Skärning av aluminium med en CNC-Router: Hobbyistens Guide – gör den av metall

När jag byggde min första router i min pappas garage var jag verkligen glad att göra alla slags saker med plast och aluminium. Jag gick i skolan för bearbetning, och jag arbetade i butiker med några ganska avancerade CNC.

Efter den fjärde knäppta slutkvarnen började något på mig:

routrar är helt olika djur.

Låt mig berätta vad jag har lärt mig om hur man skär aluminium med en CNC-router.

Innehållsförteckning

smörjning

Du kommer att vilja använda någon form av smörjning för aluminium. Du kan klara dig utan något under en kort tid, men det blir mer riskfyllt ju längre du går utan. Om du planerar att låta din router buzz bort i 4 timmar obevakad, förvänta dig inte att din skärare fortfarande är i ett stycke när du kommer tillbaka om den är torr.

det finns många webbplatser och forum som säger att oljedimma krävs för att skära aluminium.

det är det inte.

det är verkligen inte en dålig ide. Om du vill göra uppgraderingen och ha resurser att dra av den, skulle jag definitivt rekommendera att installera en. Jag använder min hela tiden för plast och metaller.

de är inte svåra att ställa in. Allt du behöver är ett kit, tryckluft och lite olja. Hela paketet kostar dig under $100 (förutsatt att du har en luftkompressor), så om du använder din router ganska ofta är det en riktigt smart uppgradering.

även om det definitivt är mitt föredragna sätt att klippa det, finns det några alternativ som också fungerar bra.

förmodligen är det enklaste bara att hänga ut medan det skär och ger det intermittenta sprayer av WD-40. Det är du som jag, du har förmodligen redan 6 eller 7 halvfulla burkar av sakerna på dina hyllor och i dina verktygslådor. Ingen anledning att komplicera detta.

det finns ett område där detta inte fungerar bäst: om du har en router med nedåtgående avgaser. Jag menar som de stora Porter-kabel typer av trä routrar som har massor av makt. De kommer att blåsa massor av luft runt verktyget, utan att faktiskt få luft till verktyget. Det kan vara ganska knepigt att få en anständig spray runt den luftblåsningen.

inte omöjligt, men. Du kan använda de små röda förlängningsrören som följer med burken för att få oljan direkt till verktyget. Det är bara lite irriterande eftersom luften kommer att blåsa bort någon olja som är mer än en tum eller två bort från verktyget så att du måste övervaka den noga. Jag har en vattenkyld spindel så det är inget problem för mig, men det beror på din inställning.

ett annat bra alternativ är att använda ett skärvax. Detta fungerar dock bättre i vissa applikationer mer än andra.

Skärvax kan smutsas över hela ytan där du vill klippa, och det är bra eftersom det fastnar på – även en nedåtgående avgaser tar inte av den.

detta fungerar fantastiskt för arbete som kommer att utföras på ett enda eller grunt Z-djup, som när du arbetar med plåt eller gravyr. Om du gör djupare arbete med massor av Z-nivåer, kommer wax att göra ett bättre jobb med att smörja bara första passet.

för att få det att smörja längre ner måste du applicera det igen i den nyligen klippta kanalen. Inte slutet på världen, men jag gillar alltid att låta maskiner springa utan att jag Barnvakt dem.

små verktyg

för de tunga CNC-fräsmaskinerna på jobbet var min go-to EN 1 ” diameter solid hårdmetall grovbearbetning för tuffa legeringsstål.

uppenbarligen skulle det inte fungera för en liten hobbyrouter.

små verktyg fungerar mycket bättre-men även du behöver veta vilken typ av verktyg som ska användas för aluminium. De skiljer sig från plastskärverktyg.

här är de grundläggande egenskaperna du vill ha av ett skärverktyg för aluminium:

  • Great chip clearance-aluminium är gummy saker som älskar att ansluta skärare, så det bästa sättet att hantera det är med skärare med mycket utrymme mellan flöjterna för att materialet ska rensas ut under skärning.
  • starkt verktyg-aluminium är inte en hårdmetall, men du kan fortfarande enkelt bryta en skärare på den. 1-flöjtändarna som är populära för plast är ofta inte tillräckligt starka för aluminium
  • slät – eftersom aluminium gillar att friktionssvetsa sig på skärare, är det bättre för skärarens ytfinish att vara så jämn som möjligt för att minska sannolikheten för att något dåligt händer.
  • uppskärning (högre helix) – för plast är det vanligt att se nedskärningsverktyg eller verktyg som har ett nedåtriktat skärtryck. Aluminium kommer bara tuggummi upp om du använder det. Rakflöjtbitar fungerar inte så bra heller – whalloping-effekten som den skär gör bara för en otäck snygg klippning. Den bästa att använda är en skärare med en fast vinkel på flöjterna som lyfter flisen upp och bort från skäret och ger en jämnare skjuvning till skäret.

det är därför jag verkligen gillar att använda karbid 2 eller 3-flöjt endmills när det är möjligt; de har tillräckligt med chip clearance för att minska risken för aluminiumsvetsning själv till skäraren genom friktion, men de är mycket starkare än 1 flöjt endmills. Dina snitt kommer att se renare ut och verktyget går inte lika lätt.

vanligtvis använder jag en 1/4″ endmill eftersom min maskin kan hantera det bra; jag har gjort några mods för att göra det lite styvare. Om din maskin är väldigt liten kanske du vill använda en 1/8″ slutkvarn för skärning av profiler.

