Выбор режущих ножей для планшетного режущего плоттера
Данная инструкция рассказывает об основных критериях и особенностях выбора. Цель инструкции – сформировать правильное мышление и понимание нюансов работы плоттерных лезвий. Это упростит поиски и подбор подходящего лезвия. В каждом конкретном случае, для достижения максимального результата, к выбору стоит подойти индивидуально, проведя некоторое количество тестов с анализом резки (инженер-технолог не должен оставаться без работы!!!).
Несмотря на первоначально кажущуюся простоту, лезвие осциллирующего ножа является технологически сложным изделием. Форма ножа, углы заточки, длина лезвия – величины которые достаточно длительно подбирались производителями в ходе расчетов и экспериментов не один год. Благодаря развитию индустрии в последние десятилетия на рынке имеется огромный ассортимент лезвий для обработки различных материалов и решения производственных задач. С одной стороны, большой ассортимент позволяет подобрать лезвие нужного типа с необходимыми характеристиками под конкретные задачи. С другой наличие большого ассортимента, в сочетании с малым количеством информации о том или ином режущем приспособлении, загоняет в тупик любого производственного технолога, в тот момент, когда требуется подобрать режимы, режущий инструмент и отладить технологический процесс. Ситуация усложняется возможностью обработки огромного количества материалов с различными механическими свойствами.
Лучшим методом, позволяющим подобрать наиболее подходящий режущий инструмент для тех или иных видов работ является проведение тестовых резок. В ходе тестов можно выяснить оптимальную скорость резки, оптимальный тип режущего ножа, оценить итоговое качество конечной обработки материала. При длительных тестах можно оценить рабочий ресурс конкретного ножа при заданных условиях (толщина и тип материала, скорость обработки). Тестирование, подбор и исследование режимов несколько трудозатратное занятие. Ниже будут даны некоторые советы и рекомендации по подбору режимов и режущего инструмента.
Давать конкретные рекомендации по резке того или иного материала, с данными о инструменте, скорости подачи, рабочем ресурсе ножа достаточно затруднительно. Простой пример – обработка картона. Можно с легкостью насчитать более 50 видов этого материала. Каждый тип картона отличается плотностью, строением, типом используемого сырья, не говоря уже о толщине. Каждый из этих типов картона требует индивидуального подхода к процессу обработки. Но плоттерная обработка не ограничивается одним лишь картоном. Пленка различных видов и толщины, кожа, ткани, композитные материалы далеко не полный перечень материалов, имеющих разный подход к процессу резки.
Краткая теория
Большинство лезвий ножей для резки изготавливаются из карбида вольфрама. Характеристиками, определяющими свойства резки, являются:
-длина лезвия
-толщина лезвия
-форма заточки лезвия
-углы заточки
Конструкция любого ножа — это сочетание компромиссов. С точки зрения чистоты обработки материала и нагрузки на обрабатывающую систему предпочтительно использование тонких ножей с острым углом заточки. Однако такие ножи являются хрупкими, достаточно быстро тупятся и ломаются. Ножи большей толщины с бОльшими углами заточки более стабильны в работе, однако сильней нагружают обрабатывающую систему, и имеют несколько худшее качество реза. От угла заточки и формы лезвия зависит минимально возможная детализация при обработке. Лезвия меньших размеров позволяют вести обработку более мелких деталей.
Угол клина α совместно с толщиной h определяют остроту ножа. Чем меньше значение угла α, тем более острым является нож, и тем меньшее усилие требуется приложить для резки материала.
Большинство лезвий плоттерных ножей стандартизировано, лезвия толщиной 0,64мм, 1мм и 1,5мм являются наиболее часто используемыми. От толщины h зависит прочность и механическая устойчивость при обработке. Более «толстый» нож сложнее сломать. Однако более толстый нож создает большее сопротивление процессу резки и сильнее деформирует материал, что может сказаться на качестве реза.
Начнем с лезвий для планшетного плоттера самой простой формы:
Плоттерные ножи простой формы описывают 6 основных величин:
La – полная длина лезвия
Lc – высота режущей кромки
С – ширина лезвия
h – толщина лезвия
α – угол «клина» лезвия
β – основной угол заточки
Т. к. любое лезвие это сочетание компромиссов – производители определили наиболее оптимальные варианты геометрии и заточки.
