Домашний ЧПУ-фрезер как альтернатива 3D принтеру, часть четвертая. Общие понятия обработки

Начав писать про стратегии обработки, я понял что творю «обезьяний набор» — пошаговое руководство даже не для чайников, а для идиотов, мои шаги повторить можно, сделать свои по образцу тоже, но понимания не добавляется. В свое время, когда я внезапно решил стать фрезеровщиком, имея в бэкграунде высшее медицинское, МБА и 10 лет компьютерного ритейла, мне было очень сложно продираться через терминологию и абсолютно новый понятийный аппарат.
Конечно, большинство CAM программ оснащено хорошей справкой, но она все-таки написана технологами для операторов, и человек с улицы не всегда может понять что такое «оба в приращениях», зачем нужна «область безопасности цилиндр», какой тип подвода выбирать и что это вообще такое.

Ниже — моя скромная попытка пробежаться по базовым понятиям фрезерной обработки с краткой расшифровкой. Терминологию я использовал русскую из делкамовских учебников, она может не совпадать с другими CAM программами, но я думаю тут уже интуиция и гугл спасут. Ну и как всегда, капелька личного опыта по обработке пластиков на хоббийных станках.

Скорость шпинделя.

В действительности, скорость вращения шпинделя — несамостоятельный параметр, он зависит от инструмента и материала. В документации к нормальным взрослым фрезам есть параметр «скорость резания» в мм/сек для разных материалов, это скорость кромки относительно материала.
Чтобы вычислить скорость вращения шпинделя, необходимо поделить рекомендованную скорость на длину окружности. Но тут есть 2 проблемы: во-первых, мы режем «домашние» материалы типа пластиков и дерева, для которых производители параметры реза не указывают, а во вторых, используем хоббийные фрезы, на которых вообще никаких режимов не написано. Так что скорость вычисляем эмпирически: рисуем простую траекторию типа паза, запускаем фрезу в материал на небольшой (700-1000 мм/мин) подаче и начинаем от 6000 потихоньку поднимать. Начало плавиться/подгорать — снижаем на пару шагов. По опыту для фрезы диаметром 6 мм скорость в вязких пластиках (капролон, ПП, ПЭ) — 6-8К, в жестких (АБС, ПС, ПК) — 8-12к, в дереве — 15-18К, в цветнине — 10-20К. При уменьшении диаметра скорость увеличиваем, на чистовых — тоже увеличиваем.

Скорость подачи

Скорость подачи — тоже производная величина, но тут все еще хуже — если с одной стороны она зависит от вполне себе считаемых/документированных цифр типа «подача на зуб», то с другой — от жесткости системы станок-приспособление-инструмент-деталь (ака СПИД). Подачу на зуб Sz или Fz можно посмотреть в документации на фрезу, она даст максимальную теоретическую скорость. Но мерить жесткость системы СПИД — сложно, да и не оправданно, поэтому как всегда у самодельщиков, подача параметр подбирается по опыту: пробуем разные подачи, начиная с 500 мм/мин (мы говорим о пластиках, да) когда нам перестает нравится звук (или ломается фреза, или вылетает заготовка) — снижаем скорость. Не забываем что подача для разных фрез и разных обработок будет разной. Общее правило такое: при уменьшении съема на зуб скорость повышаем, при увеличении — снижаем. Хотя в пластиках иногда случаются парадоксальные эффекты, например, качество вертикальных поверхностей ПОМ выше на более высоких скоростях. На моих станках при обработке пластиков чаще всего использую скорости от 1500 до 3000 мм/мин, поверхности получаются вполне.

Область безопасности

Область безопасности, она же ОБ — совокупность областей станка, где CAM считает что он гарантированно не встретит ни заготовки, ни крепежа. Через эту область осуществляются переходы, в ней разрешено по умолчанию ходить на ускоренной подаче. При обычных 2,5D обработках это плоскость — мы закрепляем деталь так, чтобы над всей зоной обработки было чисто и безоблачно. Тем не менее, иногда имеет смысл задать ОБ иначе, например, если мы фрезеруем только стороны заготовки, а крепимся через отверстия в заготовке в центре. Кроме того, некоторые фрезы не предполагают возможности вертикального или даже наклонного врезания в материал и надо объяснить CAMу что переходы и подводы должны быть только сбоку. В большинстве нормальных CAM для этого предусмотрены типы ОБ «блок», «цилиндр» или даже «модель», задающие ОБ соответственно.

Подводы и отводы

Многие материалы и типы обработок позволяют не заморачиваться с понятием подводов вообще — ПВХ, ПС, мягкие сорта дерева режутся в любом направлении любой фрезой на штатном режиме обработки. Подачу врезания выставили и поехали. Тем не менее, момент входа в материал и выхода из него отличаются как для фрезы (неравномерная нагрузка на плоскость, работа центром фрезы при вертикальном врезании многоперых фрез), так и для материала (зависание заусенки, выбивание щепки). Поэтому в CAM программах обычно предусмотрена возможность задать отдельные режимы для подводов и отводов.

