Hvordan man arbejder med metal og skum med en CNC-maskine

Når man arbejder med CNC-maskiner, er det vigtigt at forstå, hvordan man skal tilpasse sin fremgangsmåde afhængigt af materialet, man bearbejder. Dette gælder især for metal og skum, som begge præsenterer unikke udfordringer for CNC-udstyr.

Metaller, som de fleste andre hårde materialer, kræver et præcist valg af værktøjer og hastigheder. For at skære i metal, især blødere metaller, bør man bruge en passende endmill med to skær, som kan håndtere varmeudviklingen, som genereres under skæringen. Metalbearbejdning er en proces, hvor varme er en konstant udfordring. Når metallet skæres, kan friktionen mellem værktøjet og materialet skabe betydelige mængder varme. Denne varme kan hurtigt beskadige både værktøjet og materialet, hvis man ikke tager forholdsregler. En løsning på dette problem er at benytte sig af luftassistance, som køler værktøjet under bearbejdningen, eller bruge smøremidler på arbejdsstykket for at reducere friktionen og dermed varmeudviklingen.

En anden vigtig faktor, når man arbejder med metal, er støvet. Skæring af metal kan skabe en rodet arbejdsstation, især hvis du arbejder med små stykker. For at minimere dette rod og samtidig sikre et rent arbejdsmiljø, anbefales det at bruge en støvsuger til at fjerne spåner og metalstøv, hvilket også beskytter maskinen mod beskadigelse.

Når det gælder skæring af aluminium eller andre metaller på en mindre CNC-maskine, som f.eks. en 3018-model, kan man stadig bearbejde mindre dele, så længe man arbejder langsomt og laver mange gennemløb. Skærehastigheden skal være langsommere end ved hårdttræ, og man skal tage flere små pasninger for at sikre et godt resultat.

Ved bearbejdning af metal er det også vigtigt at overveje, om man skal forud-bore huller. Det kan være en fordel at bore hullerne på forhånd, så maskinen ikke skal bruge tid og energi på at bore igennem materialet. Ved at definere hullernes positioner tidligt i processen, kan man få præcise resultater og undgå unødvendige komplikationer.

Skum er et materiale, der adskiller sig markant fra metal i både struktur og bearbejdningskrav. Skum, især den tætte polystyren, er lettere at bearbejde end metal, men det skaber store mængder støv, der er farligt at indånde. Det er derfor vigtigt at bruge en støvsuger under arbejdet og iføre sig et åndedrætsværn for at undgå sundhedsskader. En god måde at kontrollere støvudviklingen på er at arbejde i et lukket rum eller kapsle maskinen ind i et kabinet.

At arbejde med skum åbner op for mange muligheder, især i modelbyggeri, hvor lette og komplekse strukturer er nødvendige. CNC-bearbejdning af skum kan bruges til at skabe lette, men stærke komponenter, som senere kan forstærkes med glasfiber, hvilket giver et stærkt og let produkt, perfekt til RC-fly og raketter. Processen med at skære skum kan også bruges i større projekter, som f.eks. flyvning, hvor skum udgør en strukturel base, der senere forstærkes med andre materialer.

Når du arbejder med glasfiber, er det vigtigt at vælge den rigtige type værktøj til bearbejdningen. De mest anvendte værktøjer til glasfiberbearbejdning er bullnose-endmills, radius-bits eller kuglefræsere, som alle kan håndtere materialet effektivt. Samtidig skal værktøjets størrelse tages i betragtning, især når der skæres små huller, hvor et for stort værktøj kan være problematisk.

For projekter, der involverer komplekse geometriske former, såsom flyvinger, skal man være opmærksom på nøjagtigheden af de tegnede og skårne mønstre. Det er vigtigt at have præcise målinger og en nøjagtig G-kode for at sikre, at alle dele passer sammen korrekt. Når man arbejder med komplekse designs, kan en software som TinkerCAD være en god hjælp til at oprette præcise 3D-modeller, som kan konverteres til CNC-kode for effektiv bearbejdning.

Det er også vigtigt at forstå, at skum og glasfiberbearbejdning adskiller sig væsentligt fra metalbearbejdning både i forhold til hastighed og de teknikker, der anvendes. Skum kræver ikke samme opmærksomhed på varmeudvikling som metal, men det stiller derimod krav til opretholdelsen af et rent og sikkert arbejdsmiljø.