Рассмотрим детально каждый из параметров.
a) Полная длина плоттерного лезвия La – параметр лезвия, от которого зависит его жесткость и прочность. С увеличением общей длины лезвия уменьшается его жесткость и стабильность при поперечных нагрузках. Поперечные нагрузки на лезвие возникают при резке дуговых элементов и окружностей. Чем меньше радиус дуги, вдоль которой движется лезвие и выше скорость перемещения – тем большую нагрузку испытывает лезвие.
При подборе предпочтение следует отдавать плоттерным ножам с минимальным значением Lа, необходимым для выполнения работы.
b) Lc – высота режущей кромки. Является определяющим параметром при подборе лезвия под толщину материала.
Вычислить необходимую минимальную величину высоты режущей кромки под конкретную толщину материала можно по следующей формуле:
Lc >= Tm×k +Aosc
где:
Tm – толщина материала в мм
Aosc – амплитуда осцилляции лезвия (при работе осциллирующим ножом)
k – поправочный коэффициент.
Значение Aosc зависит от типа осциллирующего инструмента. Для плоттерного электрического осциллирующего ножа – Aosc=1..2мм, для пневматического осциллирующего ножа Aosc=5..8мм. Значения приблизительные.
k = 1,2 коэффициент запаса.
Часто производители для плоттерных лезвий простой формы указывают только угол заточки, и практически никогда не указывают максимальную высоту режущей кромки.
Формула зависимости Lc от угла заточки и ширины лезвия (C – ширина лезвия):
c) Ширина лезвия С – определяет жесткость в продольной плоскости, общую жесткость. Для большинства стандартных лезвий плоттера С=5,5 – 6,5мм.
d) Толщина лезвия h – определяет жесткость лезвия в поперечной плоскости. Так же от толщины лезвия зависит «насколько легко режется материал».
Стандартные величины толщины лезвий:
Для осциллирующего электрического ножа 0,63мм
Для осциллирующего пневматического ножа 1мм
Для пассивного тангенциального ножа 0,63/1/1,5мм
e) Угол клина лезвия α – величина определяющая «легкость резки», а так же то, насколько будет завален край при раскрое. В 99% случаев производитель не указывает данный угол, его величина составляет порядка 30град.
f) Угол β – важный угол влияющий на множество параметров.
От этого угла зависит качество реза, детализация резки, жесткость и износостойкость лезвия. Правильно подобранное лезвие по углу β это совокупность компромиссов. С точки зрения качества реза, срока службы предпочтение стоит отдавать лезвиям с максимально возможным углом β (более 30град.). С точки зрения получения максимально возможной детализации угол заточки желательно выбирать как можно ближе к 10-20град. Так же ограничение будет накладывать толщина материала (сочетание β и С). Для материалов толщиной более 2-4мм подойдет далеко не каждое лезвие из-за ограничений по высоте режущей кромки Lc.
В зависимости от марки и типа ножа, углов β может быть несколько. Угол β определяет характеристику входа ножа в материал, а так же усилие сопротивления резке. При обработке толстых материалов угол β определяет минимально возможную детализацию объектов резки.
Свойства, зависимые от угла β схожи со свойствами угла α. Более острая заточка по углу β снижает нагрузку на режущий механизм и обрабатываемый материал, но при этом нож становится более хрупким в работе.
Двойную заточку по углу β выполняют для обеспечения жесткости режущего кончика при малой ширине лезвия. К примеру угол β2 всегда выполняется более «тупым» по отношению к материалу, относительно угла β1, что увеличивает прочность режущего кончика ножа.
Кратко резюмируем рекомендации по выбору лезвий:
1) Длина лезвия L должна быть сопоставима с толщиной обрабатываемого материала. При резке тонких листовых материалов предпочтение стоит отдавать ножам с коротким лезвием.
2) Угол заточки лезвия подбирается в зависимости от плотности и механических свойств обрабатываемого материала. Для плотных материалов предпочтительно использовать лезвия с углом β стремящимся к 0 градусам. Для мягких материалов предпочтительно использовать лезвия с углом β стремящимся к 90 градусам.
