TUTORIAL CNC-FREZEN DEEL 2: ALUMINIUM FREZEN versie 1.0 maart 2014 DROPBOX: WORKSHOPS Lieven Standaert
1
-In de marge kom je af en toe icoontjes tegen. Deze hebben de volgende betekenissen:
Hier moet je een opdracht uitvoeren
Hier moet je er een begeleider bijhalen voor je verder gaat met de volgende stap
Hier staat een belangrijke opmerking over veilig gebruik van de machine
-De tutorial gaat ervanuit dat je de tutorial deel 1, 2D-frezen, gedaan hebt. Indien je dit nog niet gedaan hebt, doe deze eerst.
2
In deze tutorial zal je dit stuk maken:
Je zal dit stuk frezen uit een cilindervormig stuk aluminium stock, vastgezet in de kleine bankschroef:
3
Om dit te doen zal je een aantal verschillende frezen moeten gebruiken in verschillende stappen:
Van links naar rechts: 6mm single-spiral endmill for aluminium (60 euro) , 3mm long-reach end mill (20 euro), 2mm korte endmill (20 euro) , 1 mm long endmill (Chinese, 5 euro)
Om de paden te genereren zal je een nieuw stuk software leren gebruiken, Deskproto. Voor 2D-bestanden kon je de G-code in USBCNC zelf genereren, voor 3D-files zal je die inladen nadat je die in Deskproto gemaakt hebt. Het screenshot hieronder toont de gegenereerde paden voor de 6mm endmill.
4
En hier de fijnere eindpaden voor de 1mm endmill.
Het onderstaande stuk zal je eindresultaat zijn; om het stuk af te werken moet ik het nog met de handzaag loszagen van de cilinder. Om het op een as te bevestigen, moet ik er ook nog opzij een gat in boren en in dat gat M3draad trekken. Dan kan ik dit stuk op de as klemmen met een kleine bout.
5
6
We zullen eerst met Deskproto leren werken. Hier heb je nog niet de freesmachine nodig. Deskproto staat geïnstalleerd op elke pc in het lab. Je kan het ook op je eigen laptop installeren
Deskproto vind je op : www.deskproto.com Het programma heeft een one-month full trial. Na die maand kan je de software nog steeds gebruiken, maar kan je geen G-code meer exporteren. Je kan dan nog altijd je file op je eigen pc prepareren, die op een stick zetten, en de uiteindelijke G-code genereren op de pc van de freesmachine. We hebben voor deze software gekozen omdat die relatief makkelijk te gebruiken is, de licentie erg soepel is en de online documentatie erg goed is.
Zoek naar ‘Deskproto 6.1’ en open de software. Kies File > New in het menu Check de stappen in dit stuk
Wanneer de software je vraagt een machine te kiezen, kies ‘USBCNC based machine’.
.
7
Ga naar File > Load geometry en selecteer de STL-file: SpurGear tutorial.stl
Je zou nu je ‘part’ in het hoofdvenster moeten zien. Linkonder zie je een assenkruis, dat je toont dat je stuk omgekeerd staat. In een hoek van je stuk zie je een blauwe kubus, dit is het nulpunt. Links zie je een Project tree. Je ziet een ‘part’ met daaronder één ‘operation’. Hier zullen we de eigenschapen van je werkstuk instellen.
8
Rechtsklik op ‘Part’ en klik dan op ‘Part parameters’ uit het popup-menu. Je ziet dan onderstaand venster.
Hier kan je de eigenschappen, grootte en orientatie van je werkstuk definiëren.
General: hier stel je de te gebruiken freesmachine in. Er zou moeten staan ‘USBCNC based machine’
Transform: hier kan je je stuk verschalen mocht het te klein zijn, het roteren en spiegelen Het stuk staat ondersteboven, dus:
9
Vul 180° in onder Rotation > Y, en klik Apply. Je stuk zou nu met de tanden naar boven moeten liggen. Je ziet linksonder op het scherm een assenkruis om je te helpen orienteren.
Ga terug naar ‘Part parameters’.