Endtext

Hvordan CNC-maskiner fungerer og deres anvendelse i præcisionsarbejde

I de fleste CNC-maskiner er der tre grundlæggende akser, der styrer bevægelsen af værktøjet: X, Y og Z. X- og Y-akserne styrer bevægelsen af værktøjet horisontalt, mens Z-aksen styrer vertikale bevægelser. Z-aksen anvendes til at skære ned i materialet, f.eks. ved gravering eller boring af huller. Den roterende akse omkring Y-aksen giver mulighed for at dreje emnet, hvilket er nyttigt, når der arbejdes med komplekse eller buede former. Denne type bevægelse anvendes især i fem-akset CNC-maskiner, der tillader rotation omkring både X og Y samt lineær bevægelse langs disse akser. I kapitlet om fremtidige projekter og større maskiner, vil vi se nærmere på, hvordan sådanne systemer kan skaleres.

Forskellige CNC-maskiner anvender forskellige systemer for at opnå præcise bevægelser. Ofte er der en afvejning mellem hastighed og stivhed i maskinens opbygning. Dette skyldes, at billigere eller lettere komponenter kan bruges til at reducere omkostninger, selvom det kan betyde en lavere præcision. Eksempelvis anvender mange maskiner bælter til X- og Y-aksen, mens Z-aksen drives af en skrue, også kaldet leadscrew. Andre systemer anvender leadscrews til alle akserne for at opnå højere præcision og stabilitet, men dette kan gøre maskinen dyrere.

En af de mest populære CNC-maskiner til hjemmearbejde er 3018-modellen, som er sammensat af standardkomponenter som aluminiumsprofiler, stålstænger, steppermotorer og en spindelmotor. Denne maskine kan købes som et kit og er relativt nem at samle. Den er ideel til lettere opgaver som gravering og skæring af små objekter. Et andet eksempel på en DIY CNC-maskine er Bumblebee, som er en mere avanceret model, der bruger Delrin-hjul og metalrammer som skinner i stedet for de mere fleksible stålstænger. Denne maskine er designet til at være mere stabil og præcis, hvilket er nødvendigt, når man arbejder med tungere materialer eller større opgaver.

Bælte-drevne systemer er populære i CNC-maskiner, især i laserskærere, hvor vægten af værktøjet er relativt lav, og det ikke er nødvendigt med den samme stivhed som i maskiner, der skærer i hårde materialer. For eksempel kan et laserhoved flytte sig hurtigt og præcist langs X- og Y-akserne, fordi det ikke skaber stort modstand mod materialet. Dog er det vigtigt at være opmærksom på, at for store lasere eller maskiner med høj effekt kan det være nødvendigt at indkapsle systemet for at forhindre, at brand eller elektriske problemer skader maskinens komponenter.

Når man ser på CNC-maskinens opbygning, er det afgørende at forstå, hvordan værktøjet flyttes langs akserne. Bevægelsen er præcist kontrolleret af en CNC-controller, som styrer steppermotorerne og værktøjets bevægelse. Steppermotorerne er essentielle for at opnå præcision, da de kan styres med meget små intervaller af bevægelse, hvilket gør dem ideelle til opgaver, hvor nøjagtighed er nødvendig. Ved hjælp af systemer som leadscrews eller bælter, kan værktøjet flytte sig hurtigt og præcist langs X-, Y- og Z-akserne.

CNC-maskiner fungerer ved hjælp af et sæt af kommandoer kendt som G-code. G-code instruerer controlleren om, hvor værktøjet skal placeres, og hvordan det skal bevæge sig gennem de forskellige akser. Disse kommandoer kan enten indtastes manuelt via maskinens software eller overføres fra en computer, der kører et CAD/CAM-program. CNC-maskiner er yderst fleksible, og ved at ændre designet i softwaren kan prototyper hurtigt fremstilles før den egentlige produktion.

Desuden er det vigtigt at forstå, at CNC-maskiner har visse begrænsninger, især når det gælder bevægelse i Z-aksen. Mange desktop CNC-maskiner har en begrænset højden på arbejdsstykket, hvilket betyder, at værktøjet ikke kan være alt for langt, da det risikerer at blive brudt af. Derfor er det nødvendigt at vælge den rigtige maskine afhængigt af, hvilken type arbejde der skal udføres, og hvilke materialer der skal bearbejdes.

