نحوه کار حکاکی های فلزی CNC: مکانیسم ها، گردش کار و دقت

هسته اصلی معماری الکترونیکی و مکانیکی

در قلب یک حکاکی فلزی CNC (کنترل عددی کامپیوتری) رابطه پیچیده ای بین دستورالعمل های دیجیتال و حرکت فیزیکی وجود دارد. فرآیند با شروع می شود کنترل کننده ، که به عنوان مغز دستگاه عمل می کند. G-code - یک زبان برنامه نویسی حاوی داده های مختصات - را دریافت می کند و این جملات دیجیتالی را به پالس های الکتریکی کم ولتاژ ترجمه می کند. این پالس ها به درایورهای استپر یا سروو ، که سیگنال ها را برای تغذیه موتورها تقویت می کند.

سپس موتورها این انرژی الکتریکی را به حرکت چرخشی دقیق تبدیل می کنند. در حکاکی فلزی با دقت بالا، این چرخش باید با دقت میکروسکوپی به حرکت خطی تبدیل شود. این از طریق سیستم انتقال، که دروازه (محورهای X و Y) و پایه اسپیندل (محور Z) را حرکت می دهد، به دست می آید. سختی کل این سیستم بسیار مهم است. بر خلاف روترهای نجاری، یک حکاکی فلز باید در برابر نیروهای انحراف قابل توجهی مقاومت کند تا از "پیچ و خم" جلوگیری کند، که باعث پوشش ضعیف سطح و شکستن ابزارها می شود.

سیستم های انتقال: بال اسکرو در مقابل قفسه و پینیون

روشی که برای جابجایی محورهای دستگاه استفاده می شود، به طور قابل توجهی بر وضوح و مناسب بودن آن برای حکاکی جزئیات تأثیر می گذارد. دو نوع انتقال اولیه در حکاکی های فلزی CNC وجود دارد:

• انتقال توپ اسکرو: این استاندارد طلایی برای حکاکی فلزی با دقت بالا است. یک محور رزوه‌دار از میان مهره‌ای پر شده با بلبرینگ‌های چرخشی عبور می‌کند. همانطور که پیچ می چرخد، مهره به صورت خطی و تقریباً صفر حرکت می کند (بازخورد برگشتی). این مکانیسم امکان حرکت بسیار نرم و انتقال گشتاور بالا را فراهم می کند، که برای فشار دادن یک برش از فلزات سخت مانند فولاد ضد زنگ بدون از دست دادن موقعیت ضروری است.
• قفسه و پینیون: این سیستم که در ماشین‌های بزرگتر و سریع‌تر رایج است، از یک چرخ دنده (پینیون) مشبک با یک مسیر دندانه دار (رک) استفاده می‌کند. در حالی که سرعت بالا و طول سفر نامحدود را ارائه می دهد، به طور ذاتی دارای واکنش کمی بیشتر از پیچ توپ است. برای کارهای حکاکی میکروسکوپی، این بازی دقیقه می‌تواند گوشه‌های کمی مشخص‌تر را به همراه داشته باشد، که آن را برای علامت‌گذاری جواهرات یا ابزارهای ظریف ایده‌آل نمی‌کند، اما برای تابلوهای بزرگ مقیاس مناسب است.

مکانیسم های حذف مواد: روتاری در مقابل لیزر

"حکاکی" می تواند به دو فرآیند فیزیکی بسیار متفاوت بسته به سر ابزار نصب شده روی دستگاه CNC اشاره داشته باشد. درک تمایز برای انتخاب گردش کار مناسب حیاتی است.

گردش کار دیجیتال: CAD به حرکت

ماشین طرحی را "نمی بیند". فقط از مختصات پیروی می کند. گردش کار قصد هنری را به مسیرهای ریاضی تبدیل می کند:

• CAD (طراحی به کمک کامپیوتر): کاربر یک وکتور 2 بعدی یا مدل سه بعدی قطعه را ایجاد می کند. برای حکاکی، بردارها مرزهای حروف یا اشکال را مشخص می کنند.
• CAM (تولید به کمک کامپیوتر): این نرم افزار مسیرهای ابزار را تولید می کند. کاربر باید ابزار (به عنوان مثال، V-bit 60 درجه)، عمق برش و سرعت را تعریف کند. نرم افزار CAM مسیر دقیقی را که مرکز ابزار باید طی کند تا به هندسه مورد نظر برسد، محاسبه می کند.
• تولید G-Code: خروجی CAM یک فایل متنی حاوی دستوراتی مانند G01 X10 Y10 Z-0.5 F200 . این به ماشین می‌گوید که به صورت خطی حرکت کند تا 10،10 هماهنگ کند، تا عمق 0.5 میلی‌متر فرو رود، با نرخ تغذیه 200 میلی‌متر در دقیقه.
• نرم افزار کنترل: نرم‌افزارهایی مانند Mach3، GRBL یا UGS این کد را خط به خط به کنترل‌کننده دستگاه ارسال می‌کنند و شتاب و کاهش سرعت را در زمان واقعی مدیریت می‌کنند.

