[關於 CNC]
在講 CNC 之前,首先要先把背景交待一下,稍候話題有跳脫的就不會回覆,不然這個議題太大。
第一,我是唸機械的,但那時還在車床銑床的傳統工法年代,CNC沒接觸過。
第二,在那個講究專才的時代裡,我念的東西很廣,但幾乎都是自修的,所以我現在的工作很多元,目前正在思考將能量集中的最佳切入點。
第三,繪圖在286年代時,AutoCAD我很熟,但在它差不多從 2D 開始轉 3D 時期,我就去忙別的了。
關於 CNC ,一言以蔽之,就是「工欲善其事,必先利其器」。
對於目前角色是經紀人的我來說,會從網路行銷、實體活動再回頭來看 3DP, CNC, Laser 這些 maker 們熱衷的東西,主要
的原因在於看到未來的市場需求以及人們的能力指標改變。那麼,究竟該作到什麼程度或用什麼方式達成,就有很多不同的思考方向了。
而我設定的目標只有八個字:心想事成、隨手可得。
現在開始來談 CNC。
CNC 簡單來講,就是你想作的東西,只要想好、畫好,然後機器就幫你作出來,不用自己動手加工。這樣講好像很簡單,但其實裡面處處是細節,是關卡。
首先,你想作的是什麼東西?很多 maker 可能聽到 CNC 就高潮了(我也是),但你想作的是什麼東西、什麼尺寸、什麼形狀、什麼精度、有多少預算,可能就把你推向不同的發展方向了。
關於這部份,建議是在 CNC 相關社團或者自己專注的社團裡留意相關的應用需求和發展,會比較清楚目前作到什麼程度,有那些選擇,要什麼代價。
關於「想好」,當你要作一個東西前,你得先想好這個東西可以怎麼作,有什麼差別,有那些工具。這過程當中,加法、減法都有可能,公規或特規也有可能。
這部份可能是最大的挑戰,因為對每個人來說,熟悉的工法和手上的資源差異很大,同樣一個問題,可能會有很多不同的解法。
這時候,你必須很清楚自己的需求和選擇,然後行動。
關於「畫好」,在離開機械領域二十幾年後,雖然 AutoCAD 還會,但其實一開始我也真搞不懂現在 3D 軟體的繪圖概念,慢慢從 123D design 到現在的 FUSION 360,我發現那是 scope 的改變。
以前的 AutoCAD 是在一個絕對座標概念下的產物,所有的繪圖必須從座標系統開始,然後一直延伸。現在的繪圖軟體走的是一個相對座標的概念,它可以有很多東西個別存在,然後從每個東西去看彼此的相對關係。
熟悉操作之後,就必須把自己想好的東西和作法畫出來,並且盡量在實際動工之前把設計的成果確認好,而不是邊作邊改,這樣會很沒有效率。
關於「機器就幫你作出來」,這是非常簡化的說法,但大原則就是「工欲善其事,必先利其器」。
也就是說,你必須完全清楚整個加工的過程需要那些步驟、用什麼材料、用什麼工具、有什麼問題、能怎麼解決或避免。
一切原本在人工操作下可以被執行的製程都確認後,再看你用什麼機器、用什麼軟體去控制它,然後用什麼 SOP 去防呆,確保成品的良率。
個人應用實例 - PROTON+ 鋁質固定隔板
‧想法
以我用 CNC 來切割 PROTON+ 需要的鋁質固定隔板來說,它的目的在於強化 PROTON+ 的幾根光軸的結構剛性、方便固定列印頭的塑料組件。
所以它就是被設定成 3mm 的鋁板,然後挖一堆螺絲孔、光軸孔和排線槽而已。
但是螺絲孔的定位必須準、尺寸必須準,才能固定得好,然後被包進列印頭裡。
‧畫法
我的 PROTON+ 是按照 ATOM 原本的 PROTON 用料和結構去走,但根據自己對 3DP 和機構的了解去作修正,再結合先前試作 PROTON 時發現的一些不方便的地方去作改良。
然後是在 123D design 裡面進行繪圖,基本的物件都先個別畫出模組,然後再進行組裝定位、修正相關零件的長度(尤其是螺絲)。
‧加工
受限於我手上這台鋁擠型組成的 CNC 強度有限,而且只有三軸,所以我個人的目標只設定在能加工基本的鋁材,了不起就是切割一下、挖一些孔為主。