CNC-maskiner kan anvendes til en bred vifte af opgaver, lige fra simple graveringer til komplekse 3D-drejning og skæring. For at opnå de bedste resultater er det vigtigt at vælge den rette maskine og det rette bevægelsessystem. Det er også nødvendigt at forstå, hvordan forskellige komponenter som motorer, skruer og bælter påvirker præcisionen og stabiliteten i maskinen. Ydermere kan tilføjelsen af en roterende akse eller roller til arbejdsområdet udvide maskinens kapabiliteter og gøre det muligt at bearbejde emner med forskellige former og dimensioner, såsom cylindre.

Endtext

Hvordan kan du bygge en automatiseret drejebænk og udvikle avancerede CNC-maskiner til din hobby?

I en verden, hvor hjemmebygget teknologi og automatisering får stadig større betydning, er det fascinerende at se, hvordan amatører og entusiaster udvikler maskiner, der ellers kun findes i professionelle industrier. En sådan udvikling, som jeg stødte på for nylig, stammer fra en YouTuber ved navn Melkano. Selvom hans videoer er på fransk, gør hans systemer det muligt for både engelsktalende og fransktalende at følge med, da han publicerer alle sine design på engelske og franske hjemmesider. Hans design er ikke blot teknisk interessante, men også enkle at forstå, hvilket gør dem tilgængelige for enhver, der ønsker at prøve kræfter med at bygge maskiner derhjemme.

En af de mest interessante konstruktioner, som Melkano har delt, er hans automatiserede drejebænk. Dette er noget, der adskiller sig fra mange af de traditionelle maskiner, vi normalt arbejder med, fordi det tilbyder muligheden for at bearbejde metaller ved høje omdrejningstal, samtidig med at det kan styres både automatisk og manuelt. Tidligere har jeg haft brug for at bearbejde cylindriske objekter og har ofte måtte ty til 3D-print, hvilket ikke altid er den ideelle løsning. En drejebænk som denne, der bruger de samme elektroniske systemer som i laserkuttere og mindre CNC-maskiner, giver mulighed for at automatisere bearbejdningen af cylinderformer samtidig med, at der stadig er mulighed for manuel kontrol.

Melkano har ikke kun designet en drejebænk; han har også udviklet løsninger til CNC-maskiner, der ligner de små 3018-enheder, vi ofte ser blandt hobbyister. Men det er netop den automatiserede drejebænk, der har fanget min opmærksomhed, fordi den gør det muligt at bearbejde hårdere materialer som metal, noget mange hobbyprojekter ellers ikke kan håndtere. Hvis du vil bygge din egen version af Melkano’s drejebænk, kan du finde hans dele på Thingiverse, eller købe dem direkte fra hans Etsy-butik. Desuden deler han PCB-filer, som kan bruges til at producere de nødvendige kredsløb, der styrer maskinen via MKS DLC 2.0-kontrolleren, et system, jeg også har brugt i mine egne projekter.

En del af min inspiration til at bygge en sådan drejebænk kommer fra ønsket om at kunne bearbejde både bløde metaller, træ og plast. Jeg har overvejet at omdanne nogle af de plastdele, der bruges i maskinen, til aluminium ved hjælp af simple støbningsteknikker, for eksempel den tabte plastmetode, hvor 3D-printede dele bruges som master til støbeformen. Denne metode kunne også bruges til at lave de større husdele, som holder drejebænkens mekanismer. En alternativ metode kunne være at styrke plastdelene ved at male dem med epoxylim, hvilket vil gøre dem betydeligt stærkere.

Maskiner med flere akser, især fem-akset CNC-maskiner, er en anden interesse, der hænger tæt sammen med udviklingen af mere avancerede hobbyprojekter. Femt-akset bearbejdning adskiller sig fra den traditionelle 3-akset bearbejdning ved, at det giver mulighed for at bearbejde alle sider af et objekt, ikke kun den overflade, som arbejdes på. Forestil dig, at du bearbejder et motorblok, og du ser en maskine, der ikke kun skærer og bor, men også foretager mere avancerede operationer som gevindskæring. Videoerne, som er blevet delt af hobbyister, der arbejder med fem-akset bearbejdning, viser, hvordan det er muligt at konstruere en maskine, der kan bearbejde meget komplekse geometrier og detaljer, som kun professionelle maskiner tidligere kunne håndtere.