زیرسیستم های بحرانی: خنک کننده و تخلیه تراشه

حکاکی فلز به دلیل اصطکاک گرمای قابل توجهی تولید می کند. اگر این گرما کنترل نشود، لقمه حکاکی می تواند فورا بازپخت (نرم شود) و کدر شود، یا تراشه های آلومینیومی می توانند ذوب شده و به کاتر جوش داده شوند ("گالینگ").

سیستم های خنک کننده مه برای حکاکی رایج ترین هستند. آنها از هوای فشرده برای اتمیزه کردن مقدار کمی از روان کننده به یک مه ریز استفاده می کنند. این یک هدف دوگانه دارد: انفجار هوا تراشه‌ها را از مسیر حکاکی دور می‌کند تا کاتر دوباره آنها را برش ندهد (که نوک‌ها را می‌شکند)، و روان‌کننده اصطکاک را کاهش می‌دهد. برای فلزات سخت تر یا برش های عمیق تر، خنک کننده سیل ممکن است در جایی که یک جریان مداوم مایع بر روی قطعه جریان دارد استفاده شود، اگرچه این امر به یک محفظه کامل برای جلوگیری از آشفتگی نیاز دارد.

استراتژی های برگزاری کار عملی

در حکاکی فلز، قطعه کار باید محکم تر از مسیر چوب نگه داشته شود. حتی ارتعاشات میکروسکوپی نیز می توانند نوک های شکننده قطعات حکاکی را بشکنند.

• چشمه های ماشین دقیق: بهترین برای استوک مربع یا مستطیل. آنها نیروی خرد کننده بسیار زیادی را برای جلوگیری از بلند شدن قطعه ایجاد می کنند.
• جداول خلاء: ایده آل برای ورقه های نازک (مانند پلاک ها) که ممکن است در گیره خم شوند. یک پمپ خلاء ورق را صاف روی میز می مکد و عمق حکاکی یکنواخت را در کل سطح تضمین می کند.
• چسب و نوار چسب: یک "هک سازنده" برای قطعات مسطح کوچک و نامنظم روش "نوار و چسب" است. نوار ماسک هم روی تخت دستگاه و هم بر روی قطعه اعمال می شود و سوپرچسب دو سطح نوار را به هم می چسباند. این به طرز شگفت انگیزی برای نیروهای سبک حکاکی بدون باقی ماندن باقیمانده روی فلز مناسب است.

چالش های خاص مواد: آلومینیوم در مقابل فولاد ضد زنگ

"شخصیت" فلز تعیین می کند که CNC چگونه باید کار کند.

آلومینیوم نرم است اما "صمغی". تمایل دارد به ابزار بچسبد. ماشین باید با سرعت دوک بالا (RPM) کار کند تا تراشه ها به سرعت خارج شوند، و روغن کاری برای جلوگیری از چسبندگی غیرقابل مذاکره است. یک قطعه کاربید تیز و صیقلی ضروری است.

فولاد ضد زنگ سخت و مستعد "سخت کاری" است، به این معنی که با گرم شدن سخت تر می شود. حکاکی فولاد به دورهای کمتری برای کاهش گرما اما گشتاور بیشتر نیاز دارد. ماشین باید بسیار سفت و سخت باشد. هر گونه خمیدگی در قاب باعث می شود که ابزار پرش کند و احتمالاً بچسبد. بیت های پوشش داده شده (مانند AlTiN) اغلب برای مقاومت در برابر دمای بالای تولید شده در لبه برش استفاده می شوند.

تنظیم Z-Zero: کلید ثبات عمق

شاید حیاتی ترین مرحله عملی در حکاکی، تنظیم "Z-Zero" باشد - ارتفاع شروع ابزار. از آنجایی که حکاکی ها اغلب تنها 0.1 میلی متر تا 0.3 میلی متر عمق دارند، خطای 0.05 میلی متری می تواند حکاکی را نامرئی یا خیلی عمیق کند.

اپراتورها معمولاً از a استفاده می کنند پروب لمسی (پاک خودکاری که با لمس ابزار یک مدار را کامل می کند) تا ارتفاع سطح دقیق مواد را تعیین کند. روش دیگر، "روش کاغذ" شامل پایین آوردن ابزار تا زمانی است که یک تکه کاغذ را به آرامی به قطعه کار فشار دهد، سپس صفر را تنظیم کنید (با توجه به ضخامت کاغذ). برای سطوح ناهموار، برخی از کنترل‌کننده‌های پیشرفته از «تراز کردن خودکار» استفاده می‌کنند، که در آن دستگاه شبکه‌ای از نقاط روی سطح را کاوش می‌کند و کد G را برای مطابقت کامل با انحنای مواد تاب می‌دهد.