Cara Pengukir Logam CNC Berfungsi: Mekanisme, Aliran Kerja dan Ketepatan

Seni Bina Teras Elektronik dan Mekanikal

Di tengah-tengah pengukir logam CNC (Kawalan Berangka Komputer) terletak hubungan yang canggih antara arahan digital dan gerakan fizikal. Proses bermula dengan pengawal , yang bertindak sebagai otak mesin. Ia menerima kod G—bahasa pengaturcaraan yang mengandungi data koordinat—dan menterjemah ayat digital ini kepada denyutan elektrik voltan rendah. Denyutan ini dihantar ke pemacu stepper atau servo , yang menguatkan isyarat untuk menggerakkan motor.

Motor kemudian menukar tenaga elektrik ini kepada pergerakan putaran yang tepat. Dalam ukiran logam berketepatan tinggi, putaran ini mesti diterjemahkan ke dalam gerakan linear dengan ketepatan mikroskopik. Ini dicapai melalui sistem penghantaran, yang menggerakkan gantri (paksi X dan Y) dan lekap gelendong (paksi-Z). Ketegaran keseluruhan sistem ini adalah yang terpenting; tidak seperti penghala kerja kayu, pengukir logam mesti menahan daya pesongan yang ketara untuk mengelakkan "berbual", yang menyebabkan kemasan permukaan yang buruk dan alat rosak.

Sistem Penghantaran: Skru Bola lwn Rak dan Pinion

Kaedah yang digunakan untuk menggerakkan paksi mesin memberi kesan ketara pada resolusi dan kesesuaiannya untuk mengukir butiran halus. Terdapat dua jenis penghantaran utama yang terdapat dalam pengukir logam CNC:

• Penghantaran Skru Bola: Ini adalah piawaian emas untuk ukiran logam berketepatan tinggi. Aci berulir mengalir melalui nat yang dibungkus dengan galas bebola yang beredar. Apabila skru dipusing, nat bergerak secara linear dengan hampir sifar mainan (serangan balas). Mekanisme ini membolehkan pergerakan yang sangat lancar dan penghantaran tork yang tinggi, yang penting untuk menolak pemotong melalui logam keras seperti keluli tahan karat tanpa kehilangan kedudukan.
• Rak dan Pinion: Biasa pada mesin yang lebih besar dan lebih laju, sistem ini menggunakan jalinan gear (pinion) dengan trek bergigi (rak). Walaupun ia menawarkan kelajuan tinggi dan panjang perjalanan tanpa had, ia sememangnya mempunyai tindak balas yang lebih sedikit daripada skru bola. Untuk tugasan ukiran mikroskopik, permainan minit ini boleh menghasilkan sudut yang kurang jelas, menjadikannya kurang sesuai untuk perhiasan atau penandaan alat yang halus tetapi sesuai untuk papan tanda berskala besar.

Mekanisme Penyingkiran Bahan: Rotary vs. Laser

"Ukiran" boleh merujuk kepada dua proses fizikal yang sangat berbeza bergantung pada kepala alat yang dipasang pada mesin CNC. Memahami perbezaan adalah penting untuk memilih aliran kerja yang betul.

Aliran Kerja Digital: CAD to Motion

Mesin tidak "melihat" reka bentuk; ia hanya mengikut koordinat. Aliran kerja menukarkan niat artistik kepada laluan matematik:

• CAD (Reka Bentuk Berbantukan Komputer): Pengguna mencipta vektor 2D atau model 3D bahagian tersebut. Untuk ukiran, vektor mentakrifkan sempadan huruf atau bentuk.
• CAM (Pengilangan Berbantukan Komputer): Perisian ini menjana laluan alat. Pengguna mesti menentukan alat (cth., 60 darjah V-bit), kedalaman potongan dan kelajuan. Perisian CAM mengira laluan tepat yang mesti diambil oleh pusat alat untuk mencapai geometri yang dikehendaki.
• Penjanaan Kod G: Output CAM ialah fail teks yang mengandungi arahan seperti G01 X10 Y10 Z-0.5 F200 . Ini memberitahu mesin untuk bergerak secara linear untuk menyelaras 10,10, terjun ke kedalaman 0.5mm, pada kadar suapan 200mm/minit.
• Perisian Kawalan: Perisian seperti Mach3, GRBL atau UGS menghantar kod ini baris demi baris kepada pengawal mesin, menguruskan pecutan dan nyahpecutan masa nyata.