在爬了一些文章發現一些小功率的主軸可能沒那麼實用的情況下,我最後選擇了木工用的修邊機來當主軸(反正木頭加工也是我的重點之一),然後用功率調變器來控制轉速,但扭力其實有影響,只能將就。
受限於這台 CNC 是採用 arduino + CNC shield 以 grbl 去作控制,這算是非常陽春的控制系統,基本上只作到了作動,其他很多 CNC 系統裡的常見功能它都不支援,所以用法也很陽春。
其他的常見功能很多,也沒有標準,像是:定位偵測、光學校正、工具更換、主軸控制、冷卻系統、刀具修正、.....。重點是你準備花多少錢買怎樣的東西。
所以,我的作法先是用一片鋼板來當作壓艙石,減少整個機台的配重失衡,減少震動,也提升平面度。(不然密集板其實很軟的,太大的震動很容易影響到刀子的精度和提高風險)
固定方面,因為這個 CNC 架構的 Z 高有限,加工的力量也有限,所以採用網路上很常見的雙面膠固定法。其實還不錯用。
底材主要是以木心板為主,用雙面膠貼在上鋼板上,然後再將材料固定在木心板上。
在這裡,如果要小量生產的話,就可以考慮作個簡易的治具,定位上就會快很多。但這也跟你的原材料有關,如果原料尺寸不準,這個就不準。
另外,因為沒有 WCS 量測功能,所以自動修正定位就別想太多。
固定好了之後,換刀和定位的問題也很重要。
所以我的作法是反向操作,先捉好材料擺放的位置、刀具運動的空間,然後對好加工的定位點,之後再把刀具移到某個方便換刀的位置,當成 HOME。
然後,我用了一個平常應該不會有人這樣玩的取巧方法,就是拿二個螺絲固定在軌道上,頂住XY的滑台。
這樣,只要滑台移到這二個位置後,就是回到 HOME 了。
這時,不管你怎麼換刀,基本上它的中心都是準的。
換完刀後,再看加工定位置和 HOME 的距離是移動多少,把刀移回去,然後調到 Z = 0.5 左右,就可以準備加工了。
當然,在加工前,會以更安全的距離實際試跑過,然後再用正式進刀的速度去跑。
另外,因為只能手動換刀,所以每一道工序都是獨立產生一個 NC 檔,然後以編號的方式一個一個執行。
而因為刀具定位點略高於材料,所以實際進刀量也會考量是否要貫穿而作一些修正。
基本上這樣的操作速度還算蠻快的,只是當然沒有全自動化的機台方便。但對我來說,CNC 現階段的價值就是把原本只能人工手動完成的工作,改成數位化控制而已,並不期待它能一步到位。
至於我看到的這台 CNC 問題,主要在於皮帶傳動的誤差,不容易消背隙,改螺桿會比較好。
另外,能用線軌和鑄鐵座的話,整體剛性也會提高。
制動部份,沒有伺服馬達,沒有光學尺定位,只能自己很小心加工力道和進給。
主軸部份,要加工什麼東西就適合什麼主軸,沒絕對標準,一分錢一分貨。
PS 1. 我覺得改螺桿、消背隙之後,CNC 對 maker 的用處就會很大,以銅或鋁的輕加工來說,很容易可以達到幾條內的水準。至於想要更硬的材料、更準的精度,就要好好算算投資報酬率了。
PS 2. 至於更完整的電控系統,我個人覺得那是操作方便性的問題。即使沒有,只要操作概念清楚,好像只要機器會動就可以了,但要在設計時把這些問題考慮進去。
以上,算是自己的一點心得筆記,跟大家分享。
又要忙一堆案子,該洗掉油污味,迎接香水味了。
Charlie Ting
2017-05-11 21:39:10
CNC番外篇!
經過這二天實測後,決定往二個方向發展。
一是把原本這台CNC架構放大到 1000mm*600mm 尺寸,以切雕木頭、壓克力等材料為主,當然要切薄鋁片也可以。
二是改裝一台以螺桿驅動,較精密的CNC機台,專門用來加工銅鋁材。
因為兩者的考量和應用不同,要合併的難度和成本偏高。拆開的話,好像目前手上材料已足夠DIY出來了。
ACTION!
Charlie Ting
2017-05-12 02:31:11
本日進度
Charlie Ting
2017-05-16 18:56:37
新進度