Desuden er det muligt at skabe egne fem-akset maskiner, selv med begrænsede ressourcer. Der findes flere eksempler på små desktop-enheder, der bruger en drejeskive og ekstra akser for at opnå den ekstra fleksibilitet, som kræves for at bearbejde objekter på flere sider samtidigt. Et sådant projekt kræver dog en god forståelse for både maskindesign og de elektroniske systemer, der driver maskinerne. Det er her, du kan finde inspiration i videoer og guides, der forklarer, hvordan man bygger en desktop fem-akset CNC-maskine, hvor de fleste komponenter kan købes færdige, men hvor nogle kræver, at du selv fremstiller dele.

Selvom det kan være svært at konkurrere med de dyre fem-akset maskiner, der tilbydes på markedet, giver DIY-hobbyister mulighed for at skabe egne løsninger, som kan være både funktionelle og økonomisk overkommelige. Du skal være opmærksom på, at når du går fra en simpel maskine til en mere avanceret version, stiger både kompleksiteten og de nødvendige færdigheder markant. Men med det rette udstyr, såsom en god 3D-printer, et solidt forståelse for CNC-systemer og evnen til at bearbejde materialer som metal, træ og plast, er der næsten ingen grænser for, hvad du kan bygge.

En anden udvikling, der er blevet populær blandt DIY-enthusiaster, er brugen af SCARA-robotter. Denne teknologi, som omfatter en robotarm, der er i stand til at udføre både bearbejdning og samling af objekter, åbner nye muligheder for hobbyister. Tænk på en stor 3D-printer, men i stedet for at printe, vil robotarmen skære, bore og måske endda samle dine projekter i en mere præcis og effektiv måde. Det er ikke svært at forestille sig, hvordan sådan en robot kunne bruges til at bearbejde komplekse objekter, især hvis du ikke har et stort arbejdsområde til rådighed.

At opbygge dine egne maskiner og udforske muligheden for at automatisere bearbejdningsprocesser kan være både udfordrende og yderst tilfredsstillende. Uanset om du bygger en CNC-maskine med flere akser eller en avanceret drejebænk, er mulighederne for at udvide dine færdigheder og bygge mere sofistikerede værktøjer i din hobbyverden næsten uendelige. Det kræver tid, tålmodighed og en god forståelse for både mekanik og elektronik, men de teknologier, der er tilgængelige i dag, gør det muligt for flere at få adgang til avancerede maskiner og automatisering, der tidligere kun var forbeholdt professionelle.

Hvordan man får fuldt udbytte af din maskine: Værktøjer og komponenter

For at få fuldt udbytte af din CNC-maskine, skal du have det rette udstyr og den nødvendige software. En af de mest grundlæggende nødvendigheder er en Computer-Aided Design (CAD) applikation. Medmindre du downloader prægenereret G-kode, vil du være nødt til at oprette eller konvertere et design til G-kode. Der findes flere måder at gøre dette på, og jeg bruger selv Tinkercad, som er en enkel og gratis cloud-baseret CAD-applikation. Den giver mig mulighed for at importere STL-filer eller tegne mine egne modeller. Når designet er klar, gemmer jeg det som en SVG-fil, som jeg derefter konverterer til G-kode ved hjælp af et værktøj som JSCut, som også er cloud-baseret. JSCut tillader mig at visualisere G-koden, så jeg kan se, hvordan maskinen vil udføre skæringen.

Tinkercad er ikke den eneste mulighed. Der findes andre mere sofistikerede og potentielt dyrere værktøjer, men efter flere års erfaring har jeg fundet, at jeg sjældent har brug for mere komplekse løsninger. Tinkercad er nemt at bruge, og det er en god start for både begyndere og dem, der arbejder med mindre projekter. Du kan oprette en konto på Tinkercad via deres hjemmeside og komme i gang med det samme.

For at kunne bruge en CNC-maskine kræves også en personlig computer (PC). Der findes løsninger til Linux-baserede systemer eller Apple/Mac, men jeg har fundet, at Windows-baserede softwareløsninger er de mest udbredte og nemmest at installere. Det betyder dog ikke, at ikke-Windows-maskiner ikke er anvendelige, men mulighederne er færre. Det er ikke nødvendigt, at din maskine er topmoderne, og en Intel i5-maskine med 4-8 GB RAM og en harddisk på 125 GB er tilstrækkelig til de fleste opgaver. Det vigtigste er, at computeren har passende USB-porte (USB 2.0 og nyere), da disse er nødvendige for at tilslutte maskinen og uploade firmware.

