Le fraisage CNC est plus manuel que vous ne le pensez

May 23, 2023

J'étais à Pasadena en Californie pour la superconférence Hackaday et j'ai pu passer du temps de qualité au Supplyframe Design Lab. L'ingénieur résident Dan Hienzsch a dit que je pouvais avoir quelques heures et m'a demandé ce que je voulais faire. Les contraintes étaient qu'il devait être suffisamment petit pour tenir dans les bagages enregistrés, mais devait être suffisamment froid pour justifier de prendre le temps de Dan, avec des points bonus pour moi d'apprendre de nouvelles compétences. J'ai un magasin de bois décent à la maison, et même si ma ferme d'imprimantes 3D n'est pas aussi professionnelle que celle du Design Lab, je connais les ficelles du métier. Cela laissait un choix évident: quelque chose de Jolly Wrencher sur le laminoir industriel CNC à trois axes Tormach.

Une fraiseuse CNC est un outil génial, mais ce n'est pas un robot omniscient mangeur de métal auquel vous pouvez simplement remettre un fichier de conception. Si vous pensiez qu'avoir une fraiseuse CNC ferait de vous un monstre de coupe de métal sans expérience, vous vous tromperiez lourdement.

Bien sûr, la machine est capable de couper des formes arbitraires avec une précision qui serait extrêmement exigeante si elle était faite à la main, mais le métier de l'opérateur n'est pas moins un facteur qu'avec une fraise manuelle pour s'assurer que les choses ne tournent pas en rond. Le bon jugement, l'expérience et la contribution de Dan ont été nécessaires à chaque étape du processus. Honnêtement, j'ai été surpris par la similitude de toute la procédure avec le fraisage manuel. Donc, si vous voulez savoir ce que c'est que de s'asseoir sur l'épaule d'un opérateur de fraiseuse CNC sérieux, lisez la suite !

J'ai dit "Dan, Jolly Wrencher en aluminium!" et quand je suis arrivé le lendemain matin, il travaillait déjà secrètement dans mon dos. Le fichier SVG qu'il avait du Wrencher était en fait composé de minuscules segments de ligne plutôt que de courbes de Bézier lisses. Tenter de faire correspondre tous les angles aigus infinitésimaux résultants rendrait le logiciel de CAO (Fusion 360) fou. Ainsi, à la place, Dan a tracé sur l'image originale avec des courbes entièrement nouvelles et lisses et a proposé quelque chose qui ne se distingue pas de l'original à mes yeux, mais beaucoup plus facile à gérer pour l'ordinateur.

Avec l'ensemble de contours souhaité, nous avons dû choisir notre outillage. Ici, il y a un compromis entre être fidèle au fichier d'entrée et obtenir la pièce réalisée en peu de temps. Si Dan choisissait une tête de coupe trop grande sur le moulin, les détails fins seraient impossibles à découper - en particulier les pointes des clés ont des coins intérieurs, et la netteté de ceux-ci est limitée par le diamètre du foret. Faire toute la pièce avec la plus belle tête serait plus beau, mais cela prendrait une éternité. Ainsi, la stratégie habituelle consiste à faire une passe grossière pour extraire la majeure partie de l'aluminium, puis à faire des passes plus fines avec le plus petit outil. Mais à quel point est grand et à quel point petit est petit ? Et est-ce que deux laissez-passer suffisent ou faut-il passer à trois?

En fin de compte, c'est un appel de jugement. Changer les têtes d'outils est très rapide sur le Tormach, mais il ne le fait pas automatiquement. Cela signifiait que nous devions être là au bon moment pour les échanger. En ce sens, moins de changements d'outils valent mieux que plus. Dan a choisi le moulin de premier étage pour s'adapter juste entre les yeux du Wrencher et le bord du crâne, mais n'a pas transpiré les petits détails dans les pointes des clés. Un deuxième passage avec un outil plus fin les traiterait. Une passe finale avec un chanfreinage a été ajoutée juste pour le spectacle : parce que j'aime le look des bords chanfreinés incurvés, et que je ne pourrais jamais le faire aussi bien à la main.