Ga naar de flap ‘Translate’. Hier stel je het nulpunt voor de freesfile in. Kies ‘Make centre of part zero’ voor X en Y, en ‘Make top of part zero’ voor Z. Klik apply.
10
Het blauwe kubusje geeft het nulpunt aan. Je zou moeten zien dat het blauwe kubusje nu versprongen is naar het midden bovenop je stuk.
11
Ga terug naar ‘Part parameters’ en neem even een kijkje door de volgende flappen.
Support: wat in USBCNC ‘bridges’ heette, heet hier ‘Supports’; je kan hier definiëren hoe je werkstuk vast blijft zitten. Omdat ons stuk onderaan vast blijft zitten op de cilinder, zullen we dit nu niet gebruiken.
Segment: hier stel je in hoe groot je ‘part’ is. Standaard is dit de omtrek van je werkstuk, maar soms wil je bv meer wegfrezen of enkel een deel van je 3D-bestand uitfrezen. Je kan hier dus ook zien hoe groot je part momenteel is. De cilinder die we gebruiken als vertrekpunt is groter dan ons tandwiel. Om zeker te zijn dat we alles wegfrezen meoten we het Segment groter maken. De cilinder is normaal 1 inch diameter (25,4mm) 12
Selecteer ‘Custom’ en geef volgende waarden in bij de boundaries: X: -12 12 Y: -12 12 Laat Z staan op de huidige waarden.
Ambient: heb je nodig als je een verzinking in een plaat wil uitfrezen voor bv een mal, zonder de contour van die mal uit te frezen. Laat deze gewoon op de huidige waarde staan.
13
In de ‘Project Tree’ links zie je een ‘Part’ staan, waar je de eigenschappen van je stuk ingesteld hebt. Normaal zal je per file één part bewerken. Daaronder staat een ‘operation’. Dit is een freesbewerking, die je zo dadelijk zal instellen. Voor één part zal je een aantal ‘Operations’ aanmaken. Je zal eerst de ruwe vorm uitfrezen met een grove frees, dit heet een ‘roughing’. Daarna zal je een aantal bewerkingen doen met steeds fijnere frezen om tot je afgewerkte stuk te komen. De laatste stap heet een ‘finishing’
Rechtsklik op ‘Operation’ en je krijgt volgend venster: Begin met de naam te veranderen van ‘operation’ naar ‘rough 6mm’
Met deze flappen kan je alle eigenschappen van je freesbewerking overlopen.
14
Strategy: hier kies je de ‘vorm’ van je freesbanen. Ik gebruik meest ‘parallel’, ‘waterline’ en contour. Voor aluminium zullen we ‘Block’ gebruiken voor de eerste bewerking, omdat ons dit garandeert dat de frees van buiten naar binnen materiaal wegneemt (in plaats dat de frees midden door het blok loopt) Kies ‘Block’
Roughing: je zal in laagjes het materiaal wegfrezen. Hoe dunner de frees en hoe harder het materiaal, hoe dunner die lagen. ‘Skin thickness’ is een maat van hoe ver je van het uiteindelijke model wegblijft. Als je dit op 0.32mm instelt, zal het gefreesde stuk langs elke kant 0.3mm te groot zijn. Je werkt dan het
15
stuk af door met een ‘finishing’, een eindbewerking, het laatste beetje weg te nemen. ‘Ramping angle’ betekent dat je frees niet recht naar beneden zal inzakken, maar langs een helling. Dit gebruik ik vooral bij bolfrezen. Stel laagdikte in op 0.5mm en Skin Thickness op 0.32mm Klik apply en ‘Ok’. Ga naar het hoofdmenu ‘Create’ > ‘Calculate toolpaths’ om het resultaat te bekijken:
Ga naar ‘Create’ > Calculate toolpaths Een popup toont je hoe lang de freesbewerking zou duren.