1. Подвод «по вертикальной дуге»
2. Отвод «прямо»
3. Переход «обе в приращениях»
4. Подвод — перемещение на ускоренной
5. Подъем — перемещение на ускоренной

С одной стороны в лагере самодельщиков тут все просто: материалы мягкие, режимы и так щадящие, поэтому многие вообще брезгуют этим параметром и ставят вертикальные подводы и отводы. С другой стороны, выбитая щепка на деревянном барельефе в самом конце многочасовой обработки или побитая вибрацией фрезы при самом нижнем из 50 проходов вертикальная стенка — это очень неприятно. Поэтому пользуемся разумно: при черновых обработках с нормальными (заведомо бОльшими потенциального дефекта) припусками работаем жестко, ставим минимальные вертикальные подводы, при чистовых или тонких работах — подводим в зависимости от операции по дуге или наклонно. Но опять же не стоит юродствовать, длинные подводы и отводы сильно увеличивают общее время обработки. На пластиках при чистовых обработках я ставлю подводы наклонно при операциях с горизонтальными и наклонными поверхностями и «горизонтально по дуге» на операциях с вертикальными стенками. Длина подвода подбирается индивидуально, я ставлю 2-3 диаметра фрезы или 10-15 толщин съема.

Высоты

Собственно, с высотами все относительно просто. Существует абсолютная безопасная Z, определяемая ОБ. Но представьте себе, что Вы прорабатываете надпись на дне коробочки смещением с очень маленьким шагом. Масса мелких переходов, на каждом CAM уводит фрезу в ОБ, переводит на пару миллиметров и потом мучительно едет вниз. Чтобы такого избежать, придумали относительную безопасную Z — высоту, на которой можно ходить при чистовых обработках после прошедшей выборки. Только надо помнить при этом, что если выборка в реале не сделана, например, оператор перепутал порядок траекторий, инструмент попробует перейти между сегментами в материале, попутно разворотив заготовку и сломавшись.
Мои личные параметры для мелких деталек абсолютная безопасная — 5-10 мм, относительная — 2-5 мм.

Переходы и зазоры

Переход — участок траектории между рабочими ходами фрезы. Как уже было сказано, может осуществляться на абсолютной или относительной безопасной высоте, в powermill'e соответствующие настройки называются «безопасный» и «оба в приращениях». Но иногда, особенно на чистовых или доборочных траекториях, имеет смысл организовать переход иначе, поэтому в CAM программах предусмотрены варианты:

• По поверхности. Несмотря на то что правильно настроенные подводы и отводы практически не оставляют следов отрыва инструмента на заготовке, иногда, например если расстояние перехода невелико, имеет смысл сделать переход не отрывая фрезы вообще.
• Шаг по Z. Правильный выбор для траекторий с постоянной замкнутой обработкой вертикальных стенок, например, постоянной Z
• Прямо. Настоящий хардкорный вариант, CAM игнорирует все и тупо прокладывает прямую между отводом и подводом. И горе встретившемуся на пути материалу, минус в зарплату оператору, запоровшему и фрезу и заготовку. Зато респект и уважуха герою, грамотно воспользовавшемуся инструментом и сократившим время переходов на часы (не шутка, такое было).

Тут даже рекомендовать что-то сложно. Наверное для начинающего общее правило такое: выборки — «безопасный» или «оба в приращениях», вертикальные стенки — «шаг по Z», 3D смещение или поверхности — «по поверхности».

Припуски и допуски

Совсем простой, интуитивно понятный пункт.
Допуск — размер, который Вам безразличен и в пределах которого CAM может изголяться как хочет. С одной стороны, больше допуск — больше свободы для CAM, плавнее траектория, меньше изменений направления и так далее. С другой — в редких случаях CAM может, например, разгрузочный заход выборки разместить посреди вертикальной поверхности, и вне зависимости от того что в общем Вам на размер этой области по барабану, поверхность станет некрасивой. В наш век больших объемов памяти и мощных компов, считающих траекторию, пусть лучше CAM подумает немножко дольше и напишет лишних пару мегабайт в программе, чем потом чесать репу на тему что делать с огрехами. Я ставлю допуск в сотку на пластиках, вроде всем доволен.
Припуск — изначально понятие о черновой обработке. На уровне CAM припуск выглядит как построение офсетнутой от оригинальной модели. Общее правило выше я уже давал — размер припуска должен быть заведомо больше размера потенциального дефекта обработки, тогда даже при неприятности Вы сможете исправить огрех дальнейшей обработкой. Кроме этого, припуском можно пользоваться и в других целях, например, для масштабирования модели при подгонке совмещающихся пазов/бобышек. На пластиках в черновых обработках я ставлю припуск в 0,3-0,7 мм, этого хватает.

В общем где-то так. Теперь можно начинать статью о построении обработки в CAM, не отвлекаясь поминутно на размышления достаточно ли понятно я пишу и не закидывая статью сносками. Если что забыл или непонятно выразился — пишите комментарии, задавайте вопросы, постараюсь ответить.

Автор: Михаил Колесников

Источник ^[1]