Ako CNC rytci kovov pracujú: Mechanizmy, pracovný postup a presnosť

Základná elektronická a mechanická architektúra

V srdci CNC (Computer Numerical Control) kovového rytca leží sofistikovaný vzťah medzi digitálnymi pokynmi a fyzickým pohybom. Proces začína s ovládač , ktorý funguje ako mozog stroja. Prijíma G-kód – programovací jazyk obsahujúci súradnicové údaje – a prekladá tieto digitálne vety na nízkonapäťové elektrické impulzy. Tieto impulzy sa posielajú do krokové alebo servo ovládače , ktoré zosilňujú signály na napájanie motorov.

Motory potom túto elektrickú energiu premieňajú na presný rotačný pohyb. Pri vysoko presnom kovovom gravírovaní musí byť táto rotácia prevedená na lineárny pohyb s mikroskopickou presnosťou. To je dosiahnuté prostredníctvom prevodového systému, ktorý pohybuje portálom (osi X a Y) a uchytením vretena (os Z). Tuhosť celého tohto systému je prvoradá; na rozdiel od drevoobrábacích fréz, rytec kovov musí odolávať značným deformačným silám, aby sa zabránilo „chveniu“, ktoré spôsobuje zlú povrchovú úpravu a zlomené nástroje.

Prevodové systémy: Guličkové skrutky vs. hrebeň a pastorok

Spôsob pohybu osí stroja výrazne ovplyvňuje jeho rozlíšenie a vhodnosť na gravírovanie jemných detailov. V CNC rytcoch kovov sa nachádzajú dva primárne typy prevodov:

• Prevodovka s guľôčkovou skrutkou: Toto je zlatý štandard pre vysoko presné kovové gravírovanie. Závitový hriadeľ prechádza maticou s obehovými guľôčkovými ložiskami. Pri otáčaní skrutky sa matica pohybuje lineárne s prakticky nulovou vôľou (vôľou). Tento mechanizmus umožňuje extrémne hladký pohyb a prenos vysokého krútiaceho momentu, čo je nevyhnutné na pretlačenie frézy cez tvrdé kovy, ako je nehrdzavejúca oceľ, bez straty polohy.
• Hrebeň a pastorok: Tento systém, bežný na väčších, rýchlejších strojoch, využíva ozubené koleso (pastorok) v zábere s ozubenou dráhou (ozubnicou). Aj keď ponúka vysokú rýchlosť a neobmedzenú dĺžku zdvihu, má vo svojej podstate o niečo väčšiu vôľu ako guľôčková skrutka. Pri úlohách mikroskopického gravírovania môže táto nepatrná hra viesť k mierne menej definovaným rohom, takže je menej ideálny na označovanie šperkov alebo jemných nástrojov, ale vhodný na veľkoplošné značenie.

Mechanizmy odstraňovania materiálu: Rotačné vs. Laser

„Gravírovanie“ sa môže vzťahovať na dva veľmi odlišné fyzikálne procesy v závislosti od nástrojovej hlavy nainštalovanej na CNC stroji. Pochopenie tohto rozdielu je nevyhnutné pre výber správneho pracovného postupu.

Digitálny pracovný postup: od CAD k pohybu

Stroj „nevidí“ dizajn; sleduje iba súradnice. Pracovný postup premieňa umelecký zámer na matematické cesty:

• CAD (počítačom podporovaný dizajn): Používateľ vytvorí 2D vektor alebo 3D model dielu. Pre gravírovanie vektory definujú hranice písmen alebo tvarov.
• CAM (Computer-Aided Manufacturing): Tento softvér generuje dráhy nástroja. Používateľ musí definovať nástroj (napr. 60-stupňový V-bit), hĺbku rezu a rýchlosť. Softvér CAM vypočíta presnú dráhu, ktorú musí stred nástroja prejsť, aby sa dosiahla požadovaná geometria.
• Generovanie G-kódu: Výstupom CAM je textový súbor obsahujúci príkazy ako napr G01 X10 Y10 Z-0,5 F200 . Toto povie stroju, aby sa pohyboval lineárne na súradnice 10,10, ponoril sa do hĺbky 0,5 mm pri rýchlosti posuvu 200 mm/min.
• Ovládací softvér: Softvér ako Mach3, GRBL alebo UGS posiela tento kód riadok po riadku do riadiacej jednotky stroja, čím riadi zrýchlenie a spomalenie v reálnom čase.