Probeer twee van de andere Strategies uit en genereer de toolpaden. Zet daarna de instellingen terug op ‘Block’
16
Rechtsklik op ‘Operation’ en ga verder naar de volgende flap; ‘Sub-Seg’:
Sub-seg: hier stel je in welk deel van je ‘part’ je zal bewerken. Standaard staat dit op ‘part-segment’ ie het volledige stuk. Voor de roughing kan je dit gewoon zo laten. Bij volgende bewerkingen zal je bv enkel het asgat uitfrezen. Selecteer ‘Use part-segment’
17
Borders: Hier kan je instellen hoe je frees binnen/buiten de grenzen van je ‘part’ gaat. Selecteer ‘Extra for cutter’
Movement: Hier kan je instellen hoe je frees beweegt. Bij ‘milling direction” kies ‘Climb’ voor aluminium (voor meeste andere materialen gebruik ik conventional) ‘Free movement height’ stelt in hoe hoog je frees omhoog gaat tussen freesbanen. Indien er bv klemmen uitsteken boven je werkstuk wil je dit hoger instellen, hier kan je dit op ‘2mm’ instellen. ‘Plunge movements’ is de snelheid waarmee je frees induikt. Dit hangt een beetje af van welke frees je gebruikt, maar ‘25%’ is een veilige waarde voor frezen met een vlakke kop in aluminium. ‘First movement’ is de snelheid voor de eerste baan. Als je bv in een plaat een volgende laag wil wegfrezen met een 6mm frees, dan kan je de banen 1mm uit elkaar leggen, maar de eerste baan moet je de volle 6mm breedte wegnemen. Die baan wil je daarom trager frezen. Kies 25%, hoewel dit voor de ‘Block’ strategy niet echt nodig is..
18
Advanced: deze flap heb ik zelf weinig gebruikt. ‘Ambient skipping’ heeft te maken om bij volgende freeswerkingen niet opnieuw door de lucht te frezen waar een vorige bewerking al materiaal heeft weggenomen. Laat hier gewoon alles staan.
Simulation: met deze flap kan je een simulatie zien van je werkstuk. Dit kunnen we later proberen.. Laat hier gewoon alles staan.
19
Klik ‘ok’ Genereer de toolpaden als Deskproto dit niet automatisch voor je doet.
Je zou bovenstaand beeld moeten zien. Controleer de machinetijd (Estimate Machining Time) Als je al de instellingen correct ingesteld hebt, zou je freestijd ongeveer 21 minuten moeten zijn:
20
Klik op ‘Create’ > ‘Write nc-program file. Deskproto vraagt je om een filenaam. Noem het bestand ‘Spurgear-rough-6mm-1.nc’ en sla het ergens op waar je het straks terugvindt.
Je zal nog twee operations moeten instellen, één voor de 2mm frees en een afwerking met een 1mm, maar je zal nu eerst de freesmachine klaarzetten. Je kan dan de eerste operation laten uitvoeren terwijl je de tweede klaarzet.
De sloten van de kastdeur zitten bovenaan de machine. Open de sloten en open de deur.
De ISEL zit aangesloten op dezelfde verdeelstekker als de computer. Als die nog niet opstaat, schakel die in. Start de PC op en open USBCNC.
21
Om de machine te bekrachtigen moet je de noodstop op de machine uitdraaien (rechtsonder op de foto) en de groene ‘Power’-knop vooraan indrukken. (meest rechtse van de reeks knoppen vooraan op de machine) Deze groene knop moet oplichten. In USBCNC, reset de machine om ze te bekrachtigen en home de machine. Indien je niet meer weet hoe dit moet, kijk terug in de tutorial ‘2D-frezen’
22
Voor deze tutorial heb je de kleine bankschroef nodig en een stuk rond aluminium stock. Je zou die moeten vinden in het rek onder de ISEL-frees. Indien je deze niet vindt, vraag mij ernaar.. Monteer de bankschroef op de T-slot tafel. Gebruik M6-bouten en de slots die bij de tafel horen. Plaats het aluminium stuk in de klem. Span dit stuk in zoals op de foto. Op de bankschroef past een sleutel nr 13
23
Verwijder de frees die in de machine zit zoals je mij ziet doen op de foto: -leg een stuk hout onder de frees, zodat ze niet op metaal valt als ze plots loskomt. -probeer de frees niet te laten vallen -gebruik de sleutels om de kop los te schroeven. Je vindt die sleutels op het toolboard achter de pc.