Sub-Sistem Kritikal: Penyejukan dan Pemindahan Cip

Logam ukiran menjana haba yang ketara akibat geseran. Jika haba ini tidak diuruskan, bit ukiran boleh menyepuh (melembutkan) dan membosankan serta-merta, atau cip aluminium boleh cair dan dikimpal pada pemotong ("galling").

Sistem Penyejuk Kabus adalah yang paling biasa untuk ukiran. Mereka menggunakan udara termampat untuk mengatomkan sejumlah kecil pelincir menjadi kabus halus. Ini mempunyai dua tujuan: letupan udara membersihkan serpihan dari laluan ukiran supaya pemotong tidak memotongnya semula (yang memecahkan hujung), dan pelincir mengurangkan geseran. Untuk logam yang lebih keras atau potongan yang lebih dalam, Penyejuk Banjir boleh digunakan, di mana aliran cecair berterusan mengalir ke atas bahagian itu, walaupun ini memerlukan kepungan penuh untuk mengandungi kekacauan.

Strategi Pegangan Kerja Amali

Dalam ukiran logam, bahan kerja mesti dipegang lebih tegar daripada penghalaan kayu. Malah getaran mikroskopik boleh memecahkan hujung rapuh bit ukiran.

• Ragum Mesin Ketepatan: Terbaik untuk stok persegi atau segi empat tepat. Mereka memberikan daya penghancuran yang besar untuk menghalang bahagian daripada diangkat.
• Jadual vakum: Sesuai untuk helaian nipis (seperti papan nama) yang mungkin tunduk dalam ragum. Pam vakum menghisap helaian rata di atas meja, memastikan kedalaman ukiran seragam merentasi seluruh permukaan.
• Superglue dan Pita: "Godam yang membina" untuk bahagian rata yang kecil dan tidak teratur ialah kaedah "pita dan gam". Pita pelekat digunakan pada kedua-dua katil mesin dan bahagian, dan superglue mengikat kedua-dua permukaan pita. Ini sangat mengejutkan untuk daya ringan ukiran tanpa meninggalkan sisa pada logam.

Cabaran Khusus Bahan: Aluminium lwn Keluli Tahan Karat

"Keperibadian" logam menentukan bagaimana CNC mesti beroperasi.

aluminium lembut tetapi "bergetah." Ia cenderung melekat pada alat. Mesin mesti berjalan pada kelajuan gelendong tinggi (RPM) untuk mengeluarkan cip dengan cepat, dan pelinciran tidak boleh dirunding untuk mengelakkan melekat. Bit karbida yang tajam dan digilap adalah penting.

Keluli Tahan Karat keras dan terdedah kepada "pengerasan kerja", bermakna ia menjadi lebih sukar apabila ia menjadi panas. Keluli ukiran memerlukan RPM yang lebih rendah untuk mengurangkan haba tetapi tork yang lebih tinggi. Mesin mestilah sangat tegar; sebarang lenturan dalam bingkai akan menyebabkan alat itu melantun dan berkemungkinan terputus. Bit bersalut (seperti AlTiN) sering digunakan untuk menahan suhu tinggi yang dijana pada bahagian canggih.

Menetapkan Z-Zero: Kunci Ketekalan Kedalaman

Mungkin langkah praktikal yang paling kritikal dalam ukiran ialah menetapkan "Z-Zero"—ketinggian permulaan alat. Kerana ukiran selalunya hanya 0.1mm hingga 0.3mm dalam, ralat hanya 0.05mm boleh menyebabkan ukiran tidak kelihatan atau terlalu dalam.

Operator biasanya menggunakan a kuar sentuh (sekeping automatik yang melengkapkan litar apabila alat menyentuhnya) untuk menetapkan ketinggian permukaan bahan yang tepat. Sebagai alternatif, "kaedah kertas" melibatkan menurunkan alat sehingga ia sedikit mencubit sekeping kertas pada bahan kerja, kemudian menetapkan sifar (perakaun untuk ketebalan kertas). Untuk permukaan yang tidak rata, sesetengah pengawal lanjutan menggunakan "perataan automatik", di mana mesin menyiasat grid titik pada permukaan dan meledingkan kod-G agar sepadan dengan kelengkungan bahan dengan sempurna.