giovedì 28 aprile 2016

Come fresare in 3D con il quarto asse rotativo

Molti continuano a scrivermi chiedendomi come poter fare lavorazioni in 3D con in quarto asse per cui ho deciso a scrivere questo breve articolo illustrando quali sono i principi di lavoro, i limiti, i requisiti e le potenzialità.

Premetto che per tutte le lavorazioni di fresatura utilizzo software Vectric, non perchè ne ho un qualche ritorno, perchè credo sia una buona suite di strumenti.

Il software che si utilizzerò in questo articolo è Aspire.



I requisiti principali per fare questo tipo di lavorazione 3D a tutto tondo sono:

  • Quarto asse rotativo
  • Modello 3D dettagliato dell'oggetto da realizzare (possibilmente .STL)
  • Frese con gambo lungo.
Molti credono che da una foto sia possibile ricavare una fresatura in 3D, questo è vero in parte perchè da una foto bidimensionale sarà solo possibile ricavare una fresatura in 3D con effetto basso rilievo e non di più. 
Nel nostro caso serve una vista a 360° che da una foto è impossibile ottenere
Aggiungo che esistono dei software che riescono a ricavare un modello 3D partendo da una serie di scatti fatti attorno all'oggetto ma la precisione del modello finale non è affidabile come una vera e propria scansione 3D, se volete avere un'idea potete provare questo: 123D Catch

Attenzione anche al discorso frese perchè se deciderete di realizzare un pezzo la cui fresa non è lunga abbastanza da raggiungere le parti più profonde vi ritroverete a buttare via ore di lavoro perchè il mandrino andrà in collisione con il pezzo; accertatevi di avere frese di lunghezza sufficiente.

Riguardo al quarto asse consiglio di dotarvi di una contropunta  per rendere più stabile il pezzo.
Inizialmente io non avevo alcuna contropunta e tentavo di fresare ugualmente ma quando la fresa affondava dell'estremità più lontana notavo che i pezzo fletteva e in alcuni casi mi si è anche rotto.

Così mi sono deciso a costruire una contropunta ed ho subito notato un grosso miglioramento riuscendo a realizzare oggetti prima impensabili come questo qui sotto.


Fatte queste dovute premesse vediamo quali sono i passaggi da eseguire per ottenere il gcode necessario per la fresatura con il quarto asse rotativo.

Come prima cosa rimediate un modello 3D di una testa o di un oggetto, io solitamente li cerco su grabcad.com.


Setup iniziale

Aprite Aspire e la prima cosa da fare è fare il settaggio iniziale specificando le dimensioni del cilindro da fresare.



Le impostazioni che ho evidenziato sono riferite al quarto asse il cui senso di rotazione è lungo l'asse X diversamente identificato su Mach3 come asse A.

Importazione del modello 3D

Dopo aver confermato il setup è possibile importare il modello 3D in Aspire seguendo la procedura qui sotto.




Orientamento del modello

Dopo aver importato il modello 3D non è detta che le sue origini siano compatibili con quelli di fresatura per cui in alcuni casi può essere necessario orientare il nostro modello 3D e dimensionarlo affinché sia contenuto nel pezzo da fresare.
Inizialmente è una procedimento poco intuitivo, io c'ho perso delle serate prima di capirne il funzionamento.



Wrapping

La tecnica con cui lavora Aspire è quella del wrapping o meglio il modello 3D viene letteralmente "srotolato" lungo la circonferenza del pezzo.
Dopo aver orientato e dimensionato il modello cliccando su OK il programma chiede se si può procedere con l'unwrappig (srotolamento).

Cliccando su SI ritroveremo il nostro modello "spalmato" lungo l'area di lavoro sulla quale poi andremo ad applicare i percorsi utensile di sgrossatura e finitura.




Per vedere il risultato finale o meglio per riavvolgere il modello basterà andare nel menu:

Toolpaths -> Toolpath Drawing -> Wrap Y

se il modello si ricompone perfettamente allora tutti i passaggi sono stati fatti correttamente.