Plaats de frees in de doos met frezen.
Zoek de frees met een enkele, rechthandige spiraal van 6mm. (vergelijk met de foto op pagina 5. Of vraag mij ernaar)
24
Demonteer de kop en haal de collet eruit. Zoek de juiste collet uit het rek. De collet moet net iets groter zijn dan de freesschacht en moet rond de frees kunnen klemmen TIP: de maat van de collet staat er voorop in het klein gegraveerd. Je zou een kleine ‘6’ moeten zien staan.
Plaats de collet in de kop, schroef de kop op de spindelmotor en plaats de 6mm frees in de kop.. Draai de moer handvast en geef een slag bij met de sleutels. Zorg dat de frees stevig vast zit, maar span niet te hard aan (je wil de moer niet beschadigen)
25
Naast de freeskop zie je een flexibele sproeikop hangen. Deze kop zal de frees koelen door perslucht en smeervloeistof op de frees te blazen tijdens het frezen. Buig die tot die naar de punt van je frees wijst.
Rechts naast de frees staat een 5-liter-bus. Je vindt er ook de toevoerkraan voor de perslucht. Je zal nu eerst het koelsysteem controleren en testen: Controleer of er vloeistof in de bus zit. Indien dit niet het geval is, roep mij erbij. Volg de persluchtslang en kijk of deze aangesloten is op de perslucht in het lab. Indien dit niet het geval is, sluit de perslucht aan. Je vindt extra persluchtslang aan de doorgang tussen de vuile en de propere ruimte. Er is een persluchtaansluiting naast de gele slijptol achterin het lab, en voorin het lab schuin tegenover de rode lasercutter.
26
Als dit in orde is, open de rode kraan op de persluchtslang (zie vorige foto) om het sproeisysteem te testen.
Draai vervolgens aan de moer die ik in onderstaande foto aanraak om de hoeveelheid vloeistof af te regelen die mee verstuift wordt. De bedoeling je dat je vloeistof verstuift zonder dat het binnenin een zwembad wordt.
27
Je bent nu bijna klaar om het eerste freesproces in gang te zetten. Je wil echter eerst zorgen dat de bovenkant van je stuk perfect vlak is.
Stap 1: Plaats de frees ongeveer 1mm boven het midden van het bovenvlak van de cilinder. Stap 2: Nul de assen. (als je niet meer weet hoe, kijk in de tutorial 2D-frezen)
Vraag nu een laboverantwoordelijke om je opstelling na te kijken. De laboverantwoordelijke zal: -nakijken of je de juiste frees gemonteerd hebt -je werkstuk goed vastzit -het koelsysteem goed functioneert -je nulpunt ingesteld is.. De laboverantwoordelijke zal ook meevolgen bij het volgende hoofdstuk.
28
Je zou de bovenkant kunnen afvlakken via een Operation via Deskproto, maar ik wil je hier een andere truc tonen. CNC-machines worden aangestuurd via G-code, dit is een universele taal die al jaren gebruikt wordt in machinesturing. Je kan de ISEL ook aansturen met deze code.
