通用型CNC真空工作檯

五月 19, 2015
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當你有一臺CNC雕刻機,應該很了解這個困擾:如果用夾子或螺絲固定加工件,結束之後,還要把凸出來的地方裁掉或磨平。這裡將要介紹的真空下壓系統可以徹底解決這些問題,只要將加工件放到工作檯上,打開真空馬達。這個時候,工作檯上的每一平方英吋可都有著好幾千磅的力道吸住加工件呢!

工作檯表面:底板、增壓板與通孔板

傳統的真空下壓系統需要裁切一塊特殊的真空模板,才有辦法將加工件壓緊。而這款通用型真空系統不管你的加工件怎麼擺都行,雖然並不是完全密合,而且需要使用較大的氣流才有辦法壓緊,但是整體使用起來的便利性也提高了。

然而這一套通用型真空系統還是有一些安裝限制,如果零件過小又加上較多的裁切設計,可能會因為表面積不夠而無法維持吸力,雖然標榜通用,但還是有些專題不適合啦。

這套通用真空工作檯的表面由三層板子膠合而成。第一層是底板,使用螺栓鎖於CNC框架上並連接真空管;第二層是增壓板,網狀的氣流通道,可使吸力遍佈整個檯面;最後一層是通孔板,板子上的孔洞,可讓空氣直接通過。
通常,底板和增壓板可以用中密度的纖維板(MDF)來做,這種材料的價錢便宜且種類繁多見(你也可以用ABS和PVC這類高密度塑膠材料來做)。不過,中密度纖維板上常有許多孔洞,必須要將孔洞密封,才能確保真空系統的效果。要做到這一點,可以購買現成的底漆,像是水性或油性的聚酯漆、環氧樹酯類的底漆,甚至是加水稀釋後的木膠。另外,因為中密度纖維板的裁切邊緣比表層更容易漏氣,所以可以多上幾層膠。
通孔板的狀況不同,它的硬度必須夠高,才有辦法支撐加工件,此外還必須要充滿孔洞,讓氣流可以毫無阻礙地通過。我推薦的材料是超輕型中密度纖維板(Ultralite MDF),它的重量只有一般中密度纖維板的60%,孔洞也比較多。將通孔板黏到增壓板上之前,必須將密度較高的頂層和底層磨掉,否則這兩層可能會阻礙空氣流動。

真空系統

產生真空狀態的方式有很多種,從使用Shop-Vac吸塵器的自製簡單系統到市售比CNC雕刻機還貴的真空系統都有,對業餘玩家和小規模的商店來說,用Shop-Vac吸塵器或簡單的真空馬達就已經夠用了。
總而言之,這套系統的目標是將大量的空氣吸出,形成一定程度的真空狀態,藉此固定加工件。以Shopbot桌上型雕刻機的24″×18″加工檯面來說,一般的Shop-Vac吸塵器就行了。不過,如果你想要一個更專業的系統,可以參考Grainger這種工業級的供應商,或者是專門提供ShopBot使用的真空馬達的Lighthouse Motors

图片

如果你的加工檯面比較大,必須將增壓板分成好幾個區域的話,就需要分接管子,讓你可以控制不同區域的開關狀態。最好的解決方法就是去五金行買條2″PVC水管,再用球閥來控制不同區域的進出,再加上一個真空計,這樣可以更準確地控制氣壓與氣流。

在架設水管時,請避免轉彎的角度過大,這可能會造成氣流限制,使得效果下降。還有建議用
Y型管來取代T型管,並盡量將所有水管都設計成同樣的角度。

如果一顆真空馬達不夠力,可以再加上第二顆來提升效能,不過,如果使用的馬達不只一顆,最好使用
220V的電源,以免原先的110V電源產生過大的電流。當然還要考慮你的無熔絲開關能否負荷220V電源。

小提示:
在「TALK SHOPBOT」論壇(TALKSHOPBOT.COM)上有許多真空馬達的資訊,可以幫助你找到最適合的真空系統。

真空工作檯使用指南

區域分隔

如果工作檯比裁切的物件大很多的話,那很簡單!直接將物件放到在檯面上,確認物件邊緣與工作檯邊緣已經對齊,即可開始裁切。

小撇步

多側裁切

如果要進行多側裁切的話,可以參考這個小撇步。當我們想裁切或雕刻加工件的兩側時,總是希望兩側可以互相對齊。所以,當你先裁切某一側時,可以在檔案中加入兩個鑽孔,並將這兩個鑽孔設置在加工件的兩端,並將孔洞鑽入通孔板中約¼”處。

等到第一側完成後,請將兩根直徑¼”的木榫卡入剛鑽好的孔洞裡,可使木榫突出於材料上方約¼”長。接下來,請將加工件翻面,讓木榫對齊孔洞並卡入,這樣裁切出來的結果就會完全對稱了。

材料移位

如果你擔心材料在裁切時會移位的話,可以參考這個小撇步,在進行第一條裁切路徑時,可以在加工件底部留下一層薄片(又稱為洋蔥皮),它可協助固定零件,並提供足夠的真空吸力,以防你之前已經裁切好的部分亂跑。
等到加工件大部分的區域都裁切完成之後,再回頭進行最後一次裁切,經過先前的裁切,所產生的力道與磨擦都會大幅降低(這兩者會隨著裁切的深度而下降),這樣一來,便可大幅降低移位的可能性。

