformă de gravare pe întreaga suprafață.
• Superglue și bandă: Un „hack constructiv” pentru piese plate mici, neregulate este metoda „bandă și lipici”. Banda de mascare este aplicată atât pe patul mașinii, cât și pe piesă, iar supercleiul leagă cele două suprafețe ale benzii. Acest lucru se ține surprinzător de bine pentru forțele ușoare ale gravării fără a lăsa reziduuri pe metal.

Provocări specifice materialelor: aluminiu vs. oțel inoxidabil

„Personalitatea” metalului dictează modul în care trebuie să funcționeze CNC.

Aluminiu este moale, dar „gumoasă”. Tinde să se lipească de unealtă. Mașina trebuie să funcționeze la viteze mari ale axului (RPM) pentru a evacua rapid așchiile, iar lubrifierea nu este negociabilă pentru a preveni lipirea. Un bit de carbură ascuțit și lustruit este esențial.

Oțel inoxidabil este greu și predispus la „întărire”, adică devine mai greu pe măsură ce se încălzește. Gravarea oțelului necesită turații mai mici pentru a reduce căldura, dar un cuplu mai mare. Mașina trebuie să fie extrem de rigidă; orice flexie a cadrului va face ca unealta să sară și probabil să se rupă. Biți acoperiți (cum ar fi AlTiN) sunt adesea folosiți pentru a rezista la temperaturile ridicate generate la muchia de tăiere.

Setarea Z-Zero: Cheia pentru consistența în profunzime

Poate cel mai critic pas practic în gravare este setarea „Z-Zero” – înălțimea de pornire a instrumentului. Deoarece gravurile au adesea doar 0,1 mm până la 0,3 mm adâncime, o eroare de doar 0,05 mm poate face gravura invizibilă sau prea adâncă.

Operatorii folosesc de obicei a sonda de atingere (un disc automat care completează un circuit atunci când unealta îl atinge) pentru a stabili înălțimea exactă a suprafeței materialului. Alternativ, „metoda hârtiei” implică coborârea sculei până când se ciupește ușor o bucată de hârtie de piesa de prelucrat, apoi se pune la zero (luând în considerare grosimea hârtiei). Pentru suprafețe neuniforme, unele controlere avansate folosesc „nivelarea automată”, în care aparatul sondează o rețea de puncte de pe suprafață și deformează codul G pentru a se potrivi perfect cu curbura materialului.