In het hoofdmenu van USBCNC, klik op ‘F6’ MDI. (manual data input)
Je ziet bovenstaand venster. Tik in ‘G01 X30 F700’ , enter, en kijk wat er gebeurt. Tik in ‘G01 Z2 ’ , enter Tik in ‘G01 X0 Y0 F200’ , enter Tik in ‘G01 XO Y0 Z0 ’ , enter
29
Nu voor echt: start de koeling en sluit de kap. Tik in ‘M4 S12000’ Dit start de tool op 12000RPM Er bestaan een hoop G-codes, maar je hebt er maar enkele nodig:
Tik volgende lijnen in: G92 X0 Y0 Z0 (stelt nulpunt in, zou al in orde moeten zijn, maar dit is als extra veiligheid) M4 S12000 (start tool aan 12000 RPM) G01 X30 F700 G01 Z-0.5 G01 X-30 Als je nog niet in je stuk zit, herhaal dit met een wat lagere Z tot je wat aluminium aan het wegnemen bent. Een je laag genoeg zit, tik: G01 X-30 Y2 F700 G01 X30 G01 Y4 G01 X-30 G01 Y6 G01 X30 … En werk zo over het ganse oppervlak. Je laatste lijnen moeten zijn G01 X0 Y0 (niet terug naar Z0 gaan, houd de huidige hoogte) G92 X0 Y0 Z0 (dit is je nieuwe nulpunt op je werkstuk) M5 (dit stopt je tool)
30
Als je nieuwsgierig bent, zoek dan in Windowss Explorer het nc-bestand dat je daarnet opgeslagen hebt. Open het met notepad++ of Word. Je krijgt dit te zien:
De output van Deskproto is niks anders dan een lange tekst met G-code en coördinaten!
-de eerste lijnen bevatten commando’s om de juiste instellingen te verkrijgen -de ‘n44’ ‘n45’…. Is een lijnnummering en is optioneel, die heb je niet echt nodig. Je kan relatief makkelijk je eigen tekst-files schrijven om te frezen, of manueel een file aanpassen.
31
In het hoofdmenu van USBCNC, klik op ‘F4’ Auto en dan op ‘F2’ Load. Selecteer het nc-bestand dat je eerder opgeslagen hebt. ‘Spurgear-rough-6mm-1.nc’
Je zou onderstaand beeld te zien moeten kunnen krijgen, met wat draaien en inzoomen:
Controleer een laatste keer: 1- of je frees correct genuld staat 2- of je een 6mm frees geplaatst hebt 3- of de koeling ok werkt Zet de koeling aan Sluit de kast Zet de feedrate in USBCNC op 50% Start de freesopdracht Als alles ok loopt, voer de feedrate op tot 100%
32
Terwijl de machine bezig is kan je de volgende operations instellen. Ga terug naar Deskproto Rechtsklik op ‘Rough 6mm’ en klik op ‘Copy’ uit de dropdown. Hernoem de 2e “tanden 2mm” Klik het lampje bij ‘Rough 6mm om die operation af te zetten.
Configureer de operation ‘tanden 2mm” als volgt: -flat end mill 2mm -Waterline met lagen van 0.3mm -Skin thickness 0 -Ramping angle 5° -Feedrate 800mm/min -Spindle speed 21’000 RPM -Distance between toolpaths 0.6mm -Plunge movement 25% -Frees tot 5mm diep Estimated machining time zou iets rond 14 min moeten zijn
De toolpaths zouden ze moeten uitzien als in onderstaand beeld:
33
Zet ‘Stepsize along toolpath’ voor beide op 0.1mm, Ga naar Create > Generate toolpaths Ga naar Create > Write nc-toolpath en sla de file op als “spur gear 2mm” De freestijd zou ongeveer 19 minuten moeten zijn.
Dit lijkt de langste tutorial in het lab te worden…dus als de machine nog niet klaar is met de eerste freesopdracht is nu een goed moment om te pauzeren.
34
Wanneer de eerste freesopdracht klaar is: Zet de perslucht dicht en open de kap Je werkstuk zou er moeten uitzien zoals hieronder.
1-Verplaats het werkstuk naar achter zodat je goed aan de frees kan. 2-Vervang de frees door de 2mm frees. Berg de 6mm frees op. 3-Verplaats de freeskop opnieuw naar X 0 Y0 De Z-hoogte van het nulpunt zal nu niet langer kloppen., want de frees heeft een andere lengte. Deze zal je dus opnieuw moeten instellen. 4-Start de spindel en laat de freeskop langzaam zakken tot op het bovenvlak van het werkstuk. 5-Nul de Z-as.
35
6-Ga naar ‘F4 Auto’ en ‘Load’ om de freesfile die je daarnet gegenereerd hebt in te laden. Je paden zouden er moeten uitzien zoals het screenshot hieronder:
Vraag nu een laboverantwoordelijke om je freesfile na te kijken.