系統維護

一旦建置好整個系統之後,請將真空計的讀數記下來,當作未來操作時的基準值,在正常情況之下,真空氣壓大約是15~20英吋/水銀柱(inHg)。
如果通孔板變得粗糙,而真空計的讀數也開始下降時,代表你需要將重新整理通孔板的表面。

如果你將通孔板黏在增壓板上,可以選擇重複打磨通孔板表面,直到你的鑽頭接觸到增壓板氣流通道時,再貼上一塊新的通孔板即可。

材料

  • 一般中密度纖維板,3/4″厚
  • Ultralite Trupan中密度纖維板,3/4″
  • 馬車螺栓,長1″,3/8-16 (4)
  • 合釘,1/4″ #6
  • 木螺釘
  • 木工膠
  • PVC管及接頭,2″
  • 碎木塊
工具

  • 平底鑽頭,7/8″
  • 鑽頭,7/16″
  • 表面切割器

第一步

  • 從3/4″厚中密度纖維板切割出歧管所需的所有CNC零件和真空馬達基座。
  • 從3/4″厚Ultralite中密度纖維板(以「Trupan」品牌為佳)切割出25″×10″的板子,接著用直徑1-1/2″的表面切割器在板子的其中一邊削除大約0.01″的厚度。這麼做可以去除板子密度較高、孔洞較少的上層,藉此增進通過擾流板的氣流。
  • 把一塊3/4″厚中密度纖維板切成兩塊大小為 26.5″×19.5″的板子。

第二步

  • 用7/8″平底鑽頭在其中一塊中密度纖維板上鑽出4個深度1/4″的平底孔(如圖所示),接著用7/16″鑽頭依照剛才的孔貫穿板子。
  • 我當時在ShopBot Desktop工作檯上把最初的4個角落孔鑽到7/16″才能裝入真空工作檯較大的螺栓。這讓我能繼續使用機器原本搭配的擠製鋁工作檯。

第三步

  • 用四個1″長的3/8-16馬車螺栓把底部固定到ShopBot上。裝上螺栓後,在每個螺栓上塗一些強力膠,防止它們在孔中旋轉。 
  • 用切割長度2″的1/2″端銑刀在底板切割出通風道和歧管。慢慢做就行,因為這裡的切割作業會把機器推向切割能力的極限。另外,顫動會難以避免,所以施力要輕一些。
  • 用大量的木工膠把第二塊中密度纖維板黏著到底板上,接著用夾子、沙包或水壺在上方加壓,並把邊緣溢出的多餘黏膠清除。依照使用建議,先放置24小時讓它乾燥,再進行下一步。

第四步

  • 用所附的銼刀,切割出通風板的通風道。
  • 同樣地,切割時施力要輕。如果用力太猛,可能會把一個方格切掉,造成整個需要重來。初次切割後,我再次執行程式,把殘留在溝槽上的毛邊都清除。如果有正確對齊的話,切割程式將會在中間鑽出一個穿透通風板,通到在下方通風道的孔。這個步驟完成後,把真空工作檯從ShopBot取下。

第五步

  • 用遮蔽膠帶覆蓋所有歧管的配對表面,接著在歧管零件和真空工作檯塗上至少兩層的聚氨酯。在處理切割邊緣時要特別注意,因為這是最容易讓空氣從系統溢出的地方。確認聚氨酯有塗到通風板的溝槽。
  • 訣竅:我發現把聚氨酯倒到溝槽上然後再把它均勻推開的效果最好。聚氨酯會滲入中密度纖維板的孔洞中並完全乾燥。
  • 最後在Trupan Ultralite中密度纖維擾流板的邊緣塗上幾層聚氨酯。

第六步

  • 在聚氨酯乾燥後,把遮蔽膠帶撕下,並使用1/4″合釘#6、木螺釘和木工膠把歧管組裝起來。
  • 接著再用木螺和黏膠把歧管固定至真空工作檯。然後把工作檯栓回ShopBot上。
  • 用填隙槍在通風板的每個方格塗上液體釘,接著在通風板的邊緣也塗上。
  • 接下來把擾流板表面朝下放入通風板,和左下角對齊,再用沙包或水壺加壓,等待液體釘乾燥。

第七步

  • 把擾流板表面再削除0.01″,讓它平整並移除該面密度較高的部分。
  • 用#6木螺釘和黏膠把真空馬達邊框組裝起來,接著用1/4″-20螺栓和螺帽來把真空馬達固定到邊框上。
  • 視實際情形,可以在邊框上接上該開關,或把馬達的線路接上延長線。
  • 務必把綠線接地到馬達的金屬框。

第八步

  • 用2″PVC管和接頭把真空馬達接上真空工作檯。只需要乾式接合即可,不需使用PVC膠合劑。
  • 最後來測試工作檯:把工作檯啟動,接著把一塊平的碎木塊丟到工作檯上。如果木塊很快就附著到工作檯上,而且要出相當大的力氣才能移動它,真空工作檯就大功告成了。

Dan Spangler
丹.史班格勒是Make實驗室的自造者,每當夜幕低垂便會出現在公司並開始敲敲打打,一想到可以製作具速度感、高電壓和會爆炸的東西就欣喜若狂。
原文
(譯:劉允中)

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