Le logiciel CAM voulait également connaître un nombre écrasant de détails sur la découpe réelle, mais la plupart d'entre eux avaient de bonnes valeurs précédentes en raison de l'expérience de Dan dans la découpe de l'aluminium avec ces têtes d'outils particulières. Pourtant, il a cavalièrement fixé la vitesse d'alimentation à environ le double de ce qu'elle devrait probablement être, et a dit que nous serions "sur la molette" pour bien faire les choses.

Avant même que nous ayons actionné le gros interrupteur rouge de la machine, Dan avait déjà fait un certain nombre d'appels de jugement qui dépendaient de sa connaissance du logiciel, de la machine, des outils et du matériau que nous coupons. Un débutant, comme moi, aurait déjà perdu la partie, maudit soit CNC.

Nous avons téléchargé les fichiers CAM et démarré les procédures de préchauffage et d'auto-lubrification du Tormach. Dan s'est assuré qu'il envoyait un fin brouillard de fluide de coupe, puis nous avons commencé à chercher des barres d'aluminium de rebut. Le crâne était prévu pour être d'environ 4 "(appelez-le 10 cm) carré, et le magasin avait un stock de barres légèrement plus grand qui avait juste besoin d'être coupé. Une bonne lubrification et une lame de métal propre et tranchante sur la scie à découper permettaient de travailler rapidement avec une lourde barre d'aluminium, mais c'était essentiellement comme si vous le faisiez à la maison avec du liquide de coupe et une scie à métaux. Seulement plus rapide.

Le stock de barres n'est pas nécessairement carré et les surfaces ne sont pas belles de toute façon, donc une fois que le broyeur s'est réchauffé, Dan a installé la tête de coupe à la volée et nous avons ajusté le stock. Bien qu'il utilisait la fraiseuse CNC pour effectuer les coupes, il s'agissait d'une procédure presque entièrement manuelle. Il a d'abord coupé une arête de référence en allant progressivement plus profondément jusqu'à enlever tout le métal d'origine. Puis il l'a retourné et a répété la procédure. Avec deux arêtes parallèles et des blocs carrés de bonne précision, il a coupé les faces restantes pour qu'elles soient carrées. Dans tous les cas, il s'agissait d'abaisser lentement le coupe-mouches jusqu'à ce qu'il atteigne le point haut (estimé) sur le visage, et de travailler pas à pas jusqu'à ce que tout soit brillant. Combien en retirer ? A quelle vitesse se nourrir ? Expérience opérateur. CNC ne vous aide pas ici.

En fin de compte, notre bloc mesurait 4,001″ sur 3,985″ – pas mal, mais une première coupe légèrement bancale avec la scie à tronçonner nous a obligés à trop décoller sur un bord pour le nettoyer. C'est un presse-papier de toute façon, donc tout ce qui compte, c'est de centrer le Wrencher. Entrez à nouveau dans l'expérience de l'opérateur. Dan avait configuré le fichier CAM avec le point zéro de la machine au point mort de la tête du Wrencher. Cela signifie que tant que nous pourrions pointer la machine CNC vers le centre de notre stock d'aluminium, nous n'aurions pas à nous soucier de ce 0,015 "(0,4 mm) harcelant qu'un côté est plus court que l'autre - tout fonctionnera symétrique par conception.

Le Tormach a une pointe de sonde de distance 3D, ce qui est probablement la chose la plus cool que j'ai vue. Vous le placez dans la machine et il mesure dans les axes X, Y et Z. Cela a rendu la recherche de la largeur et de la hauteur exactes de la pièce dans toutes les dimensions un jeu d'enfant, et a permis à Dan de dire à la machine où se trouvait la surface supérieure du centre de notre pièce. Jusque-là, tout était 100% manuel, mais maintenant que la machine est orientée, la CNC peut aider.