Här är en länk till 1/4 ” endmill för aluminium. Om du har en anständigt styv hembyggnad, borde det fungera bra. Om du har en liten maskin, bör du börja med att prova en 3/16″ eller 1/8″ cutter. De har alla en 1/4 ” skaft så att du inte behöver byta kollett när du byter dem.

en annan faktor är din RPM-större verktyg behöver en lägre RPM, så om du kan komma ner till 15.000 RPM då 1/4″ endmill kommer i allmänhet att fungera bra. Om du inte kan gå mindre än 25 000 eller 30 000 RPM kanske du inte vill använda något mer än en 1/8″ eller 3/16″ skärare.

styvhet

skärparametrarna och klippkvaliteten beror mycket på hur styv din maskin är. Små hobby Routrar och de stora $100k maskiner är mycket olika.

aluminium behöver mycket mer styvhet än trä eller plast. Om du trycker på den för fort, kanske du faktiskt kan se din maskin flex under belastningen, om inte skramla lös.

här är några tips för att hantera en maskin som inte är för stel:

  • använd stubbiga verktyg. Ju längre bit, desto mer hävstång har arbetsstycket. När du köper bitar, håll ett öga på ”stub end” endmills. Håll dem snygga och korta i hylsan.
  • Använd ett riktigt litet skärdjup. För min första maskin (innan jag gjorde en massa uppgraderingar för att göra det mer styvt) kunde jag bara gå ner om 0.010″ per pass i Z vid skärning av aluminium. Det fina med att använda små Z-djup är att du vanligtvis kan vrida matningshastigheten.
  • överväg att vidta åtgärder för att öka maskinens styvhet. Jag använde flygplanskabel och stålskivor för att lägga till lite spänning på bron (mestadels ’cuz jag är billig). Det fungerade dock – det gjorde verkligen min maskin mindre benägen för problem med böjning och vibration. Vissa människor har lagt till extra kulskruvar och lager för att göra maskinen styvare.

Jag har alltid funnit att ju mer du gör för att hantera styvhetsproblem, desto bättre kommer jobbet att gå.

hastigheter och flöden

detta är vanligtvis den första frågan, men minst sannolikt att få ett rakt svar.

CNC-kvarnar och svarvar är i allmänhet mycket förutsägbara i hur styva de är. Därför kan vi beräkna optimala hastigheter och flöden utan för mycket testning.

inte så med routrar. De är väldigt finare, och eftersom varje maskin är lite annorlunda är det nästan omöjligt att veta i förväg vad ”sweet spot” är om du inte känner till din maskin väl. En hemlagad hobbyrouter kommer att skilja sig mycket från en stor router som är professionellt byggd för rymdkompositer.

hur som helst, det finns några utgångspunkter som kan fungera för dig.

lärobokens skärhastighet för aluminium med hjälp av ett hårdmetallverktyg är cirka 1500 ytfot per minut i högänden och 1000 i nedre änden. Det är inte att säga att du inte kan snurra det långsammare – du kan definitivt. Men vanligtvis vill du inte gå snabbare än så.

Så här översätter det till endmill RPM:

1/4″ carbide endmill 24,000 RPM max, 16,000 RPM ideal
3/16″ carbide endmill 32,000 RPM max, 21,000 RPM ideal
1/8″ carbide endmill 48,000 RPM max, 32,000 RPM ideal
1/16″ carbide endmill 96,000 RPM max, 64,000 RPM ideal

Now it’s pretty unlikely that you have a 96,000 RPM machine, but this should give you an idea of how cutter diameter affects RPM. Om din minsta hastighet är 30k RPM, kanske du vill skämma bort från 1/4″ endmills för aluminium till förmån för något 3/16″eller 1/8″.

Vissa säger att för att minska det ”nödvändiga” varvtalet måste du använda en HSS-skärare. Detta är felaktigt.

du behöver inte köra hårdmetall med ett minimum varvtal.

vanligtvis där människor blir förvirrade är antingen en av två möjligheter:

1) bearbetningshandboken rekommenderar ett minimum varvtal, så vissa antar att verktyget måste köras vid det varvtalet. Det är inte vad det betyder. Det betyder bara att du inte uppnår maximal effektivitet för verktyget. Inte en stor sak.