Det er også muligt at bruge en Raspberry Pi som styringsenhed og G-kodeafsender, som kan gøre din CNC-maskine til en selvstændig enhed. Hvis du vælger denne løsning, skal du installere et passende "hat", som for eksempel Protoneer, og tilslutte en lille skærm og et tastatur. På denne måde kan din CNC-maskine blive en dedikeret PC. Du vil kun have brug for en PC til at generere G-kode, hvis du ikke har en alternativ måde at sende G-kode til maskinen på, som f.eks. via en LCD-controller med et SD-kortslot.

Det er vigtigt, at du har administrative rettigheder til din PC, så du kan installere de nødvendige drivere og software. Hvis du arbejder på en delt computer, eller hvis du bruger en arbejdscomputer, skal du sikre dig, at du har adgang til at åbne USB-porte og installere software. Mange virksomhedscomputere har restriktioner af sikkerhedsmæssige årsager, som kan blokere USB-porte.

Du skal også have et SD- eller Micro-SD-kort og en passende kortlæser. Hvis denne ikke er indbygget i din PC, er USB SD-kortlæsere let tilgængelige. Jeg bruger ofte højkapacitets Micro-SD-kort, der passer i et SD-kortshell, som så kan bruges til at flytte filer mellem computere og maskiner.

Hvis du planlægger at arbejde med specialfremstillet firmware, kan det være nødvendigt at bruge Arduino IDE til at kompilere og tilpasse din firmware. Hvis du kun har tænkt dig at bruge forudkompileret firmware, er dette ikke nødvendigt. Du kan finde Arduino IDE på deres officielle hjemmeside.

En vigtig komponent i maskinopsætningen er GRBL .hex-filen, som er grundlaget for de fleste CNC-maskiner. Du kan selv oprette denne fil eller downloade en specifik version fra GRBL GitHub-repositoriet. GRBL-firmware bruges til at styre G-koden på maskinen.

Et valgfrit, men nyttigt værktøj er en Z-aksens indstillingsprobe. Denne lille enhed hjælper med at præcist indstille oprindelsespunktet (Z=0) for din Z-akse, hvilket er særligt nyttigt, når du arbejder med materialer af forskellige tykkelser. Selvom du kan beregne Z=0 manuelt, gør det at bruge en probe processen meget lettere og mere præcis, især hvis du arbejder med forskellige længder af skærebits og materialer.

Når det kommer til selve CNC-maskinens opbygning, er det vigtigt at forstå de grundlæggende komponenter, der udgør maskinen. En af de mest centrale dele er spindelmotoren. Dette er den motor, der driver endemillskæreren. Mange CNC-maskiner bruger en 775 DC-motor, som fungerer som en almindelig håndborremotor, men med et chuck, der kan acceptere en række forskellige endemillskærere.

En motor RPM-controller giver dig mulighed for at kontrollere hastigheden af spindelmotoren. Det kan være nødvendigt, hvis du vil have mere præcision i dine skæringer, da GRBL efter version 0.9 bruger puls-bredde-modulation (PWM) til at styre motorens hastighed.

En anden vigtig komponent er steppermotoren. Denne motor gør det muligt at kontrollere rotationen præcist, hvilket er nødvendigt for at få nøjagtige bevægelser i X-, Y- og Z-aksen. Steppermotorer kommer i forskellige størrelser (f.eks. NEMA 17, NEMA 23), og hver størrelse har sine egne specifikationer for moment og præcision.

Lejeskruen er den præcisionsskruetråd, som steppermotoren roterer for at skabe bevægelse langs de forskellige akser. De mest almindelige lejeskruer til DIY CNC-maskiner er TR8-modeller, som har en diameter på 8 mm og varierer i pitch (hvor meget nuten bevæger sig pr. rotation).

Det er vigtigt at forstå, hvordan disse komponenter arbejder sammen for at opnå præcise bevægelser og skæringer. Det er også væsentligt at vælge de rigtige komponenter, der passer til dit specifikke behov, da det kan gøre en stor forskel i præcisionen og effektiviteten af dit arbejde.