3) Так же от угла заточки лезвия зависит детализация обработки. Чем больше угол β, тем более мелкие элементы при обработке возможно получить.
4) При обработке плотных композитных материалов предпочтение следует отдавать ножам со сложными видами заточки.
5) Скорость резки определяется опытным путем, от низких подач к более высоким. При оптимальной скорости работы:
- рез получается чистым и однородным.
-нож служит достаточно долго и не ломается.
-скорость обработки материала является приемлемой
-отсутствует «утягивание» материала из зоны реза.
О перерезании
При отладке процесса резки материала обязательно необходимо учитывать геометрические данные используемого лезвия. Особенно это важно при обработке толстых материалов, при условии последующих требований к высокой детализации и качеству резки. Точки окончания резки в верхней и нижней части материала будут отличаться. Это различие обусловлено наличием углов β.
Предварительное подрезание X1 относится к расстоянию между центром лезвия (его осью вращения) и точкой входа режущей кромки в материал в направлении движения. Подрезание X2 – это расстояние между осью вращения и последней точкой контакта между кромкой лезвия и материалом.
Основные виды лезвий для планшетного режущего плоттера и их особенности. Артефакты резки планшетного плоттера.
Проще всего рассказывать про разные лезвия – рассуждая об их преимуществах и недостатках. Запомните простую истину, любое лезвие – не идеально и в 99% случаев это набор компромиссов.
При резке и раскрое материала на планшетном режущем плоттере всегда будут оставаться следы и артефакты. Одной из главных задач при подборе лезвий и режимов работы является сведение артефактов резки к необходимому технологическому минимуму.
Самым распространенным видом артефакта, оставляемым лезвием, является «перерез» или «засечки» на материале. Этот артефакт связан с особенностью строения «тела» лезвия. Суть данного явления заключается в том, что кончик лезвия (точка «b» на рисунке) и точка «a» (режущая кромка на поверхности материала) в процессе резки проходят разные расстояния. Величина перереза зависит от угла β и толщины материала:
Допустим, требуется вырезать прямоугольный элемент в раскрое. В верхней части материала это будет выглядеть следующим образом:
В нижней части рез будет таким:
Очевидно, что лезвие с более острым углом заточки β, будет оставлять меньшую величину перереза. Сравните наглядно два разных лезвия на рисунке:
Левое лезвие планшетного плоттера имеет более острый угол β относительно правого
Одним из простых и очевидных решений проблемы является использование лезвий с максимально острым углом β. Но с уменьшением угла β значительно снижается жесткость и прочность лезвия. Для сохранения жесткости лезвия и возможности раскроя материалов толщиной более 10мм были разработаны лезвия с двойной заточкой:
Такое лезвие имеет дополнительный «более тупой» заточки угол β2. Это позволяет лезвию сохранять жесткость режущего кончика, хорошо заходить в твердый материал и при этом иметь меньший, относительно «классических» лезвий «перерез». Лезвия с подобной заточкой выпускаются длиной до 100мм. При подборе подобных лезвий следует помнить о величине La и отдавать предпочтение максимально коротким лезвиям, которые подходят для конкретного раскроя.
Следующий вид двойной заточки показан на рисунке:
При такой заточке мы распределяем величину «перереза» на две стороны (обратите внимание на красную ось относительно кончика). За счет того, что общий угол заточки является суммой углов β1 и β3 увеличивается общая жесткость лезвия. Такое решение обычно применяют для коротких лезвий с углом заточки 16-26 градусов. Обращаем внимание, что при такой заточке смещается точка входа лезвия в материал, т. к. острие не лежит в плоскости вращения лезвия!!! Потребуется дополнительная программная коррекция, настраиваемая в ПО планшетного плоттера.