2) vissa fräsar behöver ett minimum varvtal för att korrekt använda sina funktioner. Till exempel måste du köra några belagda ändkvarnar med ett minimum varvtal för att ”aktivera” sina beläggningar. Du kommer sannolikt inte att komma in i denna arena med högpresterande bearbetning med en router.

i grund och botten är låga spindelhastigheter inte en bra anledning att byta till HSS-skärare. Den enda gången det här är vettigt är om du precis börjar och du är rädd för att bryta ett verktyg – karbid är dyrare, men de fungerar bättre och håller betydligt längre.

HSS är billigt men inte riktigt så bra. Det är därför du brukar se mycket HSS i gymnasiet-när eleverna förstör något, kostar det inte skolan lika mycket (de kommer att bryta verktygen innan de får chansen att bära), och ingen bryr sig verkligen hur snabbt deras cykeltid är.

nu för feedrates: Detta är lite av en jonglera med din Z skärdjup och XY stepover.

i allmänhet vill du hålla dina marker små-något som 0,001″ per tand för en 1/4″ endmill, och mindre än hälften för en 1/8″ endmill.

Så här är några möjliga utgångspunkter:

1/4″ carbide endmill, 2 flutes 16,000 RPM 32 inches per minute
3/16″ carbide endmill, 2 flutes 21,000 RPM 21 inches per minute
1/8″ carbide endmill, 2 flutes 30,000 RPM 18 inches per minute
1/16″ carbide endmill, 2 flutes 30,000 RPM 10 inches per minute

This may or may not work. Det beror helt på hur bra din maskin är. Om din maskin är hemgjord och påminner om en våt Nudel, kanske du vill sänka dessa matningshastigheter med hälften. Om det är en $100k maskin, kan du förmodligen dubbla den om du vill trycka på den.

För Z skärdjup, testa det bara. Detta kommer att vara en balans mellan maskinstyvhet och verktygsstorlek.

För ett 1/4 ”verktyg på en rinky dink-maskin, försök starta på ett djup av 0.010″ och gå upp i steg om 0.010″. För samma verktyg på en solid maskin, försök att börja vid 0.050″ och gå upp i steg om 0.025”. Lyssna efter när maskinen verkar vara under belastning, eller när snittet börjar se fult ut.

Här är ett litet diagram som hjälper dig att identifiera vad ”sweet spot” är:

ärligt talat, du behöver bara spela med det. Det diagrammet ska ge dig en uppfattning om vad du ska leta efter för att justera flöden och hastigheter till något som passar din maskin.

bli inte för upptagen med detta. Om din router är fast RPM (eller mycket begränsad) sedan bara justera baserat på matningshastighet och skärdjup. Det är inte raketvetenskap, bara få det att fungera.

Skärstrategier

verktygsbanor är faktiskt ganska viktiga för routing av aluminium. Här är några tips.

Undvik att kasta ner i metallen när det är möjligt. Vissa verktyg är bättre utformade för detta att andra, men det är i allmänhet bäst undvikas helt. Om du inte har att göra med mycket tunn plåt, det är. Då är det inte en stor sak.

om möjligt, gå till din Z-klippnivå från arbetsstycket och börja sedan klippa. Det är dock inte alltid möjligt. Ibland behöver du få verktyget in från mitten av ett tjockt ark.

om det är tungt aluminium, försök att inte bara fastna verktyget rakt ner. Det som fungerar bättre är en rampningsrörelse för att komma ner till det önskade Z-djupet för skäret.

generellt finns det två vanliga sätt att uppnå detta: en ramp-on-form typ av ingrepp eller spiralformad interpolering.

För en ramp på formrörelse (vissa CAM-program kan kalla det något annat) spårar du profilen som du vill klippa medan verktyget sakta går ner. Det är vanligtvis något som en zigzagrörelse. För de flesta CAM programvara, Det är bara en fråga om att kontrollera en ruta och stansning i rampvinkeln. Jag brukar gå med något runt två grader.

för spiralformad interpolering gör du bara en spiral istället för en zigzag. Detta fungerar bra för hål, eller när du gör en ficka.

om du verkligen inte har något val och du måste kasta rakt in i materialet, minska din matningshastighet waaaay ner. Som om du kör profilskärningarna med 20 tum per minut, vrid sänkningsmatnings hastigheten ner till 4. Även då, var noga med att se hur det går.

När du kopplar ur arbetsstycket (som när profilen skärs och nu är det dags att få verktyget därifrån) fungerar en rak indragning vanligtvis bra. Det enda problemet som är vanligt är att ha ett hack på delprofilen där verktyget drogs tillbaka.

detta beror på att verktyget inte längre är under skärtryck för att stabilisera det, och vibrationen och avrinningen gör att verktyget gör en liten gouge.

för att motverka detta, använd en ”arc-off” – rörelse. I grund och botten, istället för att bara ha verktygsstoppet på delprofilen, Lägg till en extra liten bågrörelse i XY som kommer att få verktyget bort från den färdiga geometrin när det inte längre är under skärtryck och fritt att lämna ett märke.

med tiden kommer det att finnas dussintals tips och tricks som du kommer att hämta. Detta bör vara tillräckligt med information för att komma igång med några ganska coola projekt.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.