Kritické podsystémy: Chladenie a odvod triesok

Gravírovanie kovu vytvára značné teplo v dôsledku trenia. Ak sa toto teplo nezvládne, gravírovací hrot môže okamžite žíhať (zmäknúť) a otupiť, prípadne sa hliníkové triesky roztavia a privaria k rezačke („zadretosť“).

Hmlové chladiace systémy sú najčastejšie na gravírovanie. Používajú stlačený vzduch na rozprášenie malého množstva maziva do jemnej hmly. Slúži to na dvojaký účel: prúd vzduchu odstraňuje triesky z dráhy gravírovania, takže fréza ich znovu nereže (čo láme hroty) a mazivo znižuje trenie. Pre tvrdšie kovy alebo hlbšie rezy, Záplavová chladiaca kvapalina sa môže použiť tam, kde kontinuálny prúd kvapaliny preteká cez časť, aj keď si to vyžaduje úplný kryt na zachytenie neporiadku.

Praktické pracovné stratégie

Pri gravírovaní kovov musí byť obrobok držaný pevnejšie ako pri frézovaní dreva. Dokonca aj mikroskopické vibrácie môžu rozbiť krehké hroty gravírovacích hrotov.

• Presné strojové zveráky: Najlepšie pre štvorcové alebo obdĺžnikové zásoby. Poskytujú obrovskú drviacu silu, aby sa zabránilo zdvihnutiu dielu.
• Vákuové stoly: Ideálne pre tenké plechy (ako sú menovky), ktoré sa môžu prehýbať vo zveráku. Vákuová pumpa nasáva hárok naplocho na stôl, čím zabezpečuje rovnomernú hĺbku gravírovania po celej ploche.
• Super lepidlo a páska: "Konštruktívnym hackom" pre malé, nepravidelné ploché časti je metóda "páska a lepidlo". Maskovacia páska sa aplikuje na lôžko stroja aj na diel a oba povrchy pásky spája superlepidlo. To prekvapivo dobre platí pre ľahké sily gravírovania bez zanechania zvyškov na kove.

Výzvy špecifické pre daný materiál: Hliník vs. nehrdzavejúca oceľ

„Osobnosť“ kovu určuje, ako musí CNC fungovať.

hliník je mäkký, ale „gumový“. Má tendenciu sa lepiť na nástroj. Stroj musí bežať pri vysokých otáčkach vretena (RPM), aby sa triesky rýchlo vysúvali, a o mazaní, aby sa zabránilo prilepeniu, sa nedá dohodnúť. Ostrý, leštený karbidový vrták je nevyhnutný.

Nerezová oceľ je tvrdý a náchylný na „pracovné vytvrdzovanie“, čo znamená, že pri zahrievaní sa stáva tvrdším. Gravírovanie ocele vyžaduje nižšie otáčky na zníženie tepla, ale vyšší krútiaci moment. Stroj musí byť extrémne tuhý; akýkoľvek ohyb v ráme spôsobí, že nástroj poskočí a pravdepodobne praskne. Potiahnuté bity (ako AlTiN) sa často používajú, aby odolali vysokým teplotám vznikajúcim na reznej hrane.

Nastavenie Z-Zero: Kľúč k hĺbkovej konzistencii

Snáď najdôležitejším praktickým krokom pri gravírovaní je nastavenie „Z-Zero“ – počiatočnej výšky nástroja. Pretože rytiny sú často hlboké iba 0,1 mm až 0,3 mm, chyba len 0,05 mm môže spôsobiť, že rytina bude neviditeľná alebo príliš hlboká.

Operátori zvyčajne používajú a dotyková sonda (automatický puk, ktorý dokončí okruh, keď sa ho nástroj dotkne), aby sa stanovila presná výška povrchu materiálu. Alternatívne „metóda papiera“ zahŕňa spúšťanie nástroja, kým jemne nepritlačí kus papiera k obrobku, potom nastavenie nuly (berúc do úvahy hrúbku papiera). Pre nerovné povrchy používajú niektoré pokročilé ovládače „automatické vyrovnávanie“, kde stroj sníma mriežku bodov na povrchu a deformuje G-kód tak, aby dokonale zodpovedal zakriveniu materiálu.