Фрезерование с ЧПУ более ручное, чем вы думаете

May 23, 2023

Я был в Пасадене, Калифорния, на суперконференции Hackaday, и мне удалось провести некоторое время в лаборатории дизайна Supplyframe. Постоянный инженер Дэн Хинцш сказал, что у меня есть несколько часов, и спросил, что я хочу сделать. Ограничения заключались в том, что он должен был быть достаточно маленьким, чтобы поместиться в зарегистрированный багаж, но должен был быть достаточно крутым, чтобы отнимать у Дэна время, а мне давались бонусные баллы за изучение некоторых новых навыков. У меня дома есть приличный магазин по дереву, и хотя моя ферма по производству 3D-принтеров не так профессиональна, как в Лаборатории дизайна, я знаю все тонкости. Оставался один очевидный выбор: что-то Jolly Wrencher на промышленном трехкоординатном станке с ЧПУ Tormach.

Фрезерный станок с ЧПУ — замечательный инструмент, но это не всеведущий робот, поедающий металл, которому можно просто передать файл проекта. Если бы вы думали, что наличие фрезерного станка с ЧПУ превратит вас в монстра, работающего по металлу и не требующего опыта, вы бы сильно ошиблись.

Конечно, станок способен вырезать произвольные формы с точностью, которая была бы чрезвычайно требовательной, если бы это делалось вручную, но мастерство оператора является не меньшим фактором, чем при использовании ручной фрезы, чтобы гарантировать, что все не пойдет не так. Здравый смысл, опыт и вклад Дэна были необходимы на каждом этапе пути. Честно говоря, я был удивлен тем, насколько вся процедура похожа на ручное фрезерование. Так что, если вы хотите знать, каково это — сидеть на плече серьезного оператора станка с ЧПУ, читайте дальше!

Я сказал: «Дэн, Веселый Гаечный ключ из алюминия!» и когда я пришел на следующее утро, он уже тайно работал за моей спиной. Имевшийся у него SVG-файл гаечного ключа на самом деле состоял из крошечных сегментов линий, а не из гладких кривых Безье. Попытка совместить все полученные бесконечно малые острые углы свела бы с ума программное обеспечение САПР (Fusion 360). Поэтому вместо этого Дэн обвел исходное изображение совершенно новыми плавными кривыми и получил что-то, неотличимое на мой взгляд от оригинала, но с которым компьютеру было гораздо проще справиться.

Имея желаемый набор контуров, нам нужно было выбрать инструменты. Здесь существует компромисс между верностью исходному файлу и созданием изделия за короткое время. Если бы Дэн выбрал для фрезы слишком большую режущую головку, мелкие детали было бы невозможно вырезать — в частности, острия ключей имеют внутренние углы, а их острота ограничена диаметром сверла. Выполнение всей работы с лучшей головкой выглядело бы лучше, но это заняло бы вечность. Таким образом, обычная стратегия состоит в том, чтобы сделать грубый проход, чтобы вырезать большую часть алюминия, а затем сделать более тонкие проходы с помощью меньшего инструмента. Но насколько большое большое и насколько маленькое маленькое? И достаточно ли двух проходов или стоит пойти на три?

В конце концов, это приговор. Смена насадок на Tormach происходит очень быстро, но не происходит автоматически. Это означало, что нам нужно было оказаться рядом в нужное время, чтобы поменять их. В этом смысле меньшее количество изменений инструмента лучше, чем большее. Дэн выбрал фрезу первой ступени так, чтобы она помещалась между глазами Гаечного ключа и краем черепа, но не стал обращать внимание на мелкие детали на кончиках гаечных ключей. С ними справится второй проход более тонким инструментом. Последний проход с фрезой для снятия фаски был добавлен просто для галочки: потому что мне нравится вид изогнутых скошенных краев, и я никогда не мог сделать это так хорошо вручную.

Программному обеспечению CAM также требовалось получить огромное количество подробностей о фактической резке, но большинство из них имели хорошие предыдущие значения благодаря опыту Дэна в резке алюминия этими конкретными головками инструментов. Тем не менее, он бесцеремонно установил скорость подачи примерно в два раза больше, чем она, вероятно, должна быть, и сказал, что нам придется «покататься на поворотном колесе», чтобы сделать все правильно.

Еще до того, как мы включили большой красный переключатель на станке, Дэн уже сделал ряд суждений, которые зависят от его знаний программного обеспечения, станка, инструментов и материала, который мы режем. Новичок, такой как я, уже проиграл бы игру, будь проклят ЧПУ.

Мы загрузили файлы CAM и запустили процедуры прогрева и самосмазки Тормаха. Дэн убедился, что из него исходит мелкий туман смазочно-охлаждающей жидкости, а затем мы начали искать алюминиевый лом. Планировалось, что череп будет иметь площадь около 4 дюймов (назовем его 10 см), и в магазине имелись прутки немного большего размера, которые нужно было просто разрезать. Хорошая смазка и чистое и острое металлическое лезвие на отрезной пиле позволили быстро справиться с здоровенным алюминиевым стержнем, но по сути это было так же, как если бы вы делали это дома с небольшим количеством смазочно-охлаждающей жидкости и ножовкой. Только быстрее.