En changeant le premier outil de coupe, a-t-il juste appuyé sur play ? Eh bien, un peu. Le Tormach dispose de commandes de vitesse individuelles pour la vitesse de coupe et la vitesse de déplacement. La première chose à faire était de revérifier notre réglage du zéro en déplaçant la fraiseuse jusqu'à la pièce à usiner à une vitesse de déplacement d'environ 10 % et avec la vitesse d'avance de coupe réglée sur 0 %. Cela nous a permis de vérifier que le moulin s'est arrêté exactement là où il le fallait. S'il avait fait une erreur, cela aurait pu entraîner le broyeur dans le métal à une profondeur dangereuse ou à une vitesse d'alimentation insensée, cassant des morceaux ou pire. Les contrôles de santé mentale comme celui-ci sont essentiels.

Il a ensuite augmenté lentement la vitesse d'avance de coupe; rappelez-vous qu'il avait réglé la vitesse d'alimentation trop élevée intentionnellement pendant l'étape CAM. Nous avons regardé la fraise descendre en spirale jusqu'à la bonne profondeur de coupe, puis commencer sur son modèle. Il a lentement augmenté l'alimentation jusqu'à ce qu'elle se déplace à un rythme décent. Combien de matière doit-il prélever par seconde ? Tout comme avec un moulin manuel, c'est une question d'expérience. Il a écouté la machine, a regardé les copeaux s'envoler et a vérifié la qualité de la coupe tout au long. CNC entièrement automatique ? L'opposé.

La passe d'ébauche s'est faite en un tour de main et nous avons changé l'outil pour la fraise de détail. Encore une fois, nous avons répété la même procédure en ajustant lentement l'outil jusqu'à la surface de l'aluminium. Est-ce qu'il s'est arrêté là où il était censé s'arrêter ? La tête d'outil a-t-elle la longueur que la machine pense qu'elle a ? Affirmatif pour les deux, mais c'est une bonne contre-vérification. Dan a ensuite lentement ramené la machine à la vitesse de fonctionnement.

Regarder le moulin faire son travail est fascinant, comme le savent tous ceux qui possèdent une imprimante 3D, et j'ai fini par regarder des copeaux d'aluminium voler alors que j'aurais pu être dehors en train de boire du café. Mais ces quinze minutes de pleine automatisation se sont terminées trop tôt. Un autre changement d'outil, pour le chanfreinage, et encore quelques minutes de temps de machine et le presse-papier Jolly était terminé. Les tourbillons du centre des flûtes du moulin le font presque ressembler à un crâne de sucre. C'était glorieux !

Bien sûr, la clé en aluminium était un projet ponctuel rapide et sale. Si nous les produisions par multiples, nous noterions les vitesses d'alimentation idéales et ignorerions peut-être le jog-wheeling manuel pour les prochaines itérations. Mais dans l'ensemble, une implication et un jugement assez importants de l'opérateur ont été impliqués pendant 60% du temps. Planifier le travail, ajuster le stock et même guider la machine à travers les étapes qu'elle « connaissait » déjà nécessitait un opérateur qui connaît l'usinage d'un point de vue manuel et qui pourrait réfléchir aux prochaines étapes tout en planifiant le présent.

Alors que les métallurgistes traditionnels peuvent se réveiller au milieu de la nuit en transpirant des balles sur les robots qui leur prennent du travail, et peut-être que c'est vrai dans la production de masse, ce n'est certainement pas le cas pour quelqu'un qui n'a jamais eu d'expérience dans le travail des métaux peut simplement marcher jusqu'à l'une de ces merveilles CNC, lui donner une image et appuyer sur play. Après avoir vu Dan et le Tormach me couper une clé à molette, je dirais qu'apprendre les ficelles du métier sur une fraiseuse manuelle n'est pas suffisant pour devenir un maître de la CNC, mais c'est absolument nécessaire.

Mais je ne suis qu'un noob du fraisage CNC. Que dites-vous? Quelle part de vos astuces de travail manuel des métaux transfère dans le monde de la CNC ?

Merci beaucoup à Dan et à tout le monde au Design Lab pour votre hospitalité !