Percorso utensile (sgrossatura)

Dal menu laterale destro titolato "Toolpath" è possibile selezionare i vari tipi di lavorazioni, nel nostro caso dobbiamo procedere con la prima passata di sgrossatura per cui è necessario cliccare sull'icona evidenziata.


Se vi compare questo messaggio significa che il software prima di calcolare i percorsi vuole che il modello sia "srotolato" e quindi cliccate SI.


A questo punto vi verrà chiesto di fare il setup del materiale impostandone lo spessore e il parametro per la posizione del modello rispetto allo zero.



Infine viene chiesto di selezionare la fresa per la sgrossatura e a seconda delle dimensioni del pezzo da realizzare sarà opportuno scegliere quella più adatta e soprattutto di una lunghezza adeguata.

Scelta la fresa, la velocità di avanzamento, il numero dei giri e la profondità di passata basta cliccare sul tasto "Calculate"; il programma inizierà a calcolare il percorso utensile.


Quando il percorso utensile è stato calcolato sarà possibile vedere in anteprima il risultato della lavorazione di sgrossatura clicca su "Preview Toolpath"


Questo è il risultato della sgrossatura... solo che nella realta il pezzo da lavorare è cilindrico per cui per vederlo finito bisogna riattivare l'opzione di arrotolamento (wrapping)


Risultato filale della sgrossatura.


Percorso utensile (finitura)

Il procedimento è identico a quello precedente con la differenza che il tasto per la lavorazione di finitura è quello di fianco e che i parametri di taglio dovranno essere differenti.


Per la finitura ho selezionato un utensile da 2mm di diametro con una risoluzione di 1 decimo di mm per ottenere una superficie molto liscia.


cliccando su "Calculate" apparirà tutta una serie di linee blu molto fitte che rappresentano il percorso di finitura.



Cliccando su "Preview Toolpath" sarà possibile vedere la lavorazione finale, poi attivando l'opzione di wrapping si avrà il lavoro completo.






Salvataggio del GCode

Per generare il Gcode e salvarlo su file basta cliccare sull'icona del dischetto selezionata


La cosa veramente importante è di non dimenticarsi di selezionare il giusto post-processor.
Per questo tipo di lavorazione è necessario selezionare Mach3WrapY2A(mm).


Dal momento che gli utensili utilizzati sono 2 diversi bisognerà salvare 2 file gcode, uno per l'utensile di sgrossatura ed uno per quello di finitura.


Dopo aver cliccato sul tasto "Save Toolpath to file" apparirà una maschera per impostare lo zero pezzo ed il diametro.
Inizialmente se ricordate avevo impostato un diametro pezzo di 40mm e se nella case  sotto viene specificato che il modello verrà wrappato di 360° significa che tutti i procedimenti sono stati fatti correttamente.

Per comodità io imposto lo zero pezzo sulla superficie del cilindro.



 Ora non vi resta altro che accendere la vostra CNC.

Queste sono alcune fasi delle lavorazioni che ho fatto con Aspire.










un altra lavorazione in 3D di Elsa di Frozen







grazie per la lettura



giovedì 14 aprile 2016

Vi presento la Raptor 5

Tanta fatica quanta soddisfazione...

Dopo mesi di studio e lavoro il progetto di realizzare una CNC completamente in ferro è giunto al termine e credo anche con un discreto successo.

Già dalla prima idea del progetto mi ronzava per la testa un nome che poi si è consolidato sempre di più.


Perchè Raptor 5? 

Gli ingranaggi, le cremagliere (Rack & Pinion), il rumore che fa e l'aggressività che ha dimostrato nei test mi ha ricordato un predatore, un rapace cosi l'ho battezzata Raptor 5.

Perchè il numero 5? perchè è la quinta cnc che realizzo, perchè è ha 5 motori a bordo e perchè è l'orario in cui mi alzo tutte le mattine per costruirla.

Per il logo non nascondo che mi sono ispirato a quello della Ford Raptor opportunamente cambiato e riadattato.


