计算机控制加工

小组作业

测试你机器的跳动手（run-out）对中、转速、进给和刀路

个人作业

在 CNC 上做点大东西。

学习成果：

展示面向 CNC 生产的 2D 设计流程
描述 CNC 生产的工作流程

你是否：

解释了你如何制作加工用的文件（2D 或 3D）
展示了你如何做出一个大东西（设置机器、使用固定件、测试接合、调整进给和转速、切削深度等）
描述了问题以及你如何解决它们
附上了你的设计文件以及最终物件的“主视觉”照片

使用的工具

自制的大型 CNC（2x3 米）

使用的软件

小组作业：
测试你机器的跳动手（run-out）对中、转速、进给和刀路。去看小组作业页面
引言：

我要设计和切割一张给树屋用的桌子。我的工作基于 FabFarm 志愿者 Anaig 画的一张桌子草图。
桌子渲染图。

桌子完成了。
规格
- 材料：桦木胶合板
- 使用的铣刀：3.175 菱形刀
为了制造这张桌子，我首先会使用多个 CAD 和 CAM 软件。我先用 SolidWorks 开始设计，然后转到 Fusion 360 创建狗骨头倒角，接着用导出的 .dxf 文件转到 ArtCAM 创建 CAM 文件。下面来看这些步骤：
1. 我先扫描了 Anaig 的草图。
  Anaig 的草图
  
  Anaig 的草图
2. 在 SolidWorks 里，我新建了一个草图，然后去了 Tools >> Sketch Tools >> Sketch Picture。
3. 接着，我按下面的方式缩放图片：
  1. 点击标尺并把它拖到一个已知尺寸上
  2. 把标尺的尖端拖到图片上已知尺寸的边界
  3. 输入图片已知尺寸的数值
  4. 确认输入。
  这个过程确保图片有正确的比例和对齐。
4. 从那里开始，我做了拉伸，并对每个零件重复上面的步骤，然后创建了桌子的装配体。
5. 对设计满意后，我接着在 Fusion 360 里创建狗骨头倒角。用的插件叫什么呢？猜猜看，Dog-bone！
  