7-Start de koeling en sluit de kap 8-Ga naar ‘F4 Auto’ en ‘Start’ om de freesopdracht te starten
36
Wanneer je goed gevolgd hebt, heb je al door dat met de vorige freesopdracht je niet het volledige gat uitgefreesd zal hebben De 2mm frees is daarvoor niet lang genoeg. Ga terug naar Deskproto, en maak een nieuwe operation aan. (je kan dezelfde stappen volgen als in het vorige hoofdstuk) Noem de operation ‘gat 3mm) Selecteer een flat endmill 3mm en configureer als volgt. -Waterline met lagen van 0.3mm -Ramping angle 5° -Feedrate 800mm/min -Spindle speed 19’000 RPM -Distance between toolpaths 0.6mm -Plunge movement 25% -Frees volledige diepte (15mm) maar enkel het gat Skin thickness 0 Freestijd zou minder dan een minuut moeten zijn.
OPMERKING Opmerking: voor je eigen werkstuk kan het interessant zijn om de skin thickness op bv 0.05 te laten staan, het gat te frezen en dan je motor te passen, zonder je stuk uit de machine te halen. Je kan dan nog altijd je gat groter maken, het gat opnieuw verkleinen is een stuk moeilijker.
Herhaal de stappen uit het vorige hoofdstuk om de frees te wisselen, opnieuw te nullen en de volgende freesjob te starten. Als de vorige freesjob nog niet klaar is, kan je in het volgend hoofdstuk al de laatste freesjob configureren.
37
Ga terug naar Deskproto, en maak een nieuwe operation aan. (je kan dezelfde stappen volgen als in het vorige hoofdstuk) Noem de operation ‘finish 1mm) Selecteer een flat endmill 1mm en configureer als volgt. -Waterline met lagen van 0.2mm (contour zou een snellere optie zijn, maar dan neemt die in dit geval steveel tegelijk weg tussen de tanden) -Ramping angle 5° -Feedrate 600mm/min -Spindle speed 24’800 RPM (dit is het maximum voor de ISEL spindle) -Distance between toolpaths 0.3mm (je wil echt niet veel wegnemen nu, deze frees is erg breekbaar) -Plunge movement 25% -Frees 5mm. Als de frees terug in het gat gaat is dat niet erg, maar je spaart tijd als je de paden zo kan instellen dat dit niet gebeurt. Skin thickness 0
38
Vraag nu een laboverantwoordelijke om je een 1mm frees te geven en je werk mee te volgen..
Herhaal de stappen uit het vorige hoofdstuk om de frees te wisselen, opnieuw te nullen en de volgende freesjob te starten. Wees erg voorzichtig met het inspannen van de frees. Deze is erg breekbaar! Om dezelfde reden: stel het nulpunt enkel in met draaiende spindel. Vergeet de koeling niet! Als je die vergeet bij deze kleine frees dan is die na 30 sec weg! (de frees zal heet worden, het aluminium zal in de groeven kleven, waardoor de frees niet meer kan snijden en zal afbreken)
39
Na dit freesproces zou je een bruikbaar tandwiel moeten hebben.
Nog 2 opmerkingen: -zoals je waarschijnlijk al door hebt, kan je op hetzelfde stuk blijven verder werken zo lang je het niet uit de machine haalt en je nulpunt niet verliest. Daarom is het een goed idee om de passing van je motoras te controleren vòòr je het stuk uit de machine haalt -om het stuk af te werken, moet je in de zijkant een gat van 3.6mm boren, daar M4-draad in tappen, en het stuk met de handzaag loszagen van de aluminium cilinder.
40
Wacht tot de machine klaar is. Verplaats de freeskop opzij zodat je je niet kan snijden aan de frees. Neem je plaat eruit. Maak de kast schoon met papier van de keukenrol.
Als je klaar bent met de machine: -verwijder de frees uit de spindel en berg deze op -maak de werktafel van de machine leeg en berg het klemmateriaal op
41
1- Machine instellen To do 2- Tools instellen To do
3-Postprocessor instellen
42