Elenco qui sotto un riepilogo di tutte le fasi di lavoro.


Inizio lavori


Giovedì 24 Dicembre 2015 ho dato inizio ai lavori di costruzione della CNC assemblando i tubolari precedentemente ordinati dal fabbro.

Saldatura del basamento


Il basamento è la prima cosa che ho costruito cercando di rispettare il più possibile gli squadri misurando le diagonali e saldando in contrapposto per minimizzare le deformazioni.

Basamento completo


Il basamento è completo e viene dotato di piastre sulle quali sono avvitati dei piedini regolabili per mettere in bolla tutta la struttura.

Preparazione delle spalle del basamento


Un volta completato il basamento vengono installate le spalle che sorreggeranno i due carrelli del ponte.

Supporti mobili per i motori Nema 34


Ai carrelli vengono installati i supporti mobili per i motori per consentire loro di avere un accoppiamento elastico tra pignone e cremagliera grazie all'applicazione di una grossa molla.

Risoluzione problema di deformazione da saldatura


Primo problema di deformazione da saldatura risolto scaldando i pezzi e deformandoli fino a riportarli in squadro.

Dimensionamento pignoni, cremagliere e acquisto asse Z


Dimensionamento dei pignoni, delle cremagliere, calcoli e acquisto dell'asse Z.

Montaggio cremagliere


Le cremagliere vengono installate sulle spalle con un sistema ad asole per consentire una migliore regolazione del parallelismo con la guida.

Assemblaggio del ponte


Il ponte viene assemblato saldando altri tubolari alle piastre precedentemente tagliate al laser.

Box elettronica, brandeggio motori e primo test


Preparo il box per contenere tutta l'elettronica, Alimentatori, Driver, scheda DB25 e successivamente installo il sistema di brandeggio dei motori con molla.

Cablaggi e prima configurazione di Mach3


Illustro come ho cablato l'elettronica dal PC fino ai motori e inizio la prima configurazione di Mach3.

Elettromandrino


Installazione dell'elettromandrino con inverter Huanyang da 2.2Kw

Bracci di supporto per elettronica, monitor e tastiera


Realizzati dei bracci snodabili per il supporto del pannello dei comandi elettrici, monitor e tastiera

Collegamento inverter Huanyang + catene passacavi


Collegamento elettrico dell'elettromandrino all'inverter e  comunicazione via porta seria RS485 con Mach3

Prima accensione e prime soddisfazioni


Primo test di lavorazione e analisi del comportamento della macchina.

Montaggio finecorsa e gestione disturbi elettrici


Montaggio di accessori come i finecorsa e risoluzione dei problemi relativi ai disturbi elettrici causati dall'inverter.

Piano di fresatura e preparazione alla verniciatura


Preparazione del piano di fresatura utilizzando doghe per pavimenti da esterno e successivamente spianate per avere la massima planarità del piano.
Smontaggio completo della cnc per la fase di verniciatura.

Quarto asse rotativo


Il quarto asse: un accessorio che non poteva mancare.
Viene montato alla periferia con un sistema a cerniera che permette di abbassarlo ed avere sempre il piano di fresatura libero.

Verniciatura


Fase di verniciatura della cnc, smontaggio, lavaggio dei pezzi, antiruggine e vernice.

Rimontaggio e messa in funzione


Tutte le fasi di montaggio in un video in Timelapse.

Un utile accessorio


Installazione di un anello di led per illuminare l'area di fresatura.

Sistema pneumatico per serraggio pezzi (clamping system)




Realizzazione di alcuni dispositivi per il serraggio pneumatico dei pezzi da fresare o meglio conosciuto con il termine clamping

Impianto pneumatico 




E infine l'impianto pneumatico per pilotare i pistoni ed un sistema di refrigerazione fresa tramite nebulizzazione







Per chi fosse interessato il progetto completo della mia Raptor5 lo potrà trovare in questa pagina.

Grazie per la lettura
alla prossima