Гравировка представляет собой нанесение линий, узоров или цельного изображения на поверхность заготовки. В настоящее время очень распространённым способом гравировки является контактная механическая обработка режущим инструментом при помощи фрезерного станка с ЧПУ. Автоматический фрезерный станок обладает преимуществом точного воплощения программы обработки, а в качестве программы на гравировку может выступать любой графический эскиз (в том числе трёхмерный!). Таким образом, даже самая дерзкая задумка дизайнера может быть перенесена на поверхность гравируемой заготовки. Причём фрезерный станок сделает это быстро и с высоким качеством.
Принцип работы с заготовками
Фрезерный станок осуществляет контактную обработку, путём воздействия острого клина режущего инструмента на поверхность заготовки. При этом «лишний» материал скалывается и отводится спиральными канавками фрезы в виде стружки. При небольшой глубине проникновения, поверхность заготовки не изменяется, но на ней остаётся чёткий след гравировки.
Для точного воплощения управляющей программы (содержащей эскиз гравируемого изображения), режущий инструмент фрезерного станка совершает сложные перемещения в пространстве (как правило, независимо вдоль трёх осей — X, Y, Z). Однако для фактической возможности осуществлять обработку, фреза должна воздействовать на плоскость заготовки строго по нормали. Следовательно, при условии размещения режущего инструмента над рабочим столом с закреплённой заготовкой (а такую конструкцию имеет большинство современных моделей фрезерных станков с ЧПУ), обрабатываемая поверхность должна быть плоской.
Даже при небольшой кривизне поверхности заготовки (например, выпуклости), гравируемый рисунок неизбежно «поплывёт». Особенно заметными искажения оригинального рисунка будут по краям заготовки — там где отклонение фрезы от нормали к поверхности максимально. Выходит, качественная гравировка неплоских заготовок невозможна?
Разумеется, это не так. Хотя бы потому, что ассортимент неплоских заготовок, на которые желательно наносить гравировку, просто огромен! Это и посуда, и сувенирные изделия, фигурки, брелоки, ручки, корпуса различных устройств, гнутые мебельные фасады, и многое-многое другое. А раз имеется спрос, правильное инженерное решение для работы с неплоскими заготовками просто обязано быть!
Поворотное устройство для фрезерных станков с ЧПУ
Заготовки в виде тел вращения успешно могут обрабатываться на фрезерных станках с ЧПУ, оснащённых специальным поворотным устройством. Это устройство представляет собой механизированный зажимной патрон и передвижную заднюю бабку. Устройство крепится на рабочем столе фрезерного станка и подключается к его системе ЧПУ. Цилиндрическая заготовка устанавливается и фиксируется в патроне, а с заднего торца поджимается передвижной бабкой. Такое крепление очень похоже на установку заготовок на токарном станке. При этом заготовка получает возможность вращаться вокруг горизонтальной оси, а система ЧПУ фрезерного станка автоматически заменяет команды движения фрезы вдоль одного направления на поворот заготовки вокруг собственной оси. В сочетании с продольным и вертикальным перемещением фрезы, получается трёхкоординатная обработка цилиндрических заготовок.
Поскольку все современные модели фрезерных станков предусматривают установку поворотного устройства (в том числе «родных», выпущенных тем же производителем, что и сам станок), для гравировки цилиндрических заготовок не требуется вносить никаких изменений в исходную программу обработки. Любой плоский узор будет автоматически нанесён на криволинейную поверхность — причём с очень высоким качеством, без всяких искажений. Использование поворотного устройство заводской конструкции является самым удобным способом обработки и гравировки заготовок в виде тел вращения.
Гравировка «неправильных» заготовок
Очень часто необходимо нанести изображение на изогнутую поверхность заготовки, отличной от тела вращения. Примером может служить гнутый мебельный фасад с изгибом большого радиуса, изогнутые корпуса разнообразных изделий (возможно даже с «местной» выпуклостью/вогнутостью), декоративные художественные таблички и т. п. При гравировке таких заготовок встречается двойная трудность. Во-первых, гнутую заготовку очень сложно закрепить на рабочем столе фрезерного станка — даже поворотное устройство не способно фиксировать такие «незамкнутые» тела вращения. А ведь гравировка может потребоваться и на внутренней (вогнутой) стороне заготовки! А во-вторых, нанесение фрезой гравировки на неплоскую поверхность чревато искажениями исходного рисунка (как указывалось выше).
Вторая трудность может решаться специальными настройками управляющей программы. Предварительно создаётся (импортируется) 3D-рельеф поверхности под гравировку — и строится управляющая программа его обработки. Затем создаётся 2D-эскиз самой гравировки (изображения, текста и т. п.) — по нему также строиться управляющая программа. В конечном итоге траектория обработки «плоской» гравировки накладывается на трёхмерный рельеф криволинейной поверхности.
Также для гравировки неплоских поверхностей можно воспользоваться специальной фрезой-гравером. Такой гравер представляет собой полую гильзу-основание и вставленный в неё подпружиненный алмазный наконечник. Основание зажимается в патрон шпинделя, и гравировка неплоской заготовки осуществляется как обычно. Подпружиненный наконечник сам «обходит» все неровности (подобно игле на поверхности грампластинки) и гравирует рисунок без искажений. Единственным минусом данного метода является ограничение по твёрдости обрабатываемых заготовок и режимам обработки. Составной подпружиненный гравер не может использоваться для фрезеровки — только для гравировки со сравнительно небольшой глубиной при «умеренных» режимах обработки.