Посадочное место режущей оснастки имеет ограничения по ширине лезвия «С». На практике, в большинстве случаев возможна установка лезвий шириной не более 6мм. Для увеличения высоты режущей кромки и сохранения большой величины угла β были разработаны лезвия следующей формы:
Обратите внимание на красную линию – это ось вращения лезвия. Такое лезвие, как и предыдущее, будет несколько хуже работать с малыми элементами раскроя, по сравнению с классическими. Однако в большинстве случаев подобная заточка дает повышенную прочность лезвию на кончике, как следствие больший ресурс и лучшее качество реза. Как и с предыдущим лезвием, обращаем внимание, что при такой заточке смещается точка входа лезвия в материал, т. к. острие не лежит в плоскости вращения лезвия!!! Потребуется дополнительная программная коррекция, настраиваемая в ПО планшетного плоттера/
Еще одним часто используемым видом заточки является следующий вариант:
Такое лезвие имеет симметричную заточку на обе стороны, относительно оси поворота (угол β увеличивается в два раза, по сравнению с классической заточкой, при той же самой высоте режущей кромки и величине перереза). Данный тип лезвий используется в тангенциальных ножах без осцилляции со специальным посадочным местом, ввиду особенности заточки. Подобная заточка позволяет максимально повысить жесткость для раскроя прочных и твердых материалов. Еще одним преимуществом такого лезвия является возможность раскроя в двух направлениях либо использование сначала одной грани, затем другой.
Величина перереза такого лезвия распределяется равномерно на обе стороны, как показано на рисунке:
Следующим видом артефакта, характерным при использовании осциллирующего инструмента (особенно пневматического ножа, из-за большой амплитуды осцилляции) является неполное прорезание материала на средних и высоких скоростях. Выглядит это как штрихпунктирная линия на нижнем слое раскраиваемого материала:
Связано это с тем, что при работе осциллирующего инструмента имеются два положения осцилляции, а сам инструмент движется поступательно в направлении раскроя:
Траектория линии реза при этом будет иметь вид (вид сбоку, траектория близка к синусоиде):
продолжение следует...
Подбор лезвий под задачи
| Пвх ткань, тентовая ткань, тонкий картон, бумага, самоклеющаяся пленка, тонкая кожа (до 1мм) и пр. Резка в один слой. Тонкие материалы до 1мм. | |
| Используйте тангенциальный нож без осцилляции. Лезвия стандартного типа толщинами 0,63 и 1мм, угол заточки β=30 – 45 град. В некоторых случаях для повышения стабильности используйте прижимной колпак (башмак) в качестве насадки на тангенциальный нож. |  |
| Гофрированный картон до 6мм | |
|
Используйте тангенциальный электрический осциллирующий нож. Лезвия стандартного типа толщиной 0,63 β=20 – 30 град (в зависимости от плотности картона, толщины и требуемой детализации). |
 |
| Плотная резина, вспененный ПВХ пластик, паронит, плотный картон, некоторые виды пластика, поликарбонат. Толщина до 8-10мм. | |
| Используйте тангенциальный нож без осцилляции. Предпочтение стоит отдавать жестким лезвиям 1 и 1,5мм, V-образным лезвиям с двойной заточкой. Хороший стабильный результат даст резка в несколько проходов с постепенным погружением лезвия в материал. |  |
| Плотная кожа, толщиной 1-2мм | |
| Используйте осциллирующий электрический нож и короткие лезвия с плоским кончиком, если обработка не требует высокой детализации |  |
| Эва коврики, вспененная резина до 10мм, гофрокартон до 10мм | |
| Используйте осциллирующий электрический нож и короткие лезвия с острой двойной заточкой. β=16-26град |  |
| Вспененная резина, Эва, прочие вспененные материалы, войлок, ткани в несколько слоев, толщина настила более 10мм | |
| Используйте пневматический осциллирующий нож и лезвия с двойным углом заточки. Подбирайте лезвия исходя из требуемой толщины раскроя. Хороший результат дадут лезвия со скругленным кончиком типа J304, а так же лезвия с плоским кончиком. |   |
продолжение следует...
Реальная скорость резки и её связь с максимально возможным перемещением. 1200мм/сек миф или реальность
выбор инструмента для планшетного режущего плоттера
Сферы применения плоттера планшетного режущего
Режущий плоттер для фигурной резки поролона
Планшетный режущий плоттер для изготовления гофротары
Планшетный режущий плоттер для изготовления ковриков ЭВА
Автоматическое раскройное оборудование для ткани
планшетный режущий плоттер Моделист-X-PLT для изготовления гофротары, изготовление коробки ООО "РВЗ"