  在 Windows 上，只需要把 Dog-bone 加载项放到文件夹 "~/AppData/Roaming/Autodesk/Autodesk Fusion 360/API/AddIns/" 下它自己的目录里，它就会在每次 Fusion 启动时自动启动。
6. 要把狗骨头倒角应用到 SolidWorks 做的设计上，我首先把设计导入 Fusion 360，然后用 Ctrl+C 复制实体。
7. 接着，我创建了一个新设计：
  1. 点击加号
  2. 右键点击工作区
  3. 点击 "Paste New"
8. 这会自动打开一个对话框，我只点了 OK。
9. 最后一步是使用 Dog-bone 加载项本身。
  1. 点击主页图标
  2. 选择视图
  3. 点击 Dog-bone 加载项图标
  4. 点击面选择器
  5. 点击你想添加狗骨头倒角的面
  6. 填写狗骨头倒角的尺寸；在我的例子里是 3.175 mm 或 0.125 英寸，也就是我要用的铣刀尺寸
  7. 选择狗骨头倒角的样式
  8. 按 OK。
10. 结果是同时创建了好几个狗骨头倒角。非常实用。
11. 我需要从 Fusion 360 导出一个 .dxf，才能在 ArtCAM 里创建 CAM 文件。
  1. 点击表面
  2. 点击 "Create Sketch"
12. 点击 "Finish Sketch"。
13. 1. 右键点击草图
  2. 点击 "Save as DXF"
14. 最后，选一个名字并保存，我就可以转到 ArtCAM 了。
15. 打开 Autodesk ArtCAM，然后：
  1. 点击 "New Model"
  2. 选择毛坯尺寸
  3. 选择单位
  4. 点击 OK
16. 接着导入之前创建的矢量：
  1. 点击 "Vector"
  2. 点击 "Import"
  3. 选择文件
  4. 按 "Open"
17. 前面的步骤会显示导入预览；然后：
  1. 确认单位
  2. 选择 "Automatically rejoin vectors"
  3. 按 OK
18. 按需要重复上面的步骤，导入所有你想为其创建 CAM 的矢量。
19. 我把所有矢量偏移了 0.1 mm，以补偿我那台 CNC 的误差。这样可以获得更高的公差。
20. 接着，我有时喜欢整理一下矢量，尽量少浪费毛坯。这可以用排样（nesting）工具自动完成：
  1. 在矢量菜单里点击 "Nest"；这会打开一个对话框
  2. 这里可以指定要用的铣刀；在我的例子里是 3.175
  3. 还要指定允许软件旋转零件的角度增量；在我的例子里，我选了 45 度。
21. 我喜欢把矢量组织到图层里；在这个例子里，我会创建一个外侧图层和一个内侧图层，这样创建刀路会更容易。
  1. 取消矢量编组后，先选择你想要的矢量；在我的例子里，我选了要沿外侧切割的矢量
  2. 点击 "Move Vectors To"
  3. 新建图层或选择之前创建的图层。
22. 在这里，我把图层重命名为 "Outside" 和 "Inside"。
23. 在接下来的步骤里，我们创建刀路：
  1. 在菜单里点击 "Tool-path"
  2. 点击 "New 2D Tool-path"
  3. 点击 "Profile"
24. 因为我们已经把矢量分到不同图层了，现在这就能派上用场。
  1. 选择 "Inside Operation"
  2. 选择内侧图层
  3. 选择深度；在我的例子里，毛坯是 19 mm
  4. 在 "Profiling Tool" 下点击 "Click to Select"；这会打开一个对话框，让你选择要用的铣刀。
  5. 选择刀具；在我的例子里，我选了一把 3.175 菱形铣刀
  6. 点击 "Select"
  7. 然后你可以添加要用的斜坡类型；我想试试平滑的那种。
25. 下一步是完成刀路；向下滚动显示更多选项，然后：
  1. 选择材料厚度；在我的例子里是 19 mm
  2. 定义材料 Z 零点；我喜欢把它定义在毛坯顶部
  3. 确认底部偏移，应该是 19 mm
  4. 点击 OK
  5. 对每个刀路重复同样的步骤
26. 现在我们保存刀路；先点击蓝色的软盘图标；这会打开一个对话框。
  1. 然后你可以查看之前创建的刀路：
  2. 把刀路移到右边的窗口，把它们包含在一个文件里
  3. 这里你可以确认右侧的所有文件
  4. 选择文件夹位置
  5. 在这里选择要用的后处理器；在我的例子里，我选了 Mach3 后处理器。
  6. 点击 "Save"。
27. 我差点忘了一件事：在 G-code 里创建孔。我的做法是在作业的各个部分，在刀路经过的地方周围放这些圆，以便之后用螺丝把毛坯固定到床面上。好处是我确定刀路不会撞到毛坯的固定件，在这个例子里就是螺丝。
现在用 Mach3 在 Windows XP 上把它做出来 :-)，用的就是我在 Fab Academy 期间造的那台 CNC。虽然它能用，我决定不把它作为最终项目来记录，但那是另一个故事了。
1. 打开 Mach3 后：
  1. 点击 "File"
  2. 然后点击 "Load G-code"
2. 选择你的 G-code 文件并打开。
3. 前面的步骤会加载 G-code。
  1. G-code 会显示在左边的窗口
  2. 接着，我喜欢点 "Jog Follow"；它可以让你看到刀具相对 G-code 的位置。这样你就能在真正运行代码之前安全地检查和模拟路径。用方向键沿 X 和 Y 轴移动，用 PgUp 和 PgDn 移动 Z 轴。
  3. 当你位于毛坯上想设为 0,0,0 的位置时，点 "Zero X, Y, and Z"，它会把软零点设到刀具移动到的位置。
4. 我开始作业时先把毛坯固定好。为此，我让 CNC 用这个 zip 文件里的 G-code "holes.tap" 在设计周围钻孔。
  为把毛坯用螺丝固定到牺牲床面上而钻的孔。
5. 这里你可以看到毛坯被螺丝固定。我喜欢用 Torx 螺丝；它们可以重复使用好几次，而且一直很可靠。谢谢 FabLab Nomads 的 Jarek 给的提示。
6. 孔钻好、毛坯固定牢之后，就开始切割内部孔。
7. 内部切割完成后，再进行外部切割。所有切割的下刀量（step-down）都是 4 mm。
8. 我觉得对这块桦木胶合板来说，切割质量相当好。狗骨头倒角清晰可见，稍微做点收尾，零件就可以组装了。
9. 这里你可以看到质量控制；一支四人小队，包括我，正在锉指接榫（finger joints），让它们能顺滑地互相接合。
10. 这里我用一台偏心砂光机。我先用 100 目砂纸，然后换到 220，再到 500。之后，我喷了一点水让纤维立起来，再打磨一遍，然后涂上混合了异丙醇的蜂蜡。（后来补注：异丙醇几乎溶解不了蜂蜡；糊状蜡通常用松节油或矿物油精制作。）
11. 这里我测试装配；一切都合适。我把零件装上，然后用白色橡胶锤敲着把它们拆下来。
12. 现在，所有零件都打磨并上蜡了，我把它们一个个拼起来。
13. 这里你可以看到这个指接榫很紧的公差。为了进一步减小缝隙，我用胶水和打磨表面时产生的锯末混合。
14. 曲线的细节。
15. 圆角侧面的另一个细节。圆角是用雕刻机（router）手工做的。
16. 然后，大功告成，最终成果！

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